虛擬現實技術在高職鋼結構課程教學中的應用探索

(1.2 重慶建筑工程職業學院 土木工程系 重慶 400072 3.重慶能源職業學院 土木工程系 重慶 402260)

虛擬現實技術在高職鋼結構課程教學中的應用探索

王麗英1駱文進2王紅梅3

(1.2 重慶建筑工程職業學院 土木工程系 重慶 400072 3.重慶能源職業學院 土木工程系 重慶 402260)

傳統的鋼結構課程教學多局限于對理論的課堂教學，由于教學環境的限制，無法實現動手操作并參與到實際工程中，難以滿足教學過程中的交互性及體驗性。借助虛擬現實軟件創建一個虛擬的鋼結構教學環境，鋼結構焊接施工及構件的內外部結構以可視化的方式呈現，學生可在虛擬環境中以親臨的方式與學習內容進行實時交互，可極大地提高學生自主學習的興趣，有利于知識的吸納，結構的三維視覺，教學資源的更新與共享。

虛擬現實技術；鋼結構課程教學；可視化

1、引言

隨著現代信息技術的迅猛發展，虛擬現實技術日漸成熟和完善，虛擬現實技術[1.2.3]作為一種全新的教學媒體，使教學過程中的教師、媒體、學生之間的關系形成一種新的結構，促使教育形態、教育環境、教學過程發生重大變化。虛擬現實技術引入到鋼結構教學之中，使學生可以進入虛擬空間，成為虛擬環境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會；為學生提供生動、逼真的感性學習資源，有利于激發學生的創造性思維，培養學生的創新能力；使鋼結構教學由傳統的“以教促學”的學習方式升級為學生通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式；從而解決了鋼結構教學過程中以前無法解決的一些難題[4.5]。

目前虛擬現實技術在建筑相關領域的應用已經非常廣泛。但如何將虛擬現實實時交互的優勢充分運用到鋼結構課程教學過程中仍有待進一步研究。

2、傳統的鋼結構教學中存在的問題

2.1.針對性和實效性不強

由于鋼結構課程理論性強、計算內容多，導致傳統的鋼結構教學理論課時較多，而實踐課時不足，致使教學目標不明確，理論性太強，實踐性偏少，針對性和實效性不強，無法滿足高職教育對高技能應用型人才的培養要求。

2.2.教學方式落后

《鋼結構》課程綜合性極強、融合了三大力學和建筑材料等課程的內容。部分教師不能順應鋼結構行業發展及時更新教學資料和課件，傳統“填鴨式”教學方式落后時代發展，并且過于單一。一是教學形式的選擇比較單一。由于學校基礎條件的限制，教師一般采取案例講解法，教學過程缺乏形象性、生動性和靈活性，使教學效果受到一定影響。二是偏重理論知識講授而忽視解決實際問題的能力，忽視培養學生的實際操作能力和解決實際問題的能力。

2.4.實用技能性不夠

鋼結構課程的課程設計實踐教學遠不能滿足高職院校對培養學生實用技能性的要求。鋼結構課程設計過程中學生也不需要思考太多的問題，很多時候是機械的重復例題計算，無法發揮實踐教學環節應起的作用。

三、鋼結構虛擬教學的應用探索

1.虛擬焊接施工實訓

鋼結構課程中焊接施工及計算理論性強、在現實環境中建立實訓場不太現實，一是成本高，一般需要聘請專業焊工為學生演練及指導，人員成本高、建設成本高、后期維護維修管理費用高；二是純教學應用效用低，焊接施工需要準備專業設備和鋼結構材料，如果對應每個學生都能親自上手操作，而實訓課程有限，其余時間荒廢容易造成大量資料的擱置和浪費。

如果采用虛擬現實技術，只需要在現有實訓條件基礎上，引入虛擬現實技術的軟件和設備，根據焊機施工需要展現和讓學生學習的知識點，請專門程序人員設計相應的虛擬教學課程環境，學生即可在暢游二維虛擬環境的過程中與鋼結構施工現場知識進行實時交互，激發學生的造性思維和空間形體構思能力。虛擬現實技術具有先進性、同時有一定的趣味性和新鮮感，很容易引發學生探索的激情，在虛擬系統體會焊接施工實時操作后，學生課后也會對相關知識自發的學習和探索，培養了學生的應用能力和創新思維的開發。

2.虛擬鋼結構構件節點設計

鋼結構構件節點設計一直是教學中很難進行的部分，理論性極強，特別是穩定理論，計算多又比較復雜，導致學生學習積極性極差。利用虛擬現實技術可以讓學生體會鋼構件穩定性的重要性，同時通過現場技術人員和設計人員對節點的實時講解，配合上課老師的理論教學可以讓學生在興趣中接受知識，感知鋼結構節點設計的趣味性。

3.虛擬鋼結構安裝、吊裝施工環境

鋼結構安裝、吊裝這一塊的教學，傳統教學缺乏實效性，同時考慮到安全的問題，多數職業學院無法安排教師帶學生到工地進行學習。采用虛擬現實技術可以模擬鋼結構安裝、吊裝的現場、同時根據已有的案例或正在施工的項目、選擇某一個施工段，編制專門的教學流程，學生在虛擬實訓中可以自己操作整個流程，同時加入一個安全性的教學，讓學生實時感受鋼結構施工安全事故，增強其安全意識，為將來工作培養專業素養。

結語

虛擬現實技術在鋼結構課程中的應用有很大市場潛力，作者僅就部分內容提出了建議，真正的實現尚需進一步的詳細探究，從上可知虛擬現實技術應用于鋼結構課程教學不僅可以提高教學效果、改善目前學生對鋼結構課程畏難棄學的現象，同時還可以引發學生的探索求學的激情，真正達到鋼結構教學的目的。

[1]李文.基于EON的虛擬現實技術在建筑設計中的應用研究[D].西安：西安建筑科技大學，2012.

[2]張鵬，鐘靜等.高職建筑鋼結構焊接技術教學體系初探[J].教育與職業.2010.

[3]劉鳳田，劉玉蘭等.虛擬現實技術及其在教育領域中的應用研究[J].河北農業大學學報.2005.03.

[4]董春華，趙春明等.虛擬現實技術在建筑類課程教學中的研究與應用J].中國輕工教育.2015.04.

[5]胡杜澤.基于Flex 的虛擬現實技術在教學中的研究與實現[D].廣州：華南理工大學，2011.

G642.3

A

1007-6344（2017）04-0328-01

課題項目：

1.重慶建筑工程職業學院院級教研教改項目“ 新形勢下高職院校鋼結構課程改革與創新”；編號：16J7。

2.重慶市高等教育學會高等教育科學研究“基于BIM的高職建筑工程技術專業人才培養體系探究”，編號：CQGJ15374C。

王麗英，1984.09,講師,碩士，主要研究土木建筑結構設計及施工相關教學及科研