虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式初探

趙黎黎

摘 要：大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展沖擊著傳統(tǒng)的環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)教育模式。一方面，單一的課堂教學(xué)已經(jīng)不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)以及市場(chǎng)的需求;另一方面，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)教育提供了更廣闊的學(xué)習(xí)平臺(tái)、更加豐富的學(xué)習(xí)資源和更有效的學(xué)習(xí)渠道。我們可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來達(dá)到更新教學(xué)手段、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的目的。

關(guān)鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+”;仿真實(shí)驗(yàn);施工;工藝

一、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)模式存在的問題

環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)是一門涉及建筑設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃、景觀設(shè)計(jì)以及人文科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的綜合性學(xué)科專業(yè)，同時(shí)也是實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)。在大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)在教育教學(xué)方面也正處于一個(gè)轉(zhuǎn)型階段，目前的環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的教學(xué)中存在以下問題。

（一）教學(xué)方法滯后

授課手段單一，教師在教學(xué)過程中主要采用靜態(tài)的圖像、視頻展示等教學(xué)手段，缺少互動(dòng)式的教學(xué)方式。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性差

目前，我校學(xué)生普遍存在學(xué)習(xí)主動(dòng)性較差的問題，學(xué)習(xí)往往處于被動(dòng)的狀態(tài)，很少會(huì)自己通過網(wǎng)絡(luò)或者其他學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

（三）教學(xué)資源缺乏

大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，許多教學(xué)資源、教學(xué)平臺(tái)層出不窮，高校也在積極構(gòu)建信息化的教學(xué)平臺(tái)。但這些教學(xué)平臺(tái)在實(shí)際運(yùn)用中卻遇到了教學(xué)資源缺乏、資源交叉互訪不足等問題。

（四）教師對(duì)于新技術(shù)、新的教學(xué)手段缺乏足夠的認(rèn)識(shí)

大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的發(fā)展不僅要求學(xué)生要有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力，同樣也要求教師能順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展、技術(shù)的發(fā)展，不斷更新專業(yè)知識(shí)、參與更多的專業(yè)實(shí)踐，同時(shí)也要不斷更新教學(xué)手段。

二、“施工工藝設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)模式

環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)是融合理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)，且實(shí)踐教學(xué)所占比重較大。“施工工藝設(shè)計(jì)”是我校環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)重要的專業(yè)核心課程之一，課程最初構(gòu)想為：學(xué)生通過教師講授、工地現(xiàn)場(chǎng)考察學(xué)習(xí)施工操作;學(xué)院提供一間教室展示施工過程中的每道工序和各工種施工的細(xì)節(jié)表現(xiàn)，并能有實(shí)踐操作空間讓學(xué)生進(jìn)行各工種施工操作。但是由于各種因素（施工項(xiàng)目工地不足、實(shí)踐操作的空間不足、材料費(fèi)用過高、安全隱患等），能給學(xué)生實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)相對(duì)較少。針對(duì)以上的傳統(tǒng)教學(xué)模式，該項(xiàng)目提出了改革傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方法、以技術(shù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)變革、利用仿真實(shí)驗(yàn)的形式為學(xué)生提供虛擬的場(chǎng)景來完成相應(yīng)的課程實(shí)踐操作。

三、“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目建設(shè)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)采用“虛擬現(xiàn)實(shí)”等技術(shù)理念和技術(shù)手段，基于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、真實(shí)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)流程構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從而很好地解決我們實(shí)踐教學(xué)中的所遇到的實(shí)踐操作問題，比如實(shí)踐操作空間不足、實(shí)踐操作材料費(fèi)用過高、安全隱患問題等。

（一）“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目建設(shè)的目標(biāo)

“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目依托長(zhǎng)江師范學(xué)院美術(shù)學(xué)院環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的專業(yè)課程“施工工藝設(shè)計(jì)”以及市級(jí)教改項(xiàng)目“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)中的運(yùn)用”進(jìn)行開發(fā)和開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。項(xiàng)目提出利用虛擬仿真技術(shù)，將理論、實(shí)際操作、虛擬仿真系統(tǒng)結(jié)合在一起的教學(xué)方式，構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)與實(shí)踐操作平臺(tái)等，給學(xué)生提供進(jìn)行虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)條件，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)施工工藝，并進(jìn)行虛擬操作。

通過引入室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)之間搭建一座橋梁，解決了“施工工藝設(shè)計(jì)”課程相關(guān)理論知識(shí)與實(shí)踐操作的融合問題，提升了課程理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作的效率與效果，優(yōu)化了學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)體驗(yàn)。學(xué)生通過完成教學(xué)項(xiàng)目，能有效調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，既掌握實(shí)踐技能，又掌握相關(guān)理論知識(shí)，提高學(xué)生解決施工實(shí)際問題的綜合能力。

室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了教、學(xué)、練、評(píng)等教學(xué)功能，學(xué)生可以通過系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)、實(shí)踐操作，同時(shí)系統(tǒng)能給予學(xué)生實(shí)踐操作項(xiàng)目評(píng)價(jià)，讓學(xué)生在虛擬的系統(tǒng)中獲得與實(shí)際操作同等的學(xué)習(xí)、操作效果。

（二）“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”的方法與步驟要求

在室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，學(xué)生必須通過實(shí)際的虛擬仿真操作，掌握“施工工藝設(shè)計(jì)”的以下知識(shí)點(diǎn)：了解室內(nèi)裝修隱蔽工程（水路、電路）基本布局結(jié)構(gòu);熟悉室內(nèi)裝修水路基本布局方式;熟悉室內(nèi)裝修電路基本布局方式;熟悉掌握室內(nèi)裝修水路、電路驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等知識(shí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的具體操作步驟如下。

（1）估算線管用量。根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，估算水路冷熱水線管、水龍頭、電線、插座開關(guān)面板用量。

（2）水路放線。根據(jù)設(shè)計(jì)方案觀察室內(nèi)情況放線，畫出水路定位線。

（3）水路開槽。根據(jù)設(shè)計(jì)要求在墻面進(jìn)行管線開槽，管線開槽必須是平行線與垂直線。平行走線的管路一律控制在60～90厘米高（從地面算起），有水龍頭的管路必須垂直。

（4）管線切割。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，將冷熱水管切割至可用尺寸，備用。

（5）水路安裝。管道又分冷水管與熱水管專用。其中，暗藏管道杜絕使用鍍鋅鐵管。確定水域位置與使用功能，排放安裝好所有的水龍頭及用水位置。

（6）水路驗(yàn)收。試壓是管道檢查滲漏的方法之一，先用堵頭將所有內(nèi)絲堵死。用壓力表打壓（6～8kg）試水，打壓之后檢查所有管道所有接頭。

（7）防水處理。水路管道安裝之后，用水泥沙子混合封好衛(wèi)生間所有線槽。等線槽和地面干后，再次清洗地面與墻面，墻地面水分干了即可做防水，墻面防水最好做80cm以上高。如果廚衛(wèi)墻背面有家具的墻面，必須做滿墻。

（8）電路放線定位。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，彈好平行與垂直線，確定好布線的位置。

（9）電路開槽。放好開關(guān)插座底盒。插座距地面40厘米開槽，掛式空調(diào)插座距地面2.2米開槽，開關(guān)距地面1.2～1.4米開槽。開關(guān)插座底合安裝要彈水平線開槽。

（10）電路布線。根據(jù)設(shè)計(jì)布線，強(qiáng)弱電線管的暗盒要分開。強(qiáng)電與弱電的要求布線在最底限度下相隔30厘米，空調(diào)插座專用6平米以上的電線分組，電器插座專用4平米分組，開關(guān)2.5平米以上專用分組。空調(diào)線組距地面2米以上走線。電器線組地面走線，開關(guān)及照明燈線組墻頂面走線，開關(guān)插座底合安裝時(shí)必須水平垂直。

（三）“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)流程設(shè)置

教學(xué)—教師進(jìn)行施工工藝相關(guān)理論教學(xué)，并在虛擬仿真系統(tǒng)中進(jìn)行虛擬操作演示，讓學(xué)生更直觀地了解和學(xué)習(xí)室內(nèi)裝修水路、電路鋪設(shè)的操作流程、施工工藝以及規(guī)范。

實(shí)踐操作—學(xué)生通過安裝、啟動(dòng)室內(nèi)裝修隱蔽工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生可以選擇觀看演示過程或者虛擬操作等程序。虛擬仿真系統(tǒng)能夠模擬真實(shí)的實(shí)踐環(huán)節(jié)、實(shí)踐流程、實(shí)踐任務(wù)、實(shí)踐設(shè)備等，讓學(xué)生能以第一視角的體驗(yàn)與交互模式對(duì)虛擬安裝流程進(jìn)行實(shí)踐操作：放線定位、墻體開槽、布線、驗(yàn)收等流程。

評(píng)價(jià)系統(tǒng)—系統(tǒng)將通過對(duì)學(xué)生的操作（是否按照實(shí)驗(yàn)步驟操作、是否符合操作規(guī)范、是否符合施工流程）等進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。在條件允許的情況下，學(xué)生還可以進(jìn)入實(shí)訓(xùn)基地或設(shè)計(jì)公司進(jìn)行真實(shí)的施工操作。教師將學(xué)生真實(shí)操作流程與虛擬仿真系統(tǒng)中的操作進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，具體如圖1所示。

（四）“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)

（1）虛擬仿真系統(tǒng)創(chuàng)造了與實(shí)際操作相似的環(huán)境，可以模擬逼真的室內(nèi)施工操作流程，沉浸式體驗(yàn)施工環(huán)境，使學(xué)生能夠獲得生動(dòng)直觀的感性認(rèn)識(shí)，增進(jìn)對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握。

（2）操作性強(qiáng)，直觀性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高。采用虛擬仿真技術(shù)，模擬真實(shí)操作環(huán)境，室內(nèi)裝修水電工程的操作技術(shù)要求、操作流程等都能在虛擬的三維現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)協(xié)同模擬操作，能達(dá)到良好的教學(xué)和實(shí)踐效果。

（3）節(jié)省成本。虛擬仿真系統(tǒng)能夠控制學(xué)生實(shí)踐操作的成本，同一套虛擬仿真系統(tǒng)可以多人同時(shí)、多次使用，實(shí)現(xiàn)在更短的時(shí)間和成本內(nèi)培養(yǎng)更高素質(zhì)人才的目標(biāo)。

（4）增加安全可靠性。學(xué)生到施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐存在一系列安全問題，虛擬仿真系統(tǒng)在體驗(yàn)過程中不會(huì)帶來人身傷害和環(huán)境危害，體驗(yàn)者可以通過虛擬仿真熟練掌握知識(shí)原理和操作流程。

四、結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”帶來了全新的教育理念，教學(xué)方法有了更多的形式，教學(xué)資源也在不斷更新。在這種信息化背景下，結(jié)合環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)特點(diǎn)，建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不但更新了教學(xué)模式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，同時(shí)也讓教師的自我能力得到提升。虛擬仿真系統(tǒng)使教學(xué)資源更生動(dòng)、教學(xué)活動(dòng)更豐富、實(shí)踐操作更安全，充分體現(xiàn)了大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的教育信息化的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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