基于虛擬仿真技術(shù)在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的改革

張茗涵 景毅

摘 要：虛擬仿真技術(shù)十分適用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)，尤其是建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)的缺陷，為學(xué)生提供更好的建筑實(shí)訓(xùn)環(huán)境。在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)需求選擇合適的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，多次反復(fù)練習(xí)，從而提升專業(yè)技能。然而在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)還存在一系列問題需要加以重視。現(xiàn)文章主要針對基于虛擬仿真技術(shù)在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的改革進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);建筑實(shí)訓(xùn);教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-9052（2020）02-0248-02

高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)是要培養(yǎng)出社會(huì)需求高素質(zhì)、高水平人才。對于建筑專業(yè)來說，高素質(zhì)、高水平人才必須要熟練掌握施工過程。在建筑專業(yè)實(shí)訓(xùn)中由于建筑工程地點(diǎn)的流動(dòng)性、建設(shè)階段性較強(qiáng)、建設(shè)周期較長，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)地開展建筑實(shí)訓(xùn)的難度較大。虛擬仿真技術(shù)則可以彌補(bǔ)建筑專業(yè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)中的問題，作為建筑專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐技能的有效手段。

一、虛擬仿真技術(shù)及其在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）虛擬仿真技術(shù)及其在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用的可行性

虛擬仿真技術(shù)，也被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其是由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的，利用視覺、聽覺、觸覺作用于使用者，使得使用者形成身臨其境的交互式虛擬體驗(yàn)的仿真。虛擬仿真技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、圖像處理技術(shù)、傳感技術(shù)、語音技術(shù)等多門學(xué)科，是現(xiàn)代仿真技術(shù)發(fā)展的重要成果。虛擬仿真技術(shù)可以分為沉浸式與非沉浸式。其中，沉浸式虛擬仿真技術(shù)是基于特殊硬件來完成的，而非沉浸式虛擬仿真技術(shù)則是利用專業(yè)軟件來完成的。實(shí)訓(xùn)教學(xué)中多用非沉浸式虛擬仿真技術(shù)，主要是利用計(jì)算機(jī)的鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等外部硬件設(shè)施來打造虛擬的創(chuàng)口式環(huán)境，使得計(jì)算機(jī)顯示器中的內(nèi)容盡可能接近理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。在基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)訓(xùn)中所運(yùn)用到儀器設(shè)備都是利用計(jì)算機(jī)3D建模設(shè)計(jì)而成的，在實(shí)訓(xùn)前教師可以引導(dǎo)學(xué)生對儀器設(shè)備與工具形成初步認(rèn)識(shí)，同時(shí)可以利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建虛擬的實(shí)踐環(huán)境，通過調(diào)整數(shù)據(jù)來設(shè)定不同的環(huán)境，在虛擬環(huán)境中多次反復(fù)開展不同種類的技能訓(xùn)練，獲得處于不同環(huán)境因素下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。基于虛擬仿真技術(shù)下的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，其中的實(shí)驗(yàn)環(huán)境與設(shè)備都是虛擬的，能夠大大減少設(shè)備更新維護(hù)費(fèi)用與實(shí)訓(xùn)場地費(fèi)用[1]。同時(shí)，還可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)行業(yè)發(fā)展潮流，持續(xù)更新實(shí)訓(xùn)設(shè)備，始終保持實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的先進(jìn)性。虛擬實(shí)訓(xùn)中，實(shí)訓(xùn)設(shè)備儀器都是虛擬的，不用擔(dān)心實(shí)訓(xùn)中的誤操作會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損害，同時(shí)也不會(huì)在實(shí)訓(xùn)中形成安全隱患，更加有助于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性思維。

（二）虛擬仿真技術(shù)提供的實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)境

1.真實(shí)開放的實(shí)訓(xùn)環(huán)境

虛擬仿真技術(shù)基于互聯(lián)網(wǎng)向?qū)W生開放，學(xué)生可以根據(jù)需求選擇是否使用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也具有一定的開放性，主要表現(xiàn)為資源開放，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中含有多種類實(shí)訓(xùn)設(shè)備，不同實(shí)驗(yàn)裝置以及不同條件的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以按照自身學(xué)習(xí)需求進(jìn)行選擇使用。系統(tǒng)中也有詳細(xì)的操作指南，學(xué)生可以在使用中參考。

2.交互自主的實(shí)訓(xùn)環(huán)境

虛擬仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)最為顯著的區(qū)別之一就是虛擬仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的內(nèi)容與模式都不是固定的，而是可以根據(jù)需求學(xué)生動(dòng)態(tài)調(diào)整的，具有良好的交互性與自主性。教師可以根據(jù)學(xué)生的興趣與實(shí)訓(xùn)需求，設(shè)計(jì)出不同類型、不同形式的人機(jī)交互方式，強(qiáng)化學(xué)生自主參與實(shí)訓(xùn)的積極性。學(xué)生也可以根據(jù)自身需求自行設(shè)計(jì)虛擬實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與方法，在拓展學(xué)生創(chuàng)新思維的同時(shí)，增加實(shí)踐經(jīng)歷。

3.安全低碳的實(shí)訓(xùn)環(huán)境

傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)由于實(shí)訓(xùn)硬件、類型與環(huán)境的影響，學(xué)生能開展的實(shí)訓(xùn)類型十分有限，特別是硬件材料消耗較大、實(shí)訓(xùn)成本較高、危險(xiǎn)系數(shù)較大的項(xiàng)目，學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的機(jī)會(huì)更少，從而影響了學(xué)生相關(guān)能力的提升。基于虛擬仿真技術(shù)下的實(shí)訓(xùn)不需要依靠實(shí)物設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)界面可以選擇不同的虛擬設(shè)備，開展模擬設(shè)備操作使用，利用可視化虛擬環(huán)境來進(jìn)行實(shí)景操作學(xué)習(xí)，解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)中事物仿真難以實(shí)現(xiàn)與協(xié)調(diào)的問題[2]。

二、虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)下的建筑工程施工可以實(shí)現(xiàn)地基基礎(chǔ)施工、地下防水施工、砌體結(jié)構(gòu)施工、鋼結(jié)構(gòu)工程施工、建筑節(jié)能門窗施工等不同內(nèi)容的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。不同系統(tǒng)中的虛擬仿真內(nèi)容都包括施工設(shè)計(jì)圖紙、施工技術(shù)交底、施工技術(shù)規(guī)范、具體教學(xué)資源、工作記錄、項(xiàng)目進(jìn)程、施工實(shí)踐以及操作指導(dǎo)等。同時(shí)，虛擬仿真技術(shù)下的建筑施工仿真系統(tǒng)是以三維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)作為支撐，互動(dòng)性較強(qiáng)。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中還設(shè)有相應(yīng)的操作指導(dǎo)，學(xué)生可以根據(jù)系統(tǒng)提示自主開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)，掌握建筑工程施工的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。現(xiàn)以建筑工程中混凝土施工的混凝土澆筑作為實(shí)例，來分析基于虛擬仿真技術(shù)下的實(shí)訓(xùn)操作。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)操作系統(tǒng)的功能主要在四個(gè)操作區(qū)域中實(shí)現(xiàn)，分別為資源庫、項(xiàng)目進(jìn)程、施工準(zhǔn)備以及操作指導(dǎo)。

（一）資源庫

在資源庫區(qū)域中可以實(shí)現(xiàn)不同功能，如施工圖紙、技術(shù)交底、技術(shù)規(guī)范、教學(xué)資源以及工作記錄等。其中，在施工圖紙選項(xiàng)中可以查看與該項(xiàng)工程相關(guān)的詳細(xì)施工圖紙;技術(shù)交底則可以查看建筑工程施工中重點(diǎn)施工技術(shù)要點(diǎn)，便于在實(shí)訓(xùn)中將施工重難點(diǎn)銘記于心，加深對知識(shí)的理解;技術(shù)規(guī)范則可以查閱國家出臺(tái)相關(guān)政策的具體細(xì)化規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn);教學(xué)資源中則是教師在開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)中根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對虛擬仿真系統(tǒng)的教學(xué)資源進(jìn)行調(diào)整與更新的區(qū)域。學(xué)生也可以通過教學(xué)資源區(qū)域來進(jìn)行不同內(nèi)容的復(fù)習(xí);工作記錄則記錄了學(xué)生在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中的操作，便于學(xué)生進(jìn)行自我檢查以及教師進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。

（二）項(xiàng)目進(jìn)程

項(xiàng)目進(jìn)程即為施工工藝操作順序，混凝土澆筑流程為進(jìn)行混凝土運(yùn)輸、核對澆筑模板細(xì)節(jié)、檢測塌落度，進(jìn)行混凝土振搗澆筑，最后進(jìn)行驗(yàn)收。

（三）施工準(zhǔn)備

在虛擬仿真系統(tǒng)中調(diào)用工具庫，選擇合適的施工工具、施工設(shè)備以及施工材料。在系統(tǒng)中進(jìn)行施工操作。學(xué)生可以隨時(shí)打開工具庫并從中選擇需要的施工材料。

（四）操作提示

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生的操作進(jìn)程跳出具體的操作指導(dǎo)，幫助學(xué)生熟悉施工步驟以及施工規(guī)范，嚴(yán)格按照相關(guān)使用技術(shù)要求開展。如在混凝土振搗中要注意跟進(jìn)混凝土的厚度來選擇合適的振動(dòng)器。通常面積較大、厚度在20～30cm的混凝土板需要選擇表面振搗器;而振搗面積較小、垂直深度較大的構(gòu)件或混凝土則需要選擇插入式振搗器[3]。在振搗時(shí)要注意快插慢拔，快插主要是為了避免混凝土表面拌合物振動(dòng)過度導(dǎo)致下面混凝土拌合物振動(dòng)不夠?qū)е陆Y(jié)構(gòu)不勻情況出現(xiàn);慢拔是為了讓混凝土能夠在振動(dòng)器抽出時(shí)均勻填滿振動(dòng)器周邊空間。通過虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)的過程觀察可以看出，基于虛擬仿真技術(shù)下的實(shí)訓(xùn)教學(xué)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中被動(dòng)、單一的教學(xué)現(xiàn)象，學(xué)生在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中可以自主發(fā)現(xiàn)問題，并獨(dú)立實(shí)踐結(jié)。通過虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)后，學(xué)生已經(jīng)清晰掌握混凝土澆筑施工中各個(gè)關(guān)節(jié)的重點(diǎn)難點(diǎn)，標(biāo)明注意事項(xiàng)與施工技術(shù)要求。可以看出，虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)能夠顯著提升學(xué)生對混凝土澆筑施工過程的掌握[4]。

三、虛擬仿真技術(shù)在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的問題與應(yīng)對

（一）虛擬仿真技術(shù)在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的問題

在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)不單單是憑借其自身所擁有的功能屬性，更為關(guān)鍵的是分析實(shí)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)的方法。因此，在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)依然存在一系列問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.教學(xué)硬件設(shè)施要求較高

虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)需要高校提供健全的虛擬仿真系統(tǒng)。當(dāng)前大多數(shù)高校在大面積開展虛擬仿真教學(xué)時(shí)硬件設(shè)備還有所欠缺，如建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要人機(jī)1：1，對虛擬仿真設(shè)備數(shù)量有較高的要求。

2.教師教學(xué)主導(dǎo)地位削弱

當(dāng)前高校開展虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)仍處于初期發(fā)展階段。教師在運(yùn)用虛擬仿真系統(tǒng)時(shí)選擇合適的教學(xué)內(nèi)容、組織教學(xué)環(huán)節(jié)，根據(jù)虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用過程來開展教學(xué)。而有的教師認(rèn)為虛擬仿真系統(tǒng)可以指導(dǎo)學(xué)生，教師不需要從旁指導(dǎo)，在這一錯(cuò)誤理念下建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)則會(huì)以虛擬仿真系統(tǒng)為主，并替代了教師在教學(xué)中的主導(dǎo)位置。

（二）虛擬仿真技術(shù)在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)對

基于上述當(dāng)前虛擬仿真技術(shù)在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的問題，提出以下建議進(jìn)行應(yīng)對，力求能改善虛擬仿真技術(shù)在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用，提升建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。

第一，高校要加大資金與硬件設(shè)備投入，為虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。與政府、企業(yè)進(jìn)行密切配合，深入合作，為加大資金投入提供保障。選擇合適的課程設(shè)計(jì)或采購虛擬仿真系統(tǒng)，避免出現(xiàn)過度追求虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用的情況。

第二，更正教師教學(xué)理念。在應(yīng)用虛擬仿真系統(tǒng)開展建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)的過程中要始終保持教學(xué)熱情，拓展教學(xué)思維，全面徹底了解虛擬仿真系統(tǒng)的作用與價(jià)值，更新教學(xué)理論，在不斷實(shí)踐中累積教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。總結(jié)基于虛擬仿真系統(tǒng)下建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷進(jìn)行反思評(píng)價(jià)，歸納出虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的不足。深刻認(rèn)識(shí)自身在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的主導(dǎo)位置，合理利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)來提升建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，避免盲目使用虛擬仿真系統(tǒng)開展教學(xué)[5]。

四、結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用能夠提高學(xué)生對建筑理論知識(shí)的掌握，深化學(xué)生對建筑崗位的理解、提升學(xué)生建筑施工操作水平，顯著改善大學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)與綜合能力。在建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯。在高等教育改革的背景下，利用虛擬仿真技術(shù)來推動(dòng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)發(fā)展，創(chuàng)新建筑實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法都是可行的。相信在未來的發(fā)展中，虛擬仿真技術(shù)會(huì)更加成熟，更加普遍，將會(huì)為不同專業(yè)學(xué)科的實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供更加廣闊的平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊春燕.BIM虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（16）：150.

[2]代端明，李科.虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究--以建筑水電工程計(jì)價(jià)課程建設(shè)為例[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2018（4）：146-148.

[3]王興會(huì).淺談虛擬仿真技術(shù)在建筑工程測量教學(xué)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018，272（26）：170.

[4]姚金偉，余志強(qiáng).虛擬仿真技術(shù)在高職土建類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].職教通訊，2013（6）：69-71.

[5]王祖析.淺析高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用[J].電子世界，2013（18）：197-198.

（責(zé)任編輯：林麗華）