土木工程施工專業教學中ARVR技術應用研究

張麗 張微 高蕉

[摘要]現代科技的發展推動了AR/VR技術的迅速發展。新的信息技術在教學過程中的應用，可以使大部分教育渠道普遍實現數字化、網絡化，從而提高教學質量和課堂學習的效果。應用ARVR技術，能有效整合學習組織、內容、模式、技術、考核、環境等多方面因素，以適應現代教育全面、創新、系統化、實踐發展的需要。

[關鍵詞]ARVR技術教學方式教學手段課程教學

[中圖分類號]G642

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-3089（2021）17-0194-02

建筑學與工程學專業畢業生的專業定位一從事建筑設計領域的技術、管理及簡單工程設計。為此，除要求學生掌握書本知識外，還要培養學生的操作技能，加強建筑學工作的職業訓練。

一、ARWR技術在土木工程施工專業教學中運用的必要性

建筑學與土木工程專業課程有土木工程BM建模、施工圖、工程測量、結構力學、建筑技術、預制混凝土建筑等等。包含兩個部分的理論知識和操作技能，并與行業規范和工程實踐緊密相關。本課程為綜合工程與實踐活動的專業基礎課。其中有些內容是由時間和空間所決定的，在學習過程中并沒有通常的解釋。比如，有些結構比較復雜，要求與受力和受損模式的性質有關，因此可以用ARVR技術來模擬。通過實例，將實驗結果清晰、具體地呈現給學生，學生可在計算機網絡環境下根據需要智能分配時間，按照菜單自主選擇學習內容，不僅方便學習，而且改變了傳統的教學方式，真正做到了學習內容與實際密切相關，充分調動學生的教育主動性，提高了實際培訓效果。另外，ARVR技術也幫助教師從重復的工作中解放出來，把精力投入到教學、研究和教學改革上。所以，應用ARVR技術對建筑專業課程的教學方式進行改革勢在必行，是職業教育走向成功的必然趨勢。

二、ARWR技術在土木工程施工專業課程教學中運用的可行性

鑒于ARVR技術能更好地幫助教師將部分結構工程的核心課程轉化為自主學習模塊，使知識和技能的汲取方式發生根本轉變。將知識技能傳授由“被動”變為“主動”，提供現代教學方法，根據學生的能力和個性化學習進行教學。在學習過程中，能夠充分體現學生的自主學習氛圍，從多方面消除學生的消極心理，顯著地提高了學習效率。另外，基于ARVR技術的信息化學習平臺，適應時間和空間的限制，讓學生充分利用時間碎片化，自主個性化學習，讓枯燥的學習環節變得生動起來，激發學生學習的主動性和積極性。預裝整體混凝土個體作業教室設計采用ARVR技術，創設了現實世界的工作情景，將虛擬現實、制作、培訓相結合，讓學生在沉浸式學習場景中，體驗到真實的工作，并從環境角度出發，實現了教學的有機融合。

三、ARVR技術在土木工程施工專業課程教學中的運用分析

（一）依據人才培養方案、職業崗位要求和核心課程標準，進行教學目標的設計要按照土木工程專業人才培養計劃，培養專業技能，爭取專業建設要求，把基礎課的專業標準與基礎課素養相結合;根據學生的基本情沉，綜合分析學生學習目標及相關學習內容，結合學習實施過程中使用的AR/VR技術、多維學習目標的整體結構、學習重點和難點，有效培養學生的綜合專業能力。

（二）依據教學目標，結合真實案例，進行項目任務的設計

學習的實施過程可以分為三個部分：數據收集、課外實踐和課堂學習實施。首先是基礎工作和必要條件，在反思和學習的過程中，學生能夠認識到如何掌握某些知識和技能，通過網絡，完成通用預制裝配基礎知識的預習，充分利用網絡搜索相關知識點，觀看操作視頻，并了解操作注意事項，儲備課堂教學知識，高效利用學習平臺學習。在開展課后練習的過程中，要檢查學生的教學進度表，同時還要引導學生對施工生產線進行調查，并自主制作表格，讓學生以小組形式填寫施工現場標志，讓學生根據要求從經驗中學習生產線的規范標準，在了解混凝土結構安裝整體工程及記錄直觀感受的基礎上，滿足學生在課堂上的實際需求，還為未來學習奠定良好的基礎。在課堂學習的過程中，以小組為單位，將自主學習與實踐活動的成果整體進行結合，構建學習平臺，由教師對知識進行收集、整理、總結，準確了解學生對重點、難點知識的吸收情況，合理調整學習目標。

（三）依據專業課程特點，結合ARNR技術，選擇適當的教學方法

在土木工程各專業核心課程的教學中，一般采用情景教學法或現場教學法相結合的方式。在情景學習方面，可以充分利用圖片、聲音、動畫、視頻等，模擬真實的工作環境，對于學習現場，可以安排課堂教學中展示的鏈接，在施工現場或培訓室進行演示，從而使學習過程合理有序、生動活潑，大大激發了學生的學習積極性。舉例來說，在教室里的“個人裝配混凝土結構的實踐活動”中，學生可以利用3D建模軟件在交互AR平臺上工作，在互動VR平臺提供的虛擬現實環境中工作，并根據自己的施工組織項目和方案，進行部件安裝，借助可視化、直觀的建模技術，學員可及時發現在安裝過程中組織上的缺陷及不正確的工作方法，還能實時修正設計及運行中的缺陷，有效地完成培訓目標。

（四）依據教學過程，結合學生實際，制定學習實施計劃。

在學評過程中，應采用更為科學的方法，認真判定評價標準的表現及準確性，并采用定性與定量相結合的學習評價方式，進行觀察和價值調整，確保教學的科學性和根據性，充分利用有價值的信息元素和大數據分析技術的應用。比如，在《組合整體混凝土結構的個人作業實踐》課堂上，教師需要結合學習知識點、建模、評價結果，以互動ARVR平臺為例，評價學生學習報告。進行設計時，教師要考慮教學過程和教學工作的實際內容，在制定培訓實施計劃時，應根據主要專業課程的專業素養目標，根據情境創設、項目任務背景分析、項目任務分解與實施、項目評估任務結果、項目任務制定及其他參考資料內容，選擇學習資源，制定教學方法，充分結合學習評價表，設計意圖等等。對ARWR技術融入建筑設計與施工專業的教學過程中，要結合學生的實際情況，對其進行設計與修改是十分重要的。然而，在具體的教育過程中，由于各種因素的不可預測性，學習結果往往不能與預設結構相匹配，在課堂上的資源無法得到充分利用，因此，有必要拓寬知識內容，在學習評價標準中增加一些可變因素，以此來合理控制學習過程的每一個環節，取得良好的學習效果。

四、PBL教學法在微觀建筑設計教學中的應用

（一）教學設計。將行為空間與環境價值組織作為教學內容組織中的兩個基本與難點，提出了一系列從主體設計到微建筑設計漸進實踐。每一項練習都圍繞著Driving Questions（在每一階段中要解決的關鍵問題）的主題選擇，其中還包括目標設定、學習周期、教學方法和實踐技術，最后確保成果形式的多元化和高效化。與此同時，培訓保證了每個實踐都有具體、真實的空間，設計實踐的學習是在真實的環境體驗和物理感知中進行的。從教學方法上，進行問題導向的實驗學習，實現個體練習、小組討論、教師評分、小組調整、批改成績和集中審核的多方面結合，提供個人獨立學習經驗和集體交流環境，鼓勵學生及時發現問題，并積極理解學習中的問題。

（二）教學過程管理。在明確教師角色的基礎上，還要特別注重引導過程中的問題，能發現學生練習中的不足，確保問題能夠得到及時解決。當學生遇到困難時，要強調啟發式建議，盡量避免具體的指導誤差，避免對學生的研究過程造成干擾。與此同時，教師要根據課堂上學生的學習情況，進行及時調整，靈活地改變教學方式，以確保學習的順利進行。還要對學生的實際學習情況進行評估，確保每項作業都要有清晰的成績目標，每項作業必須根據其性質與內容，確定適當的形式、要求及評價標準。因此，在課程結束時，作為設計練習的一部分，公開評估圖紙的內容，還可以邀請本地和外籍教師及專業建筑師進行評估，鼓勵學生進行總結和反思，培養學生表達觀點的能力，促進教育觀念的進一步發展，培養學生的學習興趣和職業素養。

綜上所述，在建筑設計教學中，學生作為學習的一方，就要實現建筑師與學生角色的自由轉換，通過對空間設計、使用需求、居住環境等因素的深入了解，使學生更好地參與到設計教學中來。同時，學生也可以在自己選擇的地方探索棲息地和生活條件，通過未來對空間設計的看法和進一步回應，以建筑師的身份感受社會責任感，有助于培養對生活規劃的意識，從而提高自我行動能力。在實驗教學中，采用問題導向的教學模式，建立靈活多樣的課堂討論與領導方式，可以有效地激發學生的自主學習興趣，激發學生的學習熱情，充分發揮學生的潛能。

參考文獻：

[1]李建晶.VR/AR技術在高校建筑學教學中的應用研究[J].中國房地產（下旬刊），20202）：60-63.

[2]張璐.基于BIM和AR/VR技術的建筑類課程教學改革——以建筑工程技術專業課程為例[J].黎明職業大學學報，20193）：62-66，76.

[3]蔣亞龍.VR/AR技術在土木工程教學實踐中應用的探索與展望[J].科技經濟導刊，2021（11）：136-138.

[4]席鳳征.基于ARWR技術的實訓基地建設思路——以徐州技師學院智能制造實訓中心為例職業，2020（9）.

[5]張潤楠.ARVR數字化技術對環境空間設計的影響[J].美術教育研究，2020（12）

作者簡介：

張麗（1978年4月-），女，蒙古族，遼寧蓋州人，高級工程師，結構工程專業，研究方向：鋼結構設計。

張微（1981年3月-），女，漢族，遼寧沈陽人，高級工程師，碩士學位，結構工程專業，研究方向：巖土與地下工程。

高蕉（1979年3月-），女，滿族，遼寧沈陽人，高級工程師，碩士學位，結構工程專業，研究方向：建筑結構抗震。