基于VR/AR技術的建筑類專業虛擬仿真實驗教學平臺建設與實踐

倪天予

摘 要：新興的科學技術手段為高校的實驗教學體系開辟了嶄新的路徑，虛擬仿真實驗教學已在各高校的實踐教學改革的浪潮中掀起了不小的波瀾，本著與時俱進、勇于開辟先路的原則，結合建筑類專業的特點與實際情況，積極探索基于VR/AR技術的建筑類專業虛擬仿真實驗教學平臺建設與實踐，對建筑類專業的實踐教學具有重要意義。

關鍵詞：VR;AR;虛擬仿真實驗教學;平臺建設

近年來，隨著我國綜合國力和人民生活水平的日益提升，教育逐漸成為人民關注的重點問題之一，圍繞部分高校“雙一流”建設背景，加快“新工科”建設的研究與實踐，深入開展產教融合、產學合作、協同育人項目建設對新形勢下高校培養出順應經濟社會發展、具備專業知識基礎與實踐創新能力的復合型人才具有重要意義。以此為契機，積極探索基于VR/AR 技術的建筑類專業虛擬仿真實驗教學平臺的建設與研究，通過本次研究，在實踐教學過程中加強學生對專業知識的領會、提升學生的實際操作與實踐創新能力的同時，又能夠進一步深化實驗教學改革，加強學校專業與產業的全方位合作，新興的虛擬仿真技術也為原有的實驗實踐教學模式開辟了嶄新的路徑，能更好的滿足高校培養復合型專業人才的目標與需求。

一、當前建筑類專業實驗教學平臺面臨的問題

隨著新形勢下大數據數字化信息時代的日益崛起，使得傳統的實驗教學模式受到了一定的沖擊，原有的實驗教學設備與管理模式已儼然滿足不了當下高校對人才教育培養的新要求，因此以往的建筑類專業實驗教學平臺也面臨著許多的問題。

1、實驗條件受限，諸多建筑類的專業實驗無法實際操作。建筑類專業的許多實驗具有高消耗、難度大、可操作性低的特點，比如隧道爆破試驗、盾構隧道施工監測實驗等難以在現實中進行實際操作，傳統的實驗教學平臺的實踐實驗設備條件和平臺空間等使諸如此類的大型試驗受到制約，導致在現實中無法操作，授課教師只能靠自身講解和播放短片等手段進行講解灌輸，學生也只能憑靠設想對其進行進一步的理解，但是這種傳統的實踐教學模式并不能很好的使學生充分理解實踐內容，無法切身體會。

2、實驗教學優質資源共享不足，高校之間的學習交流受限。我們不難發現當前的實驗教學資源和課程種類繁多，這些實驗教學的資源中也難以避免存在良莠不齊的現象，僅憑學生的自身能力難以對其進行辨別。其次，眾多的課程資源中也存在著不少內容相似的情況，因而一些比較優秀的實驗教學優質資源可能會因此而被埋沒。除此之外，傳統的實驗教學平臺受到了時間和空間的制約，導致各高校之間關于實驗教學的交流受到了一定的限制，高校師生之間彼此交流有限，存在“孤島”問題。

3、師生進行實驗操作存在一定的安全問題。以往的建筑類專業的實驗平臺雖然都設立了實驗室安全管理制度和相關的管理臺賬等等，但是師生在進行實驗操作時也存在因操作不當、對儀器的熟悉程度不高等原因造成不可逆的安全問題，存在著一定的安全隱患。

二、基于VR/AR技術的建筑類專業虛擬仿真實驗教學平臺建設的主要內容

基于VR/AR技術的建筑類專業虛擬仿真實驗教學平臺建設將對信息網絡技術、虛擬仿真技術、VR、AR技術等進行深度融合，打造一個集網絡管理平合、終端、內容、實驗操作為一體的實踐教學平臺，為師生營造一個可交互沉浸式的學習范圍，促進實驗教學資源的開放共享，加強日常管理和支持服務的信息化平臺，包含了集教學系統、虛擬仿真實驗設計操作系統、開放資源共享系統、管理系統與多人協作系統等多個系統于一體的全方位虛擬仿真實驗教學平臺。此建筑類專業的虛擬仿真實驗教學平臺利用了新興的科學技術手段進行全面創新的建設，建成以后將應用于建筑類專業的實驗實踐教學與教學管理任務之中，同時此實驗教學平臺將面向其他高校開放，有效實現各高校實驗實踐教學資源的共享，促進各高校之間的交流。

三、基于VR/AR技術的建筑類專業虛擬仿真實驗教學平臺建設的特色與創新之處

1、彌補了傳統實驗教學的不足之處，最大限度的提升了實驗資源共享：基于VR/AR技術的虛擬仿真實驗平臺建設能夠打破以往實驗教學過程中受實驗室和實驗條件的限制、可操作性低的難題，讓學生可以利用VR/AR技術通過虛仿仿真實驗進行模擬實驗。建筑類專業的很多實驗，比如隧道爆破、結構抗火、工程結構抗震等實驗的危險性極高，無法讓師生通過傳統的實踐教學進行實驗，就可以應用此虛擬仿真實驗平合，通過前期設計、模擬實驗等環節提高實驗實踐教學的安全性與可操作性。

2、豐富了建筑類專業的實驗教學資源，有效實現教學資源的開放共享：虛擬仿真實驗教學平臺的建設能夠從很大程度上豐富建筑類專業的實驗教學資源，有效整合各類實驗教學資源，借助VR/AR技術推動網絡信息技術與實踐教學的深度融合，加強建筑類專業虛擬仿真實驗教學資源管理教學服務以及體系管理等實驗教學環節的信息化建設，有效實現教學資源的開放共享，打破各高校之間虛擬仿真實驗教學的壁壘，加強溝通學習與合作交流。

3、提升實驗教學效果，提升師生實驗操作能力：通過使用VR/AR技術的虛擬仿真實驗平臺能夠使師生在實驗前通過虛擬技術模仿設計實驗思路，更加深入直觀的感受實驗環節，優化實驗方案，提高實驗的可操作度與成功的概率，有效解決實驗的危險性過高、消耗量大、受時間與空問的制約等難以克服的問題，通過虛擬仿真實驗平臺可以使建筑類專業師生的實驗實踐教學的體會與感受更加直觀，能夠有效的提高師生的動手操作能力，讓實踐教學更具真實感，使師生更具參與感。

四、基于VR/AR技術的建筑類專業虛擬仿真實驗教學平臺建設的預期目標

1、改善建筑類專業的實驗教學環境，搭建基于VR/AR技術的建筑類專業虛擬仿真實驗教學平臺，提升教師與學生利用虛擬仿真實驗平臺的實踐教學能力與實驗操作創新水平。

2、創建基于VR/AR技術并滿足建筑類專業進行專業教學、實驗與實訓、日常管理的完備的虛擬仿真實驗教學平臺，便于師生的教育學習與日常管理，以服務師生為中心，使虛擬仿真實驗教學體系更加完善，有益于廣大師生。

3、有效實現教育教學資源共享，合理整合實驗資源，讓各高校建筑類專業的師生打破時間與空間的制約，克服可操作度低、成本過高、消耗過大等實際難題，利用本實驗平臺最大限度的實現資源共享，助力形成共享范圍廣泛、學習交流影響深遠的效果。

五、結語

在市場經濟和科技高速發展的今天，社會對高素質復合型人才的需求逐漸增多，實踐教育在高校的人才培養環節中也占據了主要的引領地位，積極探索實踐教育的新方法、新模式對于全面提高高校人才培養質量的意義重大。基于VR/AR技術的建筑類專業虛擬仿真實驗教學平臺的建設與研究為高校的實踐教育模式開辟了嶄新的路徑，有效彌補了傳統實驗教學平臺的不足之處，豐富了實踐教學體系的綜合性應用的同時也優化了實驗教學與管理模式，有利于提高學生的實際操作與實踐創新能力。

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