智慧學習環境中VR技術在建筑專業實踐教學中的應用研究

張曾嶸

（浙江建設職業技術學院，浙江 杭州 311231）

1.引言

隨著時代的發展，國家教育部提出了《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2011-2020）》和國家教育事業發展“十三五”規劃，要求全面提升信息技術支撐和引領職業教育創新發展的能力，加快推動職業教育現代化，并完善科技創新與人才培養相結合的體制機制，建立寓教于研的創新人才培養模式。其中培養學生的動手操作能力，是高職教育培養高素質技術技能人才的重要任務之一，但我國目前高職類建筑院校在實踐教學課程中主要面臨以下問題：

傳統的實踐課程中，各專業設置了很多實驗，但面臨實驗器材成本高，易損壞，且在工程實踐中有一定的危險性等諸多問題，降低了實踐教學效果，束縛了教學質量的提高；

現代企業所強調的職業能力、關鍵能力和職業道德，必須在生產和服務的真實職業環境中，通過一定的磨練才能獲得，傳統的實踐課程模式，無法提供真實的學習環境，使學生很大部分停留在“想象”階段，無法“眼見為實”；

弱電設備采用的新產品、新技術不斷出現，有些產品或施工技術學生在校園很少接觸，雖然教學過程中安排了一定的實踐環節，但由于各方面限制也無法全面了解。

因此，急需改變傳統的建筑實踐課程的教學方法和手段，充分利用信息技術，建立多樣化學習平臺使教師開展參與式教學，使學生既能掌握理論知識，又具有一定的實踐能力。本文提出通過使用虛擬現實技術融入到建筑實踐教學中，模擬日常實訓所需的虛擬場景，來滿足對場景有特殊要求的建筑類實踐課程、畢業創作、課程設計。從而培養學生的動手操作能力，快速提升具有競爭力的專業技能，實現了“做中教”、“做中學”的現代職業教育理念。

2.VR 技術特征

VR 技術于20 世紀60 年代初首次被提出，指借助計算機系統及傳感器技術生成一個三維環境，創造出一種嶄新的人機交互狀態，通過調動用戶所有的感官（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等），帶來更加真實的、身臨其境的體驗。虛擬現實技術是一項綜合性極強的新興信息技術，最先被用于軍事上的信息偵察，而近年，隨著全社會的發展進步，這一技術已逐漸滲透到建筑、醫學、藝術、娛樂以及銷售行業的運營實務中，并取得了顯著的行業增值效應。其中虛擬仿真教學成為建筑教育領域一個重要研究課題,通過建立虛擬現實仿真系統可以有效解決目前建筑專業教育中實驗教學手段陳舊、效果不佳的問題。國內一些知名重點高校已率先建成基于虛擬現實技術的仿真實驗室。

3.VR 技術在建筑實踐教學中的解決方案

在建筑類高職類院校中，培養操作型、技能型復合人才，使得VR 技術有著巨大的應用前景。VR 技術在建筑實踐教學中可分成VR 桌面、體感交互、沉浸體驗三個方面來實現；

VR 桌面：基于虛擬現實桌面一體機，通過紅外手寫筆的觸發，對一體機呈現出來的3D 立體虛擬模型進行操作演示，學生佩戴3D 追蹤眼鏡多角度地觀看模型細節及透視，感受無與倫比的空間感和真實感。

體感交互：無需借助任何復雜的控制設備，僅僅使用肢體動作，就能實現與周邊裝置或環境的互動，學生在實際操作時，能更真實感受現場。

沉浸體驗：學生佩戴VR 頭盔設備，通過腳步移動變化和手部交互設備操作，讓其從聲覺、視覺和觸覺感知情景變化，實現沉浸式教學交互體驗，獲得身臨其境的視聽體驗。

通過以上三種方法，在人機交互的可視化環境中學生可對施工方案、戶型圖等實踐課程內容進行體驗及修改。同時，利用虛擬現實技術可以對不同的方案，在短時間內做大量的分析，做出最優方案。借助虛擬仿真系統，把不能預演的過程和方法表現出來，不僅節省了時間和實踐成本，更大大提高了學生的就業競爭能力。

4.VR 技術在建筑實踐教學中的具體應用

通過應用VR 技術，根據高職類建筑院校的教學任務建設虛擬設備、虛擬場景、虛擬教學系統，對虛擬建筑施工安全、虛擬樣板房設計、虛擬施工工藝等實踐課程進行交互教學，寓教于樂，即避免了在真實工程實踐環節中的危險又大大節省了成本，激發了學生的學習熱情，提高教學效率。VR 技術具體應用在以下幾個方面：

4.1 虛擬建筑施工安全

建筑施工安全是我校建筑工程系的專業課的實踐課程。該實踐課是對高職院校學生進行建筑施工專業教育的重要陣地，通過理論學習再到實際操作等途徑，加深對專業理論知識的了解程度、掌握實際操作、安全生產等技能，是理論與實踐相結合的必備實踐課程。由于高校實驗室利用率低，以及施工場地環境差、危險系數大等原因，長期以來，建筑施工實踐教學一直是高校人才培養的薄弱環節。

將VR 技術融入到建筑施工安全中，通過1：1 比例創建虛擬場景，并且結合VR 眼鏡實現動態漫游及VR 交互。讓學生直接感受、體驗電擊、高空墜落、洞口墜落、腳手架傾倒及隧道逃生等多個項目。通過建筑施工安全虛擬實訓，讓學生更逼真地進行安全體驗，教育體驗 效果更直接；從而激發了學生們參加安全教育的興趣，對安全事故的感性認識。學生了解建筑施工事故的發生規律及趨勢，以及在施工過程需要注意的問題，從而減少建筑施工事故的發生。

4.2 虛擬樣板房設計

虛擬樣板房可稱為3D 樣板房,主要是運用三維虛擬科技手段,借組VR 平臺,結合交互體驗設備,將現實中的樣板間變成便于傳播且沉浸交互與極具美感的體驗式虛擬樣板間；使用虛擬樣板間，可以打破我們的傳統認知，不用等到項目竣工就能提前走進項目完工的場景，體驗每一處細節，及時檢查發現每一處不合理之處。甚至可以自己進行測量、設計。

將VR 技融入到裝飾設計課程中，學生能夠在短時間內看不同的樣板間，可直接測量距離，可利用該模型即時改變墻壁、地板和家具等組件的材質和設計，體驗及設計在未來住宅的小區的整體場景、景觀等。在建筑設計中最大的痛點就是在于“所見非所得”和“工程控制難”，難點在于統籌規劃、資源整合、具象化聯系和平臺構建。而借用VR 技加強了可視性和具象性。通過構建虛擬展示，為學生提供交互性設計和可視化印象，讓學生能和抽象的三維世界進行直接的溝通，同時也豐富了其對于建筑表達與展示的具體手段。

4.3 虛擬施工工藝

高職院校在進行施工工藝課程學習時，理論教學比重較大，學生大部分時間都是課堂里面上課，在學習理論之后，都沒能及時去進行實踐操作，知識掌握只停留在理論層面。枯燥的理論知識缺乏實踐學習，學生只能通過死記硬背的學習方法去強行記憶，增加學習難度，學習效果降低。

VR 經過幾年的發展已經趨于成熟。基于虛擬仿真技術各種建筑類專業實訓系統也為中高職院校建筑類專業實踐教學中面對的問題給出了解決方案。以三維體驗操作的方式達到身臨其境的現場教學效果，讓學生從整體到局部的體驗工程施工工藝。在操作工程中，通過文字、語音及清晰的操作提示實現專業內容清晰完整的表達，幫助學生更加容易地學習和學會操作；通過簡單易懂的施工操作交互過程、多角度觀察，最大限度地提高了教學學習的適用性；通過具體的操作內容，對每一項施工工藝的技術要點和技術規范進行講解，并且包含的技術要點和規范均參照行業最新的標準，以此幫助學生深入理解和掌握施工規范要求。

高職院校的教師通過與施工企業緊密結合，了解當前最新施工工藝，借助現代化科技輔助教學，讓教師和學生不出校門，就可以了解當前施工前沿技術，讓學生感受到時代在發展，科技在進步，施工技術在革新，提高學生學習的主動性和積極性，增強學生的適應能力和不斷學習的興趣。在校期間學到的技能能直接在工作崗位中得到應用，提升學生自身就業競爭力，獲得更好的就業機會。

5.VR 技術應用與建筑專業實踐教學的意義

伴隨著VR 技術的日益完善及在教學上積極作用的顯現，將VR 應用建筑專業實踐教學，為高職類建筑實踐教學帶來了新的機遇，教學過程遇到的困難以及瓶頸迎刃而解，具有良性的創新融合意義。

呈現性：教育中很重要的一個過程就是呈現知識信息，而VR 技術在呈現知識信息方面有著獨特的優勢。它可以在廣泛的科目領域提供無限的VR 體驗，從而加速和鞏固學生學習知識的過程。

存在性：VR 技術能夠有效模擬建筑工程的現實環境，對實際施工技術及方式進行實景再現，讓學生有真實體驗感，從而幫助學生更好地認識與掌握建筑實踐課程的相關知識。

趣味性：區別于傳統教學模式的單方面傳輸，VR 更注重學生自身實景實踐，能有效提高學生積極性，鍛煉學生自主主動學習能力。學生能夠借助軟件進行獨立實踐，同時學生還能以不同的身份體會不同的角色感受。

6.結語

從高職現代學徒制教育特殊出發，探索“做中教”、“做中學”的現代職業教育理念的原則。本文提出借助VR 技術，以互聯網為載體，構建能夠滿足高職類建筑專業實踐教學的平臺，它跟傳統實踐教學中最大的不同，在于它借助先進科技來打破學習空間、時間的限制，更加強調并賦予學生更大的主動性、動手性，希望能為其他高職院校實踐教學環節中起到拋磚引玉的作用。