信息化技術(shù)在建筑教學(xué)改革中的應(yīng)用研究

摘要：信息化技術(shù)在建筑教學(xué)改革中扮演著愈發(fā)重要的角色。該文探討了信息化技術(shù)，如虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、建筑信息模型（BIM）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）以及大數(shù)據(jù)和人工智能（AI）等，在建筑教學(xué)改革中的應(yīng)用，旨在為建筑教學(xué)改革提供科學(xué)依據(jù)，全面推動(dòng)教育質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：信息化技術(shù)；建筑專(zhuān)業(yè)；建筑教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）08-0129-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)正經(jīng)歷著數(shù)字化轉(zhuǎn)型，教育領(lǐng)域亦不例外。信息化技術(shù)為建筑專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、建筑信息模型（BIM）以及大數(shù)據(jù)和人工智能（AI）等技術(shù)的應(yīng)用，正在逐步改變傳統(tǒng)的建筑教學(xué)模式[1]。傳統(tǒng)的建筑教學(xué)模式主要以課堂講授和紙質(zhì)教材為主，難以滿(mǎn)足學(xué)生對(duì)復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)理念的直觀理解需求。信息化技術(shù)的引入使教師可以通過(guò)虛擬仿真、三維建模和智能分析等手段，幫助學(xué)生更直觀、更全面地掌握建筑知識(shí)。例如，VR技術(shù)可以模擬真實(shí)的建筑環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬世界中進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工操作；BIM技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)建筑全生命周期的管理，使學(xué)生了解從設(shè)計(jì)到運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程。因此，深入研究信息化技術(shù)在建筑教學(xué)改革中的應(yīng)用顯得尤為重要。本文旨在探討信息化技術(shù)在建筑教學(xué)改革中的應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)分析當(dāng)前信息化技術(shù)在建筑教學(xué)中的應(yīng)用情況，提出相應(yīng)的教學(xué)改革措施，為建筑教學(xué)研究提供參考，推動(dòng)建筑教育的持續(xù)創(chuàng)新。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR） 技術(shù)在建筑教學(xué)改革中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality， VR） 技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)生成逼真的虛擬環(huán)境，使用戶(hù)能夠沉浸其中并與之互動(dòng)。用戶(hù)可以利用頭戴式顯示器（HMD）、數(shù)據(jù)手套、運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備等硬件，以及三維建模、實(shí)時(shí)渲染等軟件，體驗(yàn)逼真的虛擬環(huán)境。VR技術(shù)可以應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)和施工模擬，幫助學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)操作和施工演練，從而更直觀地理解建筑結(jié)構(gòu)和空間布局。傳統(tǒng)的建筑教學(xué)主要依賴(lài)二維圖紙和模型，學(xué)生難以全面理解復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)和空間布局[2]。而VR技術(shù)能夠創(chuàng)建三維虛擬模型，使學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中自由漫游，觀察建筑的各個(gè)細(xì)節(jié)。這種沉浸式體驗(yàn)不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還增強(qiáng)了他們對(duì)建筑空間的直觀理解。例如，學(xué)生可以通過(guò)VR技術(shù)進(jìn)入虛擬建筑，觀察不同房間的布局、結(jié)構(gòu)和材料，甚至可以模擬不同的光照和天氣條件，了解其對(duì)建筑設(shè)計(jì)的影響。以建筑設(shè)計(jì)與施工課程為例，教師可以引入VR技術(shù)，在課程的設(shè)計(jì)階段，首先利用BIM軟件創(chuàng)建建筑的三維模型，然后將模型導(dǎo)入VR系統(tǒng)。學(xué)生通過(guò)佩戴VR頭戴式顯示器，進(jìn)入虛擬建筑環(huán)境，進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工模擬（見(jiàn)圖1） 。

在建筑設(shè)計(jì)階段，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)操作，如添加或修改墻體、門(mén)窗、家具等，并實(shí)時(shí)觀察設(shè)計(jì)效果，從而更直觀地理解建筑空間的布局和結(jié)構(gòu)，提升設(shè)計(jì)的合理性與創(chuàng)新性。在施工模擬階段，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行施工操作，例如模擬墻體的砌筑、鋼筋的綁扎、混凝土的澆筑等施工過(guò)程，以了解施工的具體步驟和技術(shù)要求，進(jìn)而提高實(shí)踐能力和操作技能。此外，教師還可以利用VR技術(shù)安排虛擬參觀環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生參觀國(guó)內(nèi)外著名建筑，如北京故宮、巴黎埃菲爾鐵塔、紐約帝國(guó)大廈等，以幫助學(xué)生領(lǐng)略不同的建筑風(fēng)格和設(shè)計(jì)理念[3]。通過(guò)這些應(yīng)用，學(xué)生對(duì)建筑設(shè)計(jì)與施工的理解得以加深，實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)得到增強(qiáng)，從而有效提升了教學(xué)效果。

2 建筑信息模型（BIM） 技術(shù)在建筑教學(xué)改革中的應(yīng)用

建筑信息模型（Building Information Modeling， BIM） 是一種基于三維數(shù)字技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)與管理方法。BIM技術(shù)通過(guò)創(chuàng)建和管理建筑物的數(shù)字模型，集成建筑的幾何信息、物理特性和功能數(shù)據(jù)，涵蓋建筑全生命周期的各個(gè)階段，包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)。在建筑教學(xué)改革中，教師可以運(yùn)用BIM技術(shù)幫助學(xué)生全面了解建筑項(xiàng)目的各個(gè)階段。以建筑專(zhuān)業(yè)的建筑信息模型與應(yīng)用課程為例，教師可以基于BIM技術(shù)優(yōu)化教學(xué)效果。課程內(nèi)容分為理論講解和實(shí)踐操作兩部分。在理論講解部分，教師可以介紹BIM技術(shù)的基本概念、發(fā)展歷程、應(yīng)用前景等[4]。在實(shí)踐操作部分，學(xué)生可以利用BIM軟件進(jìn)行建筑的三維建模、設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工模擬、進(jìn)度管理等操作。此外，教師還可以安排項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的BIM建模和應(yīng)用，以辦公樓項(xiàng)目為例，涵蓋從設(shè)計(jì)到施工再到運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程。在項(xiàng)目實(shí)踐中，學(xué)生可以利用BIM軟件進(jìn)行建筑的三維建模、碰撞檢測(cè)、能效分析等，以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)方案；在施工階段進(jìn)行施工模擬和進(jìn)度管理，掌握施工的關(guān)鍵技術(shù)和操作要點(diǎn)；在運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行建筑的維護(hù)和管理，制定維護(hù)計(jì)劃，并進(jìn)行設(shè)備的檢查和維修。通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生對(duì)建筑項(xiàng)目各個(gè)階段的理解得以加深，實(shí)踐能力得到增強(qiáng)。同時(shí)，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，全面掌握BIM技術(shù)的應(yīng)用。

3 在線(xiàn)教育平臺(tái)在建筑教學(xué)改革中的應(yīng)用

根據(jù)平臺(tái)的服務(wù)對(duì)象和內(nèi)容，在線(xiàn)教育平臺(tái)可以分為以下幾種類(lèi)型，以使邏輯更清晰：1） 綜合性在線(xiàn)教育平臺(tái)：如Coursera、edX等，這些平臺(tái)提供廣泛的課程選擇，其中也包括建筑專(zhuān)業(yè)的課程。2） 專(zhuān)業(yè)性在線(xiàn)教育平臺(tái)：如Udacity、LinkedIn Learning等，這些平臺(tái)專(zhuān)注于特定領(lǐng)域，提供建筑設(shè)計(jì)、施工管理等方面的專(zhuān)業(yè)課程。3） 高校自建在線(xiàn)教育平臺(tái)：目前，許多高校如清華大學(xué)（學(xué)堂在線(xiàn)） 、北京大學(xué)（MOOC平臺(tái)） 等，都建立了自己的在線(xiàn)教育平臺(tái)，提供本校的課程資源，方便學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)。

在線(xiàn)教育平臺(tái)在建筑教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1） 靈活性：在線(xiàn)教育平臺(tái)打破了時(shí)間和地域的限制，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間安排進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如，在建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中，教師可以將課程視頻、課件、作業(yè)等上傳到在線(xiàn)平臺(tái)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。2） 資源豐富：在線(xiàn)平臺(tái)可以提供多樣的教學(xué)資源，如視頻講解、課件、案例分析、設(shè)計(jì)圖紙、參考文獻(xiàn)等。學(xué)生可以根據(jù)自己的需求查閱相關(guān)資源，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。3） 互動(dòng)性：在線(xiàn)平臺(tái)通常設(shè)有討論區(qū)、在線(xiàn)答疑等功能，方便學(xué)生與教師和同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)交流。例如，學(xué)生可以在討論區(qū)提出問(wèn)題，與教師和同學(xué)進(jìn)行討論，也可以在線(xiàn)上與教師進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，解答學(xué)習(xí)中的疑問(wèn)。4） 個(gè)性化學(xué)習(xí)：在線(xiàn)平臺(tái)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)路徑。例如，平臺(tái)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、作業(yè)成績(jī)等，推薦相關(guān)的學(xué)習(xí)資源和練習(xí)題，幫助學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的學(xué)習(xí)。

以建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程為例，教師在在線(xiàn)教育平臺(tái)上設(shè)計(jì)了完整的課程內(nèi)容，包括視頻講解、課件、作業(yè)和考試等。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都有詳細(xì)的視頻講解，學(xué)生可以反復(fù)觀看，深入理解。課件和作業(yè)也都上傳到平臺(tái)上，學(xué)生可以隨時(shí)下載學(xué)習(xí)和完成作業(yè)。此外，教師在平臺(tái)上上傳了大量的教學(xué)資源，如建筑設(shè)計(jì)的案例分析、設(shè)計(jì)圖紙、參考文獻(xiàn)等，供學(xué)生隨時(shí)查閱和自主學(xué)習(xí)。學(xué)生也可以上傳自己的設(shè)計(jì)作品，與同學(xué)和教師分享交流，互相學(xué)習(xí)。平臺(tái)設(shè)置的討論區(qū)和在線(xiàn)答疑功能，為學(xué)生提供了與教師和同學(xué)交流的平臺(tái)，教師可以通過(guò)在線(xiàn)答疑，及時(shí)解答學(xué)生的疑問(wèn)，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的問(wèn)題。例如，某學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到結(jié)構(gòu)布局的問(wèn)題，通過(guò)討論區(qū)提出問(wèn)題后，教師和其他同學(xué)積極參與討論，提供了多種解決方案，最終幫助該學(xué)生解決了問(wèn)題。

疫情期間，課程可以采用遠(yuǎn)程教學(xué)模式。教師通過(guò)在線(xiàn)平臺(tái)進(jìn)行直播授課，學(xué)生可以在任何地方通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)參與課程學(xué)習(xí)。直播授課過(guò)程中，教師可以與學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，回答學(xué)生的問(wèn)題，增強(qiáng)教學(xué)效果。在建筑施工安全課程中，可以采用“線(xiàn)上+線(xiàn)下”的混合式教學(xué)模式，利用山東省高等學(xué)校在線(xiàn)開(kāi)放課程平臺(tái)、雨課堂和QQ群等工具，進(jìn)行課前導(dǎo)學(xué)、在線(xiàn)學(xué)習(xí)、作業(yè)測(cè)驗(yàn)和總結(jié)反饋。這種模式不僅提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，還通過(guò)實(shí)時(shí)互動(dòng)和反饋，增強(qiáng)了教學(xué)效果[5]。在房屋建筑學(xué)課程中，教師可以通過(guò)騰訊課堂進(jìn)行在線(xiàn)直播，結(jié)合建筑云課堂和學(xué)校課程中心的MOOC資源，提供全面的教學(xué)內(nèi)容和課后作業(yè)。學(xué)生可以通過(guò)在線(xiàn)平臺(tái)觀看視頻講解、參與討論和提交作業(yè)，教師則通過(guò)平臺(tái)監(jiān)控學(xué)習(xí)進(jìn)度，及時(shí)提供指導(dǎo)和幫助。這些案例表明，在線(xiàn)教育平臺(tái)在建筑教學(xué)中不僅提高了教學(xué)效率，還促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和互動(dòng)交流[6]。

4 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR） 技術(shù)在建筑教學(xué)改革中的應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality， AR） 技術(shù)能夠?qū)⑻摂M信息與真實(shí)世界巧妙融合。通過(guò)智能手機(jī)、平板電腦、AR眼鏡等設(shè)備，AR技術(shù)將計(jì)算機(jī)生成的圖像、聲音、視頻等虛擬信息疊加到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，豐富了用戶(hù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知體驗(yàn)。在建筑教學(xué)領(lǐng)域，AR技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、施工模擬和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等多個(gè)場(chǎng)景。

以建筑施工技術(shù)課程為例，在課程設(shè)計(jì)中，教師充分利用AR技術(shù)，將建筑施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行虛擬化處理。首先，教師使用BIM軟件創(chuàng)建建筑的三維模型，隨后將該模型導(dǎo)入AR系統(tǒng)。學(xué)生只需通過(guò)智能手機(jī)或平板電腦掃描施工現(xiàn)場(chǎng)的二維碼，即可在設(shè)備屏幕上看到虛擬建筑模型與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的完美疊加。在施工模擬環(huán)節(jié)，學(xué)生借助AR設(shè)備可以身臨其境地查看虛擬的施工過(guò)程。例如，學(xué)生可以在AR環(huán)境中模擬鋼筋的綁扎過(guò)程，深入了解鋼筋的規(guī)格、數(shù)量和綁扎方法；同時(shí)，也可以模擬混凝土的澆筑過(guò)程，掌握混凝土的配比、澆筑順序和養(yǎng)護(hù)技巧。這種教學(xué)方式使學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行施工操作，有效提升了他們的實(shí)踐能力和操作技能[7]。在現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)環(huán)節(jié)，教師帶領(lǐng)學(xué)生深入建筑工地，利用AR設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講解和演示。教師通過(guò)AR眼鏡，將虛擬的建筑結(jié)構(gòu)疊加到正在施工的建筑上，生動(dòng)直觀地向?qū)W生講解各個(gè)結(jié)構(gòu)的功能和施工方法。例如，教師可以在實(shí)際建筑的基礎(chǔ)上，疊加虛擬的鋼結(jié)構(gòu)框架，詳細(xì)闡述鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法和注意事項(xiàng)。學(xué)生通過(guò)AR設(shè)備，能夠更加直觀地理解建筑結(jié)構(gòu)和施工過(guò)程，從而顯著提高學(xué)習(xí)效果。通過(guò)AR技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生對(duì)建筑設(shè)計(jì)和施工過(guò)程的理解更加深入。在課程中，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，全面掌握建筑施工的關(guān)鍵技術(shù)和操作要點(diǎn)。

5 大數(shù)據(jù)與人工智能（AI） 在建筑教學(xué)中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)是指對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析和處理，從中提取有價(jià)值的信息和知識(shí)的技術(shù)。而人工智能（AI） 技術(shù)則通過(guò)模擬人類(lèi)智能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理和圖像識(shí)別等功能。在建筑教學(xué)改革中，大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)發(fā)揮著舉足輕重的作用，它們可以應(yīng)用于個(gè)性化學(xué)習(xí)、智能評(píng)估和教學(xué)優(yōu)化等多個(gè)方面。

以建筑專(zhuān)業(yè)的建筑設(shè)計(jì)與分析課程為例：1） 個(gè)性化學(xué)習(xí)：教師可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，如學(xué)習(xí)進(jìn)度、作業(yè)成績(jī)、學(xué)習(xí)偏好等，并借助AI技術(shù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)特征，為學(xué)生提供量身定制的學(xué)習(xí)建議和學(xué)習(xí)資源。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，推薦難度適中的練習(xí)題或相關(guān)的學(xué)習(xí)資料。2） 智能評(píng)估：AI系統(tǒng)可以自動(dòng)評(píng)估學(xué)生的設(shè)計(jì)圖紙和文字作業(yè)，并提供詳盡的評(píng)估報(bào)告和改進(jìn)建議。例如，系統(tǒng)能夠識(shí)別圖紙中不符合規(guī)范的地方，或分析文字作業(yè)的邏輯性和完整性。3） 教學(xué)優(yōu)化：教師可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)（如考試成績(jī)、作業(yè)完成情況等） 以及課程資源的使用情況（如視頻觀看時(shí)長(zhǎng)、課件下載量等） ，從而發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。例如，若大部分學(xué)生在某個(gè)知識(shí)點(diǎn)上都存在困難，教師可考慮調(diào)整教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)方法。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文深入探討了信息化技術(shù)在建筑教學(xué)改革中的應(yīng)用，詳細(xì)分析了VR、BIM、AR、在線(xiàn)教育平臺(tái)、大數(shù)據(jù)和AI等技術(shù)的應(yīng)用案例，并展望了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。信息化技術(shù)在建筑教學(xué)中的應(yīng)用不僅是技術(shù)手段的革新，更是教育理念的深刻變革。通過(guò)引入VR、BIM、AR等先進(jìn)技術(shù)，教學(xué)過(guò)程變得更加生動(dòng)、直觀，學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)得到極大提升，他們對(duì)復(fù)雜的建筑概念有了更深入的理解。在建筑專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革中，教師的角色也在悄然發(fā)生變化，從傳統(tǒng)的知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、支持者。信息化技術(shù)的應(yīng)用使教學(xué)資源更加豐富多樣，教學(xué)方式更加靈活多變，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和進(jìn)度進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)。大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的引入為教學(xué)評(píng)估和優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)，使得教學(xué)效果更加顯著。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化技術(shù)將為建筑教學(xué)改革帶來(lái)更多可能性，推動(dòng)建筑教育邁向高質(zhì)量發(fā)展之路。

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