蘇德利，李霞

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的建筑專業(yè)教學(xué)資源建設(shè)的研究

蘇德利，李霞

（大連海洋大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧大連116300）

高職建筑類專業(yè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)資源開(kāi)發(fā)建設(shè)，應(yīng)以理論為教學(xué)依據(jù)，以工作任務(wù)為導(dǎo)向，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，彌補(bǔ)教學(xué)手段與實(shí)操條件的限制及校內(nèi)教學(xué)計(jì)劃與校外工程生產(chǎn)在時(shí)間上的矛盾，達(dá)到課堂教學(xué)任務(wù)與工程項(xiàng)目任務(wù)的一致性，實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生實(shí)踐能力的目的。

高職教育；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；建筑專業(yè)；教學(xué)資源

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》提出“重點(diǎn)擴(kuò)大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)?！?，應(yīng)用型本科教育將逐步成為我國(guó)高等教育人才培養(yǎng)的重要類型。[1]其人才培養(yǎng)應(yīng)以“應(yīng)用”為主旨和特征構(gòu)建課程和教學(xué)內(nèi)容體系，重視學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力的提升。優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源開(kāi)發(fā)的目的就是以專業(yè)建設(shè)為龍頭，以先進(jìn)技術(shù)為支撐，通過(guò)校企合作共同開(kāi)發(fā)課程資源，促進(jìn)課程改革與建設(shè)，推動(dòng)教育教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。

隨著新媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，信息資源賦予了新的內(nèi)涵，教學(xué)資源的特征、形態(tài)與功能隨之也在發(fā)生改變。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）是一門新興的高新技術(shù)，特點(diǎn)是應(yīng)用微機(jī)按工程實(shí)際生成一種虛擬現(xiàn)實(shí)情境，利用可感知的人工聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)綜合環(huán)境，使人和虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)生交流與互動(dòng)，具有身臨工程實(shí)際的感覺(jué)。高職院校要?jiǎng)?chuàng)建融“教、學(xué)、練、考”為一體的“理實(shí)一體化”課程資源[2]，以現(xiàn)代化高質(zhì)量教育資源帶動(dòng)專業(yè)教學(xué)的現(xiàn)代化和效益最大化。

一、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的建筑專業(yè)教學(xué)資源現(xiàn)狀分析

現(xiàn)代建筑工程的技術(shù)含量高，工藝工序復(fù)雜，施工組織管理難度大，應(yīng)用型建筑類本科人才必須具有將所學(xué)理論知識(shí)、專業(yè)技能向工程實(shí)踐主動(dòng)遷移的能力。為此，提高學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和動(dòng)手能力成為高校發(fā)展的必由之路；但在教學(xué)實(shí)踐中因教學(xué)資源建設(shè)上存在諸多問(wèn)題而影響了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（一）主專業(yè)教材存在的問(wèn)題

1．內(nèi)容陳舊

由于受到實(shí)踐教學(xué)資源的限制，多數(shù)專業(yè)教師的實(shí)踐能力不能有效的提升。一些無(wú)法體現(xiàn)“四新”（新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備）的過(guò)時(shí)資料仍被作為編寫(xiě)教材的主要參考書(shū)，貼近專業(yè)前沿的新內(nèi)容不能及時(shí)地融入到教學(xué)中，造成了新教材“賣”舊知識(shí)的現(xiàn)象。

2．形式單一

應(yīng)用本科人才培養(yǎng)所提倡的是加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力教育?，F(xiàn)有教材大多仍保持了紙質(zhì)教材的單一性，顯然與應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)模式、教學(xué)手段及學(xué)生掌握高新技術(shù)的需求不符。隨著科技的發(fā)展，知識(shí)更新速度的加快，傳統(tǒng)的教育教學(xué)手段和載體必須改革。

3．缺乏特色

當(dāng)前應(yīng)用本科使用的教材多數(shù)仍處在重理論輕實(shí)踐的學(xué)科體系架構(gòu)之中，職業(yè)應(yīng)用能力的教育本質(zhì)沒(méi)有彰顯出來(lái)，造成專業(yè)課教材不具特色，難成體系。

（二）實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)與問(wèn)題

因建筑行業(yè)生產(chǎn)具有季節(jié)性特點(diǎn)，以及空間和技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的限制，工程項(xiàng)目施工存在不確定性，影響教學(xué)計(jì)劃的執(zhí)行。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)具有以下通病：

第一，建筑工程專業(yè)的實(shí)訓(xùn)設(shè)施較龐大，造成實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)經(jīng)費(fèi)高，消耗資源較多，使得學(xué)校難以建設(shè)出較高仿真度的工程實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，造成多數(shù)實(shí)習(xí)只能是表象觀察，流于形式。

第二，由于建筑工程建設(shè)周期長(zhǎng)、工程量大，且工程建設(shè)參與方較多，造成學(xué)生很難全過(guò)程地參與工程中學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，實(shí)習(xí)無(wú)法達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)要求。

第三，建筑工程往往因大部分在室外進(jìn)行，施工條件復(fù)雜且較為惡劣，實(shí)踐環(huán)境安全隱患也無(wú)法排除，學(xué)生不能全方位地直接深入?yún)⑴c生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程。[3]

第四，由于建筑工程現(xiàn)場(chǎng)的安全性要求，每個(gè)建設(shè)項(xiàng)目不能同時(shí)接收過(guò)多的實(shí)習(xí)生，為此，只能將學(xué)生分散到各項(xiàng)目部，使校方不能全程精細(xì)化對(duì)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行管理和考評(píng)。

二、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的建筑專業(yè)教學(xué)資源的優(yōu)勢(shì)

（一）教學(xué)資源是基于一體化設(shè)計(jì)的教學(xué)系統(tǒng)

教學(xué)資源的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，是針對(duì)不同層次的教育對(duì)象，解決不同角度存在的問(wèn)題，利用不同媒體的表達(dá)方式，完成人才培養(yǎng)目標(biāo)的多元化需求，而進(jìn)行的教學(xué)資源建設(shè)和實(shí)施過(guò)程。要注重資源研發(fā)過(guò)程中的不同媒介的整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各媒體間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)活動(dòng)可把呆板的連續(xù)型課堂教學(xué)轉(zhuǎn)化為互動(dòng)的一體化立體式交流，學(xué)習(xí)方式由“填鴨式”的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)化為有目標(biāo)的自主行為，拓展了教與學(xué)的時(shí)空結(jié)構(gòu)和活動(dòng)方式，從而使教學(xué)內(nèi)容豐富多彩，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，保證教學(xué)質(zhì)量的提高。[4]

（二）有利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)

一是解決建設(shè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)占地大、費(fèi)用高，并因真實(shí)物料模擬施工帶來(lái)建筑垃圾造成資源浪費(fèi)與環(huán)境污染的問(wèn)題。利用VR技術(shù)與多媒體相結(jié)合，教學(xué)成本有效縮減，充分體現(xiàn)出仿真教學(xué)資源的經(jīng)濟(jì)性。

二是提高教學(xué)與實(shí)訓(xùn)的效果，有效解決建筑構(gòu)造、結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)等課堂教學(xué)抽象不直觀問(wèn)題，特別是解決多、高層建筑施工現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)性大等學(xué)生人身安全問(wèn)題。

三是破解因教學(xué)計(jì)劃與實(shí)際工程在時(shí)空上的限制，難以實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)相吻合的問(wèn)題。戶外的實(shí)訓(xùn)過(guò)程可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如實(shí)地再現(xiàn)于多媒體平臺(tái)上，在既仿真又安全的實(shí)踐教學(xué)氛圍下，讓學(xué)生清楚認(rèn)知一個(gè)完整工程項(xiàng)目的建造過(guò)程及相關(guān)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與工藝。

四是解決智能化、個(gè)性化培訓(xùn)問(wèn)題，有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)一對(duì)一教學(xué)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有良好的情景再現(xiàn)和動(dòng)手操作性，學(xué)生可以以項(xiàng)目擬建造過(guò)程中的不同技術(shù)角色來(lái)完成自己承擔(dān)的任務(wù)，在全方位認(rèn)知工程項(xiàng)目建造過(guò)程的同時(shí)，把所學(xué)理論知識(shí)簡(jiǎn)單直觀的同實(shí)際相結(jié)合。

三、教學(xué)資源的構(gòu)建與開(kāi)發(fā)

（一）教學(xué)資源的設(shè)計(jì)架構(gòu)

教學(xué)模式設(shè)計(jì)包括學(xué)習(xí)者、目標(biāo)、策略與評(píng)價(jià)四個(gè)基本要素。根據(jù)一體化教學(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、原則，以及實(shí)際需要，首先應(yīng)制定教學(xué)資源的架構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖1所示），涵蓋前端教學(xué)分析（背景、目標(biāo)、內(nèi)容與資源）和后端教學(xué)設(shè)計(jì)（模式、媒體、資源與網(wǎng)絡(luò)）兩大環(huán)節(jié)。

圖1 教學(xué)資源的架構(gòu)

建筑類專業(yè)教學(xué)資源開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)注重多元化，以便有效發(fā)揮不同載體的優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)突出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，保證完成教育教學(xué)目標(biāo)的前提下效益最佳。立體化教學(xué)資源開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是合理的媒體選擇與設(shè)計(jì)，其最大意義是達(dá)到事半功倍的作用。其主要包括專業(yè)課程主教材、教學(xué)素材資源庫(kù)、虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)軟件。

（二）專業(yè)課程主教材開(kāi)發(fā)

專業(yè)課程主教材（紙質(zhì)）是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)理論與知識(shí)的基本參考資料，所包含項(xiàng)目?jī)?nèi)容與架構(gòu)設(shè)計(jì)上要有創(chuàng)新，體現(xiàn)出一體化的教學(xué)設(shè)計(jì)和工學(xué)結(jié)合教學(xué)模式的要求，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和工程意識(shí)。將人才培養(yǎng)目標(biāo)賦予的教學(xué)任務(wù)通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)，把教材中的理論、知識(shí)、技能，以及各知識(shí)點(diǎn)之間相互有機(jī)貫通，并體現(xiàn)出其教學(xué)的導(dǎo)向性、先進(jìn)性、科學(xué)性及能力性，作為穩(wěn)固的教學(xué)基礎(chǔ)支撐。

（三）教學(xué)參考資源平臺(tái)建立

教學(xué)參考資源平臺(tái)是為教學(xué)配套的供師生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使用的數(shù)據(jù)資源庫(kù)，按使用層級(jí)可分為素材級(jí)資源、課程級(jí)資源和專業(yè)級(jí)資源，內(nèi)容主要包括專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（包括專業(yè)人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)及崗位能力標(biāo)準(zhǔn)等），國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，不同類型與地域典型工程項(xiàng)目案例（含圖片、文本、課件、動(dòng)畫(huà)與多媒體視頻等資料），職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)、考試大綱、模擬試題等培訓(xùn)資料，行業(yè)“四新”展示（包括專業(yè)調(diào)研報(bào)告與行業(yè)企業(yè)概況等），數(shù)字化圖書(shū)資料信息系統(tǒng)，等等。

（四）基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

虛擬技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件研制的總體過(guò)程可以大致分為兩個(gè)階段，即教學(xué)設(shè)計(jì)階段和軟件制作階段。

1．教學(xué)設(shè)計(jì)階段

教學(xué)設(shè)計(jì)是以科學(xué)的教育觀和方法論，融匯應(yīng)用型本科教育理念、培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)教育對(duì)象特點(diǎn)和社會(huì)需求，合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和各教學(xué)環(huán)節(jié)，并結(jié)合國(guó)家與行業(yè)的崗位標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)籌仿真軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與模塊設(shè)計(jì)，并選擇適當(dāng)?shù)拿襟w信息，使其在系統(tǒng)中有機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)以及實(shí)訓(xùn)的目標(biāo)。[5]教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程包括職業(yè)需求分析、概要設(shè)計(jì)、編制研制大鋼和稿本編寫(xiě)四個(gè)階段。虛擬教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)流程如圖2所示。

圖2 虛擬教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)流程

2．軟件系統(tǒng)制作

在技術(shù)表現(xiàn)方面，應(yīng)用計(jì)算機(jī)的二維和三維圖像與動(dòng)畫(huà)編程軟件。該系統(tǒng)以三維建模營(yíng)造建筑施工環(huán)境，通過(guò)人機(jī)互動(dòng)實(shí)現(xiàn)了三維的建筑仿真實(shí)訓(xùn)，以智能數(shù)據(jù)庫(kù)融進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，為提倡綠色實(shí)訓(xùn)與推進(jìn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的信息化、現(xiàn)代化提供解決方案?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)過(guò)程極大地提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情與效果，有效地增強(qiáng)了建筑工程實(shí)訓(xùn)的技能水平，是提高教育質(zhì)量的一個(gè)有效方法和途徑。

四、總結(jié)與思考

（一）對(duì)提高建筑類專業(yè)人才質(zhì)量具有積極推動(dòng)作用

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)，對(duì)建設(shè)科學(xué)規(guī)范的適用于各種地理與氣候條件下，不同特點(diǎn)的工程建設(shè)項(xiàng)目虛擬教學(xué)平臺(tái)有著積極促進(jìn)作用，更有利于應(yīng)用型本科項(xiàng)目教學(xué)法推廣，并促進(jìn)建筑類專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)具有先進(jìn)性、實(shí)用性、開(kāi)放性、通用性和標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。

（二）對(duì)院校主動(dòng)適應(yīng)教學(xué)組織形態(tài)變化具有積極推動(dòng)作用

隨著數(shù)字與多媒體技術(shù)的發(fā)展及人才社會(huì)需求的變化，教育理念與培養(yǎng)模式必將隨之發(fā)生變革，主要體現(xiàn)出如下特征：教學(xué)手段網(wǎng)絡(luò)化，教學(xué)時(shí)間靈活化，素材傳遞信息化，實(shí)訓(xùn)過(guò)程虛擬化，教學(xué)內(nèi)容融合化，資源需求個(gè)性化，自主學(xué)習(xí)常態(tài)化。而建筑虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)，正是主動(dòng)適應(yīng)這種變化的前瞻之舉。

（三）對(duì)加強(qiáng)校企合作和師資水平的提高起到積極推動(dòng)作用

虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件是以真實(shí)工程項(xiàng)目為依托，按技術(shù)崗位實(shí)操需要而設(shè)計(jì)，聘請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的行業(yè)企業(yè)專家與校內(nèi)教師組成研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行教學(xué)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，共同研究制定與崗位、職業(yè)直接對(duì)接的教學(xué)方案，使校企之間更深層次的合作得到了實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，可以激發(fā)院校專業(yè)教師自覺(jué)學(xué)技能、苦練真功夫的積極性。

（四）提高虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果的對(duì)策建議

第一，虛擬實(shí)訓(xùn)要與理論知識(shí)教學(xué)緊密結(jié)合。將虛擬實(shí)訓(xùn)與專業(yè)基礎(chǔ)理論教學(xué)穿插進(jìn)行，可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，深刻理解理論知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。[6]

第二，虛擬實(shí)訓(xùn)與施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)相結(jié)合。虛擬實(shí)訓(xùn)畢竟不是對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行操作，易造成學(xué)生生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)感與安全觀念錯(cuò)覺(jué)，只有將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)不能做的與虛擬訓(xùn)練所見(jiàn)不到的通過(guò)仿真模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)結(jié)合起來(lái)，相互彌補(bǔ)，才能提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力。

[1]潘玉駒,廖傳景.基于社會(huì)需求的應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)及評(píng)價(jià)[J].高教發(fā)展與評(píng)估,2014(5)∶88-94.

[2]蘇德利.建筑工程施工工藝仿真教學(xué)系統(tǒng)的研究[J].遼寧高職學(xué)報(bào),2012(10)∶27-29.

[3]魏婧.土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的探索與擬建[J].榆林學(xué)院學(xué)報(bào),2016(4)∶83-86.

[4]蘇德利.土建類專業(yè)立體化教材建設(shè)的研究[J].遼寧教育行政學(xué)院學(xué)報(bào),2012(6)∶69-71.

[5]劉鎮(zhèn).虛擬仿真技術(shù)在高職土建類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].職教論壇,2012(17)∶34-35.

[6]趙文輝.化工仿真訓(xùn)練系統(tǒng)在石油化工類專業(yè)實(shí)習(xí)中的應(yīng)用

[J].河北化工,2009(1)∶75-77.

[責(zé)任編輯，撫順職院：陳輝]

Research on Teaching Resources Construction for Architecture Major Based on VR

SU De-li,LI Xia
(Applied Technology College of Dalian Ocean University,Dalian 116300,China)

∶The development and construction of teaching resources for architecture major based on virtual reality should be based on theory,and guided by working task.Virtual reality technology can make up for the restrictions of teaching means and operational conditions,and solve the contradictions between campus teaching plan and engineering production outside school, achieve the consistence of classroom teaching task and engineering project task,and improve the practical ability of students.

∶higher vocational education;virtual reality technology;architecture major;teaching resources

G714

A

1009—7600（2017）05—0030—03

2017-03-20

遼寧省教育科學(xué)“十三五”2016年度規(guī)劃課題（JG16EB039）

蘇德利（1963—），男，遼寧大連人，教授、高級(jí)工程師；李霞（1962—），女，遼寧大連人，副教授。