陳 潔

(大連理工大學城市學院，遼寧 大連 116600)

1 新工科的內(nèi)涵

新工科被認為是我國工程教育的新革命，其內(nèi)涵較為豐富，教育部高等教育司《關于開展新工科研究與實踐的通知》中指出，新工科研究和實踐圍繞工程教育改革的工程教育新理念、學科專業(yè)新結構、人才培養(yǎng)新模式、教育教學新質量、分類發(fā)展新體系開展?？梢詫⑿鹿た浦械摹靶隆崩斫鉃樵趥鹘y(tǒng)工科的基礎上融入新的理念，培育新的專業(yè)，調整新的結構，發(fā)展新的模式，利用新的技術以及建立新的體系，從而形成“工科+”的新形態(tài)。

在“工科+”和“新經(jīng)濟”背景形式下，建筑類企業(yè)的核心競爭力越來越體現(xiàn)在“智能建造”“BIM技術”“CIM技術”上，以BIM技術和虛擬仿真技術等技術手段為載體，在傳統(tǒng)技術上加載物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新興科技技術進行創(chuàng)新應用。所以社會對人才的能力需求和工程教育標準都提出了新的要求，對于高校來說，積極探索具有核心競爭力人才的培養(yǎng)創(chuàng)新和教學改革刻不容緩。

2 工科與新技術的融合——以工程造價專業(yè)課程為例

工程造價專業(yè)的課程體系分為公共基礎課程、專業(yè)基礎課程、專業(yè)方向課程、專業(yè)選修課程以及集中實踐環(huán)節(jié)。由于實習經(jīng)費和實習安全等因素，去建筑現(xiàn)場實踐的課時受限，所占比重太輕，從而導致房屋建筑學、建筑工程施工技術、建筑工程計量與計價等專業(yè)課程的教學效果相對較差。在長期的教學過程當中，學生始終是被動填鴨式的學習，學生學習的主觀能動性和積極性低。同時，隨著BIM技術、虛擬仿真技術在建筑行業(yè)深度廣泛應用，在項目實踐過程中急需懂得新技術的復合型人才。

房屋建筑學作為基礎專業(yè)課程，內(nèi)容包括建筑設計和建筑構造兩部分，體現(xiàn)了建筑從總體到細部，從平面到空間的全過程。但作為基礎性專業(yè)課，學生在學習該門課程之前只接觸了建筑材料和工程識圖等課程，缺乏實踐認知，對大部分建筑構件沒有具體的認識，空間想象力不足，很難直觀感受建筑空間結構，一旦理解不透，便會對課程失去興趣，從而降低教學效果[1]。

建筑工程施工技術是施工類核心專業(yè)課程，此類課程涉及大量的知識內(nèi)容且具有極強的實踐性，內(nèi)容較抽象，需要理論與實踐緊密配合。該課程的教學目標是通過課堂教學，使得學生具備工程施工基本能力和動手能力。但由于受實踐時間與實踐場地的影響，學生很難通過參觀幾次施工現(xiàn)場達到對施工技術理論知識的全部掌握和認知。因此在教學過程中如何幫助學生深入理解抽象的施工技術、組織施工實踐也成為教師們最為關心和重視的一大問題。

虛擬仿真技術是用一個虛擬的系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)，綜合了計算機圖形學、通信、可視化、系統(tǒng)仿真等技術，使學生能夠直觀地感受建筑空間結構，彌補空間想象力不足的問題。虛擬仿真技術在教育、交通、動力、化工、制造、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、社會科學等各行各業(yè)都得到了廣泛的應用和發(fā)展。目前，已經(jīng)有一些高校對虛擬仿真實驗教學平臺的建設與應用進行了有效探索，例如，南華大學2013年建立了仿真實驗平臺，為房屋建筑學、建筑施工技術、巖土工程、道路與橋梁工程、工程造價專業(yè)類課程提供仿真實驗[2]；同濟大學2014年年底獲批成立“國家級建筑規(guī)劃景觀虛擬仿真實驗教學中心”,依托自身的優(yōu)勢實驗教學資源，按照已制定的實驗教學建設框架，建設了一批高校在線實驗教學的虛擬仿真實驗模塊[3]。

3 虛擬仿真技術在課程教學中的實際應用

3.1 基于3D虛擬仿真動畫的翻轉課堂教學

虛擬仿真技術在房屋建筑學課程中的應用主要體現(xiàn)在將施工過程虛擬模擬，將各個建筑構造節(jié)點形成3D動畫素材，讓學生通過在“真實”的環(huán)境中感受和認知房屋建筑各個組成部分，激發(fā)學生的學習主動性，提升師生雙方的成就感和獲得感[4]。

房屋建筑學課程內(nèi)容綜合性強，要從總體到細部來分析整個建筑空間，例如，砌體墻章節(jié)中的填充墻、圈梁、構造柱、明溝和散水等構件，因其教具不方便制作和攜帶，部分構件屬于隱蔽工程，也無法在現(xiàn)實生活環(huán)境中觀察。教師在講授這些構件的構造原理時，學生認知較困難。所以，在教學過程中引入虛擬仿真技術，形成各個房屋構造節(jié)點的3D虛擬仿真視頻，教學知識點節(jié)點見表1，帶給學生更加生動形象的認知體驗，幫助學生感受建筑空間，為課堂增添樂趣，激發(fā)學生的學習興趣。例如，基礎這一章節(jié)的傳統(tǒng)教學以講授書本、輔加多媒體圖片、構件實物圖片或視頻展示的形式教學，學生記憶不深刻，理解不透徹，對幾種基礎的形式和適用條件認識不清。但是基于虛擬仿真技術的3D仿真動畫，可以將基礎的樣式、基礎的適用范圍、基礎的施工等內(nèi)容形象的展示出來，加深了學生的認知體驗，讓學生很容易地明白構件彼此之間的關聯(lián)，比如柱、梁、板之間是怎樣連接的。對于沒有實踐認知和專業(yè)基礎剛入門的學生是非常有幫助的。

表1 基于虛擬仿真技術的教學知識點節(jié)點

教師課前將節(jié)點動畫作為線上教學任務布置給學生，學生課下以小組的形式進行觀看，并搜集與知識點相關資料，自主學習，形成小組匯報材料，在課堂上進行翻轉課堂演示。教師在課堂上不再占用太多課堂時間來講授，課堂變成教學互動的場所，進行知識擴展、答疑解惑、合作探究，將知識“吸收內(nèi)化”，從而達到更好的教學效果。教師在整個教學過程中，只起輔助引導作用，學生才是主體。

3.2 基于虛擬仿真實訓平臺的線上線下混合教學

虛擬仿真技術在建筑施工技術課程中的應用主要體現(xiàn)在運用虛擬仿真實訓平臺，實現(xiàn)線上與線下混合教學模式，將理論與實踐相融合，從而提高學生的學習效果和學習興趣。

建筑施工技術主要講授內(nèi)容包括施工技術的基礎理論、基本知識、基本施工方法，還有施工技術方面的新工藝、新材料和新方法。理論內(nèi)容較抽象，課程實踐性強。往往在該門課程結束后，有1周～2周的現(xiàn)場實踐環(huán)節(jié)。但由于理論講解與實踐環(huán)節(jié)時間節(jié)點相分離，導致學生在現(xiàn)場實踐時已經(jīng)淡化了理論知識，不利于知識目標的達成。所以，在教學環(huán)節(jié)中引入虛擬仿真技術，通過虛擬仿真實訓平臺來完成理論與實踐的相互結合。

虛擬仿真實訓平臺依據(jù)施工現(xiàn)場真實技術交底編寫過程，讓學生充分了解掌握整個施工過程準備工作和操作流程。教師利用線下課堂講授理論知識，每章節(jié)結束后，在虛擬仿真平臺上發(fā)布線上任務，例如土方工程任務、地基處理與樁基工程任務、砌筑工程任務等。學生在完成任務時，就像打游戲闖關一樣，需要一步步選擇流程、選擇工種、選擇機具和材料，就像自己身處建筑施工現(xiàn)場一樣，通過人機互動教學，激發(fā)了學生的學習興趣，鞏固了課堂學的理論知識，同時也將與本課程相關聯(lián)的知識做到了融會貫通，有利于學生知識目標、能力目標和綜合目標的達成。同時，教師也可以將線上的實踐環(huán)節(jié)作為多樣化考核方式之一，檢驗學生課堂的學習和掌握程度，利用后臺大數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)精細化考評。

4 結語

利用虛擬仿真技術不但可以解決課程教學中存在的問題，同時也可以為高校解決傳統(tǒng)實驗教學資源分配不足、實驗場地受限、實驗教學手段單一、實驗器材維護費時費力、實驗內(nèi)容固定難以拓展等一系列問題[5]。在工程造價專業(yè)課程中引入虛擬仿真技術，實現(xiàn)了線上與線下混合教學以及更多教學方式的創(chuàng)新改革，解決了課程教學瓶頸，增加了課堂的趣味性，提高了教學質量，實現(xiàn)了課程教學目標。同時，本文以工程造價專業(yè)課程為例，將BIM技術和虛擬仿真技術等現(xiàn)代化信息技術為手段，形成了“工科+新技術”的新工科形態(tài)，有利于新工科背景下的課程結構體系以及人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新。