袁洪升 王棋 劉玲玲

【摘? ?要】? ?以三維掃描、傾斜攝影和三維繪圖為主體的數(shù)字化技術(shù)可以有效融入專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)實(shí)施和評(píng)價(jià)，是解決現(xiàn)實(shí)條件下學(xué)生與古建筑實(shí)體分離問(wèn)題的有效途徑。在教學(xué)中通過(guò)數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和建模并與課程講授和教學(xué)評(píng)價(jià)相結(jié)合，可以幫助學(xué)生深入理解知識(shí)，提升教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】? ?古建筑；數(shù)字化技術(shù)；教學(xué)改革

Teaching Research of Chinese Ancient Architecture

Courses Based on Digital Technology

Yuan Hongsheng1， Wang Qi2， Liu Lingling3

（1. Langfang Normal University， Langfang 065000， China; 2. Geological Geomatics Institute of Hebei， Langfang 065000， China; 3. Hebei Xinhang Surveying and Mapping Academy Co.， Ltd.， Langfang 065000， China）

【Abstract】? ? Digital technology based on 3D scanning， oblique photography and 3D drawing can be effectively integrated into the teaching implementation and evaluation of professional courses， in order to solve the problem that students cannot access ancient buildings timely. Data acquisition or modeling through digital technology， and combine with course teaching and evaluation， can help students understand knowledge deeply and enhance teaching effect.

【Key words】? ? ?ancient architectural buildings; digital technology; teaching reform

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕? G642.3? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕 1674 - 3229（2023）01- 0103 - 04

0? ? ? 引言

中國(guó)古建筑承載的傳統(tǒng)建筑文化五千多年來(lái)綿延不斷，已經(jīng)成為中華文明的重要標(biāo)識(shí)，是發(fā)展我國(guó)文化事業(yè)和文化產(chǎn)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。由此，古建筑專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)工作也顯出越來(lái)越重要的地位。相對(duì)于建筑設(shè)計(jì)、建筑藝術(shù)及建筑文化等諸多領(lǐng)域而言，工程技術(shù)人才的培養(yǎng)尤其重要而又相對(duì)困難，一個(gè)主要原因是受到地域空間的影響，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中與古建筑實(shí)體接觸不足，認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、見(jiàn)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)占比很少，造成理論和實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，學(xué)生的實(shí)操能力較差。近年來(lái)受疫情影響，這種現(xiàn)象愈發(fā)明顯。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)模式下的古建筑專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作進(jìn)行了分析，并提出基于數(shù)字化技術(shù)的教學(xué)改革方法。

1? ? ? 應(yīng)用轉(zhuǎn)型背景下傳統(tǒng)教學(xué)模式局限性分析

1.1? ?教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)須支撐應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，突出學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)。高等教育的專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、情感目標(biāo)等眾多內(nèi)容。以古建筑相關(guān)專(zhuān)業(yè)為例，北方地區(qū)多以官式建筑作為主要教學(xué)內(nèi)容，包含大木作、瓦石作、油漆彩畫(huà)作等基礎(chǔ)課程，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)古建筑設(shè)計(jì)、修繕等綜合應(yīng)用課程，以及古建筑制圖、測(cè)繪等技能課程。這些核心課程的教學(xué)目標(biāo)均要求掌握古建筑的基本構(gòu)造、工藝及原理，且很大程度上決定了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)水準(zhǔn)，對(duì)以工程師人才培養(yǎng)為主的專(zhuān)業(yè)建設(shè)來(lái)說(shuō)可謂重中之重。

1.2? ?教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)以理論授課為主，教師主要通過(guò)講授、圖片展示等方式進(jìn)行教學(xué)，一般會(huì)在授課完成后設(shè)置實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，常見(jiàn)的方式是到古建筑實(shí)物或修建工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行參觀。這種課程形式由來(lái)已久，其固有的幾個(gè)缺點(diǎn)制約了教學(xué)效果的提升。

1.2.1? ?紙質(zhì)教材的信息傳遞不直觀

紙質(zhì)教材中通常以文字和插圖的形式進(jìn)行信息表達(dá)，對(duì)于古建筑教學(xué)中的構(gòu)造、工藝進(jìn)行描述時(shí)，往往存在詞不達(dá)意、令人費(fèi)解的情形，尤其是面對(duì)一些生僻的名詞、概念時(shí)，即使有一些插圖來(lái)輔助理解，這種情況也非常突出。

1.2.2? ?實(shí)踐與理論教學(xué)環(huán)節(jié)不緊密

構(gòu)造、工藝類(lèi)知識(shí)的學(xué)習(xí)由于其自身特點(diǎn)，往往需要隨時(shí)、反復(fù)印證才能達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。比如學(xué)生在初期了解到一個(gè)局部構(gòu)造，若只是課堂聽(tīng)講而沒(méi)有實(shí)踐認(rèn)知，往往并不能真正理解和掌握?！盾髯印と逍А匪浴安宦劜蝗袈勚?，聞之不若見(jiàn)之，見(jiàn)之不若知之，知之不若行之。學(xué)至于行而止矣”?！墩撜Z(yǔ)·學(xué)而》中也有“學(xué)而時(shí)習(xí)之”的觀點(diǎn)，明確指出了學(xué)習(xí)知識(shí)必須要“行、習(xí)”才能達(dá)到真正掌握的目的。實(shí)際上，傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置，即使有實(shí)踐，往往也只是參觀、了解，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能做到隨學(xué)隨看的程度，更不用說(shuō)“行之、習(xí)之”了。

1.2.3? ?教學(xué)評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)實(shí)效不統(tǒng)一

傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)以作業(yè)、試卷等考查方式居多，側(cè)重點(diǎn)是知識(shí)的記憶，考核的題目針對(duì)的是一個(gè)或多個(gè)知識(shí)點(diǎn)且容量有限，很不系統(tǒng)，難以全面反映學(xué)生對(duì)構(gòu)造、工藝的實(shí)際理解效果。使得教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果與學(xué)習(xí)的實(shí)際效果出現(xiàn)了錯(cuò)位現(xiàn)象，即使是分?jǐn)?shù)較高的學(xué)生，是否能夠真正在大腦中建立起對(duì)于古建筑構(gòu)造、工藝的真實(shí)感受，不同課程之間能否消化融合、構(gòu)建整體認(rèn)識(shí)，都很難真實(shí)評(píng)價(jià)。

2? ? ?基于數(shù)字化技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)改革方案

2.1? ?數(shù)字化技術(shù)簡(jiǎn)介

所謂數(shù)字化技術(shù)廣義上是指通過(guò)計(jì)算機(jī)、光纜、通信衛(wèi)星等設(shè)備來(lái)表達(dá)、傳輸和處理信息的技術(shù)，本文中特指可以用于輔助教學(xué)的各種信息采集、信息表達(dá)、信息傳輸?shù)募夹g(shù)手段。這些技術(shù)手段的應(yīng)用，可以有效地解決或完善傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺點(diǎn)和不足。

2.1.1? ?三維掃描和傾斜攝影

三維掃描技術(shù)主要用于對(duì)物體空間外形、結(jié)構(gòu)及色彩進(jìn)行掃描，以獲得物體表面的空間坐標(biāo)，方便快捷地將古建筑的立體信息轉(zhuǎn)換為點(diǎn)云，將實(shí)物數(shù)字化，主要用于單體古建筑。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是通過(guò)無(wú)人機(jī)以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場(chǎng)景，可以有效提升模型的生產(chǎn)效率，一個(gè)古建筑群的三維模型數(shù)據(jù)采集一般在1-2天內(nèi)即可完成，因此多用于建筑群及周邊歷史風(fēng)貌的數(shù)據(jù)采集。這兩種方式都屬于非接觸測(cè)量，在工作過(guò)程中不會(huì)對(duì)文物古建筑造成任何破壞。

2.1.2? ?三維繪圖建模

Sketch up是一款常見(jiàn)的矢量繪圖軟件，其特點(diǎn)是容易理解、上手簡(jiǎn)單，對(duì)于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)入門(mén)門(mén)檻低，無(wú)論教師和學(xué)生都可以快速直接地在教學(xué)過(guò)程中自主表達(dá)古建筑構(gòu)造和工藝，有效提升交流效率。此外，其他類(lèi)三維繪圖軟件也非常多，比如3Dmax、maya、犀牛、ZBrush、ug、Solidworks、CAD、C4D等，這些軟件各有所長(zhǎng)，但一般更加適合精細(xì)模型的制作，學(xué)習(xí)和操作也會(huì)耗費(fèi)相對(duì)較多的時(shí)間和精力。

2.2? ?數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集的目的是獲得三維模型制作所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及與模型對(duì)象相關(guān)的資料，以用于教學(xué)。采集數(shù)據(jù)常用的方法有測(cè)記法、三維掃描、無(wú)人機(jī)傾斜攝影等技術(shù)手段。

2.3? ?數(shù)字模型案例

以古建筑作為對(duì)象，通過(guò)測(cè)記法或數(shù)字化技術(shù)，全面記錄古建筑的形制結(jié)構(gòu)、材料工藝、技術(shù)和藝術(shù)細(xì)節(jié)，通過(guò)三維模型并輔以攝影攝像、文字、錄音等手段綜合建構(gòu)成獨(dú)立完整的教學(xué)案例，在古建筑教學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用前景。古建筑數(shù)字模型可以在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上人工建模，也可通過(guò)數(shù)字化設(shè)備輔助獲取，根據(jù)教學(xué)目的和要求而定。

2.4? ?教學(xué)應(yīng)用

2.4.1? ?輔助理論教學(xué)

傳統(tǒng)形式的教材以文字、插圖為主，引入三維模型后在構(gòu)造表達(dá)上更直觀，尤其是以真實(shí)場(chǎng)景為素材的模型，可以給學(xué)生最準(zhǔn)確的認(rèn)知和身臨其境的感受，對(duì)于知識(shí)目標(biāo)和情感目標(biāo)的達(dá)成裨益良多，也有利于教師在課程講授中注入歷史、藝術(shù)等方面的文化元素，開(kāi)展思政教育。

2.4.2? ?強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

因受到交通、安全、資金等方面的限制，尤其是近年來(lái)受疫情的影響，校外教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)開(kāi)展難度很大。在專(zhuān)業(yè)建設(shè)中不斷豐富數(shù)字模型案例可以有效緩解這一限制。一方面可以以數(shù)字三維模型為基礎(chǔ)素材，開(kāi)展各類(lèi)實(shí)習(xí)、見(jiàn)習(xí)活動(dòng)，另一方面也可用于各類(lèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如制圖、修繕、測(cè)繪、預(yù)算等應(yīng)用技能型訓(xùn)練項(xiàng)目。

2.4.3? ?豐富教學(xué)評(píng)價(jià)

應(yīng)用型教學(xué)要求下，對(duì)于一些構(gòu)造、工藝類(lèi)課程而言，傳統(tǒng)的試卷考核方式很難反映學(xué)生的技能目標(biāo)達(dá)成度。通過(guò)人工建模方式可以有效反映學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解程度，例如在課堂教學(xué)完成后，要求學(xué)生用自己熟悉的建模軟件進(jìn)行一些簡(jiǎn)單工藝構(gòu)造的表達(dá)，可以直觀地檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，學(xué)生的數(shù)字模型不斷完善，最終完成獨(dú)立單位建筑或建筑群的制作，從而實(shí)現(xiàn)邊學(xué)邊用的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

3? ? ?教學(xué)改革實(shí)踐與評(píng)價(jià)——以《清官式瓦石營(yíng)法》課程為例

3.1? ?課程特點(diǎn)

該課程為歷史建筑保護(hù)工程專(zhuān)業(yè)核心課程之一，主要內(nèi)容涵蓋了古建筑臺(tái)基、墻體、地面、屋面等各部位的傳統(tǒng)作法和工藝，課程內(nèi)容以介紹古建筑土作、瓦作和石作的構(gòu)造為主，并銜接古建筑大木作課程知識(shí)。

3.2? ?教學(xué)改革措施

為提升教學(xué)效果，基于數(shù)字化技術(shù)手段，以支撐應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求作為課程目標(biāo)，采用講授法、演示法、實(shí)習(xí)作業(yè)法進(jìn)行教學(xué)組織，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)手段加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)技能訓(xùn)練，提升教學(xué)質(zhì)量。

（1）建立并不斷完善古建筑數(shù)字模型案例庫(kù)，用于教學(xué)展示和演示。三維建筑模型對(duì)象的選取應(yīng)符合教學(xué)需求，數(shù)據(jù)精度可根據(jù)需求區(qū)分等級(jí)。授課過(guò)程中在傳統(tǒng)文字、插圖基礎(chǔ)上，適量引入三維模型展示古建筑特點(diǎn)和構(gòu)造，以幫助學(xué)生理解和強(qiáng)化感性認(rèn)識(shí)。圖1為清西陵永福寺點(diǎn)云數(shù)據(jù)和傾斜攝影效果示例。

（2）數(shù)字化模型制作過(guò)程納入教學(xué)過(guò)程，用于教學(xué)效果檢查和評(píng)價(jià)，如圖2、圖3所示。教學(xué)內(nèi)容講授完成后，以作業(yè)形式要求學(xué)生完成構(gòu)造模型制作，可以真實(shí)反映學(xué)習(xí)效果，如圖4所示。在期末考核或?qū)嵱?xùn)環(huán)節(jié)要求學(xué)生完成建筑單體模型的制作，建模制作質(zhì)量納入相應(yīng)考核成績(jī)，優(yōu)秀模型進(jìn)入案例庫(kù)，如圖5所示。

（3）數(shù)字化模型作為階段性成果，承前啟后，打通課程壁壘。模型制作過(guò)程涵蓋了前置課程中古建筑大木作課程內(nèi)容（圖6），檐柱與墻體、柱頂石分別為不同課程所學(xué)構(gòu)件，此知識(shí)點(diǎn)可通過(guò)三維模型整體展示。學(xué)生課后完成的模型作為階段性成果，也可在后續(xù)的油漆彩畫(huà)、修繕等課程中繼續(xù)深化和完善。

3.3? ?教改效果

（1）教師教學(xué)素材展示更加直觀、豐富，活躍了課堂氛圍，學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)注度提高。

（2）教師和學(xué)生分別利用Sketch up等軟件制作了部分古建筑模型，制作過(guò)程中的專(zhuān)業(yè)交流增進(jìn)了師生互動(dòng)，提升了輔導(dǎo)效率。

（3）學(xué)習(xí)效果有所提升，期末考試成績(jī)平均分、合格率、良好率均有一定程度提升。

4? ? ?結(jié)論

（1）以三維掃描、傾斜攝影設(shè)備為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，能夠?qū)⒔ㄖ?shí)體高效轉(zhuǎn)化為直觀的三維數(shù)字模型，可以有效地融入構(gòu)造、工藝類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)，適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求。

（2）建設(shè)以三維模型為基礎(chǔ)的教學(xué)案例庫(kù)，能夠極大豐富教學(xué)素材資源，為課程講授提供支持，并有利于結(jié)合傳統(tǒng)文化開(kāi)展課程思政。

（3）將三維模型制作技術(shù)融入教學(xué)過(guò)程和教學(xué)評(píng)價(jià)，要求學(xué)生將所學(xué)知識(shí)用可視化的虛擬模型表達(dá)出來(lái)，能夠直觀反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。

［參考文獻(xiàn)］

［1］ 袁玉康，雷華.以VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促進(jìn)古建筑教學(xué)［J］.山西建筑，2020，46（2）：3.

［2］ 周敏，黃春華.虛擬仿真技術(shù)在中國(guó)古建筑教學(xué)中的改革研究［J］. 中國(guó)多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報(bào)，2021（11）：14-17.

［3］ 朱海珍，袁洪升，魯偉娜.古建專(zhuān)業(yè)《古建筑測(cè)繪》課程教學(xué)改革探索［J］.廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，16（2）：120-121.

［4］ 池夢(mèng)潔，張文翔.三維激光掃描及傾斜攝影測(cè)量在古建筑數(shù)字化建模中的應(yīng)用對(duì)比——以西安廣仁寺為例［J］.建筑與文化，2022（6）：45-46.

［5］ 譚啟明. 基于三維掃描和無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的古建BIM模型重構(gòu)應(yīng)用研究［J］.安徽建筑，2020，27（9）：3.