民辦高校土建類公共課程基于虛擬仿真的教學改革研究

李 超 胡 燕

綿陽城市學院，四川 綿陽 621000

一、課題核心概念

（一）虛擬仿真

虛擬仿真（Virtual Reality），又稱虛擬現實或靈境技術，簡稱VR，是用一個系統(tǒng)模擬另一個真實系統(tǒng)的技術?？勺鳛槔斫獾墓ぞ摺⒃O計和體驗的工具，亦可用于技術論證。

（二）土建類公共課程

土建類公共課程指土建類專業(yè)如土木工程、工程管理、工程造價、建筑工程技術等專業(yè)共同開展的專業(yè)課程。例如，施工技術類、建筑構造類和識圖類課程。

二、教學現狀分析

民辦高校還擔負著培養(yǎng)社會應用技能和管理人才的重任。例如，土木工程施工技術課程主要通過講授建筑工程施工工藝，使學生掌握施工技術的基本理論知識、建筑工程各分部分項工程的工藝流程、操作方法和質量要求。同時，通過實踐技能的訓練，培養(yǎng)具有理論基礎和較強實踐能力的高素質人才，實現人才培養(yǎng)與社會需求的同步。因此，在教學過程中，必須將理論教學與實際操作緊密結合，相輔相成，使學生真正懂得原理、掌握技術，成為社會所需要的高素質人才。

但從目前的教學實際情況來看，理論教學與實踐教學的融合還存在著一些困難，尚待提高理論與實踐教學在開放、安全、拓展和信息化等方面應用程度。主要原因在于實訓教學受客觀條件影響，學生在校內實際操作機會少，而在理論教學環(huán)節(jié)中的課堂教學相關配套資源又相對缺乏，信息化教育設備不足，無法實現教學資源的有效銜接和使用。同時，現有的教學模式僅能講明相對簡單的技術原理，抽象的理論無法形象地表達和演示。以上傳統(tǒng)教學課堂的種種客觀條件限制了課堂教學應達到的效果，并且在實踐教學中，學生實際操作的時間不夠充分，實訓方式單一。因此，綿陽城市學院土建類公共課程基于虛擬仿真開展教學改革十分必要。

三、教學改革的思路

（一）基于體驗式教學建設虛擬教學課程

按照崗位技能要求，構建虛擬的工程項目、場景、企業(yè)、生產對象、設備、生產工具以及基地管理制度等實踐教學資源，改善以前學生的實訓途徑少，實訓設備、儀器、工具等有限的狀況。

同時融入各種教學虛擬項目，改變傳統(tǒng)滿堂灌的教學方式，通過虛擬仿真展示相關工程案例及儀器設備，實現學生在3D 空間的漫游［1］。同時通過相關的技能操作，使教學知識點形象地被學生理解與掌握，從而提升專業(yè)水平，增強學生崗位核心競爭力。

（二）搭建實踐教學多元化輔助平臺

實踐教學多元化輔助平臺的搭建，以多種形式的教學資料、教學信息以及能動性的課程內容安排，大大降低了空間、時間、環(huán)境、資金等客觀條件的制約，讓課程中的實踐環(huán)節(jié)能夠更容易更高效地實現，進一步促進教學方法的改革，提高教學效率與教學效果。

通過實踐教學多元化輔助平臺形成任務分配、系統(tǒng)自動評分、結果自動分析，老師第一時間了解學生技能的掌握情況，以便及時調整教學重難點與教學方法，提升實踐教學效果。

（三）提供實訓管理平臺，提高教學資料的利用價值

建筑工程仿真教學實訓通過任務進度完成情況、學習成績情況的數據分析，讓教師能夠深度掌握學生的實訓情況，實現督訓過程智能化。

資源中心能夠有效管理和利用學校教學資源，通過后續(xù)不斷地學習和使用，進一步完善和豐富教學視頻、文檔、課件、講義等資源，并且通過資源的使用情況可以挖掘學生的學習興趣，為課程的合理安排提供決策性指導。

（四）校企互助緊密化

實行校企互助模式，共同搭建校內虛擬仿真平臺與校外實踐企業(yè)實踐基地，實現企業(yè)向學校提供最新動態(tài)的崗位技能要求及實際工程案例，讓虛擬實踐平臺更加完善。實行社會共享，讓企業(yè)在崗員工和院校新到崗員工，都能夠無障礙利用建筑工程教學資源和仿真實訓平臺提升崗位技能。并安排現有校企合作的企業(yè)員工定期到校學習實訓，實現真正意義上的校企互助，促進行業(yè)人才技能的提升，提升學校社會服務能力。

四、改革的實施

（一）構造類課程的實施

1.實施基本情況

本課程通過虛擬仿真技術學習民用建筑和工業(yè)建筑構造及設計的基本原理，通過4D 微課的形式，使學生了解建筑設計的基本內容、方法和步驟，通過3D 模型展示讓學生了解建筑設計中的構造問題、結構問題和美觀問題。通過課程考題的在線訓練，培養(yǎng)學生能運用建筑構造知識來分析和解決實際工程問題，達到提高學生掌握建筑構造的效果［2］。

2.實施要點

（1）通過插件將BIM 模型、TIM 模型、微課視頻等資源，無縫銜接到傳統(tǒng)PPT 內，形成立體化課件；

（2）在多種格式BIM 模型能夠導入與查看的前提下，老師根據教學需要自主上傳三維模型，達到教學目的；

（3）通過對BIM 模型進行剖切、閃爍、文字標注等專項操作，使教學內容更符合不同課堂的需求；

（4）根據構造課程教學內容，形成線上考題，教師根據課堂教學內容進行隨堂練習掌握學生學習效果，及時查漏補缺。

3.實施成效

（1）3D 模型多端自由查看，房屋建筑細部構造全面呈現。通過BIM 模型、TIM 模型兩種形式將主要房屋構造的知識內容，通過剖切、旋轉、標注、閃爍、縮放等功能使細部構造全面呈現。全類型構造認知體驗，使學生掌握民用建筑和單層工業(yè)廠房構造的基本原理和常規(guī)做法，熟悉常用構造的要點、材料做法和圖示方法。

（2）構造內容4D 微課三維互動講解，提高學生的構件認知水平。通過4D 微課的形式將民用建筑主要組成部分和工業(yè)建筑每個知識點的主要構造進行三維化講解。把抽象教學場景可視化，枯燥二維教學內容立體化，豐富學習途徑，提升學習趣味，使知識的傳達更高效。

（3）線上題庫練習，全面檢測學生對知識點的掌握程度。通過課堂任務書或手機二維碼的形式針對課堂講授知識點的內容進行實時考核，老師可根據學生答疑情況進行查漏補缺工作，幫助學生更好地掌握所學知識內容。

（二）識圖類課程

1.實施基本情況

本課程采用系統(tǒng)虛擬仿真技術，以點、線、面、體在三維空間里互動投影教學，使學生掌握工程制圖投影原理；以建筑工程中的三維構件立體化展示，使學生掌握構件識讀的重點難點；以虛擬仿真交互的形式，基于經典框剪結構案例中典型圖紙講解建筑及結構施工圖的關鍵信息識讀過程，使學生從理論轉換到實踐運用；以案例實戰(zhàn)的形式，通過模擬施工員的身份開展工程識圖實訓，還原施工過程中施工員識圖的業(yè)務場景，以“練”自檢，以“考”的評測，從而達到提高學生繪圖與識圖的基礎知識能力［3］。

2.實施要點

（1）本課程通過投影知識、構件識圖、專業(yè)知識三部分的100 余個知識點的基礎知識教學，使學生通過三維互動的形式進行圖紙知識的學習。

（2）通過經典案例的三維場景漫游體驗和案例式考核使學生學以致用，掌握建筑圖和結構圖的識圖內容和重點。

3.實施成效

（1）基礎知識交互式三維化學習，減輕學生空間認知難度。點、線、面、體、組合體等七個章節(jié)近100 個知識點的投影知識學習，通過三維模型空間位置隨意旋轉、投影對象可選、三面投影一鍵自動生成的教學形式，降低教學備課難度率，增強空間展示效果，提高投影知識的傳遞效率。

（2）4D 微課三維互動講解，提高學生的知識轉化。將施工圖中的工程做法、建筑構造、建筑詳圖等二維描述的知識內容，通過4D 微課的形式進行三維互動知識講解，把抽象教學場景可視化，枯燥二維教學內容立體化，豐富學習途徑，提升學習趣味，使知識的傳達更高效。

（3）從整體到局部，從二維到三維的系統(tǒng)化學習。根據專業(yè)識圖方法系統(tǒng)，設置“識圖五步曲”，通過“圖紙→任務單→知識點→二維圖紙信息讀取→立體三維模型”的識圖方法，進行建筑及結構施工圖的關鍵信息識讀。將圖紙和構件雙維度進行識圖內容專項訓練學習。使學生從理論教學快速轉變?yōu)檫M行實際案例的運用，完成理論教學到實際案例的知識信息轉化。

（4）通過三維仿真漫游真實施工現場，完成全過程案例識圖。結合典型框剪結構辦公樓案例，以施工員的角度，通過地基與基礎施工、主體結構施工、二次結構施工三個階段，模擬還原施工過程中施工員識圖的業(yè)務場景。以案例實戰(zhàn)的形式完成，開展工程識圖實訓，以“練”自檢，以“考”的評測，根據教學評測系統(tǒng)可生成實訓報告，到達實訓全過程可監(jiān)測、學生成績有依據的信息化實訓的效果。

（三）施工類課程

1.實施基本情況

建筑施工技術三維仿真演練中心，利用互聯網+、BIM 技術、虛擬仿真技術以施工進度為實訓任務主線，三維模擬施工工藝全過程，學生通過三維交互的形式在施工場景中虛擬實際的工藝，能夠掌握地基與基礎工程、主體工程、裝飾裝修工程等主要施工方法、施工工藝流程，以及保證其施工質量所采取的施工措施等，真實體驗施工工藝全過程。教學內容由淺入深，實訓流程環(huán)環(huán)相扣，使理論與實訓結合，解決不具備真實施工現場難以完成教學的難題。就業(yè)導向、專業(yè)知識講授與技能實訓并存，具備現場專項施工方案的編寫能力、現場施工指導能力、現場施工質量檢查與驗收能力［4］。

2.實施要點

（1）基于信息化知識云平臺支持互聯網在線“隨時隨地”查看；

（2）完善課程體系，豐富信息化資源；

（3）專業(yè)知識形象直觀呈現，三維仿真交互實操。

3.實施成效

（1）完善的課程體系，豐富的信息化資源，支撐施工技術課程。依據施工技術課程教學內容，設置土方工程、地基與基礎工程、砌體工程、鋼筋混凝土結構工程、預應力混凝土結構工程、結構安裝工程、防水工程、裝飾裝修工程相關知識點施工流程的講解。

（2）3D 還原施工現場和施工流程，讓學生從“想不出”到“看得到”。結合現行的國標規(guī)范，將施工過程中的工藝工法，通過4D 微課的形式演繹施工全過程，學生通過形象直觀地呈現以及可自由操作的“施工場地”，掌握施工過程中的工藝工法。

（3）實現三維仿真交互式實操實訓。設置各章節(jié)內容，每個知識點從“施工流程→工種→工具→材料→機械→施工位置→理論知識”進行三維交互式的仿真實操實訓，專業(yè)知識與技術能力并存，具備現場施工綜合管理能力。

五、改革綜合成效

（一）提升知識的系統(tǒng)性，提高學生崗位核心競爭力

基于虛擬仿真的教學改革，土木類公共課程可實現多項信息化教學資源的調用，以學生對建筑工程施工課程的學習過程作為一個整體，以三維游戲的方式呈現一個真實的施工現場，通過實際工程環(huán)境的3D 展示和身臨其境開展漫游，能夠在課內、課外為學生提供成體系的施工流程、識圖、實踐操作的技能知識點，以及不受空間時間限制的校內實踐操作機會，將理論與實踐相結合，讓學生更好地掌握教學內容，明確技能實際應用需求，培養(yǎng)學生在施工流程、識圖、施工要點和質量要求的教學過程中，獨立分析和解決問題的能力，能根據工程實際情況確定相應的施工方案和技術措施，提升學生崗位核心競爭力，為職業(yè)發(fā)展打下良好堅實的基礎［5］。

（二）以教學信息化建設促進專業(yè)建設，提高學生就業(yè)能力

在教學過程中融入虛擬仿真、信息化平臺等現代技術，解決了施工技術在以往課堂中理論教學抽象難理解、工藝流程難以演示、施工要點講解不到位的問題，為學校的教育信息化改革提供了全新的思路，為土建類專業(yè)教學提供了一種新的示范作用，同時促進了專業(yè)建設，具體體現在如下幾點：

1.改變傳統(tǒng)的教師教學方式，提供專業(yè)授課老師的信息化教學水平。

2.通過虛擬仿真教學，將學生所學的零散知識進行串聯整合，提高學生的專業(yè)知識和技能應用，從而有利于學生就業(yè)能力和就業(yè)率的提升。

（三）有利于科研平臺的建設

為學?？蒲许椖刻峁┮粋€良好的專業(yè)平臺，可充分利用平臺資源開展課題合作。同時，學校傳統(tǒng)的科研項目常常與企業(yè)需求脫節(jié)，該平臺可促使企業(yè)與學校進行充分、深入的科研建設，使學校的科研成果更具有實用性，更能滿足企業(yè)的需求。

（四）促進校企合作開發(fā)課程，提高人才輸出質量

民辦應用型高校致力于為社會和企業(yè)輸送應用型技術人才，與企業(yè)共同進步與成長?；谔摂M仿真的教學改革，土建類公共課程為學生提供了良好的技能實踐平臺，并將課本知識與實際工程項目結合進行教學，在實踐環(huán)節(jié)可聯手企業(yè)共同進行實習實訓課程研發(fā)，促進學校人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的無縫銜接。

六、結語

通過基于虛擬仿真的土建類公共課程教學改革，施工技術類、建筑構造類和識圖類課程的教學質量、教學效果，以及學生的學習興趣得到不同程度的提升，理論知識的形象化程度得到較大提高，學生的實踐技能訓練機會增加且更具安全性，并進一步促進了信息化教學和專業(yè)建設。