建筑虛擬仿真在實踐教學中的應用

董遠林

（威海職業學院建筑工程系 山東 威海 264200）

根據國家教育事業發展第十二個五年規劃“加快職業教育教學改革。實施中等職業教育改革創新行動計劃。根據社會經濟發展需要，更新職業教育專業目錄，加強專業課程、教材體系建設，變革教學內容、方法、過程和技術手段。制定職業教育人才培養標準，推動課堂教學、實踐教學的改革。推動建設技能教室、標準化廠房、開放式實習基地和虛擬仿真實訓系統。”結合建筑專業實踐教學，特別是高職教育急需虛擬仿真資源。

1 建筑專業開發虛擬仿真資源的必要性

首先，由于建筑專業的特殊性，建筑專業的學生在上完理論課之后，要帶領學生去工地參觀學習，可能工地的施工項目內容還沒開始或者已經超過理論學習的進度，導致后期的實踐教學效果差。也許有人要說，可以通過觀看相關視頻來彌補，但是視頻的這種平面性，學生是無法感受到真實的職場環境。

其次，高職教育中特別強調學生的實踐操作性，有些實訓項目，例如：墻面抹灰、鋼筋綁扎等比較簡單的實訓可以完成實踐操作，但是，整個工程項目的施工流程實訓是無法完成的，并且，有些高職院校的實訓條件有限，建筑材料無法循環使用，導致實訓成本過高。

再次，帶領學生去聯系好的工地參觀，第二天可能由于天氣等原因，工地停工，學生無法進行參觀學習。而且，建筑工地危險因素多，不允許很多人進入施工現場。

2 虛擬仿真在實踐教學中的運用

那么，什么是虛擬仿真呢？虛擬（Virtual Reality），仿真（simulation），或稱為模擬現實，就是用一個系統模仿另一個真實系統的技術。虛擬仿真依托計算機，可以通過人的視覺、觸覺、聽覺等進行現實情況的再現。其逼真性和實時交互性為虛擬仿真資源的本質。虛擬仿真可以應用在房地產行業，城市規劃、景點宣傳、模擬古建筑、游戲等方面。使人們能沉浸其中，出入自然，形成具有交互效能多維化的信息環境。建筑虛擬仿真區別于視頻等其他教學資源的特點在于：仿真性，一方面，虛擬環境給人的的各種感覺與所模擬的客觀世界非常相像，一切感覺如同在真實世界一樣；另一方面，當人以自然的行為作用于虛擬環境時，環境做出的反應也符合客觀世界的有關規律。如當給虛幻物體一個作用力，該物體的運動就會符合力學定律，會沿著力的方向產生相應的加速度；當它遇到障礙物時，會被阻擋；虛幻性，既可以模擬客觀世界中以前存在過的或是現在真實存在的環境，也可模擬出客觀世界中當前并不存在的但將來可能出現的環境，還可模擬客觀世界中并不會存在的而僅僅屬于人們幻想的環境；交互性，虛擬仿真系統中，不僅環境能夠作用于人，人也可以對環境進行控制，而且人是以近乎自然的行為（自身的語言、肢體的動作等）進行控制的，虛擬環境還能夠對人的操作予以實時的反應。例如：當我們去設計一個輕鋼龍骨吊頂施工工藝時，我們可以把施工的機具、材料等放在屏幕的左邊，施工區域放在屏幕的右邊，這樣我們模擬吊頂實訓室時，就可拿左邊的工具，在右邊施工現場進行操作練習；沉浸性，虛擬仿真系統中，使用者可獲得視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、運動感覺等多種感知，從而獲得身臨其境的感受。理想的虛擬仿真系統應該具有能夠給人所有感知信息的功能。

鑒于以上因素，根據建筑專業實訓的特點，我們可以通過虛擬仿真技術來解決實訓時因為工期進度不一致、天氣、危險因素、實訓成本過高等方面的弊端，進行研發我們的建筑虛擬仿真資源，資源完成后，教師在講授完知識點后，可以直接帶領學生在機房內進行實訓，學生既可以在實訓室中模擬施工現場，進行“現場”操作，又可以增加學習的趣味性。通過一套完整的虛擬仿真系統，學生可以在跟崗、頂崗之前進行反復的模擬，幫助學生對學過的知識點進行鞏固，為崗前的工作做好準備。那么，教師也可以把虛擬仿真系統應用到課堂教學中，有些核心課程，理論本身非常枯燥，導致學生上課時聽不懂、分心，甚至會睡覺。那么，教師通過上課演示，把知識點融入到仿真教學中去，可以大大提高課堂效率，在教、學、做的過程中讓學生領悟知識點，也有利于通過行動導向進行課程改革。

3 研發虛擬仿真資源的幾點體會

第一，前期論證階段。虛擬仿真開發哪些資源？如何研發？都需要我們好好的論證，避免有些仿真資源做了一半而前功盡棄，浪費人力物力。有些課程特別是動手強的課程，不但需要研發虛擬仿真資源，而且要在教學內容深度中好好研發，例如：建筑施工技術、建筑裝飾施工技術等核心課程，理論本身抽象、學生不容易理解、課程本身具有很強的實踐性，就需要大量開發仿真資源，我們不能為了研發仿真資源而研發仿真資源，那樣的話就失去了做仿真資源的意義了。那么，我們我們論證好的仿真資源，就需要在界面設計、實現形式、按鈕擺放等方面好好考慮下。

第二，編寫腳本階段。仿真資源的研發首先要有自己的研發團隊，特別是精通3D Max、VRP等軟件。硬件方面：如果要實現三維效果，在前期資源的制作中特別是3DMax建模階段，要注意盡量減少面，否則一般的機器是要“罷工”的。設計人員在建模、動畫編輯等方面要及時進行跟蹤。軟件方面：首先對自己研發出來的資源有預期的效果，避免盲目性，注意仿真資源和視頻的本質區別，體現仿真資源的互動性、環境的真實性、“游戲”性，特別是施工工藝腳本編寫注意前后的邏輯，要把主要的知識點融入到仿真資源中去，不能面面俱到。

第三，仿真資源研發后的演練階段。仿真資源研發完成后如果想要達到好的教學效果，就要模擬演練，可以找五六個學生進行“試玩”，在演練的過程中找到存在的問題，有時，可以在一個施工知識點的部位添加聲音，有些可以添加視頻等這樣效果會更好。從教師、學生的角度不斷完善實訓仿真資源。

總之，加快職業教育教學改革，通過虛擬仿真來推動教學手段改革、推動課堂改革、推動教學內容改革，這種方法是行之有效的。虛擬仿真資源的研發，不但是國家教育方針大力倡導的，而且可以切切實實的提高高職院校的實訓效果。