虛擬仿真技術在高職土建類專業(yè)教學中的應用

□劉 鎮(zhèn)

虛擬仿真技術在高職土建類專業(yè)教學中的應用

□劉 鎮(zhèn)

介紹了虛擬仿真技術的定義及高職教育的特點，強調了引入虛擬仿真技術在高職教育中的重要性。結合我國高職土建類專業(yè)的特點，分析了使用虛擬仿真技術在教學及實踐中的作用。

虛擬仿真技術；土建類專業(yè)；高職；

一、虛擬仿真技術的含義

仿真技術，也被人稱之為模擬技術，即用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術。而虛擬現(xiàn)實技術則是在仿真技術的基礎上發(fā)展而來的，當前仿真系統(tǒng)正在向虛擬環(huán)境的系統(tǒng)演變。虛擬現(xiàn)實技術和仿真技術作為對現(xiàn)實世界的模擬，都是基于模型而開展的，都是對現(xiàn)實世界盡可能的再現(xiàn)，因此，由仿真技術和虛擬現(xiàn)實技術兩者相結合形成了虛擬仿真技術。

虛擬仿真技術是指運用計算機和專用物理效應設備，借助相應的系統(tǒng)模型，對實際的或假想的系統(tǒng)進行相關動態(tài)試驗研究的一種新技術，具有可控性、經(jīng)濟性、快速性等特點，有助于解決抽象與實體之間相互聯(lián)系的問題。

二、目前虛擬仿真教學與高職土建類專業(yè)教育的關系

職業(yè)教育是以就業(yè)為導向的教育，技能教育是職業(yè)教育的核心，同樣職業(yè)教育信息化也要為職業(yè)技能服務，信息技術已經(jīng)成為提高教育質量的重要手段。教育部《關于全面提高高等職業(yè)教育教學質量的若干意見》（［2006］16號文件）指出，要充分利用現(xiàn)代信息技術，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。

當前，建筑技術含量要求越來越高，不斷呈現(xiàn)出結構多樣、工藝復雜、施工難度加大等特點，這就需要教育和培養(yǎng)出更多的建筑技術人才，不僅能進行工程設計，而且具有較強的實踐技術指導和管理能力。根據(jù)2010年統(tǒng)計，開辦土建類高職學校達1099所、專業(yè)3423個、招生人數(shù)307412人。數(shù)據(jù)表明高職土建類教育不僅規(guī)模大、分布廣，而且發(fā)展速度快。高職土建類教育在強調系統(tǒng)地設計基于學科系統(tǒng)性原則的理論教學體系基礎上，應系統(tǒng)地設計基于工作過程化的實踐教學體系。而虛擬仿真技術通過交互式環(huán)境、情景復現(xiàn)功能，實現(xiàn)對抽象概念的具體化，對傳統(tǒng)教學進行革新的一種方式，能夠很好的滿足“情景教學”與“項目教學”需要。目前，虛擬仿真技術已在多學科領域的教學及實踐中使用，并且虛擬仿真技術已運用于工程建設。這些都表明了在土建類教學中采用虛擬仿真技術是可行的、必要的。

三、虛擬仿真技術在土建類專業(yè)教學中的應用

（一）形象直觀，利用情景教學

心理學指出：傳統(tǒng)的課堂教學，學生一般只能吸收不到三成的內容，并且隨著時間推移，所掌握的知識會逐步遺忘。[3]同時，研究證實：閱讀到的信息我們能學習到10%；聽到的信息我們能學習到18%，但所親身體驗過的事我們能學習到80%。毫無疑問，學習體驗是最好的方式。土建類學科是一門技術復雜多樣，設備材料繁多，實踐性強的學科，在教學中需要學生有親身經(jīng)歷體驗。虛擬仿真技術通過虛擬現(xiàn)場情景，仿真施工工藝和過程等，充分調動學生的積極性。將學習目標與教學主題相結合，通過形象直觀的方式讓學生學習知識。在情景體驗教學中，教師與學生更加的積極主動，使教學效果得到明顯提高。

（二）提高學生空間想象能力

土建工程是將二維表現(xiàn)的設計圖紙實現(xiàn)為三維的、立體的、復雜的建筑物。這就對學生的空間立體想象能力提出了較高的要求。但剛接觸該專業(yè)的學生，總有想象不出或理解困難的感覺，以往授課中需要通過教師繪圖、模型展示等，但效果一般。利用虛擬仿真技術，能夠模擬出建筑物的建筑構造，能夠真實展示建筑物的各個結點，空間布局、立體圖形的生成過程。通過虛擬仿真技術能夠使學生置身虛擬建筑空間內，從而對這些建筑空間的認識和理解更形象、更全面、更深刻。

（三）改進管理類課程授課方式

在土建類專業(yè)課程體系中，存在很多管理類的課程，這些課程突出特點是很難看到真實場景，甚至在學習中也不可能親身經(jīng)歷，只能閱讀到成果性資料。以工程招投標與合同管理為例，標書制作、合同簽訂，開標過程等，教學中很難體驗這類過程的工作流程和內涵。虛擬仿真技術則能夠虛擬相關情景，讓學生在課堂中，分角色扮演，經(jīng)歷開標、評標、談判這些工作，使學生得到充分體驗，真實的領悟，從而有效的促進管理類知識轉化，完成項目教學。

（四）促進實踐教學

土建類專業(yè)的實踐課程是非常重要的，對學生理解知識點，以及理論與實踐相結合有著很強的促進作用。土建類專業(yè)需要的實訓項目及設備種類數(shù)量繁多，各院校受資金、場地、安全教學管理等多方面的制約，很難具有全面的實踐條件，而虛擬仿真技術利用自身優(yōu)勢，能夠很好的促進實踐教學。

第一，保證實訓科目的質量，節(jié)約成本。為確保實踐項目教學的效果，傳統(tǒng)的實踐教學模式需要巨大的資金投入及購置教學所用的設備，并且在教學過程中會消耗大量的材料，容易淘汰教學儀器和設備，因此很難滿足教學所需。從教學資源全過程管理來看，虛擬仿真技術實踐減少投入包括占地、建筑投入、設備投入、材料投入、指導教師投入，經(jīng)過考察統(tǒng)計可以降低30%～80%。同時也降低實訓污染（如粉塵實訓、噪聲污染等），而學生因為得到多次實踐機會，效果也遠遠好于傳統(tǒng)教學。

第二，容錯功能強，可開展探究性實驗。土建類專業(yè)實踐存在較高的安全風險，尤其是學生到施工現(xiàn)場實訓，而企業(yè)也為回避對安全事故的各種約束處罰而不愿意接收學生現(xiàn)場實訓。為了防止意外事故的發(fā)生，通常是采取增加實訓操作過程的相關約束條件來確保師生的安全。但限制的越多，與實踐就越脫節(jié)，教學質量難以得到保障。虛擬仿真技術可引導學生積極在仿真實踐中進行實訓，不必擔心出現(xiàn)任何以外的風險，保證實訓安全性（設備安全、人身安全）。通過運用虛擬仿真技術，教師在教學中可以設置各種不同的故障等狀態(tài)，“虛擬”不同的事故，學生通過反復試驗，運用各種方式方法，分析問題、解決問題，在這方面實際實訓是無法做到的。

第三，科學定量考核，與職業(yè)資格接軌。在土建類的實踐項目的考核常常僅是一份報告（施工組織設計、合同、招投標文件等）或是實踐指導教師根據(jù)學生在實踐中的表現(xiàn)，依靠主觀給學生評定成績。而在虛擬仿真實踐的軟件中，可根據(jù)不同需求，設計不同性質的考試、考核方式。而虛擬仿真實踐軟件通過采取隨機出題、海量題庫、在線考試等方式，保證考試考核的公平、真實。從而實現(xiàn)了考教分離、分量一致，實現(xiàn)了以考試、考核額成績來衡量教學質量、評價教學效果、評估學生的學習能力的可能性。

四、如何制作虛擬仿真教學軟件

仿真教學軟件的研制的總體過程基本上可劃分為兩大階段，即教學設計階段和軟件制作階段，如圖1所示。

圖1 仿真教學軟件的研制流程

虛擬仿真教學軟件制作是一項復雜的項目管理工程。編制適應高職教育的虛擬仿真軟件要把握以下幾點:

（一）樹立職業(yè)教育理念

教學設計應以教育科學的觀點和方法為指導，按照職業(yè)教育額教學目標、教學內容、教學對象的特點等，結合國家相關職業(yè)（工種）標準，優(yōu)化教學軟件的系統(tǒng)結構與模塊設計，并選擇適當?shù)拿襟w信息，使其在系統(tǒng)中得到有機結合，以實現(xiàn)課程與實訓的教學目標。

（二）創(chuàng)作團隊進行腳本編寫

腳本作為仿真教學軟件的第一關，事關教學實訓內容的正確性與科學性，貫穿于腳本編寫之中的教學設計，決定了教學軟件的生命。

土建類虛擬仿真軟件腳本通常由具有豐富教學與實訓經(jīng)驗并了解現(xiàn)代教育技術的人來編寫。因此，需要組成專業(yè)教師、現(xiàn)場工程師、教育技術專家組成的創(chuàng)作隊伍。腳本創(chuàng)作中的整體結構要依據(jù)研制大綱的要求進行，除了在保證科學性的前提下，重視教學實訓項目、任務、技能點、操作步驟的設計，重視文字符號圖形的標準化外，還要格外重視屏幕設計，重視交互性設計，重視操作工藝、安全規(guī)范等方面的設計。

（三）素材制作要保證質量

素材不僅是構成教學軟件的基本單元，也是教學軟件完成系統(tǒng)合成的重要前提與基礎。素材的制作（包括三維建模）是制作環(huán)節(jié)中耗費時間最多的環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計，素材制作將占用70%～80%的制作工作量，因此，素材制作是數(shù)字化教學資源開發(fā)的重心，是制作的重要環(huán)節(jié)，是制約開發(fā)周期的主要環(huán)節(jié)之一。土建類虛擬仿真軟件中的素材要實物、現(xiàn)場場景嚴格匹配，這樣就能保證軟件的質量，防止給后期合成帶來隱患。

五、虛擬仿真教學與實操教學之間的關系

（一）互補關系：實操教學不能實現(xiàn)的，利用仿真教學可以實現(xiàn)。

（二）融入關系：—份完整的現(xiàn)代化的教學方案，必定是仿真教學與實操教學的完美融入的方案。

（三）順序關系：一般情況下，仿真教學在前，實操教學在后。

（四）不可替代關系：仿真教學與實操教學，二者不可替代。

（五）隨著計算機技術快速發(fā)展，仿真教學對實操教學的互補作用會越來越強，同時，實操教學對虛擬仿真教學的依賴程度會越來越高。對于實操教學的設備，有與虛擬仿真系統(tǒng)實現(xiàn)一體化的趨勢。

六、結束語

從微觀層面看，高等職業(yè)教育是以技術人員的職業(yè)勞動為導向的，是產(chǎn)生于技術人員的能力、知識和素質，是一種專業(yè)勞動。因此，作為高職土建類專業(yè)的教學，應以生產(chǎn)目標為導向，有針對性地對學生進行體驗式教學。應該通過虛擬仿真技術和赴實地現(xiàn)場進行教學，在課本之外給學生更生動易懂的知識，并通過虛擬的或者真實的實驗、實訓、實習等實踐教學培養(yǎng)具備較高的知識、能力和素質等綜合性的高端土建專業(yè)技能型人才。

[1]呂愛民，項秉人.生態(tài)建筑的數(shù)字化構建[J].新建筑，2005（6）：7-9.

[2]趙能.虛擬仿真技術在建筑設計中的應用研究[D].長沙：長沙理工大學，2009.

[3]刑偉.體驗式教學法再高職管理專業(yè)教學中的應用[J].中山大學學報論從，2005（6）:29-32.

劉鎮(zhèn)（1978-），男，大連職業(yè)技術學院講師，碩士，注冊一級建造師、造價師，研究方向為工程管理、工程造價。

G712

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1001－7518（2012）17－0034－02

責任編輯 時紅兵