綠色建筑虛擬仿真實驗教學中心建設思考

王淑嬙　賀行洋等

摘要：文章在明確綠色建筑虛擬仿真實驗教學中心定位的基礎上，重點闡述了中心虛擬仿真實驗教學項目規劃與開發過程及實驗課程體系，介紹了虛擬仿真實驗教學平臺的構成與要求，從實驗教學教師隊伍建設、管理體系建設、校企合作建設、資源共享建設4個方面歸納了中心管理機制和共享機制。研究結果可為中心持續健康發展提供方向，也可為其他同類虛擬仿真中心建設提供參考。

關鍵詞：虛擬仿真；實驗教學；綠色建筑

中圖分類號：TU17文獻標志碼：A文章編號：10052909（2014）06013404

《教育信息化十年發展規劃（2011-2020）》和《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》（教高[2012]4號）等文件中進一步明確了教育信息化的戰略地位，教育規劃綱要指出“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以重視”[1-3] 。為推動政策落地，2013年教育部高等教育司以“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”為指導思想，首次在全國高校遴選100所國家級虛擬仿真實驗教學中心，其中建筑類院校有5所獲批[4-7]。2012年我校以土木工程與建筑湖北省實驗教學示范中心為基礎，以BIM技術、信息技術為支撐，以校企合作為契機，以科學研究和創新教學為推手，組建了綠色建筑全生命周期虛擬仿真實驗教學中心，2013年被列為省級建設項目，2014年將再次組織申報國家級虛擬仿真實驗教學中心。為確保綠色建筑虛擬仿真實驗教學中心在實驗教學和科研中發揮更大作用，文章圍繞中心的實驗教學內容、平臺建設、校企合作、共享機制和管理機制等方面進行研究。

一、綠色建筑虛擬仿真實驗教學中心的定位

以綠色建筑這一特定的領域為研究對象，開發虛擬仿真實驗教學內容，將學科專業與信息技術深度融合，通過教學資源的信息化、教學管理的信息化和支持服務的信息化，實現教學信息化和優質資源共享，探索校企合作可持續發展的途徑，開拓新型人才培養模式[8-9]。

二、 以綠色建筑為研究對象，開發與優化虛擬仿真實驗教學項目

（一） 虛擬仿真實驗教學項目規劃與開發過程

綠色建筑強調的是整個建筑生命周期中，在建設和使用流程上對環境負責并提高資源使用效率。而實驗教學過程中，從規劃設計至運營維護階段所涉及的部分實驗在實體環境下開展很困難，有的實驗項目將花費巨額投資。因此，實現綠色建筑規劃設計、施工、管理的虛擬仿真和建設過程中難點虛擬仿真等實驗項目意義重大。以綠色建筑為研究對象，開發相關虛擬仿真實驗項目，構成了本中心的首要研究任務。虛擬仿真實驗項目的開設遵循“虛實結合、相互補充、能實不虛”的指導思想[10]，擬開設的實驗項目框架如圖1所示。

圖1擬開設的綠色建筑虛擬仿真實驗框架虛擬實驗項目的設置應理順在線實驗和線下實驗的關系、實體實驗和仿真實驗的關系，在開發過程中應注重將科研項目成果轉化為虛擬仿真實驗項目。同時，科研活動為優化實驗教學內容提供了可能，需建立“科研反哺教學”的保障機制，鼓勵教師將科研成果融入實驗教學過程，不斷完善專業交叉型實驗和研究創新型實驗。在實驗教學設計的過程中，根據虛擬實驗與實體實驗的關系，設置虛擬實驗內容、實驗場景、交互方式和實驗評價體系。

（二）虛擬仿真實驗教學體系構建

綠色建筑虛擬仿真實驗教學中心目前設有6個教學模塊（圖2），其中計算機輔助設計模塊（模塊A）主要承擔基礎軟件教學；數字建筑設計虛擬仿真（模塊B）、綠色建筑設計與環境仿真分析（模塊C）、工程結構模擬仿真（模塊D）、建筑信息模型與虛擬建造（模塊E）4個模塊，主要針對綠色建筑從規劃設計、施工建造到運維管理的全生命周期各個階段進行虛擬實驗與教學；虛擬現實模塊（模塊F）主要承擔各種虛擬仿真實驗的過程或結果的實境體驗教學。中心共計開設15門實驗課，41個虛擬仿真實驗項目。

三、虛擬仿真實驗教學平臺建設

虛擬仿真實驗教學平臺的建設包括兩部分，一是以專業軟件為支撐的實驗項目交互平臺；二是實驗教學與管理平臺。其中，實驗項目交互平臺以BIM技術為手段，為滿足虛擬實驗項目要求選擇目前最先進的建筑業虛擬仿真軟件平臺，同時通過數據交互軟件和二次開發，解決不同專業、不同功能軟件的數據流、工作流，增強其兼容性、擴展性。減少實驗教學成本，比如利用Revit 軟件進行三維設計，以此模型為基礎利用性能分析軟件進程光照、能耗等性能分析，利用Navisworks 軟件進行施工模擬，魯班BIM軟件進行進度控制與質量控制。建成后的模型可以用于運維階段的資產管理和能耗分析。整合綠色建設壽命周期的模型信息、建設信息和管理信息，減少由于重復購買或開發所帶來的投資浪費。

實驗教學與管理平臺，應實現虛實結合、無限拓展的實驗教學一體化環境，其主要功能應包括用戶管理與認證、實驗數據查詢分析、VA虛擬化實驗應用管理、實驗學術資源共享、實驗數據管理與評判等，平臺總體設計如圖3所示。

四、虛擬仿真實驗教學管理機制和共享機制研究

（一）實驗教學教師隊伍建設

以科研反哺教學、校企合作為途徑，加強虛擬仿真實驗教學教師隊伍建設。綠色建筑虛擬仿真實驗教學對教師素質水平和隊伍結構提出了更高的要求。就教師水平與實驗教學水平而言，首先，對中心負責人與骨干教師的學術水平要求高。按實驗的性質可分為學科基礎型實驗、專業交叉型實驗、研究創新型實驗和社會實踐型實驗，其中部分實驗來源于教師科研成果，通過科研成果轉化并開發為實驗項目，因此對教師的科研水平要求高。其次，要求教師的教學能力強，實驗教學經驗豐富，教學特色鮮明，以保證實驗教學項目的科學性、先進性和可實施性。另外，應加強對教師的信息化培訓，提高專業教師的信息化水平和計算機操作能力。

從教師隊伍結構和素質要求來看，應對學科專業教師與信息技術研發人員配置合理；對青年教師的培養計劃應科學合理，強調有企業背景的人員參與教學中心建設。

（二）管理體系建設

從組織保障、制度保障和運行保障3方面完善中心管理體系。建立健全人員、組織、制度保障，推進虛擬仿真實驗教學中心規范、高效運轉。在組織機構設置時強調組織結構的效率和資源的集約利用，在制度保障方面包括管理體制、經費保障、師資隊伍、設施建設、運行管理和質量保障，制定并實施完善的政策措施。在運行管理方面，整合中心原有制度，結合我校實驗教學的實際情況，制訂相應的配套規章制度，包括《實驗室教學管理辦法》《實驗教學中心管理制度》《實驗教學中心學生實驗守則》《實驗室安全管理辦法》《實驗教學中心教學考核辦法》等。

（三）校企合作建設

校企合作是高等院校培養高素質應用型人才的重要模式，是實現人才培養目標的基本途徑，可充分利用各自的資源優勢減少重復建設來降低成本，實現資源共享與共同育人。建筑行業的知識體系具有專業性、實踐性和交叉性等特點，在人才培養過程中非常重視建筑業相關企業所發揮的作用。建立校企聯合培養體，探索與土建行業信息化軟件標桿企業、設計標桿企業和施工標桿企業的合作，為中心的硬件、軟件建設和教學建設提供新的途徑。積極探索校企共建共管的動態可持續合作模式，包括面向技術轉化的項目合作模式、面向產品研發的科研型合作模式和面向職工培訓的教學型合作模式。

（四） 資源共享機制

從長遠來看，中心實行對校內外開放式管理，建立健全實驗室開放管理制度，實現社會資源共享。中心應創造條件，主動吸引學生參與實驗中心學習，在完成校內教學任務的前提下，積極向學生、教師和社會開放，并將社會開放服務收入作為運行經費補助。應重點探討資源共享的途徑，包括科研課題引導型、預約實驗型、畢業設計實習型和儀器設備開放型合作的具體操作辦法，擴大中心的輻射范圍和受益面。

五、結語

湖北工業大學綠色建筑虛擬仿真實驗教學中心的建設已經歷了2年多的時間。為保障中心持續建設，提高投入產出比，使中心在實驗教學中的效能得到提升，并爭取升級為國家級虛擬仿真實驗教學中心，文章圍繞中心的教學內容、平臺建設、校企合作、共享機制和管理機制4方面進行研究，為使中心在實驗教學和科研中發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]李平，毛昌杰， 徐進. 開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設，提高高校實驗教學信息化水平[J]. 實驗室研究與探索，2013，32（11）：5-8.

[2]王衛國. 虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J]. 實驗室研究與探索， 2013，32（12）：5-8.

[3]馮峰，孫聰，曲先強.船海虛擬仿真實驗教學中心的建設與發展[J].實驗技術與管理，2014，31（1）：11-14.

[4]李亮亮，趙玉珍，李正操，等.材料科學與工程虛擬仿真實驗教學中心的建設[J]. 實驗技術與管理，2014，31（2）：5-8.

[5]蒲丹，周舟，任安杰. 多層次綜合性虛擬仿真實驗教學中心建設經驗初探[J].實驗技術與管理，2014，31（3）：5-8.

[6]許秀云，張玉梁.依托現代信息技術提高實驗教學質量[J].實驗室研究與探索，2011，30（5） ： 130-132.

[7]黃金魯克.2013 地平線報告： 信息技術挑戰催生高教變革[N].中國教育報，2013-05-10.

[8]何克抗.我國教育信息化理論研究新進展[J].中國電化教育，2011（1），288： 1-19.

[9]梁秀玲，李瓊生，徐杜等.“一主線、兩平臺、三層次”實踐教學體系的構建與實施[J].實驗室研究與探索，2012，31（8）：304-307.

[10]吳世華，楊光明，王秋長，等.加強實驗教學示范中心建設，提高人才培養質量[J].實驗技術與管理，2012，29（1）：4-6.