居住建筑設計原理及設計課程虛擬仿真教改實踐★

孫 娜 柳兆軍 范學忠 趙 杰

(1.山東理工大學,山東 淄博 255000； 2.山東點石建筑設計有限公司，山東 淄博 255000)

1 概述

《居住建筑設計原理及設計》課程是山東理工大學城鄉規劃專業本科生的一門非常重要的專業基礎必修課，共56學時(32學時理論+24學時實踐)，教學既具有理論性又有很強實踐性，是后續《城市設計》《控制性詳細規劃》等課程的先修課程，也是培養學生工程設計能力和專業素質的主干課程之一。城規專業學生需要具備建筑設計能力來解決城市規劃設計問題，且部分學生畢業后從事建筑設計工作，所以，該門課程直接關乎學生的未來職業能力，對于課程實踐教學的有效建設至關重要。

在傳統教學模式下，本門課程側重理論教學，采用板書與課件相結合的教學方式，對于抽象、動態知識點表達力度不夠。且居住建筑設計較為復雜綜合，有些知識點和實踐應用難度較大，目前僅限于二維空間的學習無法滿足知識、能力與素質的培養目標要求，需對本課程的理論和實踐教學有機整合、革新教學方法與模式。

2 教改意義

《居住建筑設計原理及設計》課程應用虛擬仿真技術，主要意義如下：

1)通過虛擬仿真模型與VR虛擬交互演示，把知識點融入仿真教學中，利于吸引學生注意力，增加學習趣味性，從而有效激發學生的學習主動性與創新思維，加深對所學知識的理解。在“教、學、做、練”過程中讓學生領悟知識點，形成具有交互效能多維化的信息環境，從而獲得身臨其境的切身感受，實現理實一體化教學。2)通過虛擬仿真交互，可立體化再現方案場景，直觀地看到不同數據參數下方案建成的居住建筑效果，真切感受居住空間的功能分區、平面布局、結構選型、立面造型、流線組織、空間尺度、家裝布置等內容，便于查缺補漏，辨別方案的優缺點，及時優化設計中的不足之處，有效提升學生的方案設計能力。3)可借助校網絡教學平臺，推進虛擬仿真教學，使教學擺脫了以學校為中心、課本為中心和教師為中心的束縛，實踐不再受限于硬件條件、資源、場所等，讓學生擁有多時空的學習空間。4)為學生接軌行業前沿VR技術，參加國家級、省級虛擬創新學科競賽奠定基礎。通過項目實例全過程學習掌握Revit，Sketchup，Vdp等BIM軟件，讓學生體驗從識圖、建模、渲染、動畫、VR交互到完成整個設計動畫解說展示視頻。

本教改核心目的是：通過本課程的虛擬仿真建設，創設仿真教學內容、改革教學方法，拓展虛擬仿真資源，實行全程化考評等舉措，從而提升理論認知、強化設計互動、培養職業素質，使學生成為“懂原理、會設計、能畫圖、擅表達”的工程實踐型人才，并具備“能創新、會合作、擅自學”的素質。

3 教改主要舉措

3.1 改革教學方法

改革單調線性的授課模式，綜合運用虛擬仿真與傳統教學手段，形成虛實結合教學方法。將虛擬仿真VR技術充分融入到理論講解與仿真交互操作中，采用虛擬仿真案例教學、師生互動演示環節，并使用VR眼鏡觀看居住建筑全景圖等，使學生短時間內便能消化理解較復雜知識點；同時在交互中，讓學生充分利用虛擬仿真技術鞏固理論知識并自主創新應用，建構并互動優化居住建筑虛擬仿真模型，借助VR技術，形成解說動畫交互視頻，培養學生自主學習和創新能力。并輔以方案設計作業，采用機繪建模與虛擬動畫仿真形式生動展示方案。

3.2 開發虛擬仿真建筑教學資源

構建虛擬與真實建筑互為補充的仿真教學環境，配備vdp，revit，3dmax，su，lumin等最新仿真軟件。主要探討如何通過虛擬現實技術教授和展示建筑設計，并通過數據參數改變來優化設計，學生也可以通過沉浸式方式感受建筑設計的尺度和空間；以實時的方式展示光照、實現各種復雜環境的模擬和內裝置換；還可通過虛擬現實手段動態展示建筑之間視野、視域的相互影響(見圖1)。

3.3 整合教學內容

改革教學內容，引入虛擬仿真VR教學，將行業虛擬仿真前沿技術有機融入居住建筑設計基本訓練，用虛擬仿真項目覆蓋課程的重難點知識點，將虛擬仿真演示、驗證、創建模塊生動融入課程；優化知識點，解決課程教學內容與社會實際工程脫節問題。力爭在校期間的設計項目能實現對常見居住建筑類型的全覆蓋。

3.4 信息化建設

依托網絡教學平臺，整合課程資源，實現全方位多時空虛擬教學。共享仿真解說動畫和教學視頻資源，并設置教學課件、課題任務書與指導書、學生虛擬仿真優秀作品、章節知識點思維導圖、導學任務單、拓展資料、競賽引導、競賽作品、工程案例、考研導引、測試題庫、答疑討論、學習筆記等欄目，便于學生獲取最新知識開展仿真實驗，并與師生互動。

3.5 全程化考核

將虛擬仿真考核融入平時考評中，加強平時考核權重，考核貫穿于課程教學始終，把過程性與終結性評價結合。采取筆試與口試、答辯并舉，理論與實踐考試并舉，線上與線下考試并舉，綜合采用多種考核形式。

即平時考核與期末考試相結合，平時考核注重考查學生綜合表現，包括虛擬仿真實踐作業、圖紙方案作業(手繪+機繪模型、展板等)、調研報告、隨堂測試、章節測驗、草圖匯報、點評與討論、出勤等；對于積極參加虛擬仿真競賽等實踐活動、競賽獲獎或創新立項的同學予以加分。

加入虛擬仿真項目的多維考核可提高學生學習興趣，提升理論知識的掌握、方案設計應用、圖面表現、語言表達和思辨能力的培養等，從而激發學生的發散思維，創新意識和職業素質。

3.6 校企合作

積極開展校企合作。一則，邀請建筑行業專家評析居住建筑設計虛擬仿真課題，建立業內專家、課題組教師、學生等多元評價機制。對于復雜的實際項目方案設計，采用情景式虛擬教學法，模擬項目實際競標流程，讓學生自由分組，共同創作方案，參加投標匯報，展示虛擬仿真建筑方案，并邀請業內專家現場公開評審或盲審，從而使學生充分感悟實際工作流程及要求。另則，積極促進相關設計單位轉化為實踐教學基地(如淄博市信息中心、淄博鴻創建筑設計公司等)，引導學生深入企業，將學校所學專業知識應用于企業實踐業務中，對接行業前沿BIM技術，為虛擬仿真建筑方案做好充足準備。同時，將設計單位虛擬仿真工程案例引入課堂，拓展學生工程實踐和創新思維設計能力。

4 教改效果

1)本教改已在2017級學生中嘗試，學生學習主動性增強，課前能自主預習、課后復習、課中積極回答與討論、課堂氣氛較為活躍；能自覺通過網絡教學平臺資源自學，參與互動討論、提交學習筆記等。學習成績明顯提升，較之傳統教學班平均分提高近2分，優秀率增多、掛科率較低(見圖2)。

2)作業質量明顯提高、幾乎無遲交現象，方案設計合理性、制圖規范性與圖面感染力增強，并能運用VR技術虛擬仿真建筑設計，制作解說動畫視頻。

3)學以致用，融合實踐，大力培養學生創新應用能力。依托本課程，參加建筑競賽的學生數與獲獎率大幅增多(2017級共有30余人參加了10余項比賽)，榮獲省級三等獎以上獎項50余項。其中國家級特等獎4項、銀獎1項、一等獎9項。申請防疫住宅建筑方向大學生創新立項1項。參與教師科研課題10余項。競賽成果得到企事業單位、兄弟院校與業內專家高度認可，個別學生甚至提前獲得就業機會。

5 結語

筆者通過采取“改革教學方法、開發虛擬仿真建筑教學資源、整合教學內容、信息化建設、全程化考核、校企合作”，嘗試了“居住建筑設計原理及設計”課程虛擬仿真教學改革，使復雜抽象難理解的設計原理及方法變得通俗易懂，潛移默化提升學生的實踐應用能力，優化工科人才培養體系。

實踐證明，采用虛擬仿真教改模式，對于實踐性要求極高的建筑設計類課程很有意義，可以大幅提升教學質量與學生實踐應用能力，并可緊跟行業最新BIM技術，不斷與時俱進。