虛擬仿真技術在《房屋建筑學》課程中的應用

范香+韓記

【摘要】基于我校虛擬仿真實驗中心平臺的建立，將虛擬仿真技術應用到《房屋建筑學》課程中，不僅使課程知識體系層次化、系列化；建筑構造信息化、立體化；實驗模擬簡單化，而且利于老師的教學管理，最終讓工程類課程教學體現出很強的情景性、過程性與互動性，教學效果非常良好。

【關鍵詞】虛擬仿真技術 房屋建筑學 建筑構造

【中圖分類號】TU-4；G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）05-0023-01

隨著各高校教育改革的需要，傳統的教學方法需要逐漸轉變。如何提高應用性專業的實踐技能的需要，加強培養具有較強職業能力的學生成為工程類專業中亟待解決的重要課題。虛擬仿真技術的應用實施理論依據是以就業為導向，以提高學生技能為目的，成為工程類專業教學未來發展的趨勢。[1-2]

《房屋建筑學》課程是建筑類專業應修的基礎課程之一，它是一門承上啟下的實踐性很強的專業課程，需要學生識別各種房屋構造圖。然而虛擬仿真技術不受時間、空間、地域條件的限制，以其安全性、交互性得到了廣泛的關注，并且應用到教學[3]。利用虛擬仿真技術不僅能提高教學效果，更重要的是讓缺乏實踐和觀摩條件的學生不受時間、地點等多方面條件的限制，因此，本文立足于將虛擬仿真技術與《房屋建筑學》課程結合，為建筑類專業學生學習該課程提供一定的借鑒意義。

一、課題研究的軟件、硬件支撐

虛擬仿真技術是我校建筑與工程專業長期探索研究課題之一，它涉及到Revit、Virtools、3DMAX、BIM5D、等相關軟件。目前我校已有BIM虛擬仿真實驗室（60臺計算機機房+9款廣聯達BIM軟件）、建筑仿真模型及虛擬教學系統（360臺工程結構、建筑、施工、鋼筋教學仿真模型+多功能黑板+教學軟件）、VR虛擬仿真建筑與施工教學實訓中心以及正在構建的建筑與工程虛擬仿真實訓教學平臺，力爭“立足教學、教研融合、面向工程、開放共享”，輻射我校工程造價、工程管理、建筑學、建筑電氣智能化及其它相關專業，形成了“三層次、四模塊、五結合”的教學體系。其中“五結合”即為是與理論課程、與實體實驗、與科研成果、與實際工程及與企業實踐相結合，如圖1，其中建筑模型設計仿真實驗平臺《房屋建筑學》、《建筑構造》、《建筑構成》、《房屋模型制作》課程供良好的教學和實踐平臺。

二、虛擬仿真技術在《房屋建筑學》課程中的應用

《房屋建筑學》課程是建筑類專業的基礎課程，利用我校已有虛擬仿真技術可以實現將該課程設置有層次化、系列化、模塊化以及實驗體系連貫性強等優勢，這樣的教學和實踐項目不僅讓“課堂成為實驗室”、“課外成為施工現場”，更有利于培養學生的創新能力。

第一，使課程知識體系層次化、系列化、模塊化，最終實現構造信息化。《房屋建筑學》課程主要核心部分即為建筑構造，總共包括基礎與地下室、墻體（柱）、樓地坪、屋頂、樓電梯、門窗、零星構造等七大構造。針對不同的構造利用虛擬仿真技術建立房屋構造模擬實訓系統，形成20子模塊房屋構造三維仿真模型。比如墻腳的防潮構造，傳統的教學這部分一般通過圖集進行講解，但是只要安裝了房屋構造模擬實訓系統，系統提供了勒腳在-0.06m處分別設置水泥砂漿防潮層、細石混凝土帶防潮以及卷材防潮層的動畫做法，學生可以不受時間和空間限制，用電腦或手機刷屏進行知識圖解，便于課程的預習和復習，從而實現了構造的信息化。

第二，三維建模及模型優化，使建筑構造立體化。由于房屋建筑模型的數量眾多，利用房屋構造模擬仿真實訓系統，可以讓場景虛擬變得更加真實。學生通過3D動畫視頻學習，然后按照構建房屋施工演示的反順序，讓學生360度直視建筑構造，避免圖紙、規范上二維的圖像，只能看到某一個部位的構造，隱蔽構造難以想象的局面。

第三，“虛、實”實驗的有機結合，完成較難完成的實驗，提高實驗教學效果。房屋建筑學課程節能實驗中需要測定墻體及玻璃的導熱系數，光的折射系數等，然而許多大學尚未建設建筑物理實驗室，或者開設了此部分實驗，但是由于實驗很難精確的測定，所以大多數老師選擇只講概念，不講原理，慢慢地這部分知識就被淡忘。利用虛擬仿真技術，可在以有邏輯地解釋導熱的原理以及演示墻材傳熱的過程，在專門的教師指導下，學生可以進行實驗全過程的操作和體驗，自主完成“虛、實”實驗。同時虛擬仿真實驗項目都設置了人機交互的功能，學生甚至可以有意進行“試錯”實驗，感受試驗結果，并驗證結果的可靠性。

第四，使教學管理簡單化。虛擬仿真技術將《房屋建筑學》課程中理論知識聯系實際的橋梁，老師通過教學大綱進行任務式實訓。其目的在于使學生在仿真教學實踐中發現問題，最終提高學生的職業道德與職業技能。

第五，虛擬仿真技術與“互聯網+”地有效結合。隨著生活水平的提高，大多數家長都會為學生購買電腦，這樣教師和學生分別于不同的地點通過虛擬的教學系統進行互動，有利于多人協作完成房屋建筑的搭建工作。利用互聯網，應用在遠程教育和施工崗前培訓中，開發成公共的資源供學習者下載學習。

三、結語及展望

沒有開發不出來的虛擬場景，只有想不到的創意空間。本文將虛擬仿真技術引入到《房屋建筑學》課程教學中來，在理論和實踐的研究中取得了上述可行性的結論。未來幾年，我校順應當今全民“互聯網+”信息化的潮流，將虛擬仿真技術推廣到《施工技術》《建筑結構》、《建筑力學》等課程，開發其它課程的虛擬仿真系統，構件我校的虛擬仿真實訓平臺，爭取將先進的的技術應用到教學中，培養適應建筑行業職業發展需要的創新應用型人才。

參考文獻：

[1]王芳，關于新建本科院校師資隊伍建設的思考[J].人力資源管理，2010（06）：54.

[2]中華人民共和國教育部.2008年教育統計數據——專任教師年齡情況（普通高校）[EB/OL].http：//www.moe.Edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s4633/201010/109966.html，2009-12-31.

[3]李松湘.虛擬仿真技術在電子技術課程教學中的應用研究[D].湖南師范大學，2012，10.