建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)虛實融合實訓(xùn)基地建設(shè)研究

楊潤豐　楊愷　陳曉寧

一、引言

針對理工學科教學、實訓(xùn)、職業(yè)技能培訓(xùn)等所面對的設(shè)備短缺、場地不足、時間安排不夠、教學難點等問題，利用三維虛擬仿真技術(shù)開發(fā)的各種虛擬實驗或?qū)嵱?xùn)系統(tǒng)來輔助傳統(tǒng)教學，已經(jīng)成為研究和應(yīng)用的熱點，在職業(yè)教育領(lǐng)域尤為突出。建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)對教學和實踐需要功能齊全的實訓(xùn)基地作為保障[1]。通過建設(shè)建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)虛實融合實訓(xùn)基地，探討虛實融合實踐教學平臺的搭建，有效解決教學內(nèi)容與實操脫節(jié)、虛擬和實操不能統(tǒng)一等突出問題。

二、虛擬仿真教學的特點與普及?

在虛擬仿真教學中，場景、儀器、耗材、過程等都可以通過虛擬技術(shù)實現(xiàn)，節(jié)省實驗實訓(xùn)室建設(shè)的投入，降低實驗實訓(xùn)教學和運行管理成本，解決軟硬件條件與實踐教學需求不斷提高之間的矛盾。實驗實訓(xùn)教學的改革、調(diào)整和優(yōu)化不再受設(shè)備性能的制約，有效解決傳統(tǒng)實踐教學平臺建設(shè)周期長、投入大、設(shè)備功能單一、設(shè)備老化、更新補充不到位等問題。

隨著信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真教學的信息化綜合應(yīng)用越來越普及。目前，在虛擬仿真教學中主流的信息技術(shù)主要有多媒體技術(shù)、人機交互技術(shù)、可視化技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)、虛擬世界、3D打印技術(shù)、遙現(xiàn)技術(shù)等。一些發(fā)達國家在建設(shè)具有完備數(shù)字化學習條件和虛擬實驗環(huán)境的教學實驗室[2]，如新加坡南洋理工大學的虛擬現(xiàn)實實驗室、美國明尼蘇達大學的主動學習樓等。

三、建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)虛實融合實訓(xùn)基地建設(shè)的必要性

1.傳統(tǒng)的實訓(xùn)基地不能滿足專業(yè)實踐教學需求

建筑智能化工程技術(shù)是多學科跨行業(yè)的系統(tǒng)工程，它是把建筑、電子、自控、通信、計算機等方面的先進技術(shù)相互融合、集成優(yōu)化為一個整體，使建筑體的使用滿足信息社會需要并且具有安全、高效、舒適、便利等優(yōu)勢。建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)對實踐教學環(huán)節(jié)要求高，涉及的設(shè)備多、配套產(chǎn)品和技術(shù)繁雜，包括消防聯(lián)動系統(tǒng)、溫感系統(tǒng)、煙感系統(tǒng)、自動報警系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、電子監(jiān)控系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、樓宇自動化控制系統(tǒng)等[3]。傳統(tǒng)的實訓(xùn)基地建設(shè)方式是按課程需求把實訓(xùn)室做到小而全，功能單一，還使用了較多的實驗實訓(xùn)場所，導(dǎo)致在新建實踐基地時無法滿足場地條件的需求。

2.虛實融合的實踐教學平臺滿足建筑智能化系統(tǒng)集成的需求

通過虛實融合的實踐教學平臺取代功能單一的實訓(xùn)室硬件教學設(shè)備，滿足建筑智能化系統(tǒng)集成的需求。保留建筑智能化系統(tǒng)中核心硬件設(shè)備作為實操主要控制對象，以虛擬場景取代作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到操作真實設(shè)備所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。使學生通過在虛擬場景的身臨其境和自主控制的人機交互獲取外界的反應(yīng)。

3.運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)營造真實和仿真相結(jié)合的職業(yè)環(huán)境

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，突破傳統(tǒng)建筑智能化實訓(xùn)室的限制，在實踐教學中可以根據(jù)教學項目，選擇適合的工作任務(wù)內(nèi)容進行學習和實操。這種模擬的實訓(xùn)有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，使學生主動探索獲得知識，從而提高學生學習的動力。虛擬實訓(xùn)環(huán)境大大增加了實訓(xùn)時間和內(nèi)容，減少了實際實驗實訓(xùn)耗材的使用。在虛擬場景的訓(xùn)練中不會產(chǎn)生任何危險，學生可以反復(fù)練習，直至掌握操作技能和達到技術(shù)要求為止。系統(tǒng)還可演示一些復(fù)雜的、抽象的、不宜在平面直接觀察的工作過程和現(xiàn)象，全方位、多角度地展示教學內(nèi)容，從而極大豐富課堂的教學內(nèi)容。

4.虛實融合教學平臺節(jié)約有限的教育成本

虛擬各種實驗實訓(xùn)設(shè)備、實訓(xùn)環(huán)境和操作過程，使大多數(shù)課程可以在實訓(xùn)室中進行，大多數(shù)的技能可以在虛擬實訓(xùn)場景中進行訓(xùn)練，可避免實驗實訓(xùn)設(shè)備的損壞、訓(xùn)練材料的消耗等問題，從而減少購置昂貴實驗實訓(xùn)硬件設(shè)備的數(shù)量。節(jié)約大量教學經(jīng)費和場地的使用，從而有效節(jié)約教育成本。

四、建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)虛實融合實訓(xùn)基地建設(shè)與管理

1.基地規(guī)劃與系統(tǒng)組成

基地布局科學合理，與現(xiàn)代生產(chǎn)服務(wù)場景相接近，符合相關(guān)建設(shè)標準，無安全隱患，滿足使用面積和實訓(xùn)工位數(shù)量的要求?；貒@建筑機電設(shè)備及其自動化系統(tǒng)（BAS）、消防自動化系統(tǒng)（FAS）、安全防范自動化系統(tǒng)（SAS）、通訊自動化系統(tǒng)（CAS）、管理自動化系統(tǒng)（MAS）、智能家居系統(tǒng)（HAS），分實訓(xùn)屋、工作站、開放式中控管理區(qū)的方式進行配置。在實訓(xùn)屋中實現(xiàn)各子系統(tǒng)的高度集成應(yīng)用，單個實訓(xùn)室綜合通信網(wǎng)絡(luò)、布線、智能抄表、門禁、監(jiān)控、報警、廣播、消防聯(lián)動、環(huán)境監(jiān)測、電源開關(guān)控制、智能家居等多個子系統(tǒng)。工作站的建設(shè)圍繞群控電梯系統(tǒng)、暖通控制系統(tǒng)、智能停車場系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等。每個工作站既能實現(xiàn)獨立控制，也以聯(lián)網(wǎng)的方式對其他系統(tǒng)進行聯(lián)動控制。供配電實訓(xùn)系統(tǒng)既是實訓(xùn)設(shè)備，也能對實訓(xùn)室供電進行控制和能耗統(tǒng)計。

基地按照虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛的建設(shè)原則，以提高學生實踐能力和創(chuàng)新精神為核心，在建筑智能化工程技術(shù)虛擬仿真教學系統(tǒng)中，以完整的實訓(xùn)教學項目為基礎(chǔ)，應(yīng)用工程施工和設(shè)施管理所必需的實際設(shè)備，把工作場景和大型工程設(shè)施虛擬化，不僅能實現(xiàn)虛擬操作和過程場景演示，直觀、真實地再現(xiàn)工作原理、設(shè)備連接和運行過程，而且能聯(lián)動設(shè)備實體進行實操訓(xùn)練。虛實融合實訓(xùn)平臺充分考慮學生需求，具有開放性、擴展性、兼容性和前瞻性。

2.建立虛實融合實訓(xùn)教學新體系

專業(yè)課程分為應(yīng)用類和工程類課程，并分別在這兩類課程上建立設(shè)施維管、工程技術(shù)兩個發(fā)展方向，培養(yǎng)學生對建筑智能化系統(tǒng)安裝、調(diào)試、運行與維護的職業(yè)能力，立足工作崗位。對應(yīng)的專業(yè)虛實融合實訓(xùn)教學新體系以理實一體教學模式開展項目化教學[4]，有利于增強學生的實踐動手能力。實踐教學資源豐富，滿足實踐教學需要。實訓(xùn)教材體現(xiàn)職業(yè)標準，反映建筑智能化工程的新技術(shù)、新工藝。此外，建設(shè)與實訓(xùn)內(nèi)容相配套的信息化教學資源庫，積極探索線上線下教學相結(jié)合的個性化、智能化、泛在化實訓(xùn)教學新模式。

3.教師教學水平建設(shè)

每個實訓(xùn)室和實訓(xùn)平臺由專業(yè)老師負責，要求教學水平與科研水平兼?zhèn)?。選拔骨干教師為核心實訓(xùn)教學和管理隊伍，提高整體隊伍的綜合素質(zhì)。根據(jù)工作需要和崗位規(guī)劃，吸引不同學歷、不同能力、不同技術(shù)特點的企業(yè)骨干作為兼職教師，優(yōu)化師資隊伍的組成結(jié)構(gòu)。建立科學合理的青年教師培養(yǎng)計劃，發(fā)揚傳幫帶的優(yōu)良傳統(tǒng)，確保實訓(xùn)基地長期有序的建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展。

4.基地管理機制

基地內(nèi)部管理制度健全，崗位職責清晰，管理規(guī)范有序，經(jīng)費?？顚Ｓ?。要保證虛實融合實踐教學平臺資源的開放共享和充分使用，建成包含實驗室資產(chǎn)、設(shè)備維護、課程體系管理、實驗室日常管理等內(nèi)容的信息化管理平臺，構(gòu)筑教育信息化體系。注重對相關(guān)實訓(xùn)教學項目自有或共有知識產(chǎn)權(quán)的保護，注重對學生個人信息等的保護，嚴格遵守我國教育、知識產(chǎn)權(quán)、互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)法律法規(guī)。

5.共享平臺構(gòu)建

建立穩(wěn)定安全的開放運行模式，積極探索在線虛實融合實訓(xùn)教學項目可持續(xù)運行的有效模式。面向全校學生開放，也面向社會提供科研和產(chǎn)品開發(fā)的服務(wù)。依托互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用普及，建立基地優(yōu)質(zhì)資源共享系統(tǒng)，構(gòu)造出開放性的教學環(huán)境，拓展課程受益面，成為一種非常迅速、有效、值得推廣的教育資源輻射形式。形成校企合作的長效機制，與行業(yè)企業(yè)建立長期穩(wěn)定的緊密型合作關(guān)系并開展全面、深入的合作。

五、結(jié)束語

虛實融合實訓(xùn)教學基地的建設(shè)結(jié)合實際的建筑智能化工程項目應(yīng)用，規(guī)劃虛擬仿真實訓(xùn)及教學平臺，將各個建筑智能化實訓(xùn)子系統(tǒng)和實訓(xùn)設(shè)備有機地結(jié)合起來。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在虛擬仿真系統(tǒng)中建立起與真實世界一致的關(guān)系。解決建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)設(shè)備的缺乏和受實踐條件制約而影響教學的困難，節(jié)省和減少實訓(xùn)教學設(shè)備的更新?lián)Q代和重復(fù)投資。虛實融合實訓(xùn)教學效果顯著，受益面大，學生實驗興趣濃厚，自主學習能力明顯增強，實踐創(chuàng)新能力明顯提高。對相關(guān)專業(yè)的實訓(xùn)基地建設(shè)和運行管理具有一定的指導(dǎo)意義，并有助于優(yōu)化實訓(xùn)條件、提高教學質(zhì)量、彰顯職業(yè)教育特色。

[課題項目：2017年廣東省高職教育建筑與房地產(chǎn)類專業(yè)教學指導(dǎo)委員會教學改革項目，建筑智能化工程技術(shù)公共實訓(xùn)中心體系建設(shè)與實踐，項目編號：JZZD201709;2017-2018年度東莞市職業(yè)技術(shù)教育發(fā)展研究會“十三五”規(guī)劃課題，建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)虛實融合實訓(xùn)基地建設(shè)研究，項目編號：DZH1718010。]

參考文獻：

[1]楊潤豐，汪全，陳曉寧.建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)一體化校內(nèi)實訓(xùn)基地的建設(shè)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2016（7）：22-24.

[2]王衛(wèi)國，胡今鴻，劉宏.國外高校虛擬仿真實驗教學現(xiàn)狀與發(fā)展[J].實驗室研究與探索，2015（5）：214-219.

[3]楊潤豐，蔡其新，傅正中，楊愷.樓宇智能化工程技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的研究與實踐[J]，廣東教育·職業(yè)教育，2015（5）：33-35.

[4]楊潤豐，高爽，王志兵.高職《高頻電子技術(shù)》課程工學結(jié)合培養(yǎng)模式[J].當代職業(yè)教育，2012（1）：30-32.

責任編輯 何麗華