MR技術在建筑類專業課程教學中的應用研究

趙盈盈

摘 ?要 傳統的教學方法已很難達到內容抽象的建筑類專業課程的教學目標，而MR技術以其強大的優勢為教學帶來全新的可能。以建筑工程鋼筋識圖課程為例，研究MR技術在教學中的實現路徑以及基于MR技術的教學設計，為其他建筑類專業課程教學中MR技術的應用提供經驗參考。

關鍵詞 MR技術;建筑工程鋼筋識圖;混合式教學;BIM;“1+X”證書制度

中圖分類號：G712 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）18-0037-04

Application Research of MR Technology in Teaching of Architec-

tural Specialized Courses： Take Construction Engineering Rein-forcement Drawing Recognition as an Example//ZHAO Yingying

Abstract The traditional teaching method has been difficult to achieve the teaching goal of abstract architectural professional courses， and MR technology has brought new possibilities to educa-

tion with its powerful advantages. This article takes the construction engineering reinforcement drawing recognition course as an exam-ple， studies the implementation path of MR technology in teaching and the teaching design based on MR technology， and provides ex-

perience reference for the application of MR technology in the tea-ching of other architectural professional courses.

Key words MR technology; construction engineering reinforcement drawing recognition; blending teaching; BIM; “1 + X” certificate system

1 前言

在人工智能領域，VR（虛擬現實）和AR（增強現實）通過改變或影響物理現實的技術增強了人們的體驗感。其中，VR把人的視覺和意識帶入虛擬的場景中，所見均是假象;AR把虛擬的信息帶入現實世界，且能夠分清真假象。本文用到的MR（混合現實）是AR進一步的改進，將虛擬環境與現實場景信息混合在一起，在虛擬環境、現實場景及用戶之間搭建一個交互反饋的信息回路，其最大的優勢在于用戶可以用像在真實世界中一樣的方式與數字信息或對象進行交互，體驗感更加逼真。MR技術在天氣預報、遠程醫療、軍事及航空航天等高科技領域均有成功應用案例，在未來，社交、智能家居及遠程服務等日常生活領域也會因MR技術的應用發生翻天覆地的變化。

影創科技是世界領先的MR公司，已經為教育行業打造了極具科幻感的全息教學體驗，其MR產品和技術已進入我國400多所院校，同時在為上百所重點中學及知名高校打造5G+MR全息教室和創新性實驗室，這說明MR為教育帶來全新的可能。本文以建筑工程鋼筋識圖課程為例，研究MR技術在課程教學中的應用。

2 MR技術在建筑鋼筋識圖課程中的實現路徑

建筑工程鋼筋識圖課程是高職院校建筑工程施工技術、建設工程管理等專業群的一門實踐性較強的專業骨干課程，服務于建設項目施工階段的材料管理、構件加工與安裝等生產環節，是培養學生職業能力方向的重要專業基礎課程。傳統的建筑工程鋼筋識圖課程更多采用平面化教學，對學生的空間想象力、鋼筋構造分析能力、動手能力要求較高，學生往往需要更加直觀地反復練習，但傳統教學環境和設施使得鋼筋識圖課程以及后期的鋼筋實訓課程卻“難看到、難動作、難進去、難再現”，這種“四難”問題嚴重影響學生的學習效果。顯然，為了達到鋼筋識圖的教學目標，傳統的教學環境和設施已經無法滿足要求。

MR技術可以提供混合現實的逼真體驗，將虛擬的鋼筋構造模型、動畫、視頻等以全息形式呈現在眼前，學生可以進行觀察、拆解、重建、修改等操作，改變了建筑工程鋼筋識圖課程傳統的平面化教學缺點，提高學生積極性與參與度，以實現教學內容的三維可視化、教學過程三維交互化、教學評價真實客觀化。具體的實現路徑如圖1所示。

可見，首先需要創建精細化的BIM模型，包括建筑專業和結構（鋼筋）專業，為了使最終呈現效果的有效性，鋼筋模型必須嚴格按照16G101圖集的構造要求進行創建。此處模型的創建與整合計劃采用Revit軟件，因為該軟件與其他信息化軟件的融合度比較高。整合后的模型通過運用MR技術即可實現與VR鋼筋場景的無縫融合，然后佩戴MR眼鏡設備，通過運用360°全息幻影成像技術，便可使鋼筋構造以逼真的視覺效果呈現在師生眼前，并且可以進行觀察、拆解、重建、修改等操作，為課堂教學及實訓教學提供很大的幫助。

3 MR技術在建筑工程鋼筋識圖課程中的實現內容

建筑工程鋼筋識圖課程主要講授梁平法施工圖制圖規則及構造、柱平法施工圖制圖規則及構造、有梁樓蓋板平法施工圖制圖規則及構造、剪力墻平法施工圖制圖規則、基礎平法施工圖制圖規則及構造。通過本課程的學習，使學生掌握混凝土結構相關主要構件的制圖規則，熟悉其構造，能夠正確識讀混凝土結構施工圖紙，并能根據結構施工圖紙及16G101系列圖集計算相關構件中鋼筋的工程量。

依據建筑工程鋼筋識圖課程教學的需要，結合施工圖紙和國家建筑設計圖集，確定利用MR技術全息呈現梁、板、柱、基礎、樓梯、剪力墻以及關鍵節點鋼筋構造要求，用于教學過程中，具體實現內容見表1。

4 基于MR技術的建筑鋼筋識圖教學設計

盡管有先進的MR技術支持，教學效果的好壞仍取決于教學設計是否合理。下面以梁構件鋼筋識圖為例，基于MR技術制定教學設計。

教學目標設計 ?課程設計的制定要圍繞教學目標進行，依據建筑工程鋼筋識圖課程標準制定該部分教學內容的教學目標，包括知識目標、能力目標及素質目標，如表2所示。

教學過程設計 ?本課程依據職業崗位技能要求，以建筑企業典型工程圖紙案例為任務，設計了課前、課中、課后“預、引、解、探、模、練、拓”三階段七環節教學過程，如圖2所示，采用線上線下混合式教學模式，將職業素養養成和崗位技能積累貫穿始終，推進“三全育人”，打造守初心、鑄匠魂、強技能的高效課堂。

教學實施過程 ?整個教學過程分為課前預習、課中實施和課后拓展三個部分。

1）課前預習。課前1～2天，教師在超星平臺發布課前預習任務單，學生在超星平臺查看任務書、明確學習要求，通過微課視頻的學習，自主探究梁鋼筋識圖的相關內容;預習結束后，學生在超星平臺交流討論，教師匯總討論結果，搜集學生存在的問題。在學生完成課前預習任務后進行測試，測試結果表明，學生對梁鋼筋構造要求理解不清，三維空間想象能力的建立較難，這會影響到后期梁內鋼筋單長的計算。因此，在課中針對這部分內容利用MR技術可以提供混合現實的逼真體驗，將虛擬的鋼筋構造模型、動畫、視頻等以全息形式呈現在眼前，降低教學難度，學生對虛擬仿真和動手操作較感興趣。

2）課中實施。課中包括引任務、解內容、探方法、模擬操作、練技能等五個環節，共計兩學時。

①引任務。本環節教學，教師課堂分享關于梁施工的質量事故或安全事故的案例，組織學生展開討論，教師課堂上做總結，總結的過程中對學生進行思政教育，比如：做工作需要精益求精、一絲不茍，否則出現質量或安全事故，后果不堪設想。同時引出教學任務：熟讀梁平法施工圖并進行梁內鋼筋長度的計算。

設計意圖：進行生生交流討論，互相學習，可產生思想碰撞，激發學生積極性;通過學生發言，鍛煉學生的表達能力;從實際項目角度引出任務，激發學生的學習積極性，使學習目標更明確;思政案例起到對學生進行思政教育的作用。

②解內容。本環節有兩個方面的教學內容。

第一，梁平法施工圖的識讀。采用二維施工圖紙與三維的梁鋼筋模型相對照的方式，依據16G101圖集進行平法施工圖的識讀方法的講解，之后教師戴著MR眼鏡，進入三維鋼筋模型逼真的場景，將梁平法施工圖中的鋼筋（比如梁上部通長筋、箍筋等）從三維模型中拆離出來，采用3D全息投影技術，學生不用戴頭顯設備，借助投影設備即可裸眼看到教師的操作，更加方便了學生對二維圖紙的理解。

第二，梁鋼筋構造。16G101圖集中關于鋼筋構造全是二維顯示的，非常不利于學生的理解。盡管依據圖集構造要求創建了三維的鋼筋模型，但受Revit軟件的限制，學生無法方便地細看某一根鋼筋的細部構造。若借助MR技術，便可輕松解決問題。將提前做好的梁鋼筋動畫導入系統，使一名學生佩戴MR眼鏡進入梁的三維鋼筋動畫場景中去，拆離出某根鋼筋，便可聽到該根鋼筋的構造講解，聽覺、視覺及觸覺并行，使原本抽象的構造知識逼真地再現;而其他學生通過3D全息投影系統，不用戴頭顯設備，便可看到鋼筋拆裝及構造講解，如同親臨一般。

設計題圖：采用三維鋼筋模型的方式講解板平法施工圖，不會枯燥無味，使得所講知識更容易聯系實踐，激發學生的學習興趣;采用3D全息投影技術，學生不用戴頭顯設備，借助投影設備即可裸眼看到教師的操作，更加方便了對二維圖紙的理理解;學生自己動手操作虛擬系統，從中分析板鋼筋構造的知識，培養自主解決問題的能力。

③探方法。本環節教學，以完成任務單為載體，在教師的引導下，探尋梁鋼筋算量方法。充分理解了梁的鋼筋構造要求之后，再算鋼筋長度就非常容易了。教師以某根鋼筋為例進行講解，其余的發布任務單，使學生自己動手計算，不會計算的學生可以再次佩戴MR眼鏡進行鋼筋構造的學習。任務單的完成分小組進行，可以培養學生團隊協作能力及高度的責任心，完成的任務單上傳超星學習平臺，教師評價，及時發現學生存在的問題并予以解決。

設計意圖：以完成任務單為載體，將授課內容貫穿其中，激發學生的學習興趣;任務單完成過程中還培養了學生的團隊協作能力及高度的責任心;學生在教師的引導下自我探究識圖方法，培養了自主解決問題的能力和創新意識。

④仿真做。本環節教學，使學生了解“1+X”（BIM）職業技能證書制度的要求;利用BIM軟件依據板的平法施工圖繪制出三維的鋼筋模型;通過二維圖和三維鋼筋模型之間的對照，更加有利于培養學生的識圖能力。

設計意圖：引入“1+X”（BIM）證書制度，提高學生的重視程度;將動手操作融入課堂，一方面檢驗了學生的識圖能力，另一方面鍛煉了學生的職業技能;學生對照教師參照模型找差異，利于培養精益求精的職業精神;小組成員之間相互協作，利于培養團隊協作的職業精神。

⑤練技能。本環節教學，根據典型施工圖紙，完成關于板鋼筋算量的任務單;鞏固學生板平法施工圖的識讀能力;通過各組任務單成果的分享對比，使學生自我發現問題、解決問題。

設計意圖：以完成任務單的形式鍛煉學生的詳圖識讀能力，并方便考查學生的掌握程度;任務單完成過程中還培養了學生的團隊協作能力及高度的責任心;教師展示各組任務單，實現師生和生生的互動，并且使各組本著精益求精的職業精神完善各自的任務單。

3）課后拓展。該教學環節作為學生對所學知識的鞏固環節，受到學校實訓場地及實訓材料的限制，課程實訓環節的教學質量得不到保障。借助MR技術，教師將梁的鋼筋籠的各根鋼筋準備好，讓學生在虛擬場景中依據二維的施工圖紙中梁的平法標注信息進行鋼筋的安裝，一方面鞏固了學生的識圖知識，另一方面，教師也可以據此檢查學生對知識的掌握程度。

5 基于MR技術的課程實施效果

1）通過超星教學平臺上發布作業的評判，數據統計顯示，MR技術融入課堂后，完美完成了課程教學的知識目標、能力目標及素質目標，并且學生具備舉一反三的能力。

2）MR技術解決了教學中傳統的文本形態內容難以傳遞或擴散的問題，使教學內容更加立體形象，知識形態更加豐富，提升了教與學兩個節點的知識流通效率，提高了教學質量。

3）MR技術讓學生在虛擬現實的空間里學習探索，寓教于樂，給學生帶來沉浸感。動手操作環節滿足了學生的好奇心，極大地激發了學生的學習興趣，自然就提高了他們的學習質量。

4）將思政元素巧妙地融入課程教學中，使學生掌握專業技能的同時，受到思政教育的洗禮。

5）將BIM技術貫穿應用于教學中，使教學形象化，學生更易理解，且更感興趣。安排動手操作環節，響應國家“1+X”證書制度，培養了學生的BIM技術職業技能。

6 MR技術課程應用反思

MR技術在建筑工程識圖課中的應用無疑提高了教學效率，受到教師和學生的一致好評，但仍存在兩個關鍵問題需要解決。

首先，MR技術優勢的充分發揮要基于BIM鋼筋模型、鋼筋動畫等，這些資源的形成是極其不易的，而且還要根據實際情況對這些資源進行略微調整，需要教師會BIM軟件及動畫制作軟件的操作，這對教師的要求較高。

其次，雖然很多科技企業在對MR技術進行研發和推廣，也得到很多高校的認可，但是由于MR設備以及與其配套的其他設施設備成本很高，很難滿足大規模的課堂教學，因此，MR技術要在高校教學中真正落地，還需要企業、政府、高校、社會等各方面的共同努力。

參考文獻

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