打造智能信息化的虛擬仿真式金課

張同鈺

摘? 要 探討虛擬仿真技術與信息化教學的深度融合機制，提出虛擬仿真式金課的建設原則，采用建筑工程3D仿真平臺、VR/AR虛擬現實系統和信息化建筑模型三種載體進行教學，最后以高職土建課程建筑施工技術為例，展示智能教育在課程中的應用情況，凝練虛擬仿真式金課建設模式。

關鍵詞 金課;建筑施工技術;精品課程;建筑工程3D仿真平臺;虛擬仿真

中圖分類號：TP391.9? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）02-0014-03

Building Virtual Simulation Golden Course of Intelligent Infor-matization： Taking Construction Technology as Example//ZHANGTongyu

Abstract This paper discusses the deep integration mechanism of?virtual simulation technology and information-based teaching， puts forward the construction principle of virtual simulation golden course，and uses three carriers of construction engineering 3D simulation platform， VR / AR virtual reality system and BIM for teaching. Finally，taking the Construction Technology as an example， it shows the appli-cation of intelligent education in the course. Refine the construction mode of virtual simulation golden course.

Key words golden course; construction technology; excellent courses;?construction engineering 3D simulation platform; virtual simulation

1 前言

近年來，由于不合理的教學評價，一些高校存在水課逆向淘汰金課的不正常現象。水課就是低階性、陳舊性的課，是教師不用心上的課。金課是指有深度、有難度、有挑戰度的課。教育部部長陳寶生表示，要提升大學生的學業挑戰度，合理增加大學課程難度、拓展課程深度、擴大課程的可選擇性，激發學生的學習動力和專業志趣，真正把水課變成金課[1-2]。

2 虛擬仿真課程的意義及現狀

當下，我國準備實施一流課程的“雙萬”計劃，即建設一萬門國家級一流線上線下的精品課程（國家金課）并打造一萬門省部級一流線上線下的精品課程（地方高校金課）。這兩萬門金課的體現形式大致可歸納為五種類型：線下金課、線上金課、線上線下混合式金課、虛擬仿真金課和社會實踐金課[1]。

虛擬仿真金課是“互聯網+教育”之后的“智能+教育”新形式，是依托于電子技術革新的新型教育生產力，是虛擬現實技術（將計算機技術、多媒體技術、人機交互技術、傳感技術及人工智能等綜合起來，使用戶在虛擬環境中進行各種活動，獲得身臨其境的感受[3]）與教育教學深度融合的成果。虛擬仿真技術解決了諸如高職土建類專業職業能力課程中的平面難體現、建設周期長、危險性較大、材料消耗多等諸多困難[4]，能夠在虛擬環境中極大程度地還原工程場景和生產過程，在短時間之內可從多維度展現工程項目的建設情況，實現低成本、全天候、多層次教學，彌補現實教學環境不足的短板，同時可通過采集的數據建立一套完善的測評體系，確保課程的教學效果。

3 高職虛擬仿真式金課建設原則

高職院校的金課要體現“能工作、體系化、有動力”三個特征，同時課程建設要遵循學生職業成長規律、教育規律和學習規律。課堂教學呈現形式主要是任務引領和行動導向的“做中學”“做中教”“做中聽”“做中看”“做中論”[5]。

目前，各種類型的虛擬仿真系統在大多數高職院校土建類專業進行了應用，取得一定的效果，但具體如何使用虛擬仿真系統進行教學，尚未形成較為完善的模式，導致某些課程教學效果仍良莠不齊：有的課程完全依賴系統對學生進行填鴨式訓練，忽略了教師的主觀能動性，把教學完全交給了計算機;有的課程雖使用虛擬仿真系統教學，但不去對學生的訓練結果進行評測，更不進行診斷和改進;還有的課程只是對仿真系統進行簡單操作，采用少量課時作為補充和拓展訓練，沒有將課程融入其中。這些課程雖然都使用了虛擬仿真系統進行教學，但是仍然屬于水課之列，難以被稱為金課。因此，在建設過程中需把握以下幾個原則。

虛擬仿真與專業課程的深度融合? 虛擬仿真式金課不是簡單的課程移植，而是要根據工程建設規律和教學規律由淺入深地設置問題或工作任務，并通過各種獎勵機制激發學生層層深入的興趣點，使其在虛擬的場景中獲得成就感，從而達到掌握知識點及職業技能。虛擬仿真課程應這樣進行設計：創建虛擬環境，以問題導向或任務驅動的方式引導學生在虛擬環境中自行探索解決問題的途徑或完成任務的方式，然后對學生的探索結果進行深化討論與糾偏驗證，再次進入仿真操作解決實際問題或完成學習任務，總結、評價并給出建議，對尚未達到要求的部分進行補足講解。

虛擬仿真與現實資源的同步建設? 虛擬仿真系統能解決大部分土建專業中的實驗課、實訓課和理實一體化課程“做”的問題，但是終究是輔助手段，不能取代全部的教學。在金課建設中，教師的教學能力、課程配套資源、現實實驗實訓基地都是至關重要的建設內容，讓學生通過虛擬環境中的訓練以提升現實的職業技能，才是虛實結合的真正含義。

虛擬仿真與數據平臺的監控分析? 虛擬仿真系統可以創造出一個模擬現實的情境，但教師不能把學生丟在這個情境中任其自由發揮，在教學過程中和訓練完成后需要加強對學生訓練的監控，及時做好數據的采集與分析，跟進學生的發展情況，根據反饋信息進行診斷與改進，針對有問題的部分進行補足講解，使得課程建設更加完善。

4 虛擬仿真式金課的建設內容

高職土建類專業課程建設應從職業崗位能力需求和專業人才培養方案出發，分析專業學生特點、課程特點和現有虛擬仿真系統的特點，充分參考金課的多種形式并進行本地化改造。建設虛擬仿真式金課主要是做到以下四點。

課程資源建設? 課程資源建設需經過嚴格的市場社會調研，并根據技術的改變逐年更新，包括專業人才培養方案、課程方案、課程標準、精品教材、數字化平臺、媒體資源等都是需要的建設內容[6]，而最為重要的就是所在學院具備虛擬仿真系統的教學環境并可服務于相關課程教學。

教師教學能力建設? 無論怎樣先進的課程模式，最終都要通過教師在課堂教學中實現。教師是打造金課關鍵性因素，這就需要教師進行長期、系統、持續的培訓，尤其應充分掌握虛擬仿真系統及相關信息化資源使用方法，具備課堂創新性設計的能力。

課堂教學設計建設? 虛擬仿真技術的引入需要對教學類型、教學手段、教學方法、教學空間進行形態轉換，因此必須做好每節課的課堂教學設計，讓虛擬仿真系統真正參與教學，成為達到教學目的的一個不可或缺的教學手段和環境。

學生能力測評體系建設? 課程的建設成果最終落實在課堂本身，最終受益者是學生。建立科學的學生能力測評模型，測評課程的教學效果，是診斷和改進應用型高職院校金課的需要。

5 虛擬仿真式金課的體現形式

現階段高職土建類建筑施工技術虛擬仿真式課堂可采用下面三種載體來體現。

建筑工程3D仿真平臺? 通過一套強大的平臺和資源庫可以調用多個工程案例及生產過程，實現全方位漫游、觀察建筑細節，也可以通過三維動畫的形式全過程呈現各個施工的工藝與步驟，還能夠通過評測系統去評價學生對知識點是否已經掌握。學生在跟隨操作中獲得相應知識，提高學習興趣和學習效率。

VR/AR虛擬現實系統? 運用VR/AR設備配套眼鏡或蛋椅等設備可以體驗生產環境中的種種情況，強大的現實功能可以實現身臨其境的感覺并達到人機交互，模擬程度很高，同時也很依賴設備和軟件的精細程度。

信息化模型制作? 建筑模型制作課堂通過讓學生自己設計或參與某部分工程模型的制作過程，可以考核學生對施工技術規范要點的理解程度和對現場觀察的細致程度，是變被動接受學習為主動思考研究的過程。

這三種形式各有利弊，可以根據課程內容選擇最適合的課堂載體并充分準備。工藝較為復雜的（如泥漿護壁成孔灌注樁工程）可以選用3D仿真平臺從多維度進行觀察，可以看清每一個步驟的原理和處理方式;工藝簡單而危險性較大的內容（如鋼結構安裝工程）可以選擇VR/AR虛擬現實軟件進行體驗，感受工程事故后果的嚴重性和安全的重要性;而對細節要求較多的內容（如腳手架工程）可以讓學生自行制作建筑模型，培養其思維力和創造力。

6 虛擬仿真式課程設計實例

本文以筆者所在學校建筑施工技術課程主體分部工程中的施工技術（1課時）為例進行介紹。

1）教學模式。根據PDCA循環（準備—執行—檢驗—評價）教學模式進行課堂設計，采用先做后講、以做代學的方式，落實“做”的環節，激發學生的自行研究興趣，實現“做中學”“做中教”“做中思”“做中論”，讓學生充分發揮自己的想象力和創造性，然后對其進行規范化檢測和評價，指導其改進。在課堂中反復進行PDCA循環螺旋上升，持續改進。

2）教學內容。每節課設計可以覆蓋知識點和能力點的任務和問題。

3）教學方法：任務驅動法。

4）教學載體：建筑工程3D仿真平臺及測評系統。

5）教學資源：微課視頻、行業標準規范、建筑工程3D虛擬仿真平臺、教學課件、《建造師》考試真題、現場圖片。

6）課堂教學設計。

①課前。教師進行學情分析，發布課堂任務，并上傳課程相關資源，學生在理解了任務之后自行做知識準備及材料準備并進行組織分工。

②課中。學生可以分施工組或獨立完成課堂任務，這個過程將課前研習的理論知識運用到實際工程中去，在沒有教師的指導之下進行發揮，鞏固自我的同時達到學以致用。任務完成后進行組內自評和小組互評，由教師驗收并進行補充說明，將評價結果反饋給學生，讓其自我反思和主動改進。如此進行兩次循環，讓學生的知識掌握更牢固。

③課后。教師安排課后作業并輪流選定學生助教進行測評，對問題明顯的地方進行診斷并持續改進。

7）教學評價。課程教學評價標準如表1所示。

8）教學效果。學生完成任務情況會由虛擬仿真系統自動生成報告，通過后臺管理系統反饋到學生端，學生根據報告進行自檢，返回虛擬平臺進行糾偏改正。教師根據學生的完成情況進行知識點和技能點的重新整合，指導學生進行糾偏和改正，經過學生自查并糾偏之后，選取具有代表性的學生報告進行評價。

通過教學活動，發現先做后講的方式可以根據學生的任務完成情況隨時調整教學重難點，做到以學生為中心，提高教學效率。同時，學生相較于傳統教學模式更容易接受新知識，也由被動的學習方式變為主動研習，增強了學習主動性和學習興趣。

7 結語

金課并不是遙不可及，只要能夠做到有深度、有廣度，使學生學有所得，受到學生的歡迎與認可，就是金課。土建類專業課程的特點很適用于虛擬仿真系統式的體現形式。以建筑施工技術課程為例，從課程配套資源建設、教師教學能力建設、課堂教學設計建設和教學評價系統建設著手，采用建筑工程3D仿真軟件、VR/AR虛擬現實系統、信息建筑模型制作等手段，并依據學生的接受程度來進行設計和改進，就可以建設成一門虛擬仿真式金課。同類型課程可以參考此模式進行建設，并推廣到相關專業的課程中，創建金課品牌效應。

參考文獻

[1]吳巖.建設中國“金課”[J].中國大學教學，2018（12）：4-9.

[2]陸國棟.治理“水課” 打造“金課”[J].中國大學教學，2018（9）：23-25.

[3]徐軍，安寶航.軍事訓練中的虛擬現實技術現狀及啟示[J].產業與科技論壇，2015（1）：51-52.

[4]焦紅茹，謝春梅.虛擬仿真實訓基地在高職教育中的應用探析[J].熱帶農業工程，2017，41（3）：77-80.

[5]張新啟.打造高職“金課”的理念與舉措[J].中國職業技術教育，2019（2）：8-10.

[6]高為將，李振陸，戴金平.高職院校創建共享型專業教學資源庫的構想：以種植類專業為個案[J].江蘇廣播電視大學學報，2010，21（4）：33-35.