基于虛擬仿真技術在建筑實訓教學中的改革

張茗涵 景毅

摘 要：虛擬仿真技術十分適用于實訓教學，尤其是建筑實訓教學，能夠彌補傳統建筑實訓教學的缺陷，為學生提供更好的建筑實訓環境。在虛擬仿真實訓系統中學生可以根據自身學習需求選擇合適的實訓內容，多次反復練習，從而提升專業技能。然而在建筑實訓教學中運用虛擬仿真技術還存在一系列問題需要加以重視。現文章主要針對基于虛擬仿真技術在建筑實訓教學中的改革進行研究。

關鍵詞：虛擬仿真技術;建筑實訓;教學模式

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2020）02-0248-02

高等教育人才培養目標是要培養出社會需求高素質、高水平人才。對于建筑專業來說，高素質、高水平人才必須要熟練掌握施工過程。在建筑專業實訓中由于建筑工程地點的流動性、建設階段性較強、建設周期較長，導致學生在實地開展建筑實訓的難度較大。虛擬仿真技術則可以彌補建筑專業學生實訓中的問題，作為建筑專業學生學習專業知識與實踐技能的有效手段。

一、虛擬仿真技術及其在實訓教學中的應用

（一）虛擬仿真技術及其在實訓教學中應用的可行性

虛擬仿真技術，也被稱為虛擬現實技術，其是由計算機生產的，利用視覺、聽覺、觸覺作用于使用者，使得使用者形成身臨其境的交互式虛擬體驗的仿真。虛擬仿真技術融合了計算機圖形技術、圖像處理技術、傳感技術、語音技術等多門學科，是現代仿真技術發展的重要成果。虛擬仿真技術可以分為沉浸式與非沉浸式。其中，沉浸式虛擬仿真技術是基于特殊硬件來完成的，而非沉浸式虛擬仿真技術則是利用專業軟件來完成的。實訓教學中多用非沉浸式虛擬仿真技術，主要是利用計算機的鍵盤、鼠標、顯示器等外部硬件設施來打造虛擬的創口式環境，使得計算機顯示器中的內容盡可能接近理想的虛擬現實技術。在基于虛擬仿真技術的實訓中所運用到儀器設備都是利用計算機3D建模設計而成的，在實訓前教師可以引導學生對儀器設備與工具形成初步認識，同時可以利用計算機創建虛擬的實踐環境，通過調整數據來設定不同的環境，在虛擬環境中多次反復開展不同種類的技能訓練，獲得處于不同環境因素下的實驗數據。基于虛擬仿真技術下的實訓教學，其中的實驗環境與設備都是虛擬的，能夠大大減少設備更新維護費用與實訓場地費用[1]。同時，還可以根據實訓行業發展潮流，持續更新實訓設備，始終保持實訓平臺的先進性。虛擬實訓中，實訓設備儀器都是虛擬的，不用擔心實訓中的誤操作會導致設備損害，同時也不會在實訓中形成安全隱患，更加有助于學生發揮創造性思維。

（二）虛擬仿真技術提供的實訓學習環境

1.真實開放的實訓環境

虛擬仿真技術基于互聯網向學生開放，學生可以根據需求選擇是否使用實驗系統進行實訓，實驗系統也具有一定的開放性，主要表現為資源開放，虛擬仿真實訓系統中含有多種類實訓設備，不同實驗裝置以及不同條件的虛擬實驗環境，學生可以按照自身學習需求進行選擇使用。系統中也有詳細的操作指南，學生可以在使用中參考。

2.交互自主的實訓環境

虛擬仿真技術實訓平臺與傳統實訓教學最為顯著的區別之一就是虛擬仿真技術實訓平臺的內容與模式都不是固定的，而是可以根據需求學生動態調整的，具有良好的交互性與自主性。教師可以根據學生的興趣與實訓需求，設計出不同類型、不同形式的人機交互方式，強化學生自主參與實訓的積極性。學生也可以根據自身需求自行設計虛擬實訓內容與方法，在拓展學生創新思維的同時，增加實踐經歷。

3.安全低碳的實訓環境

傳統實訓教學由于實訓硬件、類型與環境的影響，學生能開展的實訓類型十分有限，特別是硬件材料消耗較大、實訓成本較高、危險系數較大的項目，學生進行實訓的機會更少，從而影響了學生相關能力的提升。基于虛擬仿真技術下的實訓不需要依靠實物設備，利用計算機界面可以選擇不同的虛擬設備，開展模擬設備操作使用，利用可視化虛擬環境來進行實景操作學習，解決實訓教學中事物仿真難以實現與協調的問題[2]。

二、虛擬仿真技術在建筑工程施工實訓教學中的應用

虛擬仿真技術下的建筑工程施工可以實現地基基礎施工、地下防水施工、砌體結構施工、鋼結構工程施工、建筑節能門窗施工等不同內容的虛擬仿真實訓。不同系統中的虛擬仿真內容都包括施工設計圖紙、施工技術交底、施工技術規范、具體教學資源、工作記錄、項目進程、施工實踐以及操作指導等。同時，虛擬仿真技術下的建筑施工仿真系統是以三維數據可視化技術作為支撐，互動性較強。同時，虛擬仿真實訓系統中還設有相應的操作指導，學生可以根據系統提示自主開展虛擬仿真實訓，掌握建筑工程施工的相關知識點。現以建筑工程中混凝土施工的混凝土澆筑作為實例，來分析基于虛擬仿真技術下的實訓操作。虛擬仿真實訓操作系統的功能主要在四個操作區域中實現，分別為資源庫、項目進程、施工準備以及操作指導。

（一）資源庫

在資源庫區域中可以實現不同功能，如施工圖紙、技術交底、技術規范、教學資源以及工作記錄等。其中，在施工圖紙選項中可以查看與該項工程相關的詳細施工圖紙;技術交底則可以查看建筑工程施工中重點施工技術要點，便于在實訓中將施工重難點銘記于心，加深對知識的理解;技術規范則可以查閱國家出臺相關政策的具體細化規范與標準;教學資源中則是教師在開展實訓教學中根據教學目標對虛擬仿真系統的教學資源進行調整與更新的區域。學生也可以通過教學資源區域來進行不同內容的復習;工作記錄則記錄了學生在虛擬仿真實訓系統中的操作，便于學生進行自我檢查以及教師進行總體評價。

（二）項目進程

項目進程即為施工工藝操作順序，混凝土澆筑流程為進行混凝土運輸、核對澆筑模板細節、檢測塌落度，進行混凝土振搗澆筑，最后進行驗收。

（三）施工準備

在虛擬仿真系統中調用工具庫，選擇合適的施工工具、施工設備以及施工材料。在系統中進行施工操作。學生可以隨時打開工具庫并從中選擇需要的施工材料。

（四）操作提示

虛擬仿真實訓系統會根據學生的操作進程跳出具體的操作指導，幫助學生熟悉施工步驟以及施工規范，嚴格按照相關使用技術要求開展。如在混凝土振搗中要注意跟進混凝土的厚度來選擇合適的振動器。通常面積較大、厚度在20～30cm的混凝土板需要選擇表面振搗器;而振搗面積較小、垂直深度較大的構件或混凝土則需要選擇插入式振搗器[3]。在振搗時要注意快插慢拔，快插主要是為了避免混凝土表面拌合物振動過度導致下面混凝土拌合物振動不夠導致結構不勻情況出現;慢拔是為了讓混凝土能夠在振動器抽出時均勻填滿振動器周邊空間。通過虛擬仿真系統實訓的過程觀察可以看出，基于虛擬仿真技術下的實訓教學彌補了傳統實訓教學中被動、單一的教學現象，學生在虛擬仿真實訓平臺中可以自主發現問題，并獨立實踐結。通過虛擬仿真系統實訓教學后，學生已經清晰掌握混凝土澆筑施工中各個關節的重點難點，標明注意事項與施工技術要求。可以看出，虛擬仿真系統實訓教學能夠顯著提升學生對混凝土澆筑施工過程的掌握[4]。

三、虛擬仿真技術在建筑實訓教學中的問題與應對

（一）虛擬仿真技術在建筑實訓教學中的問題

在建筑實訓教學中應用虛擬仿真技術不單單是憑借其自身所擁有的功能屬性，更為關鍵的是分析實現虛擬仿真技術的方法。因此，在建筑實訓教學中運用虛擬仿真技術依然存在一系列問題，主要表現在以下幾個方面。

1.教學硬件設施要求較高

虛擬仿真系統教學需要高校提供健全的虛擬仿真系統。當前大多數高校在大面積開展虛擬仿真教學時硬件設備還有所欠缺，如建筑實訓教學需要人機1：1，對虛擬仿真設備數量有較高的要求。

2.教師教學主導地位削弱

當前高校開展虛擬仿真系統實訓教學仍處于初期發展階段。教師在運用虛擬仿真系統時選擇合適的教學內容、組織教學環節，根據虛擬仿真系統的應用過程來開展教學。而有的教師認為虛擬仿真系統可以指導學生，教師不需要從旁指導，在這一錯誤理念下建筑實訓教學則會以虛擬仿真系統為主，并替代了教師在教學中的主導位置。

（二）虛擬仿真技術在建筑實訓教學中的應對

基于上述當前虛擬仿真技術在建筑實訓教學中的問題，提出以下建議進行應對，力求能改善虛擬仿真技術在建筑實訓教學中的應用，提升建筑實訓教學質量。

第一，高校要加大資金與硬件設備投入，為虛擬仿真系統教學提供充足的物質基礎。與政府、企業進行密切配合，深入合作，為加大資金投入提供保障。選擇合適的課程設計或采購虛擬仿真系統，避免出現過度追求虛擬仿真系統應用的情況。

第二，更正教師教學理念。在應用虛擬仿真系統開展建筑實訓教學的過程中要始終保持教學熱情，拓展教學思維，全面徹底了解虛擬仿真系統的作用與價值，更新教學理論，在不斷實踐中累積教學經驗。總結基于虛擬仿真系統下建筑實訓教學經驗，不斷進行反思評價，歸納出虛擬仿真系統實訓教學的不足。深刻認識自身在實訓教學中的主導位置，合理利用虛擬仿真實訓系統來提升建筑實訓教學質量，避免盲目使用虛擬仿真系統開展教學[5]。

四、結語

虛擬仿真技術在建筑實訓教學中的應用能夠提高學生對建筑理論知識的掌握，深化學生對建筑崗位的理解、提升學生建筑施工操作水平，顯著改善大學生職業素養與綜合能力。在建筑實訓教學中虛擬仿真技術的優勢十分明顯。在高等教育改革的背景下，利用虛擬仿真技術來推動實訓教學發展，創新建筑實訓教學方法都是可行的。相信在未來的發展中，虛擬仿真技術會更加成熟，更加普遍，將會為不同專業學科的實訓教學提供更加廣闊的平臺。

參考文獻：

[1]楊春燕.BIM虛擬仿真技術在建筑工程施工技術教學中的應用[J].電子技術與軟件工程，2017（16）：150.

[2]代端明，李科.虛擬仿真技術在實踐教學中的應用研究--以建筑水電工程計價課程建設為例[J].企業科技與發展，2018（4）：146-148.

[3]王興會.淺談虛擬仿真技術在建筑工程測量教學中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2018，272（26）：170.

[4]姚金偉，余志強.虛擬仿真技術在高職土建類專業實訓教學中的應用[J].職教通訊，2013（6）：69-71.

[5]王祖析.淺析高職實訓教學中虛擬仿真技術的應用[J].電子世界，2013（18）：197-198.

（責任編輯：林麗華）