互聯(lián)網(wǎng)+背景下VR技術(shù)在高職院校工程管理專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

黃丙利

（武漢城市職業(yè)學(xué)院 湖北·武漢 430064）

虛擬教學(xué)就是傳統(tǒng)教學(xué)適應(yīng)信息技術(shù)和現(xiàn)代人才培養(yǎng)觀的一種新型教學(xué)，是人類進(jìn)入虛擬空間進(jìn)行教育的一種教學(xué)形式。從廣義上講，虛擬的教師、虛擬的教室、實(shí)驗(yàn)室和虛擬的研討等等，在這種虛擬環(huán)境中進(jìn)行的教與學(xué)的活動都可以稱之虛擬教學(xué)。

1 互聯(lián)網(wǎng)+背景下VR技術(shù)在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)分析與特征

1.1 VR技術(shù)在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)分析

在理論教學(xué)中，教師優(yōu)勢理論知識豐富，劣勢是沒有足夠的實(shí)踐素材，通過各種渠道收集圖片、視頻、動畫等制作教學(xué)課件。

在實(shí)踐教學(xué)中，教師優(yōu)勢實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，劣勢是缺少場地，實(shí)物仿真模型數(shù)量有限、功能有限，實(shí)習(xí)有點(diǎn)走馬觀花。

1.2 VR技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的特征

真實(shí)感，要求如臨其境，感同身受，通過VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝置不走真實(shí)物料，但是和走真實(shí)物料現(xiàn)象一致。有效解決了高危險、高成本、高消耗問題，為學(xué)生研究探索活動打開方便之門；

交互性，知識高效遷移的必要條件，交互性是指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度及從環(huán)境得到反饋的方便和自然程度，包括可操控性，教學(xué)上利用VR技術(shù)讓學(xué)生親自動手操作，通過工藝優(yōu)化操作、過程敏感因素分析、事故判斷和排除、模擬車間生產(chǎn)班組，培養(yǎng)其工程思維、安全意識、實(shí)踐能力，團(tuán)隊(duì)精神；

感知性，視覺感知、力覺感知、觸覺感知、聽覺感知、運(yùn)動感知，甚至味覺感知、嗅覺感知等集成。通過多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)二維碼技術(shù)將難傳授、難理解的 內(nèi)容制作成知識授課視頻和設(shè)備工作原理動畫，整合到實(shí)體裝置中，融入平時實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。

1.3 VR技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式

基于基礎(chǔ)互動方式組織的VR實(shí)訓(xùn)課程，在感知VR實(shí)訓(xùn)APP中運(yùn)行，并支持三種基礎(chǔ)教學(xué)模式，包括：指導(dǎo)模式：讓學(xué)生在虛擬場景中按步驟學(xué)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程的完整內(nèi)容，結(jié)合各自學(xué)習(xí)重點(diǎn)自由調(diào)整觀看視角與步驟。考核模式：讓學(xué)生通過體感互動方式將實(shí)訓(xùn)課的完整內(nèi)容進(jìn)行自主模擬，并結(jié)合完成準(zhǔn)確度與時間評分。案例模式：將學(xué)生置于一個“真實(shí)項(xiàng)目”特定階段的虛擬場景中，指派任務(wù)，發(fā)現(xiàn)并解決項(xiàng)目中發(fā)生的實(shí)際問題，提高學(xué)生分析與解決問題的綜合能力。

2 VR+BIM技術(shù)在工程管理專業(yè)“五化”教學(xué)模式探討

根據(jù)工程管理專業(yè)人才培養(yǎng)方案，結(jié)合專業(yè)實(shí)際情況，充分利用信息化手段，探索VR+BIM技術(shù)如何在工程管理專業(yè)中發(fā)揮其作用，提出“五化”教學(xué)模式，即：課程體系系統(tǒng)化、教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化、教學(xué)形式無紙化、教學(xué)手段信息化、技能比賽全員化。

2.1 依托VR+BIM技術(shù)，校企合作構(gòu)建工作過程系統(tǒng)化的課程體系

新生入學(xué)后統(tǒng)一配備《建筑工程施工圖冊》和《建筑工程學(xué)院理實(shí)一體化圖集》兩套工程實(shí)際圖紙，直至畢業(yè)。以這兩套工程圖紙為工作任務(wù)，進(jìn)行各門課程串聯(lián)學(xué)習(xí)。實(shí)現(xiàn)各專業(yè)課程知識點(diǎn)融匯貫通，形成課程體系系統(tǒng)化，形成一個有機(jī)的整體。學(xué)生通過學(xué)習(xí)兩套工程圖紙，學(xué)習(xí)建筑識圖、結(jié)構(gòu)（平法）識圖、水電識圖；認(rèn)識各種建筑材料，了解房屋的構(gòu)造做法；熟悉建筑施工知識、掌握測量放線技能；編制這兩個工程的土建、安裝預(yù)算及施工組織設(shè)計方案，進(jìn)行項(xiàng)目管理和模擬招投標(biāo)等。學(xué)生在校三年相當(dāng)于參與建設(shè)了兩個典型工程項(xiàng)目，工作任務(wù)明確，兩個典型工程貫穿始終，各門專業(yè)課程緊緊圍繞其設(shè)置，成為一個工作過程系統(tǒng)化的有機(jī)整體。

2.2 基于VR+BIM技術(shù)的工作過程系統(tǒng)化人才培養(yǎng)方案

課程體系的建設(shè)是根據(jù)社會需求引導(dǎo)專業(yè)設(shè)置，職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)培養(yǎng)方案，工作過程引導(dǎo)課程體系，典型工作任務(wù)引導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容；與行業(yè)企業(yè)合作進(jìn)行課程體系構(gòu)建、課程標(biāo)準(zhǔn)制定、教材編寫、教學(xué)實(shí)施和質(zhì)量評價；根據(jù)建設(shè)工程管理專業(yè)領(lǐng)域和職業(yè)崗位的任職要求，參照建筑行業(yè)職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)，基于工作過程的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，推行“按工程建造過程平行設(shè)計教學(xué)進(jìn)程，以工程項(xiàng)目管理為導(dǎo)向”教學(xué)模式，實(shí)行課程體系與教學(xué)改革和人才培養(yǎng)模式的高度匹配；探索“1+x”證書制度，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一致性，形成以任務(wù)驅(qū)動，能力遞進(jìn)，加強(qiáng)職業(yè)技能的培養(yǎng)的同時注重職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成，最終形成體現(xiàn)綜合職業(yè)能力的課程體系。

2.3 利用VR+BIM軟件技術(shù)的優(yōu)勢，逐步實(shí)現(xiàn)無紙化教學(xué)方式

建設(shè)思路，學(xué)生從入學(xué)初的識圖課程開始，針對所學(xué)的實(shí)際工程項(xiàng)目圖紙，學(xué)習(xí)revit建模；運(yùn)用VR技術(shù)，進(jìn)行施工工藝再現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；在學(xué)生自己建的revit模型上，通過BIM鋼筋算量軟件、圖形算量軟件、安裝算量軟件等，編制工程造價；利用施工組織設(shè)計軟件，編制工程的施工組織設(shè)計方案，進(jìn)行施工現(xiàn)場三維場地布置；利用工程招投標(biāo)模擬軟件，模擬招投標(biāo)全過程；利用BIM5D軟件，學(xué)習(xí)工程項(xiàng)目全方位管理。

2.4 運(yùn)用VR+BIM技術(shù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段信息化

現(xiàn)代信息化教學(xué)手段，教學(xué)資源庫、云教學(xué)平臺、精品資源共享課、VRAR虛擬空間交互體驗(yàn)、各種仿真教學(xué)軟件等，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，降低學(xué)習(xí)難度，提高課堂效率。

2.5 鼓勵參加行業(yè)協(xié)會BIM+VR技能比賽，實(shí)現(xiàn)技能比賽全員化

在開展日常教育教學(xué)同時，鼓勵學(xué)生參加行業(yè)學(xué)會、協(xié)會等舉辦的各類技能比賽，專業(yè)教師分賽項(xiàng)指導(dǎo)學(xué)生比賽，學(xué)生分組參加不同的比賽，形成以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促練、以賽促改的職業(yè)教育理念，形成良教風(fēng)和學(xué)風(fēng)，同時激發(fā)學(xué)生的主動性、參與性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作性，實(shí)現(xiàn)技能比賽全員化。

3 VR+裝配式建筑技術(shù)在工程管理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)探索

通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR），將裝配式建筑無法真實(shí)實(shí)訓(xùn)的困難予以解決，學(xué)生可通過VR設(shè)備真實(shí)模擬裝配式施工現(xiàn)場，包括預(yù)制車間漫游、裝配式構(gòu)件碼放運(yùn)輸情景教學(xué)、預(yù)制構(gòu)件吊裝、施工工地安 全檢測與建筑維護(hù)、墻板臨時支撐、套筒灌漿、現(xiàn)澆連接等各個崗位與環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)。功能集觀摩、互動PK、結(jié)果智能考核、實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)為一體的綜合實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)廳。利用虛擬仿真技術(shù)和軟硬的虛實(shí)結(jié)合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)演示、交互式操作實(shí)訓(xùn)，軟硬件結(jié)合的一體化教學(xué)模式。

虛擬仿真構(gòu)件施工過程現(xiàn)澆連接操作，訓(xùn)練考核學(xué)生根據(jù)施工目標(biāo)構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)澆點(diǎn)支設(shè)模板、鋼筋綁扎，混凝土現(xiàn)澆等操作。訓(xùn)練構(gòu)件基于國家建筑標(biāo) 準(zhǔn)設(shè)計圖集中的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，教師下達(dá)構(gòu)件現(xiàn)澆連接實(shí)訓(xùn)任務(wù)，學(xué)生即可登錄本模塊轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)澆連接崗位角色參與構(gòu)件現(xiàn)澆連接的工程仿真生產(chǎn)。

虛擬仿真構(gòu)件生產(chǎn)、施工過程質(zhì)檢操作，訓(xùn)練考核學(xué)生合理評判生產(chǎn)、施工各模塊崗位操作結(jié)果是否符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)并對不合理的操作結(jié)果進(jìn)行處置的操作。

VR虛擬軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)課程的項(xiàng)目化教學(xué)、任務(wù)型教學(xué)、智能化教學(xué)、模塊化教學(xué)，從而達(dá)到一 體化教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)課堂反轉(zhuǎn)。根據(jù)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化裝配式建筑流程特點(diǎn)，分別從構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸和 裝配化施工流程進(jìn)行設(shè)計，按照構(gòu)件 廠實(shí)際生產(chǎn)流程與企業(yè)崗位需求，進(jìn)行模塊化劃分，構(gòu)件內(nèi)容依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集典型構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計。軟件能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式建筑過程的仿真模擬、動態(tài)演示、交互式操 作實(shí)訓(xùn)、結(jié)果智能考核等多項(xiàng)功能。實(shí)現(xiàn)以崗位為模塊的獨(dú)立學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、考核和評價。

4 VR+裝配式建筑技術(shù)在工程管理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)優(yōu)勢

裝配式建筑工地VR實(shí)景操作系統(tǒng)，是將“互聯(lián)網(wǎng)+”理念與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入建筑工地。將建筑施工現(xiàn)場的實(shí)際狀態(tài)，經(jīng)采集和匯集處理，以可視化的形式在培訓(xùn)平臺上進(jìn)行實(shí)時展現(xiàn)，幫助工人快速掌握裝配式工藝流程，針對不同工種進(jìn)行專業(yè)化訓(xùn)練，控制培訓(xùn)時間，保證培訓(xùn)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精益建造、綠色建造和生態(tài)建造的“智慧建造”理念。與傳統(tǒng)的技能培訓(xùn)方式相比，其突出優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下五個方面：

（1）還原真實(shí)性：VR技術(shù)建立的虛擬環(huán)境是由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和要求，通過強(qiáng)大的三維建模技術(shù)建立逼真的三維場景，對規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行真實(shí)“再現(xiàn)”。

圖：VR系統(tǒng)與傳統(tǒng)模式教育效果對比表

（2）可分析性：VR應(yīng)用可以創(chuàng)建建筑工程設(shè)計師或人員施工所需的特殊場景，并在使用中提供即時的反饋。比如說，VR可以評估人群在面對地震時應(yīng)急預(yù)案的成效，反過來，根據(jù)提供的即時數(shù)據(jù)找出差距和需要改進(jìn)的地方，并進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練。

（3）多元性：在設(shè)計中，VR可以將不同的需求個體或設(shè)計師同步到一個區(qū)域，使得各方能夠在一個可視化空間中進(jìn)行模擬的協(xié)調(diào)確定最終方案；而在培訓(xùn)中VR可以將諸如用電或消防等建筑施工各場地一致同步到各個區(qū)域，讓多個組織工種同時進(jìn)行培訓(xùn)。

（4）可選性：VR應(yīng)用允許建筑工程設(shè)計師和工程施工人員按照自己的節(jié)奏來感受體驗(yàn)，建筑工程設(shè)計師可以在不同的方案中感受并修改，工程施工人員可以逐步而全面地掌握相關(guān)的技能知識。在進(jìn)行集體培訓(xùn)中，VR平臺可以提供小組討論和分析的場景，建筑工程設(shè)計師可以協(xié)調(diào)各方意見和討論最終方案與預(yù)期效果，工程施工人員可以用來討論個體行為的正確性與預(yù)期效果，能夠保證團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

（5）綜合性：一庫三系統(tǒng)的模擬可分布在各個施工環(huán)境下。假如給民用建筑施工、工業(yè)建筑施工、裝配式建筑施工、以及構(gòu)筑物施工提供多個虛擬場景，這在現(xiàn)實(shí)建筑的設(shè)計流程、技能培訓(xùn)中幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。反之，VR卻可以很呈現(xiàn)仿效出這些真實(shí)環(huán)境，提高所需要達(dá)到的逼真性。

在互聯(lián)網(wǎng)+背景下，VR技術(shù)應(yīng)用到職業(yè)教育中，打破傳統(tǒng)教學(xué)，提升了信息化教學(xué)方法和手段。給職業(yè)教育帶來了充滿未來感的巨大變化，徹底打破時間、空間的限制，把枯燥的數(shù)據(jù)變成鮮活的圖形圖像，使職業(yè)教育進(jìn)入交互式參與的新時代。因此，VR+BIM技術(shù)在工程管理專業(yè)“五化”教學(xué)新模式，VR+裝配式建筑技術(shù)在工程管理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)優(yōu)勢，將VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與職業(yè)教育教學(xué)實(shí)訓(xùn)深度融合發(fā)展。