基于立體知識庫的專業(yè)綜合實訓(xùn)課程教學(xué)研究

喬麗艷 趙 麗 張媛媛 許啟凡 王蕊琪 王怡楠 高笑萌 李 岳

（河北建筑工程學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 河北張家口 075000）

傳統(tǒng)的綜合實訓(xùn)理論教學(xué)過程大多是“圖片+文字”的形式。一些學(xué)生理解起來有困難。以BIM技術(shù)為代表的建筑行業(yè)信息化技術(shù)逐漸得到推廣、落地，相關(guān)人才培養(yǎng)也應(yīng)穩(wěn)步跟進(jìn)。當(dāng)前，眾多學(xué)者開始探索將BIM技術(shù)等引入課堂[1-4]，輔助教學(xué)，以提高實踐教學(xué)效果。陸海燕等對BIM＋VR技術(shù)應(yīng)用在土木工程CAD與施工中的教學(xué)模式和改革進(jìn)行了探討和實踐；李峰對“互聯(lián)網(wǎng)＋”模式下基于VR技術(shù)的實踐教學(xué)進(jìn)行了研究；衛(wèi)星等探討了基于BIM＋VR技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁教學(xué)實踐改革研究；王廷魁等探討了BIM和AR技術(shù)在施工現(xiàn)場培訓(xùn)中的應(yīng)用；Kim指出，基于BIM技術(shù)的教學(xué)方法有助于學(xué)生有效地學(xué)習(xí)建筑細(xì)節(jié)，并進(jìn)行工程計量。本研究擬將立體知識融入BIM和AR/VR技術(shù)構(gòu)建的模型，進(jìn)行課程講解，提升綜合實訓(xùn)效果。

一、模型建立與立體知識點嵌入

本研究選取某食堂項目圖紙，運用BIM軟件進(jìn)行給排水專業(yè)建模。

（一）給排水專業(yè)模型建立

建筑信息模型包含建設(shè)項目全生命周期信息。將一個真實的工程項目各個階段的信息放到模型中，可以相對真實地模擬場景。模型的建立主要可以分為四個步驟：前期準(zhǔn)備、布置管道、設(shè)備安裝、導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)文件。

1.前期準(zhǔn)備

前期準(zhǔn)備主要是為建立模型做準(zhǔn)備：首先是將圖紙導(dǎo)入BIM安裝軟件，設(shè)好建筑的基本信息，然后，切割圖紙，并將其對應(yīng)到相應(yīng)樓層。這樣，前期準(zhǔn)備就基本完成了。

2.管道布置

施工人員按照圖紙及施工說明，布置給排水管道。布置管道時，施工人員要注意標(biāo)高和樓層，再按照圖紙安裝閥門，檢查回路，確認(rèn)沒有問題了，再進(jìn)行下一步（如圖1）。

圖1 給排水模型建立

3.設(shè)備安裝

管道布置完畢之后，施工人員就可以在排水管道上安裝衛(wèi)生器具等設(shè)備了。安裝時，施工人員要注意設(shè)備的標(biāo)高、安裝方式和方向、連接方式及實際位置，最后，檢查是否安裝到位。

4.導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)文件

教師應(yīng)將建好的模型導(dǎo)出為IFC格式（如圖2），導(dǎo)入BIMMAKE軟件，生成動畫模型。這種模型可以增強(qiáng)學(xué)生的空間感知能力，提高思維能力，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生更好地掌握課程知識。

圖2 導(dǎo)出lFC標(biāo)準(zhǔn)文件

（二）動畫模型制作

教師將IFC文件導(dǎo)入BIMFILM，制成視頻動畫（如圖3），可使學(xué)生在模擬時明確實際的作業(yè)原理及過程。

圖3 動畫模型建立

（三）嵌入立體知識點

教師應(yīng)將知識點通過游戲提示的方式嵌入游戲場景，制作CG，達(dá)到在游戲中教學(xué)的目的。

（四）構(gòu)建游戲場景

教師可讓學(xué)生以第一人稱的方式，進(jìn)行模擬安裝（類似《我的世界》），建立一個具有開放性的游戲場景。這樣可以最大限度吸引學(xué)生成為玩家，讓學(xué)生可以通過解鎖道具、經(jīng)驗等級制、段位系統(tǒng)等增強(qiáng)興趣，達(dá)到在游戲中學(xué)習(xí)的目的。

（五）AR展示

AR展示是借助設(shè)備對真實世界的景象進(jìn)行增強(qiáng)，提高使用者對真實世界的感知能力。玩家借助AR眼鏡，能體驗更加真實的作業(yè)場景。教師可利用AR技術(shù)，創(chuàng)建一個交互式的模擬環(huán)境，增強(qiáng)課程的趣味性。

二、課堂測試及結(jié)果分析

（一）課堂測試

教師可根據(jù)本學(xué)期課程安排，對該創(chuàng)新教學(xué)模式進(jìn)行課堂測試[5]。為了驗證該創(chuàng)新型教學(xué)模式的優(yōu)勢，使之量化而更加直觀地展現(xiàn)出來，本測試以某高校在校學(xué)生為測試對象，專門為之安排了2課時安裝工程專業(yè)的示范課，分析新舊教學(xué)模式之間的效果差異。

1.測試對象

本測試以河北某高校2018級本科生為樣本，共計167人，根據(jù)班級情況分為5組：傳統(tǒng)組1組，創(chuàng)新組4組。

2.測試問卷

測試問卷主要采用李克特五點量表。被測試的學(xué)生需根據(jù)自己實際的學(xué)習(xí)體驗和學(xué)習(xí)情況選擇分值：1分為強(qiáng)烈反對，2分為不同意，3分為既不同意也不反對，4分為同意，5分為堅決同意。

3.測試過程與方法

測試包括示范課學(xué)習(xí)和課后問卷兩個階段。示范課學(xué)習(xí)是指教師在不同情境下分別采用創(chuàng)新型的教學(xué)模式（如基于立體知識庫的專業(yè)綜合實訓(xùn)教學(xué)模式）和傳統(tǒng)教學(xué)模式，給作為測試對象的167名學(xué)生講授安裝工程的專業(yè)課，共2課時。課后問卷是指在示范課結(jié)束后，每個參與測試的學(xué)生都要完成一份調(diào)查問卷，以反映教學(xué)效果，作為數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。

（1）教師組織樣本學(xué)生分兩次上課，并分別命名為一組和二組。一組學(xué)生在創(chuàng)新型教學(xué)模式下學(xué)習(xí)安裝工程的專業(yè)知識；二組學(xué)生在傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)習(xí)安裝工程的專業(yè)知識。教師要保證兩組的教學(xué)內(nèi)容完全相同。

（2）授課結(jié)束后，教師要向參加測試的每一個學(xué)生分發(fā)問卷，給5分鐘時間填寫，然后，再次分發(fā)附件（安裝工程專業(yè)的相關(guān)試題），最后，整理數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。

（二）測試結(jié)果分析

測試人員收集課后測試卷共167份，有效測試卷167份，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。1組采用傳統(tǒng)課堂模式，其他4組采用立體知識庫教學(xué)模式。通過對比處理，數(shù)據(jù)整理如表1所示。

表1 5組課后測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)顯示，5組成績基本呈現(xiàn)正態(tài)分布，符合真實情況。具體到各分?jǐn)?shù)段，數(shù)據(jù)分析顯示：

1.0～5分段（低分段），傳統(tǒng)組的學(xué)生分布較多，共4人；創(chuàng)新組為0～1人。可知，三維教學(xué)過程可以提高知識的被理解度，適用于更廣泛的人群。

2.16～20分段（高分段），學(xué)生測試結(jié)果沒有顯著差異，說明整體的教學(xué)效果基本持平。

測試人員計算平均分后，發(fā)現(xiàn)三維動畫模式的平均得分要高于傳統(tǒng)授課模式。

通過以上分析，本測試基本可以得出結(jié)論：三維動畫模式的課堂教學(xué)要比傳統(tǒng)模式效果好，學(xué)生掌握知識的情況更好。

三、結(jié)論與展望

通過對測試數(shù)據(jù)的分析，本研究得出以下結(jié)論：在創(chuàng)新型教學(xué)模式下，即基于立體知識庫的專業(yè)綜合實訓(xùn)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本研究結(jié)合現(xiàn)有課程知識體系，運用立體知識庫進(jìn)行綜合實訓(xùn)項目教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的沉浸感、交互體驗，更好地服務(wù)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)、認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)等過程。本研究過程可以作為采用信息化技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的實踐參考，但由于授課班級的專業(yè)不同，測試效果精確性不足。后續(xù)研究將在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。