MR技术在建筑类专业课程教学中的应用研究

赵盈盈

摘  要 传统的教学方法已很难达到内容抽象的建筑类专业课程的教学目标，而MR技术以其强大的优势为教学带来全新的可能。以建筑工程钢筋识图课程为例，研究MR技术在教学中的实现路径以及基于MR技术的教学设计，为其他建筑类专业课程教学中MR技术的应用提供经验参考。

关键词 MR技术;建筑工程钢筋识图;混合式教学;BIM;“1+X”证书制度

中图分类号：G712    文献标识码：B

文章编号：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（虚拟现实）和AR（增强现实）通过改变或影响物理现实的技术增强了人们的体验感。其中，VR把人的视觉和意识带入虚拟的场景中，所见均是假象;AR把虚拟的信息带入现实世界，且能够分清真假象。本文用到的MR（混合现实）是AR进一步的改进，将虚拟环境与现实场景信息混合在一起，在虚拟环境、现实场景及用户之间搭建一个交互反馈的信息回路，其最大的优势在于用户可以用像在真实世界中一样的方式与数字信息或对象进行交互，体验感更加逼真。MR技术在天气预报、远程医疗、军事及航空航天等高科技领域均有成功应用案例，在未来，社交、智能家居及远程服务等日常生活领域也会因MR技术的应用发生翻天覆地的变化。

影创科技是世界领先的MR公司，已经为教育行业打造了极具科幻感的全息教学体验，其MR产品和技术已进入我国400多所院校，同时在为上百所重点中学及知名高校打造5G+MR全息教室和创新性实验室，这说明MR为教育带来全新的可能。本文以建筑工程钢筋识图课程为例，研究MR技术在课程教学中的应用。

2 MR技术在建筑钢筋识图课程中的实现路径

建筑工程钢筋识图课程是高职院校建筑工程施工技术、建设工程管理等专业群的一门实践性较强的专业骨干课程，服务于建设项目施工阶段的材料管理、构件加工与安装等生产环节，是培养学生职业能力方向的重要专业基础课程。传统的建筑工程钢筋识图课程更多采用平面化教学，对学生的空间想象力、钢筋构造分析能力、动手能力要求较高，学生往往需要更加直观地反复练习，但传统教学环境和设施使得钢筋识图课程以及后期的钢筋实训课程却“难看到、难动作、难进去、难再现”，这种“四难”问题严重影响学生的学习效果。显然，为了达到钢筋识图的教学目标，传统的教学环境和设施已经无法满足要求。

MR技术可以提供混合现实的逼真体验，将虚拟的钢筋构造模型、动画、视频等以全息形式呈现在眼前，学生可以进行观察、拆解、重建、修改等操作，改变了建筑工程钢筋识图课程传统的平面化教学缺点，提高学生积极性与参与度，以实现教学内容的三维可视化、教学过程三维交互化、教学评价真实客观化。具体的实现路径如图1所示。

可见，首先需要创建精细化的BIM模型，包括建筑专业和结构（钢筋）专业，为了使最终呈现效果的有效性，钢筋模型必须严格按照16G101图集的构造要求进行创建。此处模型的创建与整合计划采用Revit软件，因为该软件与其他信息化软件的融合度比较高。整合后的模型通过运用MR技术即可实现与VR钢筋场景的无缝融合，然后佩戴MR眼镜设备，通过运用360°全息幻影成像技术，便可使钢筋构造以逼真的视觉效果呈现在师生眼前，并且可以进行观察、拆解、重建、修改等操作，为课堂教学及实训教学提供很大的帮助。

3 MR技术在建筑工程钢筋识图课程中的实现内容

建筑工程钢筋识图课程主要讲授梁平法施工图制图规则及构造、柱平法施工图制图规则及构造、有梁楼盖板平法施工图制图规则及构造、剪力墙平法施工图制图规则、基础平法施工图制图规则及构造。通过本课程的学习，使学生掌握混凝土结构相关主要构件的制图规则，熟悉其构造，能够正确识读混凝土结构施工图纸，并能根据结构施工图纸及16G101系列图集计算相关构件中钢筋的工程量。

依据建筑工程钢筋识图课程教学的需要，结合施工图纸和国家建筑设计图集，确定利用MR技术全息呈现梁、板、柱、基础、楼梯、剪力墙以及关键节点钢筋构造要求，用于教学过程中，具体实现内容见表1。

4 基于MR技术的建筑钢筋识图教学设计

尽管有先进的MR技术支持，教学效果的好坏仍取决于教学设计是否合理。下面以梁构件钢筋识图为例，基于MR技术制定教学设计。

教学目标设计  课程设计的制定要围绕教学目标进行，依据建筑工程钢筋识图课程标准制定该部分教学内容的教学目标，包括知识目标、能力目标及素质目标，如表2所示。

教学过程设计  本课程依据职业岗位技能要求，以建筑企业典型工程图纸案例为任务，设计了课前、课中、课后“预、引、解、探、模、练、拓”三阶段七环节教学过程，如图2所示，采用线上线下混合式教学模式，将职业素养养成和岗位技能积累贯穿始终，推进“三全育人”，打造守初心、铸匠魂、强技能的高效课堂。

教学实施过程  整个教学过程分为课前预习、课中实施和课后拓展三个部分。

1）课前预习。课前1～2天，教师在超星平台发布课前预习任务单，学生在超星平台查看任务书、明确学习要求，通过微课视频的学习，自主探究梁钢筋识图的相关内容;预习结束后，学生在超星平台交流讨论，教师汇总讨论结果，搜集学生存在的问题。在学生完成课前预习任务后进行测试，测试结果表明，学生对梁钢筋构造要求理解不清，三维空间想象能力的建立较难，这会影响到后期梁内钢筋单长的计算。因此，在课中针对这部分内容利用MR技术可以提供混合现实的逼真体验，将虚拟的钢筋构造模型、动画、视频等以全息形式呈现在眼前，降低教学难度，学生对虚拟仿真和动手操作较感兴趣。

2）课中实施。课中包括引任务、解内容、探方法、模拟操作、练技能等五个环节，共计两学时。

①引任务。本环节教学，教师课堂分享关于梁施工的质量事故或安全事故的案例，组织学生展开讨论，教师课堂上做总结，总结的过程中对学生进行思政教育，比如：做工作需要精益求精、一丝不苟，否则出现质量或安全事故，后果不堪设想。同时引出教学任务：熟读梁平法施工图并进行梁内钢筋长度的计算。

设计意图：进行生生交流讨论，互相学习，可产生思想碰撞，激发学生积极性;通过学生发言，锻炼学生的表达能力;从实际项目角度引出任务，激发学生的学习积极性，使学习目标更明确;思政案例起到对学生进行思政教育的作用。

②解内容。本环节有两个方面的教学内容。

第一，梁平法施工图的识读。采用二维施工图纸与三维的梁钢筋模型相对照的方式，依据16G101图集进行平法施工图的识读方法的讲解，之后教师戴着MR眼镜，进入三维钢筋模型逼真的场景，将梁平法施工图中的钢筋（比如梁上部通长筋、箍筋等）从三维模型中拆离出来，采用3D全息投影技术，学生不用戴头显设备，借助投影设备即可裸眼看到教师的操作，更加方便了学生对二维图纸的理解。

第二，梁钢筋构造。16G101图集中关于钢筋构造全是二维显示的，非常不利于学生的理解。尽管依据图集构造要求创建了三维的钢筋模型，但受Revit软件的限制，学生无法方便地细看某一根钢筋的细部构造。若借助MR技术，便可轻松解决问题。将提前做好的梁钢筋动画导入系统，使一名学生佩戴MR眼镜进入梁的三维钢筋动画场景中去，拆离出某根钢筋，便可听到该根钢筋的构造讲解，听觉、视觉及触觉并行，使原本抽象的构造知识逼真地再现;而其他学生通过3D全息投影系统，不用戴头显设备，便可看到钢筋拆装及构造讲解，如同亲临一般。

设计题图：采用三维钢筋模型的方式讲解板平法施工图，不会枯燥无味，使得所讲知识更容易联系实践，激发学生的学习兴趣;采用3D全息投影技术，学生不用戴头显设备，借助投影设备即可裸眼看到教师的操作，更加方便了对二维图纸的理理解;学生自己动手操作虚拟系统，从中分析板钢筋构造的知识，培养自主解决问题的能力。

③探方法。本环节教学，以完成任务单为载体，在教师的引导下，探寻梁钢筋算量方法。充分理解了梁的钢筋构造要求之后，再算钢筋长度就非常容易了。教师以某根钢筋为例进行讲解，其余的发布任务单，使学生自己动手计算，不会计算的学生可以再次佩戴MR眼镜进行钢筋构造的学习。任务单的完成分小组进行，可以培养学生团队协作能力及高度的责任心，完成的任务单上传超星学习平台，教师评价，及时发现学生存在的问题并予以解决。

设计意图：以完成任务单为载体，将授课内容贯穿其中，激发学生的学习兴趣;任务单完成过程中还培养了学生的团队协作能力及高度的责任心;学生在教师的引导下自我探究识图方法，培养了自主解决问题的能力和创新意识。

④仿真做。本环节教学，使学生了解“1+X”（BIM）职业技能证书制度的要求;利用BIM软件依据板的平法施工图绘制出三维的钢筋模型;通过二维图和三维钢筋模型之间的对照，更加有利于培养学生的识图能力。

设计意图：引入“1+X”（BIM）证书制度，提高学生的重视程度;将动手操作融入课堂，一方面检验了学生的识图能力，另一方面锻炼了学生的职业技能;学生对照教师参照模型找差异，利于培养精益求精的职业精神;小组成员之间相互协作，利于培养团队协作的职业精神。

⑤练技能。本环节教学，根据典型施工图纸，完成关于板钢筋算量的任务单;巩固学生板平法施工图的识读能力;通过各组任务单成果的分享对比，使学生自我发现问题、解决问题。

设计意图：以完成任务单的形式锻炼学生的详图识读能力，并方便考查学生的掌握程度;任务单完成过程中还培养了学生的团队协作能力及高度的责任心;教师展示各组任务单，实现师生和生生的互动，并且使各组本着精益求精的职业精神完善各自的任务单。

3）课后拓展。该教学环节作为学生对所学知识的巩固环节，受到学校实训场地及实训材料的限制，课程实训环节的教学质量得不到保障。借助MR技术，教师将梁的钢筋笼的各根钢筋准备好，让学生在虚拟场景中依据二维的施工图纸中梁的平法标注信息进行钢筋的安装，一方面巩固了学生的识图知识，另一方面，教师也可以据此检查学生对知识的掌握程度。

5 基于MR技术的课程实施效果

1）通过超星教学平台上发布作业的评判，数据统计显示，MR技术融入课堂后，完美完成了课程教学的知识目标、能力目标及素质目标，并且学生具备举一反三的能力。

2）MR技术解决了教学中传统的文本形态内容难以传递或扩散的问题，使教学内容更加立体形象，知识形态更加丰富，提升了教与学两个节点的知识流通效率，提高了教学质量。

3）MR技术让学生在虚拟现实的空间里学习探索，寓教于乐，给学生带来沉浸感。动手操作环节满足了学生的好奇心，极大地激发了学生的学习兴趣，自然就提高了他们的学习质量。

4）将思政元素巧妙地融入课程教学中，使学生掌握专业技能的同时，受到思政教育的洗礼。

5）将BIM技术贯穿应用于教学中，使教學形象化，学生更易理解，且更感兴趣。安排动手操作环节，响应国家“1+X”证书制度，培养了学生的BIM技术职业技能。

6 MR技术课程应用反思

MR技术在建筑工程识图课中的应用无疑提高了教学效率，受到教师和学生的一致好评，但仍存在两个关键问题需要解决。

首先，MR技术优势的充分发挥要基于BIM钢筋模型、钢筋动画等，这些资源的形成是极其不易的，而且还要根据实际情况对这些资源进行略微调整，需要教师会BIM软件及动画制作软件的操作，这对教师的要求较高。

其次，虽然很多科技企业在对MR技术进行研发和推广，也得到很多高校的认可，但是由于MR设备以及与其配套的其他设施设备成本很高，很难满足大规模的课堂教学，因此，MR技术要在高校教学中真正落地，还需要企业、政府、高校、社会等各方面的共同努力。

参考文献

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