居住建筑设计原理及设计课程虚拟仿真教改实践★

孙 娜 柳兆军 范学忠 赵 杰

(1.山东理工大学,山东 淄博 255000； 2.山东点石建筑设计有限公司，山东 淄博 255000)

1 概述

《居住建筑设计原理及设计》课程是山东理工大学城乡规划专业本科生的一门非常重要的专业基础必修课，共56学时(32学时理论+24学时实践)，教学既具有理论性又有很强实践性，是后续《城市设计》《控制性详细规划》等课程的先修课程，也是培养学生工程设计能力和专业素质的主干课程之一。城规专业学生需要具备建筑设计能力来解决城市规划设计问题，且部分学生毕业后从事建筑设计工作，所以，该门课程直接关乎学生的未来职业能力，对于课程实践教学的有效建设至关重要。

在传统教学模式下，本门课程侧重理论教学，采用板书与课件相结合的教学方式，对于抽象、动态知识点表达力度不够。且居住建筑设计较为复杂综合，有些知识点和实践应用难度较大，目前仅限于二维空间的学习无法满足知识、能力与素质的培养目标要求，需对本课程的理论和实践教学有机整合、革新教学方法与模式。

2 教改意义

《居住建筑设计原理及设计》课程应用虚拟仿真技术，主要意义如下：

1)通过虚拟仿真模型与VR虚拟交互演示，把知识点融入仿真教学中，利于吸引学生注意力，增加学习趣味性，从而有效激发学生的学习主动性与创新思维，加深对所学知识的理解。在“教、学、做、练”过程中让学生领悟知识点，形成具有交互效能多维化的信息环境，从而获得身临其境的切身感受，实现理实一体化教学。2)通过虚拟仿真交互，可立体化再现方案场景，直观地看到不同数据参数下方案建成的居住建筑效果，真切感受居住空间的功能分区、平面布局、结构选型、立面造型、流线组织、空间尺度、家装布置等内容，便于查缺补漏，辨别方案的优缺点，及时优化设计中的不足之处，有效提升学生的方案设计能力。3)可借助校网络教学平台，推进虚拟仿真教学，使教学摆脱了以学校为中心、课本为中心和教师为中心的束缚，实践不再受限于硬件条件、资源、场所等，让学生拥有多时空的学习空间。4)为学生接轨行业前沿VR技术，参加国家级、省级虚拟创新学科竞赛奠定基础。通过项目实例全过程学习掌握Revit，Sketchup，Vdp等BIM软件，让学生体验从识图、建模、渲染、动画、VR交互到完成整个设计动画解说展示视频。

本教改核心目的是：通过本课程的虚拟仿真建设，创设仿真教学内容、改革教学方法，拓展虚拟仿真资源，实行全程化考评等举措，从而提升理论认知、强化设计互动、培养职业素质，使学生成为“懂原理、会设计、能画图、擅表达”的工程实践型人才，并具备“能创新、会合作、擅自学”的素质。

3 教改主要举措

3.1 改革教学方法

改革单调线性的授课模式，综合运用虚拟仿真与传统教学手段，形成虚实结合教学方法。将虚拟仿真VR技术充分融入到理论讲解与仿真交互操作中，采用虚拟仿真案例教学、师生互动演示环节，并使用VR眼镜观看居住建筑全景图等，使学生短时间内便能消化理解较复杂知识点；同时在交互中，让学生充分利用虚拟仿真技术巩固理论知识并自主创新应用，建构并互动优化居住建筑虚拟仿真模型，借助VR技术，形成解说动画交互视频，培养学生自主学习和创新能力。并辅以方案设计作业，采用机绘建模与虚拟动画仿真形式生动展示方案。

3.2 开发虚拟仿真建筑教学资源

构建虚拟与真实建筑互为补充的仿真教学环境，配备vdp，revit，3dmax，su，lumin等最新仿真软件。主要探讨如何通过虚拟现实技术教授和展示建筑设计，并通过数据参数改变来优化设计，学生也可以通过沉浸式方式感受建筑设计的尺度和空间；以实时的方式展示光照、实现各种复杂环境的模拟和内装置换；还可通过虚拟现实手段动态展示建筑之间视野、视域的相互影响(见图1)。

3.3 整合教学内容

改革教学内容，引入虚拟仿真VR教学，将行业虚拟仿真前沿技术有机融入居住建筑设计基本训练，用虚拟仿真项目覆盖课程的重难点知识点，将虚拟仿真演示、验证、创建模块生动融入课程；优化知识点，解决课程教学内容与社会实际工程脱节问题。力争在校期间的设计项目能实现对常见居住建筑类型的全覆盖。

3.4 信息化建设

依托网络教学平台，整合课程资源，实现全方位多时空虚拟教学。共享仿真解说动画和教学视频资源，并设置教学课件、课题任务书与指导书、学生虚拟仿真优秀作品、章节知识点思维导图、导学任务单、拓展资料、竞赛引导、竞赛作品、工程案例、考研导引、测试题库、答疑讨论、学习笔记等栏目，便于学生获取最新知识开展仿真实验，并与师生互动。

3.5 全程化考核

将虚拟仿真考核融入平时考评中，加强平时考核权重，考核贯穿于课程教学始终，把过程性与终结性评价结合。采取笔试与口试、答辩并举，理论与实践考试并举，线上与线下考试并举，综合采用多种考核形式。

即平时考核与期末考试相结合，平时考核注重考查学生综合表现，包括虚拟仿真实践作业、图纸方案作业(手绘+机绘模型、展板等)、调研报告、随堂测试、章节测验、草图汇报、点评与讨论、出勤等；对于积极参加虚拟仿真竞赛等实践活动、竞赛获奖或创新立项的同学予以加分。

加入虚拟仿真项目的多维考核可提高学生学习兴趣，提升理论知识的掌握、方案设计应用、图面表现、语言表达和思辨能力的培养等，从而激发学生的发散思维，创新意识和职业素质。

3.6 校企合作

积极开展校企合作。一则，邀请建筑行业专家评析居住建筑设计虚拟仿真课题，建立业内专家、课题组教师、学生等多元评价机制。对于复杂的实际项目方案设计，采用情景式虚拟教学法，模拟项目实际竞标流程，让学生自由分组，共同创作方案，参加投标汇报，展示虚拟仿真建筑方案，并邀请业内专家现场公开评审或盲审，从而使学生充分感悟实际工作流程及要求。另则，积极促进相关设计单位转化为实践教学基地(如淄博市信息中心、淄博鸿创建筑设计公司等)，引导学生深入企业，将学校所学专业知识应用于企业实践业务中，对接行业前沿BIM技术，为虚拟仿真建筑方案做好充足准备。同时，将设计单位虚拟仿真工程案例引入课堂，拓展学生工程实践和创新思维设计能力。

4 教改效果

1)本教改已在2017级学生中尝试，学生学习主动性增强，课前能自主预习、课后复习、课中积极回答与讨论、课堂气氛较为活跃；能自觉通过网络教学平台资源自学，参与互动讨论、提交学习笔记等。学习成绩明显提升，较之传统教学班平均分提高近2分，优秀率增多、挂科率较低(见图2)。

2)作业质量明显提高、几乎无迟交现象，方案设计合理性、制图规范性与图面感染力增强，并能运用VR技术虚拟仿真建筑设计，制作解说动画视频。

3)学以致用，融合实践，大力培养学生创新应用能力。依托本课程，参加建筑竞赛的学生数与获奖率大幅增多(2017级共有30余人参加了10余项比赛)，荣获省级三等奖以上奖项50余项。其中国家级特等奖4项、银奖1项、一等奖9项。申请防疫住宅建筑方向大学生创新立项1项。参与教师科研课题10余项。竞赛成果得到企事业单位、兄弟院校与业内专家高度认可，个别学生甚至提前获得就业机会。

5 结语

笔者通过采取“改革教学方法、开发虚拟仿真建筑教学资源、整合教学内容、信息化建设、全程化考核、校企合作”，尝试了“居住建筑设计原理及设计”课程虚拟仿真教学改革，使复杂抽象难理解的设计原理及方法变得通俗易懂，潜移默化提升学生的实践应用能力，优化工科人才培养体系。

实践证明，采用虚拟仿真教改模式，对于实践性要求极高的建筑设计类课程很有意义，可以大幅提升教学质量与学生实践应用能力，并可紧跟行业最新BIM技术，不断与时俱进。