智慧学习环境中VR技术在建筑专业实践教学中的应用研究

张曾嵘

（浙江建设职业技术学院，浙江 杭州 311231）

1.引言

随着时代的发展，国家教育部提出了《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2011-2020）》和国家教育事业发展“十三五”规划，要求全面提升信息技术支撑和引领职业教育创新发展的能力，加快推动职业教育现代化，并完善科技创新与人才培养相结合的体制机制，建立寓教于研的创新人才培养模式。其中培养学生的动手操作能力，是高职教育培养高素质技术技能人才的重要任务之一，但我国目前高职类建筑院校在实践教学课程中主要面临以下问题：

传统的实践课程中，各专业设置了很多实验，但面临实验器材成本高，易损坏，且在工程实践中有一定的危险性等诸多问题，降低了实践教学效果，束缚了教学质量的提高；

现代企业所强调的职业能力、关键能力和职业道德，必须在生产和服务的真实职业环境中，通过一定的磨练才能获得，传统的实践课程模式，无法提供真实的学习环境，使学生很大部分停留在“想象”阶段，无法“眼见为实”；

弱电设备采用的新产品、新技术不断出现，有些产品或施工技术学生在校园很少接触，虽然教学过程中安排了一定的实践环节，但由于各方面限制也无法全面了解。

因此，急需改变传统的建筑实践课程的教学方法和手段，充分利用信息技术，建立多样化学习平台使教师开展参与式教学，使学生既能掌握理论知识，又具有一定的实践能力。本文提出通过使用虚拟现实技术融入到建筑实践教学中，模拟日常实训所需的虚拟场景，来满足对场景有特殊要求的建筑类实践课程、毕业创作、课程设计。从而培养学生的动手操作能力，快速提升具有竞争力的专业技能，实现了“做中教”、“做中学”的现代职业教育理念。

2.VR 技术特征

VR 技术于20 世纪60 年代初首次被提出，指借助计算机系统及传感器技术生成一个三维环境，创造出一种崭新的人机交互状态，通过调动用户所有的感官（视觉、听觉、触觉、嗅觉等），带来更加真实的、身临其境的体验。虚拟现实技术是一项综合性极强的新兴信息技术，最先被用于军事上的信息侦察，而近年，随着全社会的发展进步，这一技术已逐渐渗透到建筑、医学、艺术、娱乐以及销售行业的运营实务中，并取得了显著的行业增值效应。其中虚拟仿真教学成为建筑教育领域一个重要研究课题,通过建立虚拟现实仿真系统可以有效解决目前建筑专业教育中实验教学手段陈旧、效果不佳的问题。国内一些知名重点高校已率先建成基于虚拟现实技术的仿真实验室。

3.VR 技术在建筑实践教学中的解决方案

在建筑类高职类院校中，培养操作型、技能型复合人才，使得VR 技术有着巨大的应用前景。VR 技术在建筑实践教学中可分成VR 桌面、体感交互、沉浸体验三个方面来实现；

VR 桌面：基于虚拟现实桌面一体机，通过红外手写笔的触发，对一体机呈现出来的3D 立体虚拟模型进行操作演示，学生佩戴3D 追踪眼镜多角度地观看模型细节及透视，感受无与伦比的空间感和真实感。

体感交互：无需借助任何复杂的控制设备，仅仅使用肢体动作，就能实现与周边装置或环境的互动，学生在实际操作时，能更真实感受现场。

沉浸体验：学生佩戴VR 头盔设备，通过脚步移动变化和手部交互设备操作，让其从声觉、视觉和触觉感知情景变化，实现沉浸式教学交互体验，获得身临其境的视听体验。

通过以上三种方法，在人机交互的可视化环境中学生可对施工方案、户型图等实践课程内容进行体验及修改。同时，利用虚拟现实技术可以对不同的方案，在短时间内做大量的分析，做出最优方案。借助虚拟仿真系统，把不能预演的过程和方法表现出来，不仅节省了时间和实践成本，更大大提高了学生的就业竞争能力。

4.VR 技术在建筑实践教学中的具体应用

通过应用VR 技术，根据高职类建筑院校的教学任务建设虚拟设备、虚拟场景、虚拟教学系统，对虚拟建筑施工安全、虚拟样板房设计、虚拟施工工艺等实践课程进行交互教学，寓教于乐，即避免了在真实工程实践环节中的危险又大大节省了成本，激发了学生的学习热情，提高教学效率。VR 技术具体应用在以下几个方面：

4.1 虚拟建筑施工安全

建筑施工安全是我校建筑工程系的专业课的实践课程。该实践课是对高职院校学生进行建筑施工专业教育的重要阵地，通过理论学习再到实际操作等途径，加深对专业理论知识的了解程度、掌握实际操作、安全生产等技能，是理论与实践相结合的必备实践课程。由于高校实验室利用率低，以及施工场地环境差、危险系数大等原因，长期以来，建筑施工实践教学一直是高校人才培养的薄弱环节。

将VR 技术融入到建筑施工安全中，通过1：1 比例创建虚拟场景，并且结合VR 眼镜实现动态漫游及VR 交互。让学生直接感受、体验电击、高空坠落、洞口坠落、脚手架倾倒及隧道逃生等多个项目。通过建筑施工安全虚拟实训，让学生更逼真地进行安全体验，教育体验 效果更直接；从而激发了学生们参加安全教育的兴趣，对安全事故的感性认识。学生了解建筑施工事故的发生规律及趋势，以及在施工过程需要注意的问题，从而减少建筑施工事故的发生。

4.2 虚拟样板房设计

虚拟样板房可称为3D 样板房,主要是运用三维虚拟科技手段,借组VR 平台,结合交互体验设备,将现实中的样板间变成便于传播且沉浸交互与极具美感的体验式虚拟样板间；使用虚拟样板间，可以打破我们的传统认知，不用等到项目竣工就能提前走进项目完工的场景，体验每一处细节，及时检查发现每一处不合理之处。甚至可以自己进行测量、设计。

将VR 技融入到装饰设计课程中，学生能够在短时间内看不同的样板间，可直接测量距离，可利用该模型即时改变墙壁、地板和家具等组件的材质和设计，体验及设计在未来住宅的小区的整体场景、景观等。在建筑设计中最大的痛点就是在于“所见非所得”和“工程控制难”，难点在于统筹规划、资源整合、具象化联系和平台构建。而借用VR 技加强了可视性和具象性。通过构建虚拟展示，为学生提供交互性设计和可视化印象，让学生能和抽象的三维世界进行直接的沟通，同时也丰富了其对于建筑表达与展示的具体手段。

4.3 虚拟施工工艺

高职院校在进行施工工艺课程学习时，理论教学比重较大，学生大部分时间都是课堂里面上课，在学习理论之后，都没能及时去进行实践操作，知识掌握只停留在理论层面。枯燥的理论知识缺乏实践学习，学生只能通过死记硬背的学习方法去强行记忆，增加学习难度，学习效果降低。

VR 经过几年的发展已经趋于成熟。基于虚拟仿真技术各种建筑类专业实训系统也为中高职院校建筑类专业实践教学中面对的问题给出了解决方案。以三维体验操作的方式达到身临其境的现场教学效果，让学生从整体到局部的体验工程施工工艺。在操作工程中，通过文字、语音及清晰的操作提示实现专业内容清晰完整的表达，帮助学生更加容易地学习和学会操作；通过简单易懂的施工操作交互过程、多角度观察，最大限度地提高了教学学习的适用性；通过具体的操作内容，对每一项施工工艺的技术要点和技术规范进行讲解，并且包含的技术要点和规范均参照行业最新的标准，以此帮助学生深入理解和掌握施工规范要求。

高职院校的教师通过与施工企业紧密结合，了解当前最新施工工艺，借助现代化科技辅助教学，让教师和学生不出校门，就可以了解当前施工前沿技术，让学生感受到时代在发展，科技在进步，施工技术在革新，提高学生学习的主动性和积极性，增强学生的适应能力和不断学习的兴趣。在校期间学到的技能能直接在工作岗位中得到应用，提升学生自身就业竞争力，获得更好的就业机会。

5.VR 技术应用与建筑专业实践教学的意义

伴随着VR 技术的日益完善及在教学上积极作用的显现，将VR 应用建筑专业实践教学，为高职类建筑实践教学带来了新的机遇，教学过程遇到的困难以及瓶颈迎刃而解，具有良性的创新融合意义。

呈现性：教育中很重要的一个过程就是呈现知识信息，而VR 技术在呈现知识信息方面有着独特的优势。它可以在广泛的科目领域提供无限的VR 体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。

存在性：VR 技术能够有效模拟建筑工程的现实环境，对实际施工技术及方式进行实景再现，让学生有真实体验感，从而帮助学生更好地认识与掌握建筑实践课程的相关知识。

趣味性：区别于传统教学模式的单方面传输，VR 更注重学生自身实景实践，能有效提高学生积极性，锻炼学生自主主动学习能力。学生能够借助软件进行独立实践，同时学生还能以不同的身份体会不同的角色感受。

6.结语

从高职现代学徒制教育特殊出发，探索“做中教”、“做中学”的现代职业教育理念的原则。本文提出借助VR 技术，以互联网为载体，构建能够满足高职类建筑专业实践教学的平台，它跟传统实践教学中最大的不同，在于它借助先进科技来打破学习空间、时间的限制，更加强调并赋予学生更大的主动性、动手性，希望能为其他高职院校实践教学环节中起到抛砖引玉的作用。