綠色建筑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)思考

王淑嬙　賀行洋等

摘要：文章在明確綠色建筑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心定位的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了中心虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目規(guī)劃與開發(fā)過程及實(shí)驗(yàn)課程體系，介紹了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)成與要求，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師隊(duì)伍建設(shè)、管理體系建設(shè)、校企合作建設(shè)、資源共享建設(shè)4個(gè)方面歸納了中心管理機(jī)制和共享機(jī)制。研究結(jié)果可為中心持續(xù)健康發(fā)展提供方向，也可為其他同類虛擬仿真中心建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；綠色建筑

中圖分類號(hào)：TU17文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2014）06013404

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》和《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高[2012]4號(hào)）等文件中進(jìn)一步明確了教育信息化的戰(zhàn)略地位，教育規(guī)劃綱要指出“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以重視”[1-3] 。為推動(dòng)政策落地，2013年教育部高等教育司以“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”為指導(dǎo)思想，首次在全國(guó)高校遴選100所國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，其中建筑類院校有5所獲批[4-7]。2012年我校以土木工程與建筑湖北省實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為基礎(chǔ)，以BIM技術(shù)、信息技術(shù)為支撐，以校企合作為契機(jī)，以科學(xué)研究和創(chuàng)新教學(xué)為推手，組建了綠色建筑全生命周期虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，2013年被列為省級(jí)建設(shè)項(xiàng)目，2014年將再次組織申報(bào)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。為確保綠色建筑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研中發(fā)揮更大作用，文章圍繞中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、平臺(tái)建設(shè)、校企合作、共享機(jī)制和管理機(jī)制等方面進(jìn)行研究。

一、綠色建筑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的定位

以綠色建筑這一特定的領(lǐng)域?yàn)檠芯繉?duì)象，開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合，通過教學(xué)資源的信息化、教學(xué)管理的信息化和支持服務(wù)的信息化，實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息化和優(yōu)質(zhì)資源共享，探索校企合作可持續(xù)發(fā)展的途徑，開拓新型人才培養(yǎng)模式[8-9]。

二、 以綠色建筑為研究對(duì)象，開發(fā)與優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

（一） 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目規(guī)劃與開發(fā)過程

綠色建筑強(qiáng)調(diào)的是整個(gè)建筑生命周期中，在建設(shè)和使用流程上對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)并提高資源使用效率。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，從規(guī)劃設(shè)計(jì)至運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段所涉及的部分實(shí)驗(yàn)在實(shí)體環(huán)境下開展很困難，有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將花費(fèi)巨額投資。因此，實(shí)現(xiàn)綠色建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、管理的虛擬仿真和建設(shè)過程中難點(diǎn)虛擬仿真等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目意義重大。以綠色建筑為研究對(duì)象，開發(fā)相關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)成了本中心的首要研究任務(wù)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)遵循“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的指導(dǎo)思想[10]，擬開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目框架如圖1所示。

圖1擬開設(shè)的綠色建筑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)框架虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置應(yīng)理順在線實(shí)驗(yàn)和線下實(shí)驗(yàn)的關(guān)系、實(shí)體實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，在開發(fā)過程中應(yīng)注重將科研項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)，科研活動(dòng)為優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容提供了可能，需建立“科研反哺教學(xué)”的保障機(jī)制，鼓勵(lì)教師將科研成果融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，不斷完善專業(yè)交叉型實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中，根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，設(shè)置虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、交互方式和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建

綠色建筑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心目前設(shè)有6個(gè)教學(xué)模塊（圖2），其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模塊（模塊A）主要承擔(dān)基礎(chǔ)軟件教學(xué)；數(shù)字建筑設(shè)計(jì)虛擬仿真（模塊B）、綠色建筑設(shè)計(jì)與環(huán)境仿真分析（模塊C）、工程結(jié)構(gòu)模擬仿真（模塊D）、建筑信息模型與虛擬建造（模塊E）4個(gè)模塊，主要針對(duì)綠色建筑從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造到運(yùn)維管理的全生命周期各個(gè)階段進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)與教學(xué)；虛擬現(xiàn)實(shí)模塊（模塊F）主要承擔(dān)各種虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過程或結(jié)果的實(shí)境體驗(yàn)教學(xué)。中心共計(jì)開設(shè)15門實(shí)驗(yàn)課，41個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)包括兩部分，一是以專業(yè)軟件為支撐的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目交互平臺(tái)；二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理平臺(tái)。其中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目交互平臺(tái)以BIM技術(shù)為手段，為滿足虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求選擇目前最先進(jìn)的建筑業(yè)虛擬仿真軟件平臺(tái)，同時(shí)通過數(shù)據(jù)交互軟件和二次開發(fā)，解決不同專業(yè)、不同功能軟件的數(shù)據(jù)流、工作流，增強(qiáng)其兼容性、擴(kuò)展性。減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，比如利用Revit 軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，以此模型為基礎(chǔ)利用性能分析軟件進(jìn)程光照、能耗等性能分析，利用Navisworks 軟件進(jìn)行施工模擬，魯班BIM軟件進(jìn)行進(jìn)度控制與質(zhì)量控制。建成后的模型可以用于運(yùn)維階段的資產(chǎn)管理和能耗分析。整合綠色建設(shè)壽命周期的模型信息、建設(shè)信息和管理信息，減少由于重復(fù)購(gòu)買或開發(fā)所帶來的投資浪費(fèi)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理平臺(tái)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、無(wú)限拓展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化環(huán)境，其主要功能應(yīng)包括用戶管理與認(rèn)證、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢分析、VA虛擬化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用管理、實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)資源共享、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理與評(píng)判等，平臺(tái)總體設(shè)計(jì)如圖3所示。

四、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理機(jī)制和共享機(jī)制研究

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師隊(duì)伍建設(shè)

以科研反哺教學(xué)、校企合作為途徑，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師隊(duì)伍建設(shè)。綠色建筑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)教師素質(zhì)水平和隊(duì)伍結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。就教師水平與實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平而言，首先，對(duì)中心負(fù)責(zé)人與骨干教師的學(xué)術(shù)水平要求高。按實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)可分為學(xué)科基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、專業(yè)交叉型實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)和社會(huì)實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)，其中部分實(shí)驗(yàn)來源于教師科研成果，通過科研成果轉(zhuǎn)化并開發(fā)為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，因此對(duì)教師的科研水平要求高。其次，要求教師的教學(xué)能力強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，教學(xué)特色鮮明，以保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的科學(xué)性、先進(jìn)性和可實(shí)施性。另外，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)教師的信息化培訓(xùn)，提高專業(yè)教師的信息化水平和計(jì)算機(jī)操作能力。

從教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)和素質(zhì)要求來看，應(yīng)對(duì)學(xué)科專業(yè)教師與信息技術(shù)研發(fā)人員配置合理；對(duì)青年教師的培養(yǎng)計(jì)劃應(yīng)科學(xué)合理，強(qiáng)調(diào)有企業(yè)背景的人員參與教學(xué)中心建設(shè)。

（二）管理體系建設(shè)

從組織保障、制度保障和運(yùn)行保障3方面完善中心管理體系。建立健全人員、組織、制度保障，推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心規(guī)范、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。在組織機(jī)構(gòu)設(shè)置時(shí)強(qiáng)調(diào)組織結(jié)構(gòu)的效率和資源的集約利用，在制度保障方面包括管理體制、經(jīng)費(fèi)保障、師資隊(duì)伍、設(shè)施建設(shè)、運(yùn)行管理和質(zhì)量保障，制定并實(shí)施完善的政策措施。在運(yùn)行管理方面，整合中心原有制度，結(jié)合我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，制訂相應(yīng)的配套規(guī)章制度，包括《實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理辦法》《實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心管理制度》《實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則》《實(shí)驗(yàn)室安全管理辦法》《實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心教學(xué)考核辦法》等。

（三）校企合作建設(shè)

校企合作是高等院校培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的重要模式，是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的基本途徑，可充分利用各自的資源優(yōu)勢(shì)減少重復(fù)建設(shè)來降低成本，實(shí)現(xiàn)資源共享與共同育人。建筑行業(yè)的知識(shí)體系具有專業(yè)性、實(shí)踐性和交叉性等特點(diǎn)，在人才培養(yǎng)過程中非常重視建筑業(yè)相關(guān)企業(yè)所發(fā)揮的作用。建立校企聯(lián)合培養(yǎng)體，探索與土建行業(yè)信息化軟件標(biāo)桿企業(yè)、設(shè)計(jì)標(biāo)桿企業(yè)和施工標(biāo)桿企業(yè)的合作，為中心的硬件、軟件建設(shè)和教學(xué)建設(shè)提供新的途徑。積極探索校企共建共管的動(dòng)態(tài)可持續(xù)合作模式，包括面向技術(shù)轉(zhuǎn)化的項(xiàng)目合作模式、面向產(chǎn)品研發(fā)的科研型合作模式和面向職工培訓(xùn)的教學(xué)型合作模式。

（四） 資源共享機(jī)制

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，中心實(shí)行對(duì)校內(nèi)外開放式管理，建立健全實(shí)驗(yàn)室開放管理制度，實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源共享。中心應(yīng)創(chuàng)造條件，主動(dòng)吸引學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)中心學(xué)習(xí)，在完成校內(nèi)教學(xué)任務(wù)的前提下，積極向?qū)W生、教師和社會(huì)開放，并將社會(huì)開放服務(wù)收入作為運(yùn)行經(jīng)費(fèi)補(bǔ)助。應(yīng)重點(diǎn)探討資源共享的途徑，包括科研課題引導(dǎo)型、預(yù)約實(shí)驗(yàn)型、畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)型和儀器設(shè)備開放型合作的具體操作辦法，擴(kuò)大中心的輻射范圍和受益面。

五、結(jié)語(yǔ)

湖北工業(yè)大學(xué)綠色建筑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)已經(jīng)歷了2年多的時(shí)間。為保障中心持續(xù)建設(shè)，提高投入產(chǎn)出比，使中心在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的效能得到提升，并爭(zhēng)取升級(jí)為國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，文章圍繞中心的教學(xué)內(nèi)容、平臺(tái)建設(shè)、校企合作、共享機(jī)制和管理機(jī)制4方面進(jìn)行研究，為使中心在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研中發(fā)揮更大的作用。

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