虛擬現(xiàn)實技術在智能建筑專業(yè)實踐教學中的應用★

陳敏志　周俊勇　徐馮君（.浙江水利水電學院，浙江杭州　008；.浙江警官職業(yè)學院，浙江杭州　008；.浙江同濟科技職業(yè)學院，浙江杭州　）

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虛擬現(xiàn)實技術在智能建筑專業(yè)實踐教學中的應用★

陳敏志1周俊勇2徐馮君3
（1.浙江水利水電學院，浙江杭州310018；2.浙江警官職業(yè)學院，浙江杭州310018；3.浙江同濟科技職業(yè)學院，浙江杭州311231）

摘要：分析了智能建筑專業(yè)傳統(tǒng)實踐教學面臨著與實際工程接觸時間不夠、實驗設備昂貴和維修成本高、產(chǎn)品更新替代快的困境，闡述了智能建筑專業(yè)實踐教學中引進虛擬現(xiàn)實技術的必要性，提出了基于虛擬現(xiàn)實技術的教學模式構建，介紹了虛擬現(xiàn)實技術在智能建筑專業(yè)實踐教學中的應用成果，并對虛擬現(xiàn)實技術應用于開放的網(wǎng)絡平臺做了初步的設想。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術，虛擬場景，虛擬實驗室

1　虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術是20世紀80年代初崛起的一項技術，是一種由計算機生成的高技術模擬系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代教育技術的廣泛應用，虛擬現(xiàn)實技術在高校教學中的應用得到了廣泛的關注，虛擬仿真實驗教學綜合應用虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡通訊等技術，通過構建逼真的實驗操作環(huán)境和實驗對象，使學生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟的實驗，進而達到真實實驗不具備或難以實現(xiàn)的教學效果。本文將就開發(fā)和引用虛擬現(xiàn)實技術在智能建筑專業(yè)類課程的應用進行探討。

2　智能建筑專業(yè)傳統(tǒng)教學面臨困境

1）專業(yè)涉及建筑工程結構范圍廣且復雜，大多數(shù)學生沒有接觸過建筑工程的實踐，缺乏對建筑工程的真切感受和認知，因而在學習過程中缺乏對課程的學習興趣和熱情。

2）傳統(tǒng)的教學模式課堂教學機械、沉悶，學生往往被動的學習并沒接觸過的對象，所以會產(chǎn)生一定的抵觸心理。

3）弱電設備采用的新產(chǎn)品、新技術不斷出現(xiàn)，有些產(chǎn)品或施工技術學生在校園很少接觸，雖然教學過程中安排了一定的實踐環(huán)節(jié)，但由于各方面限制也無法全面了解。

4）為提高學生的實踐能力，專業(yè)設置了很多實驗，實驗面臨的如實驗材料成本高、實驗儀器昂貴、實驗儀器損壞維修成本高、設備更新頻率高等諸多問題，都嚴重束縛了教學質(zhì)量的提高。

因此，需要教師改變傳統(tǒng)的教學方法和手段，結合現(xiàn)代教育技術，改進教學設計和教學手段，使學生既能掌握理論知識，又具有一定的實踐能力。

3　基于虛擬現(xiàn)實技術的教學模式構建

虛擬現(xiàn)實技術雖然有很強的三維視覺效果，但是不可能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的教學以及一些其他的多媒體技術手段。有效的教學模式應該是多種教學模式的結合，如理論教學與實踐教學相結合、虛擬實驗與真實實驗相結合、教師主導與學生體驗相結合等等［4］。

我們將學生的學習過程分為：認知實習→教學→實習三大塊，但是傳統(tǒng)的“認知實習”環(huán)節(jié)中教師無法領學生去各種類型的工程場地，教學過程尤其是實驗環(huán)節(jié)里大量儀器損壞需要更新，實習過程中學生往往只能體驗一種工程環(huán)境。

通過分析學習者的特征，根據(jù)智能建筑專業(yè)特性，我們設計了傳統(tǒng)教學與“探究體驗”結合的綜合教學模式（如圖1所示），讓學習者在學習過程中，動手做實驗，自己體驗、發(fā)現(xiàn)、探索。

圖1　傳統(tǒng)教學與“探究體驗”結合的綜合教學模式

其中“仿真實習”和“仿真實驗”都是在開放的學校網(wǎng)絡平臺上，學生利用課余時間完成，“虛擬五大員游戲通關”可以讓學生自己先在網(wǎng)絡上練習，再由老師統(tǒng)一安排考試，通關者可獲得一定的學分或者證書等獎勵。

4　虛擬現(xiàn)實技術在智能建筑專業(yè)的教學應用

虛擬現(xiàn)實教學利用計算機技術和其他虛擬現(xiàn)實硬件、軟件模擬一個逼真的環(huán)境，通過參與者與“模擬環(huán)境”的交互作用來進行教學與學習，是一種雙向交互式教與學的教學形式。該校通過開發(fā)或直接引用比較成熟的虛擬現(xiàn)實技術，在智能建筑專業(yè)虛擬場景的構建、虛擬實驗和綜合性網(wǎng)絡實驗平臺三方面進行了有效的嘗試。

4.1虛擬場景的構建

通過虛擬現(xiàn)實可構建一個與實物同樣的虛擬智能建筑工程環(huán)境，它可以提供場景巨大的沉浸感，學生可以進入到工程的某個角落，對工程進行全面的了解，有助于激發(fā)積極的學習情緒和動機，增加學生對知識產(chǎn)生感性的認識。

4.2虛擬實驗室

利用虛擬現(xiàn)實技術可以建立各種虛擬實驗室，如安防工程設計、安防工程施工、綜合布線、工程制圖、設備維修與維護實驗室。虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的學習環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環(huán)境中去，這非常有利于學生的技能訓練［3］。例如“設備維修技能”“設備安裝技能”等各種技能的訓練。由于這些虛擬的實驗無任何危險，學生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。等操作熟練之后，再去接觸真正的實驗工具，如攝像機、鉆孔機、報警器、焊接機、萬用表等，學生就不會因為陌生而感到害怕或大量損壞這些工具。在“虛擬實驗室”里，學生可以自主選擇地做各種自己想做的實驗，達到省時、省力、省錢、高效的實驗效果［5］。

該校和公司聯(lián)合開發(fā)了“虛擬警官安防演示系統(tǒng)”是以學校為模型的演示系統(tǒng)，學生可選擇不同工程對象，分別對其進行視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計、入侵報警系統(tǒng)設計和出入口控制系統(tǒng)設計。具體設計時，用戶可以自主設置設備參數(shù)，直接在虛擬工程中添加攝像頭、探測器、報警主機等設備，還可以直接敷設管線、計算管線長度等，這樣的虛擬設計可以讓學生沉浸在工程環(huán)境中，學生能考慮更多的實際情況，例如攝像機可模擬監(jiān)控的角度，用戶在虛擬場景中就可以直接判斷有沒有死角，從而判斷自己設計的合理性。

4.3綜合性網(wǎng)絡實驗平臺

虛擬實驗室如果能做成一個開放的網(wǎng)絡平臺，學生隨時隨地在宿舍就可以進入虛擬的智能建筑工程場景進行認知實習或做實驗，可以大大提高實驗教學的效果，提高學生的實踐能力。

建成一個綜合性的覆蓋全專業(yè)的虛擬網(wǎng)絡實驗室是一件復雜的工程，前期可以對某門課程進行試點，再擴展到其他的課程，等各門課程虛擬實驗建立完善后，可著手建立一個以崗位為依托的綜合網(wǎng)絡游戲平臺，設置很多關卡，學生通過闖關的方式取得最后的勝利，進而取得一定的學分或者證書等等。

5　結語

虛擬實驗室作為傳統(tǒng)實驗的替代品和輔助教學，優(yōu)點是顯而易見的，高效率、高自由度、低成本等優(yōu)勢必然會更廣泛地應用到實踐教學中來。隨著Mooc時代的到來，常規(guī)式課堂教學受到很大的沖擊［6］，將虛擬現(xiàn)實技術引入專業(yè)教學更成為一項亟待解決的任務，將虛擬技術與傳統(tǒng)教學、網(wǎng)絡教學緊密結合是一項長期而復雜的過程，需要團體合作努力、財政支持，還需要和多媒體公司有效合作。我們將繼續(xù)推動信息技術與教育教學的進一步融合，摸索出更先進的實驗教學理念、創(chuàng)新的實驗教學方法，使更多的學生受益。

參考文獻：

［1］十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）［EB/OL］. http://www.moe.edu.cn/ewebeditor/uploadfile/2012/03/29/20120329 140800968.doc.

［2］王衛(wèi)國.虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議［J］.實驗室研究與探索，2013，32（12）：5-8.

［3］姬洪強.淺談虛擬現(xiàn)實技術在學科教學中的應用［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2008（3）：46-47.

［4］吳祥恩.虛擬現(xiàn)實技術在“現(xiàn)代教育技術”課程中的應用研究［J］.中國電化教育，2011（290）：33-34.

［5］黃思良.虛擬現(xiàn)實技術在化學教學中的應用［J］.中學化學教學參考，2008（11）：33-34.

［6］唐景莉.技術革命催生中國高等教育變革［N］.中國教育報，2013-07-08.

Application of virtual reality technology in intelligent building practice teaching★

Chen Minzhi1Zhou Junyong2Xu Fengjun3
（1. Zhejiang College of Hydropower，Hangzhou 310018，China；2. Zhejiang Vocational College of Police Academy，Hangzhou 310018，China；3. Tongji Vocational College of Science & Technology，Hangzhou 311231，China）

Abstract：The paper analyzes traditional intelligent building teaching difficulties，such as limited contact time with actual engineering，expensive experimental equipment and high maintenance cost and fast product update replacement，describes the necessity of introducing virtual reality technology in intelligent building practice teaching，puts forward teaching mode construction on the basis of virtual reality technology，introduces the application achievements of virtual reality technology in intelligent building practice teaching，and finally makes primary concept for applying virtual reality technology in open internet platform.

Key words：virtual reality technology，virtual scene，virtual laboratory

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0247-02

收稿日期：2016-01-19★：浙江教育技術研究規(guī)劃課題，序號：JB149

作者簡介：陳敏志（1979-），女，講師