虛擬仿真實驗室建設模式初探

趙黎黎

摘 要：大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展沖擊著傳統(tǒng)的環(huán)境設計專業(yè)教育模式。一方面，單一的課堂教學已經(jīng)不能滿足學生學習以及市場的需求;另一方面，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給環(huán)境設計專業(yè)教育提供了更廣闊的學習平臺、更加豐富的學習資源和更有效的學習渠道。我們可以通過虛擬現(xiàn)實技術和互聯(lián)網(wǎng)建設仿真實驗項目來達到更新教學手段、增強學生學習自主性的目的。

關鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+”;仿真實驗;施工;工藝

一、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下環(huán)境設計專業(yè)教學模式存在的問題

環(huán)境設計專業(yè)是一門涉及建筑設計、城市規(guī)劃、景觀設計以及人文科學等多個領域的綜合性學科專業(yè)，同時也是實踐性較強的專業(yè)。在大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，環(huán)境設計專業(yè)在教育教學方面也正處于一個轉(zhuǎn)型階段，目前的環(huán)境設計專業(yè)的教學中存在以下問題。

（一）教學方法滯后

授課手段單一，教師在教學過程中主要采用靜態(tài)的圖像、視頻展示等教學手段，缺少互動式的教學方式。

（二）學生學習的主動性差

目前，我校學生普遍存在學習主動性較差的問題，學習往往處于被動的狀態(tài)，很少會自己通過網(wǎng)絡或者其他學習平臺進行自主學習。

（三）教學資源缺乏

大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，許多教學資源、教學平臺層出不窮，高校也在積極構(gòu)建信息化的教學平臺。但這些教學平臺在實際運用中卻遇到了教學資源缺乏、資源交叉互訪不足等問題。

（四）教師對于新技術、新的教學手段缺乏足夠的認識

大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的發(fā)展不僅要求學生要有較強的自主學習能力，同樣也要求教師能順應時代的發(fā)展、技術的發(fā)展，不斷更新專業(yè)知識、參與更多的專業(yè)實踐，同時也要不斷更新教學手段。

二、“施工工藝設計”課程的教學模式

環(huán)境設計專業(yè)是融合理論教學與實踐教學，且實踐教學所占比重較大?！笆┕すに囋O計”是我校環(huán)境設計專業(yè)重要的專業(yè)核心課程之一，課程最初構(gòu)想為：學生通過教師講授、工地現(xiàn)場考察學習施工操作;學院提供一間教室展示施工過程中的每道工序和各工種施工的細節(jié)表現(xiàn)，并能有實踐操作空間讓學生進行各工種施工操作。但是由于各種因素（施工項目工地不足、實踐操作的空間不足、材料費用過高、安全隱患等），能給學生實踐操作的機會相對較少。針對以上的傳統(tǒng)教學模式，該項目提出了改革傳統(tǒng)實踐教學方法、以技術驅(qū)動教學變革、利用仿真實驗的形式為學生提供虛擬的場景來完成相應的課程實踐操作。

三、“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實驗”項目建設概述

虛擬現(xiàn)實技術采用“虛擬現(xiàn)實”等技術理念和技術手段，基于真實的實驗環(huán)境、真實的實驗設備、真實的實驗任務和實驗流程構(gòu)建虛擬仿真實驗系統(tǒng)，從而很好地解決我們實踐教學中的所遇到的實踐操作問題，比如實踐操作空間不足、實踐操作材料費用過高、安全隱患問題等。

（一）“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實驗”項目建設的目標

“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實驗”項目依托長江師范學院美術學院環(huán)境設計專業(yè)的專業(yè)課程“施工工藝設計”以及市級教改項目“虛擬現(xiàn)實技術在環(huán)境設計專業(yè)中的運用”進行開發(fā)和開展實驗教學工作。項目提出利用虛擬仿真技術，將理論、實際操作、虛擬仿真系統(tǒng)結(jié)合在一起的教學方式，構(gòu)建虛擬仿真教學系統(tǒng)與實踐操作平臺等，給學生提供進行虛擬仿真的實驗條件，讓學生在虛擬環(huán)境中學習施工工藝，并進行虛擬操作。

通過引入室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實驗系統(tǒng)，在理論教學和實踐教學之間搭建一座橋梁，解決了“施工工藝設計”課程相關理論知識與實踐操作的融合問題，提升了課程理論學習與實踐操作的效率與效果，優(yōu)化了學生的實踐學習體驗。學生通過完成教學項目，能有效調(diào)動學習的積極性，既掌握實踐技能，又掌握相關理論知識，提高學生解決施工實際問題的綜合能力。

室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實驗系統(tǒng)提供了教、學、練、評等教學功能，學生可以通過系統(tǒng)進行虛擬仿真實訓學習、實踐操作，同時系統(tǒng)能給予學生實踐操作項目評價，讓學生在虛擬的系統(tǒng)中獲得與實際操作同等的學習、操作效果。

（二）“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實驗”的方法與步驟要求

在室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實驗項目中，學生必須通過實際的虛擬仿真操作，掌握“施工工藝設計”的以下知識點：了解室內(nèi)裝修隱蔽工程（水路、電路）基本布局結(jié)構(gòu);熟悉室內(nèi)裝修水路基本布局方式;熟悉室內(nèi)裝修電路基本布局方式;熟悉掌握室內(nèi)裝修水路、電路驗收標準等知識。虛擬仿真實驗的具體操作步驟如下。

（1）估算線管用量。根據(jù)設計設計，估算水路冷熱水線管、水龍頭、電線、插座開關面板用量。

（2）水路放線。根據(jù)設計方案觀察室內(nèi)情況放線，畫出水路定位線。

（3）水路開槽。根據(jù)設計要求在墻面進行管線開槽，管線開槽必須是平行線與垂直線。平行走線的管路一律控制在60～90厘米高（從地面算起），有水龍頭的管路必須垂直。

（4）管線切割。根據(jù)設計需求，將冷熱水管切割至可用尺寸，備用。

（5）水路安裝。管道又分冷水管與熱水管專用。其中，暗藏管道杜絕使用鍍鋅鐵管。確定水域位置與使用功能，排放安裝好所有的水龍頭及用水位置。

（6）水路驗收。試壓是管道檢查滲漏的方法之一，先用堵頭將所有內(nèi)絲堵死。用壓力表打壓（6～8kg）試水，打壓之后檢查所有管道所有接頭。

（7）防水處理。水路管道安裝之后，用水泥沙子混合封好衛(wèi)生間所有線槽。等線槽和地面干后，再次清洗地面與墻面，墻地面水分干了即可做防水，墻面防水最好做80cm以上高。如果廚衛(wèi)墻背面有家具的墻面，必須做滿墻。

（8）電路放線定位。根據(jù)設計圖紙，彈好平行與垂直線，確定好布線的位置。

（9）電路開槽。放好開關插座底盒。插座距地面40厘米開槽，掛式空調(diào)插座距地面2.2米開槽，開關距地面1.2～1.4米開槽。開關插座底合安裝要彈水平線開槽。

（10）電路布線。根據(jù)設計布線，強弱電線管的暗盒要分開。強電與弱電的要求布線在最底限度下相隔30厘米，空調(diào)插座專用6平米以上的電線分組，電器插座專用4平米分組，開關2.5平米以上專用分組?？照{(diào)線組距地面2米以上走線。電器線組地面走線，開關及照明燈線組墻頂面走線，開關插座底合安裝時必須水平垂直。

（三）“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實驗”的教學流程設置

教學—教師進行施工工藝相關理論教學，并在虛擬仿真系統(tǒng)中進行虛擬操作演示，讓學生更直觀地了解和學習室內(nèi)裝修水路、電路鋪設的操作流程、施工工藝以及規(guī)范。

實踐操作—學生通過安裝、啟動室內(nèi)裝修隱蔽工程虛擬仿真實驗系統(tǒng)，學生可以選擇觀看演示過程或者虛擬操作等程序。虛擬仿真系統(tǒng)能夠模擬真實的實踐環(huán)節(jié)、實踐流程、實踐任務、實踐設備等，讓學生能以第一視角的體驗與交互模式對虛擬安裝流程進行實踐操作：放線定位、墻體開槽、布線、驗收等流程。

評價系統(tǒng)—系統(tǒng)將通過對學生的操作（是否按照實驗步驟操作、是否符合操作規(guī)范、是否符合施工流程）等進行等級評價。在條件允許的情況下，學生還可以進入實訓基地或設計公司進行真實的施工操作。教師將學生真實操作流程與虛擬仿真系統(tǒng)中的操作進行綜合性評價，具體如圖1所示。

（四）“室內(nèi)施工水電工程虛擬仿真實驗”項目的優(yōu)勢

（1）虛擬仿真系統(tǒng)創(chuàng)造了與實際操作相似的環(huán)境，可以模擬逼真的室內(nèi)施工操作流程，沉浸式體驗施工環(huán)境，使學生能夠獲得生動直觀的感性認識，增進對理論知識的理解與掌握。

（2）操作性強，直觀性強，學生學習興趣高。采用虛擬仿真技術，模擬真實操作環(huán)境，室內(nèi)裝修水電工程的操作技術要求、操作流程等都能在虛擬的三維現(xiàn)實環(huán)境下，實現(xiàn)協(xié)同模擬操作，能達到良好的教學和實踐效果。

（3）節(jié)省成本。虛擬仿真系統(tǒng)能夠控制學生實踐操作的成本，同一套虛擬仿真系統(tǒng)可以多人同時、多次使用，實現(xiàn)在更短的時間和成本內(nèi)培養(yǎng)更高素質(zhì)人才的目標。

（4）增加安全可靠性。學生到施工現(xiàn)場實踐存在一系列安全問題，虛擬仿真系統(tǒng)在體驗過程中不會帶來人身傷害和環(huán)境危害，體驗者可以通過虛擬仿真熟練掌握知識原理和操作流程。

四、結(jié)語

大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”帶來了全新的教育理念，教學方法有了更多的形式，教學資源也在不斷更新。在這種信息化背景下，結(jié)合環(huán)境藝術設計專業(yè)特點，建立虛擬仿真實驗項目不但更新了教學模式，提高了學生學習的主動性，有利于學生的自主學習，同時也讓教師的自我能力得到提升。虛擬仿真系統(tǒng)使教學資源更生動、教學活動更豐富、實踐操作更安全，充分體現(xiàn)了大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的教育信息化的發(fā)展方向。

參考文獻：

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