打造智能信息化的虛擬仿真式金課

張同鈺

摘? 要 探討虛擬仿真技術(shù)與信息化教學(xué)的深度融合機(jī)制，提出虛擬仿真式金課的建設(shè)原則，采用建筑工程3D仿真平臺、VR/AR虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和信息化建筑模型三種載體進(jìn)行教學(xué)，最后以高職土建課程建筑施工技術(shù)為例，展示智能教育在課程中的應(yīng)用情況，凝練虛擬仿真式金課建設(shè)模式。

關(guān)鍵詞 金課;建筑施工技術(shù);精品課程;建筑工程3D仿真平臺;虛擬仿真

中圖分類號：TP391.9? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）02-0014-03

Building Virtual Simulation Golden Course of Intelligent Infor-matization： Taking Construction Technology as Example//ZHANGTongyu

Abstract This paper discusses the deep integration mechanism of?virtual simulation technology and information-based teaching， puts forward the construction principle of virtual simulation golden course，and uses three carriers of construction engineering 3D simulation platform， VR / AR virtual reality system and BIM for teaching. Finally，taking the Construction Technology as an example， it shows the appli-cation of intelligent education in the course. Refine the construction mode of virtual simulation golden course.

Key words golden course; construction technology; excellent courses;?construction engineering 3D simulation platform; virtual simulation

1 前言

近年來，由于不合理的教學(xué)評價(jià)，一些高校存在水課逆向淘汰金課的不正常現(xiàn)象。水課就是低階性、陳舊性的課，是教師不用心上的課。金課是指有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的課。教育部部長陳寶生表示，要提升大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加大學(xué)課程難度、拓展課程深度、擴(kuò)大課程的可選擇性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和專業(yè)志趣，真正把水課變成金課[1-2]。

2 虛擬仿真課程的意義及現(xiàn)狀

當(dāng)下，我國準(zhǔn)備實(shí)施一流課程的“雙萬”計(jì)劃，即建設(shè)一萬門國家級一流線上線下的精品課程（國家金課）并打造一萬門省部級一流線上線下的精品課程（地方高校金課）。這兩萬門金課的體現(xiàn)形式大致可歸納為五種類型：線下金課、線上金課、線上線下混合式金課、虛擬仿真金課和社會實(shí)踐金課[1]。

虛擬仿真金課是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”之后的“智能+教育”新形式，是依托于電子技術(shù)革新的新型教育生產(chǎn)力，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（將計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)及人工智能等綜合起來，使用戶在虛擬環(huán)境中進(jìn)行各種活動，獲得身臨其境的感受[3]）與教育教學(xué)深度融合的成果。虛擬仿真技術(shù)解決了諸如高職土建類專業(yè)職業(yè)能力課程中的平面難體現(xiàn)、建設(shè)周期長、危險(xiǎn)性較大、材料消耗多等諸多困難[4]，能夠在虛擬環(huán)境中極大程度地還原工程場景和生產(chǎn)過程，在短時(shí)間之內(nèi)可從多維度展現(xiàn)工程項(xiàng)目的建設(shè)情況，實(shí)現(xiàn)低成本、全天候、多層次教學(xué)，彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)教學(xué)環(huán)境不足的短板，同時(shí)可通過采集的數(shù)據(jù)建立一套完善的測評體系，確保課程的教學(xué)效果。

3 高職虛擬仿真式金課建設(shè)原則

高職院校的金課要體現(xiàn)“能工作、體系化、有動力”三個(gè)特征，同時(shí)課程建設(shè)要遵循學(xué)生職業(yè)成長規(guī)律、教育規(guī)律和學(xué)習(xí)規(guī)律。課堂教學(xué)呈現(xiàn)形式主要是任務(wù)引領(lǐng)和行動導(dǎo)向的“做中學(xué)”“做中教”“做中聽”“做中看”“做中論”[5]。

目前，各種類型的虛擬仿真系統(tǒng)在大多數(shù)高職院校土建類專業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用，取得一定的效果，但具體如何使用虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)，尚未形成較為完善的模式，導(dǎo)致某些課程教學(xué)效果仍良莠不齊：有的課程完全依賴系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行填鴨式訓(xùn)練，忽略了教師的主觀能動性，把教學(xué)完全交給了計(jì)算機(jī);有的課程雖使用虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)，但不去對學(xué)生的訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行評測，更不進(jìn)行診斷和改進(jìn);還有的課程只是對仿真系統(tǒng)進(jìn)行簡單操作，采用少量課時(shí)作為補(bǔ)充和拓展訓(xùn)練，沒有將課程融入其中。這些課程雖然都使用了虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)，但是仍然屬于水課之列，難以被稱為金課。因此，在建設(shè)過程中需把握以下幾個(gè)原則。

虛擬仿真與專業(yè)課程的深度融合? 虛擬仿真式金課不是簡單的課程移植，而是要根據(jù)工程建設(shè)規(guī)律和教學(xué)規(guī)律由淺入深地設(shè)置問題或工作任務(wù)，并通過各種獎勵機(jī)制激發(fā)學(xué)生層層深入的興趣點(diǎn)，使其在虛擬的場景中獲得成就感，從而達(dá)到掌握知識點(diǎn)及職業(yè)技能。虛擬仿真課程應(yīng)這樣進(jìn)行設(shè)計(jì)：創(chuàng)建虛擬環(huán)境，以問題導(dǎo)向或任務(wù)驅(qū)動的方式引導(dǎo)學(xué)生在虛擬環(huán)境中自行探索解決問題的途徑或完成任務(wù)的方式，然后對學(xué)生的探索結(jié)果進(jìn)行深化討論與糾偏驗(yàn)證，再次進(jìn)入仿真操作解決實(shí)際問題或完成學(xué)習(xí)任務(wù)，總結(jié)、評價(jià)并給出建議，對尚未達(dá)到要求的部分進(jìn)行補(bǔ)足講解。

虛擬仿真與現(xiàn)實(shí)資源的同步建設(shè)? 虛擬仿真系統(tǒng)能解決大部分土建專業(yè)中的實(shí)驗(yàn)課、實(shí)訓(xùn)課和理實(shí)一體化課程“做”的問題，但是終究是輔助手段，不能取代全部的教學(xué)。在金課建設(shè)中，教師的教學(xué)能力、課程配套資源、現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地都是至關(guān)重要的建設(shè)內(nèi)容，讓學(xué)生通過虛擬環(huán)境中的訓(xùn)練以提升現(xiàn)實(shí)的職業(yè)技能，才是虛實(shí)結(jié)合的真正含義。

虛擬仿真與數(shù)據(jù)平臺的監(jiān)控分析? 虛擬仿真系統(tǒng)可以創(chuàng)造出一個(gè)模擬現(xiàn)實(shí)的情境，但教師不能把學(xué)生丟在這個(gè)情境中任其自由發(fā)揮，在教學(xué)過程中和訓(xùn)練完成后需要加強(qiáng)對學(xué)生訓(xùn)練的監(jiān)控，及時(shí)做好數(shù)據(jù)的采集與分析，跟進(jìn)學(xué)生的發(fā)展情況，根據(jù)反饋信息進(jìn)行診斷與改進(jìn)，針對有問題的部分進(jìn)行補(bǔ)足講解，使得課程建設(shè)更加完善。

4 虛擬仿真式金課的建設(shè)內(nèi)容

高職土建類專業(yè)課程建設(shè)應(yīng)從職業(yè)崗位能力需求和專業(yè)人才培養(yǎng)方案出發(fā)，分析專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)、課程特點(diǎn)和現(xiàn)有虛擬仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)，充分參考金課的多種形式并進(jìn)行本地化改造。建設(shè)虛擬仿真式金課主要是做到以下四點(diǎn)。

課程資源建設(shè)? 課程資源建設(shè)需經(jīng)過嚴(yán)格的市場社會調(diào)研，并根據(jù)技術(shù)的改變逐年更新，包括專業(yè)人才培養(yǎng)方案、課程方案、課程標(biāo)準(zhǔn)、精品教材、數(shù)字化平臺、媒體資源等都是需要的建設(shè)內(nèi)容[6]，而最為重要的就是所在學(xué)院具備虛擬仿真系統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境并可服務(wù)于相關(guān)課程教學(xué)。

教師教學(xué)能力建設(shè)? 無論怎樣先進(jìn)的課程模式，最終都要通過教師在課堂教學(xué)中實(shí)現(xiàn)。教師是打造金課關(guān)鍵性因素，這就需要教師進(jìn)行長期、系統(tǒng)、持續(xù)的培訓(xùn)，尤其應(yīng)充分掌握虛擬仿真系統(tǒng)及相關(guān)信息化資源使用方法，具備課堂創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的能力。

課堂教學(xué)設(shè)計(jì)建設(shè)? 虛擬仿真技術(shù)的引入需要對教學(xué)類型、教學(xué)手段、教學(xué)方法、教學(xué)空間進(jìn)行形態(tài)轉(zhuǎn)換，因此必須做好每節(jié)課的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，讓虛擬仿真系統(tǒng)真正參與教學(xué)，成為達(dá)到教學(xué)目的的一個(gè)不可或缺的教學(xué)手段和環(huán)境。

學(xué)生能力測評體系建設(shè)? 課程的建設(shè)成果最終落實(shí)在課堂本身，最終受益者是學(xué)生。建立科學(xué)的學(xué)生能力測評模型，測評課程的教學(xué)效果，是診斷和改進(jìn)應(yīng)用型高職院校金課的需要。

5 虛擬仿真式金課的體現(xiàn)形式

現(xiàn)階段高職土建類建筑施工技術(shù)虛擬仿真式課堂可采用下面三種載體來體現(xiàn)。

建筑工程3D仿真平臺? 通過一套強(qiáng)大的平臺和資源庫可以調(diào)用多個(gè)工程案例及生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)全方位漫游、觀察建筑細(xì)節(jié)，也可以通過三維動畫的形式全過程呈現(xiàn)各個(gè)施工的工藝與步驟，還能夠通過評測系統(tǒng)去評價(jià)學(xué)生對知識點(diǎn)是否已經(jīng)掌握。學(xué)生在跟隨操作中獲得相應(yīng)知識，提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

VR/AR虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)? 運(yùn)用VR/AR設(shè)備配套眼鏡或蛋椅等設(shè)備可以體驗(yàn)生產(chǎn)環(huán)境中的種種情況，強(qiáng)大的現(xiàn)實(shí)功能可以實(shí)現(xiàn)身臨其境的感覺并達(dá)到人機(jī)交互，模擬程度很高，同時(shí)也很依賴設(shè)備和軟件的精細(xì)程度。

信息化模型制作? 建筑模型制作課堂通過讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)或參與某部分工程模型的制作過程，可以考核學(xué)生對施工技術(shù)規(guī)范要點(diǎn)的理解程度和對現(xiàn)場觀察的細(xì)致程度，是變被動接受學(xué)習(xí)為主動思考研究的過程。

這三種形式各有利弊，可以根據(jù)課程內(nèi)容選擇最適合的課堂載體并充分準(zhǔn)備。工藝較為復(fù)雜的（如泥漿護(hù)壁成孔灌注樁工程）可以選用3D仿真平臺從多維度進(jìn)行觀察，可以看清每一個(gè)步驟的原理和處理方式;工藝簡單而危險(xiǎn)性較大的內(nèi)容（如鋼結(jié)構(gòu)安裝工程）可以選擇VR/AR虛擬現(xiàn)實(shí)軟件進(jìn)行體驗(yàn)，感受工程事故后果的嚴(yán)重性和安全的重要性;而對細(xì)節(jié)要求較多的內(nèi)容（如腳手架工程）可以讓學(xué)生自行制作建筑模型，培養(yǎng)其思維力和創(chuàng)造力。

6 虛擬仿真式課程設(shè)計(jì)實(shí)例

本文以筆者所在學(xué)校建筑施工技術(shù)課程主體分部工程中的施工技術(shù)（1課時(shí)）為例進(jìn)行介紹。

1）教學(xué)模式。根據(jù)PDCA循環(huán)（準(zhǔn)備—執(zhí)行—檢驗(yàn)—評價(jià)）教學(xué)模式進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)，采用先做后講、以做代學(xué)的方式，落實(shí)“做”的環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的自行研究興趣，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”“做中教”“做中思”“做中論”，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造性，然后對其進(jìn)行規(guī)范化檢測和評價(jià)，指導(dǎo)其改進(jìn)。在課堂中反復(fù)進(jìn)行PDCA循環(huán)螺旋上升，持續(xù)改進(jìn)。

2）教學(xué)內(nèi)容。每節(jié)課設(shè)計(jì)可以覆蓋知識點(diǎn)和能力點(diǎn)的任務(wù)和問題。

3）教學(xué)方法：任務(wù)驅(qū)動法。

4）教學(xué)載體：建筑工程3D仿真平臺及測評系統(tǒng)。

5）教學(xué)資源：微課視頻、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、建筑工程3D虛擬仿真平臺、教學(xué)課件、《建造師》考試真題、現(xiàn)場圖片。

6）課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。

①課前。教師進(jìn)行學(xué)情分析，發(fā)布課堂任務(wù)，并上傳課程相關(guān)資源，學(xué)生在理解了任務(wù)之后自行做知識準(zhǔn)備及材料準(zhǔn)備并進(jìn)行組織分工。

②課中。學(xué)生可以分施工組或獨(dú)立完成課堂任務(wù)，這個(gè)過程將課前研習(xí)的理論知識運(yùn)用到實(shí)際工程中去，在沒有教師的指導(dǎo)之下進(jìn)行發(fā)揮，鞏固自我的同時(shí)達(dá)到學(xué)以致用。任務(wù)完成后進(jìn)行組內(nèi)自評和小組互評，由教師驗(yàn)收并進(jìn)行補(bǔ)充說明，將評價(jià)結(jié)果反饋給學(xué)生，讓其自我反思和主動改進(jìn)。如此進(jìn)行兩次循環(huán)，讓學(xué)生的知識掌握更牢固。

③課后。教師安排課后作業(yè)并輪流選定學(xué)生助教進(jìn)行測評，對問題明顯的地方進(jìn)行診斷并持續(xù)改進(jìn)。

7）教學(xué)評價(jià)。課程教學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

8）教學(xué)效果。學(xué)生完成任務(wù)情況會由虛擬仿真系統(tǒng)自動生成報(bào)告，通過后臺管理系統(tǒng)反饋到學(xué)生端，學(xué)生根據(jù)報(bào)告進(jìn)行自檢，返回虛擬平臺進(jìn)行糾偏改正。教師根據(jù)學(xué)生的完成情況進(jìn)行知識點(diǎn)和技能點(diǎn)的重新整合，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行糾偏和改正，經(jīng)過學(xué)生自查并糾偏之后，選取具有代表性的學(xué)生報(bào)告進(jìn)行評價(jià)。

通過教學(xué)活動，發(fā)現(xiàn)先做后講的方式可以根據(jù)學(xué)生的任務(wù)完成情況隨時(shí)調(diào)整教學(xué)重難點(diǎn)，做到以學(xué)生為中心，提高教學(xué)效率。同時(shí)，學(xué)生相較于傳統(tǒng)教學(xué)模式更容易接受新知識，也由被動的學(xué)習(xí)方式變?yōu)橹鲃友辛?xí)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)興趣。

7 結(jié)語

金課并不是遙不可及，只要能夠做到有深度、有廣度，使學(xué)生學(xué)有所得，受到學(xué)生的歡迎與認(rèn)可，就是金課。土建類專業(yè)課程的特點(diǎn)很適用于虛擬仿真系統(tǒng)式的體現(xiàn)形式。以建筑施工技術(shù)課程為例，從課程配套資源建設(shè)、教師教學(xué)能力建設(shè)、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)建設(shè)和教學(xué)評價(jià)系統(tǒng)建設(shè)著手，采用建筑工程3D仿真軟件、VR/AR虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、信息建筑模型制作等手段，并依據(jù)學(xué)生的接受程度來進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，就可以建設(shè)成一門虛擬仿真式金課。同類型課程可以參考此模式進(jìn)行建設(shè)，并推廣到相關(guān)專業(yè)的課程中，創(chuàng)建金課品牌效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳巖.建設(shè)中國“金課”[J].中國大學(xué)教學(xué)，2018（12）：4-9.

[2]陸國棟.治理“水課” 打造“金課”[J].中國大學(xué)教學(xué)，2018（9）：23-25.

[3]徐軍，安寶航.軍事訓(xùn)練中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)狀及啟示[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2015（1）：51-52.

[4]焦紅茹，謝春梅.虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地在高職教育中的應(yīng)用探析[J].熱帶農(nóng)業(yè)工程，2017，41（3）：77-80.

[5]張新啟.打造高職“金課”的理念與舉措[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2019（2）：8-10.

[6]高為將，李振陸，戴金平.高職院校創(chuàng)建共享型專業(yè)教學(xué)資源庫的構(gòu)想：以種植類專業(yè)為個(gè)案[J].江蘇廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，21（4）：33-35.