土木工程施工專業(yè)教學(xué)中ARVR技術(shù)應(yīng)用研究

張麗 張微 高蕉

[摘要]現(xiàn)代科技的發(fā)展推動了AR/VR技術(shù)的迅速發(fā)展。新的信息技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用，可以使大部分教育渠道普遍實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，從而提高教學(xué)質(zhì)量和課堂學(xué)習(xí)的效果。應(yīng)用ARVR技術(shù)，能有效整合學(xué)習(xí)組織、內(nèi)容、模式、技術(shù)、考核、環(huán)境等多方面因素，以適應(yīng)現(xiàn)代教育全面、創(chuàng)新、系統(tǒng)化、實(shí)踐發(fā)展的需要。

[關(guān)鍵詞]ARVR技術(shù)教學(xué)方式教學(xué)手段課程教學(xué)

[中圖分類號]G642

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]2095-3089（2021）17-0194-02

建筑學(xué)與工程學(xué)專業(yè)畢業(yè)生的專業(yè)定位一從事建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)、管理及簡單工程設(shè)計(jì)。為此，除要求學(xué)生掌握書本知識外，還要培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，加強(qiáng)建筑學(xué)工作的職業(yè)訓(xùn)練。

一、ARWR技術(shù)在土木工程施工專業(yè)教學(xué)中運(yùn)用的必要性

建筑學(xué)與土木工程專業(yè)課程有土木工程BM建模、施工圖、工程測量、結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑技術(shù)、預(yù)制混凝土建筑等等。包含兩個(gè)部分的理論知識和操作技能，并與行業(yè)規(guī)范和工程實(shí)踐緊密相關(guān)。本課程為綜合工程與實(shí)踐活動的專業(yè)基礎(chǔ)課。其中有些內(nèi)容是由時(shí)間和空間所決定的，在學(xué)習(xí)過程中并沒有通常的解釋。比如，有些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要求與受力和受損模式的性質(zhì)有關(guān)，因此可以用ARVR技術(shù)來模擬。通過實(shí)例，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰、具體地呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生可在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下根據(jù)需要智能分配時(shí)間，按照菜單自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，不僅方便學(xué)習(xí)，而且改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，真正做到了學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際密切相關(guān)，充分調(diào)動學(xué)生的教育主動性，提高了實(shí)際培訓(xùn)效果。另外，ARVR技術(shù)也幫助教師從重復(fù)的工作中解放出來，把精力投入到教學(xué)、研究和教學(xué)改革上。所以，應(yīng)用ARVR技術(shù)對建筑專業(yè)課程的教學(xué)方式進(jìn)行改革勢在必行，是職業(yè)教育走向成功的必然趨勢。

二、ARWR技術(shù)在土木工程施工專業(yè)課程教學(xué)中運(yùn)用的可行性

鑒于ARVR技術(shù)能更好地幫助教師將部分結(jié)構(gòu)工程的核心課程轉(zhuǎn)化為自主學(xué)習(xí)模塊，使知識和技能的汲取方式發(fā)生根本轉(zhuǎn)變。將知識技能傳授由“被動”變?yōu)椤爸鲃印?，提供現(xiàn)代教學(xué)方法，根據(jù)學(xué)生的能力和個(gè)性化學(xué)習(xí)進(jìn)行教學(xué)。在學(xué)習(xí)過程中，能夠充分體現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)氛圍，從多方面消除學(xué)生的消極心理，顯著地提高了學(xué)習(xí)效率。另外，基于ARVR技術(shù)的信息化學(xué)習(xí)平臺，適應(yīng)時(shí)間和空間的限制，讓學(xué)生充分利用時(shí)間碎片化，自主個(gè)性化學(xué)習(xí)，讓枯燥的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)變得生動起來，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。預(yù)裝整體混凝土個(gè)體作業(yè)教室設(shè)計(jì)采用ARVR技術(shù)，創(chuàng)設(shè)了現(xiàn)實(shí)世界的工作情景，將虛擬現(xiàn)實(shí)、制作、培訓(xùn)相結(jié)合，讓學(xué)生在沉浸式學(xué)習(xí)場景中，體驗(yàn)到真實(shí)的工作，并從環(huán)境角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的有機(jī)融合。

三、ARVR技術(shù)在土木工程施工專業(yè)課程教學(xué)中的運(yùn)用分析

（一）依據(jù)人才培養(yǎng)方案、職業(yè)崗位要求和核心課程標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)要按照土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃，培養(yǎng)專業(yè)技能，爭取專業(yè)建設(shè)要求，把基礎(chǔ)課的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與基礎(chǔ)課素養(yǎng)相結(jié)合;根據(jù)學(xué)生的基本情沉，綜合分析學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)及相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容，結(jié)合學(xué)習(xí)實(shí)施過程中使用的AR/VR技術(shù)、多維學(xué)習(xí)目標(biāo)的整體結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，有效培養(yǎng)學(xué)生的綜合專業(yè)能力。

（二）依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合真實(shí)案例，進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)的實(shí)施過程可以分為三個(gè)部分：數(shù)據(jù)收集、課外實(shí)踐和課堂學(xué)習(xí)實(shí)施。首先是基礎(chǔ)工作和必要條件，在反思和學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生能夠認(rèn)識到如何掌握某些知識和技能，通過網(wǎng)絡(luò)，完成通用預(yù)制裝配基礎(chǔ)知識的預(yù)習(xí)，充分利用網(wǎng)絡(luò)搜索相關(guān)知識點(diǎn)，觀看操作視頻，并了解操作注意事項(xiàng)，儲備課堂教學(xué)知識，高效利用學(xué)習(xí)平臺學(xué)習(xí)。在開展課后練習(xí)的過程中，要檢查學(xué)生的教學(xué)進(jìn)度表，同時(shí)還要引導(dǎo)學(xué)生對施工生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)查，并自主制作表格，讓學(xué)生以小組形式填寫施工現(xiàn)場標(biāo)志，讓學(xué)生根據(jù)要求從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)生產(chǎn)線的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在了解混凝土結(jié)構(gòu)安裝整體工程及記錄直觀感受的基礎(chǔ)上，滿足學(xué)生在課堂上的實(shí)際需求，還為未來學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。在課堂學(xué)習(xí)的過程中，以小組為單位，將自主學(xué)習(xí)與實(shí)踐活動的成果整體進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建學(xué)習(xí)平臺，由教師對知識進(jìn)行收集、整理、總結(jié)，準(zhǔn)確了解學(xué)生對重點(diǎn)、難點(diǎn)知識的吸收情況，合理調(diào)整學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（三）依據(jù)專業(yè)課程特點(diǎn)，結(jié)合ARNR技術(shù)，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法

在土木工程各專業(yè)核心課程的教學(xué)中，一般采用情景教學(xué)法或現(xiàn)場教學(xué)法相結(jié)合的方式。在情景學(xué)習(xí)方面，可以充分利用圖片、聲音、動畫、視頻等，模擬真實(shí)的工作環(huán)境，對于學(xué)習(xí)現(xiàn)場，可以安排課堂教學(xué)中展示的鏈接，在施工現(xiàn)場或培訓(xùn)室進(jìn)行演示，從而使學(xué)習(xí)過程合理有序、生動活潑，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。舉例來說，在教室里的“個(gè)人裝配混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)踐活動”中，學(xué)生可以利用3D建模軟件在交互AR平臺上工作，在互動VR平臺提供的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中工作，并根據(jù)自己的施工組織項(xiàng)目和方案，進(jìn)行部件安裝，借助可視化、直觀的建模技術(shù)，學(xué)員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)在安裝過程中組織上的缺陷及不正確的工作方法，還能實(shí)時(shí)修正設(shè)計(jì)及運(yùn)行中的缺陷，有效地完成培訓(xùn)目標(biāo)。

（四）依據(jù)教學(xué)過程，結(jié)合學(xué)生實(shí)際，制定學(xué)習(xí)實(shí)施計(jì)劃。

在學(xué)評過程中，應(yīng)采用更為科學(xué)的方法，認(rèn)真判定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的表現(xiàn)及準(zhǔn)確性，并采用定性與定量相結(jié)合的學(xué)習(xí)評價(jià)方式，進(jìn)行觀察和價(jià)值調(diào)整，確保教學(xué)的科學(xué)性和根據(jù)性，充分利用有價(jià)值的信息元素和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用。比如，在《組合整體混凝土結(jié)構(gòu)的個(gè)人作業(yè)實(shí)踐》課堂上，教師需要結(jié)合學(xué)習(xí)知識點(diǎn)、建模、評價(jià)結(jié)果，以互動ARVR平臺為例，評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)報(bào)告。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，教師要考慮教學(xué)過程和教學(xué)工作的實(shí)際內(nèi)容，在制定培訓(xùn)實(shí)施計(jì)劃時(shí)，應(yīng)根據(jù)主要專業(yè)課程的專業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)情境創(chuàng)設(shè)、項(xiàng)目任務(wù)背景分析、項(xiàng)目任務(wù)分解與實(shí)施、項(xiàng)目評估任務(wù)結(jié)果、項(xiàng)目任務(wù)制定及其他參考資料內(nèi)容，選擇學(xué)習(xí)資源，制定教學(xué)方法，充分結(jié)合學(xué)習(xí)評價(jià)表，設(shè)計(jì)意圖等等。對ARWR技術(shù)融入建筑設(shè)計(jì)與施工專業(yè)的教學(xué)過程中，要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，對其進(jìn)行設(shè)計(jì)與修改是十分重要的。然而，在具體的教育過程中，由于各種因素的不可預(yù)測性，學(xué)習(xí)結(jié)果往往不能與預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)相匹配，在課堂上的資源無法得到充分利用，因此，有必要拓寬知識內(nèi)容，在學(xué)習(xí)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中增加一些可變因素，以此來合理控制學(xué)習(xí)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，取得良好的學(xué)習(xí)效果。

四、PBL教學(xué)法在微觀建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)。將行為空間與環(huán)境價(jià)值組織作為教學(xué)內(nèi)容組織中的兩個(gè)基本與難點(diǎn)，提出了一系列從主體設(shè)計(jì)到微建筑設(shè)計(jì)漸進(jìn)實(shí)踐。每一項(xiàng)練習(xí)都圍繞著Driving Questions（在每一階段中要解決的關(guān)鍵問題）的主題選擇，其中還包括目標(biāo)設(shè)定、學(xué)習(xí)周期、教學(xué)方法和實(shí)踐技術(shù)，最后確保成果形式的多元化和高效化。與此同時(shí)，培訓(xùn)保證了每個(gè)實(shí)踐都有具體、真實(shí)的空間，設(shè)計(jì)實(shí)踐的學(xué)習(xí)是在真實(shí)的環(huán)境體驗(yàn)和物理感知中進(jìn)行的。從教學(xué)方法上，進(jìn)行問題導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)個(gè)體練習(xí)、小組討論、教師評分、小組調(diào)整、批改成績和集中審核的多方面結(jié)合，提供個(gè)人獨(dú)立學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和集體交流環(huán)境，鼓勵學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并積極理解學(xué)習(xí)中的問題。

（二）教學(xué)過程管理。在明確教師角色的基礎(chǔ)上，還要特別注重引導(dǎo)過程中的問題，能發(fā)現(xiàn)學(xué)生練習(xí)中的不足，確保問題能夠得到及時(shí)解決。當(dāng)學(xué)生遇到困難時(shí)，要強(qiáng)調(diào)啟發(fā)式建議，盡量避免具體的指導(dǎo)誤差，避免對學(xué)生的研究過程造成干擾。與此同時(shí)，教師要根據(jù)課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，靈活地改變教學(xué)方式，以確保學(xué)習(xí)的順利進(jìn)行。還要對學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評估，確保每項(xiàng)作業(yè)都要有清晰的成績目標(biāo)，每項(xiàng)作業(yè)必須根據(jù)其性質(zhì)與內(nèi)容，確定適當(dāng)?shù)男问?、要求及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在課程結(jié)束時(shí)，作為設(shè)計(jì)練習(xí)的一部分，公開評估圖紙的內(nèi)容，還可以邀請本地和外籍教師及專業(yè)建筑師進(jìn)行評估，鼓勵學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和反思，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)觀點(diǎn)的能力，促進(jìn)教育觀念的進(jìn)一步發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和職業(yè)素養(yǎng)。

綜上所述，在建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的一方，就要實(shí)現(xiàn)建筑師與學(xué)生角色的自由轉(zhuǎn)換，通過對空間設(shè)計(jì)、使用需求、居住環(huán)境等因素的深入了解，使學(xué)生更好地參與到設(shè)計(jì)教學(xué)中來。同時(shí)，學(xué)生也可以在自己選擇的地方探索棲息地和生活條件，通過未來對空間設(shè)計(jì)的看法和進(jìn)一步回應(yīng)，以建筑師的身份感受社會責(zé)任感，有助于培養(yǎng)對生活規(guī)劃的意識，從而提高自我行動能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用問題導(dǎo)向的教學(xué)模式，建立靈活多樣的課堂討論與領(lǐng)導(dǎo)方式，可以有效地激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，充分發(fā)揮學(xué)生的潛能。

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作者簡介：

張麗（1978年4月-），女，蒙古族，遼寧蓋州人，高級工程師，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，研究方向：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

張微（1981年3月-），女，漢族，遼寧沈陽人，高級工程師，碩士學(xué)位，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，研究方向：巖土與地下工程。

高蕉（1979年3月-），女，滿族，遼寧沈陽人，高級工程師，碩士學(xué)位，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)抗震。