智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中VR技術(shù)在建筑專業(yè)實踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

張曾嶸

（浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

1.引言

隨著時代的發(fā)展，國家教育部提出了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2011-2020）》和國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃，要求全面提升信息技術(shù)支撐和引領(lǐng)職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展的能力，加快推動職業(yè)教育現(xiàn)代化，并完善科技創(chuàng)新與人才培養(yǎng)相結(jié)合的體制機(jī)制，建立寓教于研的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。其中培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，是高職教育培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才的重要任務(wù)之一，但我國目前高職類建筑院校在實踐教學(xué)課程中主要面臨以下問題：

傳統(tǒng)的實踐課程中，各專業(yè)設(shè)置了很多實驗，但面臨實驗器材成本高，易損壞，且在工程實踐中有一定的危險性等諸多問題，降低了實踐教學(xué)效果，束縛了教學(xué)質(zhì)量的提高；

現(xiàn)代企業(yè)所強(qiáng)調(diào)的職業(yè)能力、關(guān)鍵能力和職業(yè)道德，必須在生產(chǎn)和服務(wù)的真實職業(yè)環(huán)境中，通過一定的磨練才能獲得，傳統(tǒng)的實踐課程模式，無法提供真實的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生很大部分停留在“想象”階段，無法“眼見為實”；

弱電設(shè)備采用的新產(chǎn)品、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，有些產(chǎn)品或施工技術(shù)學(xué)生在校園很少接觸，雖然教學(xué)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。

因此，急需改變傳統(tǒng)的建筑實踐課程的教學(xué)方法和手段，充分利用信息技術(shù)，建立多樣化學(xué)習(xí)平臺使教師開展參與式教學(xué)，使學(xué)生既能掌握理論知識，又具有一定的實踐能力。本文提出通過使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入到建筑實踐教學(xué)中，模擬日常實訓(xùn)所需的虛擬場景，來滿足對場景有特殊要求的建筑類實踐課程、畢業(yè)創(chuàng)作、課程設(shè)計。從而培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，快速提升具有競爭力的專業(yè)技能，實現(xiàn)了“做中教”、“做中學(xué)”的現(xiàn)代職業(yè)教育理念。

2.VR 技術(shù)特征

VR 技術(shù)于20 世紀(jì)60 年代初首次被提出，指借助計算機(jī)系統(tǒng)及傳感器技術(shù)生成一個三維環(huán)境，創(chuàng)造出一種嶄新的人機(jī)交互狀態(tài)，通過調(diào)動用戶所有的感官（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等），帶來更加真實的、身臨其境的體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項綜合性極強(qiáng)的新興信息技術(shù)，最先被用于軍事上的信息偵察，而近年，隨著全社會的發(fā)展進(jìn)步，這一技術(shù)已逐漸滲透到建筑、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、娛樂以及銷售行業(yè)的運營實務(wù)中，并取得了顯著的行業(yè)增值效應(yīng)。其中虛擬仿真教學(xué)成為建筑教育領(lǐng)域一個重要研究課題,通過建立虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)可以有效解決目前建筑專業(yè)教育中實驗教學(xué)手段陳舊、效果不佳的問題。國內(nèi)一些知名重點高校已率先建成基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真實驗室。

3.VR 技術(shù)在建筑實踐教學(xué)中的解決方案

在建筑類高職類院校中，培養(yǎng)操作型、技能型復(fù)合人才，使得VR 技術(shù)有著巨大的應(yīng)用前景。VR 技術(shù)在建筑實踐教學(xué)中可分成VR 桌面、體感交互、沉浸體驗三個方面來實現(xiàn)；

VR 桌面：基于虛擬現(xiàn)實桌面一體機(jī)，通過紅外手寫筆的觸發(fā)，對一體機(jī)呈現(xiàn)出來的3D 立體虛擬模型進(jìn)行操作演示，學(xué)生佩戴3D 追蹤眼鏡多角度地觀看模型細(xì)節(jié)及透視，感受無與倫比的空間感和真實感。

體感交互：無需借助任何復(fù)雜的控制設(shè)備，僅僅使用肢體動作，就能實現(xiàn)與周邊裝置或環(huán)境的互動，學(xué)生在實際操作時，能更真實感受現(xiàn)場。

沉浸體驗：學(xué)生佩戴VR 頭盔設(shè)備，通過腳步移動變化和手部交互設(shè)備操作，讓其從聲覺、視覺和觸覺感知情景變化，實現(xiàn)沉浸式教學(xué)交互體驗，獲得身臨其境的視聽體驗。

通過以上三種方法，在人機(jī)交互的可視化環(huán)境中學(xué)生可對施工方案、戶型圖等實踐課程內(nèi)容進(jìn)行體驗及修改。同時，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對不同的方案，在短時間內(nèi)做大量的分析，做出最優(yōu)方案。借助虛擬仿真系統(tǒng)，把不能預(yù)演的過程和方法表現(xiàn)出來，不僅節(jié)省了時間和實踐成本，更大大提高了學(xué)生的就業(yè)競爭能力。

4.VR 技術(shù)在建筑實踐教學(xué)中的具體應(yīng)用

通過應(yīng)用VR 技術(shù)，根據(jù)高職類建筑院校的教學(xué)任務(wù)建設(shè)虛擬設(shè)備、虛擬場景、虛擬教學(xué)系統(tǒng)，對虛擬建筑施工安全、虛擬樣板房設(shè)計、虛擬施工工藝等實踐課程進(jìn)行交互教學(xué)，寓教于樂，即避免了在真實工程實踐環(huán)節(jié)中的危險又大大節(jié)省了成本，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)效率。VR 技術(shù)具體應(yīng)用在以下幾個方面：

4.1 虛擬建筑施工安全

建筑施工安全是我校建筑工程系的專業(yè)課的實踐課程。該實踐課是對高職院校學(xué)生進(jìn)行建筑施工專業(yè)教育的重要陣地，通過理論學(xué)習(xí)再到實際操作等途徑，加深對專業(yè)理論知識的了解程度、掌握實際操作、安全生產(chǎn)等技能，是理論與實踐相結(jié)合的必備實踐課程。由于高校實驗室利用率低，以及施工場地環(huán)境差、危險系數(shù)大等原因，長期以來，建筑施工實踐教學(xué)一直是高校人才培養(yǎng)的薄弱環(huán)節(jié)。

將VR 技術(shù)融入到建筑施工安全中，通過1：1 比例創(chuàng)建虛擬場景，并且結(jié)合VR 眼鏡實現(xiàn)動態(tài)漫游及VR 交互。讓學(xué)生直接感受、體驗電擊、高空墜落、洞口墜落、腳手架傾倒及隧道逃生等多個項目。通過建筑施工安全虛擬實訓(xùn)，讓學(xué)生更逼真地進(jìn)行安全體驗，教育體驗 效果更直接；從而激發(fā)了學(xué)生們參加安全教育的興趣，對安全事故的感性認(rèn)識。學(xué)生了解建筑施工事故的發(fā)生規(guī)律及趨勢，以及在施工過程需要注意的問題，從而減少建筑施工事故的發(fā)生。

4.2 虛擬樣板房設(shè)計

虛擬樣板房可稱為3D 樣板房,主要是運用三維虛擬科技手段,借組VR 平臺,結(jié)合交互體驗設(shè)備,將現(xiàn)實中的樣板間變成便于傳播且沉浸交互與極具美感的體驗式虛擬樣板間；使用虛擬樣板間，可以打破我們的傳統(tǒng)認(rèn)知，不用等到項目竣工就能提前走進(jìn)項目完工的場景，體驗每一處細(xì)節(jié)，及時檢查發(fā)現(xiàn)每一處不合理之處。甚至可以自己進(jìn)行測量、設(shè)計。

將VR 技融入到裝飾設(shè)計課程中，學(xué)生能夠在短時間內(nèi)看不同的樣板間，可直接測量距離，可利用該模型即時改變墻壁、地板和家具等組件的材質(zhì)和設(shè)計，體驗及設(shè)計在未來住宅的小區(qū)的整體場景、景觀等。在建筑設(shè)計中最大的痛點就是在于“所見非所得”和“工程控制難”，難點在于統(tǒng)籌規(guī)劃、資源整合、具象化聯(lián)系和平臺構(gòu)建。而借用VR 技加強(qiáng)了可視性和具象性。通過構(gòu)建虛擬展示，為學(xué)生提供交互性設(shè)計和可視化印象，讓學(xué)生能和抽象的三維世界進(jìn)行直接的溝通，同時也豐富了其對于建筑表達(dá)與展示的具體手段。

4.3 虛擬施工工藝

高職院校在進(jìn)行施工工藝課程學(xué)習(xí)時，理論教學(xué)比重較大，學(xué)生大部分時間都是課堂里面上課，在學(xué)習(xí)理論之后，都沒能及時去進(jìn)行實踐操作，知識掌握只停留在理論層面?？菰锏睦碚撝R缺乏實踐學(xué)習(xí)，學(xué)生只能通過死記硬背的學(xué)習(xí)方法去強(qiáng)行記憶，增加學(xué)習(xí)難度，學(xué)習(xí)效果降低。

VR 經(jīng)過幾年的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟。基于虛擬仿真技術(shù)各種建筑類專業(yè)實訓(xùn)系統(tǒng)也為中高職院校建筑類專業(yè)實踐教學(xué)中面對的問題給出了解決方案。以三維體驗操作的方式達(dá)到身臨其境的現(xiàn)場教學(xué)效果，讓學(xué)生從整體到局部的體驗工程施工工藝。在操作工程中，通過文字、語音及清晰的操作提示實現(xiàn)專業(yè)內(nèi)容清晰完整的表達(dá)，幫助學(xué)生更加容易地學(xué)習(xí)和學(xué)會操作；通過簡單易懂的施工操作交互過程、多角度觀察，最大限度地提高了教學(xué)學(xué)習(xí)的適用性；通過具體的操作內(nèi)容，對每一項施工工藝的技術(shù)要點和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行講解，并且包含的技術(shù)要點和規(guī)范均參照行業(yè)最新的標(biāo)準(zhǔn)，以此幫助學(xué)生深入理解和掌握施工規(guī)范要求。

高職院校的教師通過與施工企業(yè)緊密結(jié)合，了解當(dāng)前最新施工工藝，借助現(xiàn)代化科技輔助教學(xué)，讓教師和學(xué)生不出校門，就可以了解當(dāng)前施工前沿技術(shù)，讓學(xué)生感受到時代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，施工技術(shù)在革新，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，增強(qiáng)學(xué)生的適應(yīng)能力和不斷學(xué)習(xí)的興趣。在校期間學(xué)到的技能能直接在工作崗位中得到應(yīng)用，提升學(xué)生自身就業(yè)競爭力，獲得更好的就業(yè)機(jī)會。

5.VR 技術(shù)應(yīng)用與建筑專業(yè)實踐教學(xué)的意義

伴隨著VR 技術(shù)的日益完善及在教學(xué)上積極作用的顯現(xiàn)，將VR 應(yīng)用建筑專業(yè)實踐教學(xué)，為高職類建筑實踐教學(xué)帶來了新的機(jī)遇，教學(xué)過程遇到的困難以及瓶頸迎刃而解，具有良性的創(chuàng)新融合意義。

呈現(xiàn)性：教育中很重要的一個過程就是呈現(xiàn)知識信息，而VR 技術(shù)在呈現(xiàn)知識信息方面有著獨特的優(yōu)勢。它可以在廣泛的科目領(lǐng)域提供無限的VR 體驗，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程。

存在性：VR 技術(shù)能夠有效模擬建筑工程的現(xiàn)實環(huán)境，對實際施工技術(shù)及方式進(jìn)行實景再現(xiàn)，讓學(xué)生有真實體驗感，從而幫助學(xué)生更好地認(rèn)識與掌握建筑實踐課程的相關(guān)知識。

趣味性：區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)模式的單方面?zhèn)鬏敚琕R 更注重學(xué)生自身實景實踐，能有效提高學(xué)生積極性，鍛煉學(xué)生自主主動學(xué)習(xí)能力。學(xué)生能夠借助軟件進(jìn)行獨立實踐，同時學(xué)生還能以不同的身份體會不同的角色感受。

6.結(jié)語

從高職現(xiàn)代學(xué)徒制教育特殊出發(fā)，探索“做中教”、“做中學(xué)”的現(xiàn)代職業(yè)教育理念的原則。本文提出借助VR 技術(shù)，以互聯(lián)網(wǎng)為載體，構(gòu)建能夠滿足高職類建筑專業(yè)實踐教學(xué)的平臺，它跟傳統(tǒng)實踐教學(xué)中最大的不同，在于它借助先進(jìn)科技來打破學(xué)習(xí)空間、時間的限制，更加強(qiáng)調(diào)并賦予學(xué)生更大的主動性、動手性，希望能為其他高職院校實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中起到拋磚引玉的作用。