基于虛擬仿真技術(shù)的“工程制圖與識圖”教學(xué)改革與探討

李陽春 程小鳳 邵琳

摘要 圖紙是土木工程施工的主要依據(jù)，是工程師設(shè)計成果的專業(yè)表達，起著連接設(shè)計與施工的橋梁作用。然而，以往的“工程制圖與識圖”課程教學(xué)存在理論教學(xué)與崗位技能嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已無法滿足施工企業(yè)對人才的需求。文章通過分析傳統(tǒng)“工程制圖與識圖”課程教學(xué)存在的問題，提出虛擬仿真技術(shù)融入課堂教學(xué)。結(jié)果顯示，基于虛擬仿真技術(shù)的課堂教學(xué)對專業(yè)素材資源構(gòu)建、改善教學(xué)環(huán)境、提升教學(xué)質(zhì)量都具有一定的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真技術(shù)；工程制圖與識圖；教學(xué)改革

中圖分類號：G424文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.6.031

“工程制圖與識圖”課程是高等院校土木類、建筑類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。圖紙是土木工程施工的主要依據(jù)，是工程師設(shè)計成果的專業(yè)表達，起著連接設(shè)計與施工的橋梁作用。讀懂圖紙，根據(jù)圖紙內(nèi)容規(guī)范施工是本課程學(xué)生必須掌握的技能之一，因此，在教學(xué)過程中弱化制圖環(huán)節(jié)，學(xué)生掌握基本的制圖理論和規(guī)范即可；強化識圖部分的教學(xué)，增加識圖部分的訓(xùn)練學(xué)時，對標(biāo)工作崗位技能，梳理教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)專業(yè)技能與理論教學(xué)的緊密銜接。

1“工程制圖與識圖”教學(xué)過程中存在的問題

學(xué)生專業(yè)技能的掌握關(guān)鍵在于理論知識與實踐能力的有機結(jié)合。然而，以往的“工程制圖與識圖”課程的教學(xué)中存在著理論教學(xué)與學(xué)生崗位技能嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象，部分學(xué)生只能讀懂建筑圖紙和結(jié)構(gòu)圖紙，只有極少部分學(xué)生能夠識讀機電部分圖紙，這導(dǎo)致學(xué)生就業(yè)后無法勝任本職工作。目前“工程制圖與識圖”在教學(xué)過程中主要存在以下問題：

①教材選取過于陳舊，教材質(zhì)量不過關(guān)，教材內(nèi)容與時代脫節(jié)，不能反映大數(shù)據(jù)時代下新技術(shù)與土工工程施工過程的融合與應(yīng)用情況。

②教學(xué)內(nèi)容設(shè)置孤立，教學(xué)重難點界限不明確，很難為后續(xù)專業(yè)核心課程“混凝土結(jié)構(gòu)原理”“BIM技術(shù)應(yīng)用”等課程的教學(xué)提供服務(wù)。

③教學(xué)方式仍采用填鴨式的灌輸教學(xué)，教學(xué)手段落后、教學(xué)模式單一與現(xiàn)代化教育教學(xué)理念不匹配，教學(xué)內(nèi)容輸出與學(xué)生知識獲取不對等。

④實踐學(xué)時相對不足，學(xué)時劃分側(cè)重點不明確，識圖實踐環(huán)節(jié)沒有落到實處，學(xué)生只能讀懂某一類教學(xué)圖紙，缺乏學(xué)習(xí)的創(chuàng)新性和積極性，未能體現(xiàn)實踐環(huán)節(jié)的根本意義[1]。

⑤人才培養(yǎng)方案中對人才培養(yǎng)的定位與教學(xué)大綱不適應(yīng)，學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)與教學(xué)效果不匹配，一定程度上也反映了實際教學(xué)水平未能達到專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

⑥專業(yè)教師知識結(jié)構(gòu)不完備，教學(xué)水平不過關(guān)，大部分專業(yè)教師沒有經(jīng)過實際工作的洗禮，自己對圖紙的理解都比較淺薄，很難指導(dǎo)學(xué)生讀懂、讀通圖紙以適應(yīng)現(xiàn)場施工工作的檢驗。

2教學(xué)改革的目的

提高專業(yè)教師教學(xué)能力的需要。教師是人才培養(yǎng)的主力軍，教師個人的知識結(jié)構(gòu)、專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力直接決定了育人目標(biāo)的達成。目前一些高校聘請剛畢業(yè)的研究生作為專任教師，這些青年教師有活力、有想法、具備學(xué)科知識的前沿性，能夠?qū)⒏咝录夹g(shù)與教學(xué)內(nèi)容相融合。但我們也不可忽視其身上存在的弊端：青年教師沒有施工現(xiàn)場的實踐經(jīng)驗，對圖紙的理解只停留在理論層面上，經(jīng)驗上的限制使得他們難以幫助學(xué)生領(lǐng)會圖紙中深層次的設(shè)計含義。

激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力的需要。大一學(xué)生作為大學(xué)新人，剛剛擺脫了繁重的課業(yè)壓力和學(xué)校的監(jiān)管束縛，在生活上和思想上還未能融入強調(diào)自主學(xué)習(xí)的大學(xué)環(huán)境中[2]。他們學(xué)習(xí)思想被動，需要教師的反復(fù)催促，不會利用課余時間主動學(xué)習(xí)，對新事物感興趣又極易產(chǎn)生挫敗感?！肮こ讨茍D與識圖”課程作為新生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，擔(dān)負著改變學(xué)生思想惰性，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重任。在現(xiàn)行教學(xué)模式的基礎(chǔ)上對“工程制圖與識圖”課程進行改革，有利于學(xué)生在入學(xué)后養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，有利于學(xué)生自我效能感的產(chǎn)生進而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新思維，為更好地學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下堅實的基礎(chǔ)。

提升高校專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量的需要。教學(xué)質(zhì)量是人才培養(yǎng)的根本，教學(xué)質(zhì)量的提升與課程改革、教學(xué)體系建設(shè)、專業(yè)教師隊伍培養(yǎng)、人才培養(yǎng)方案的設(shè)置息息相關(guān)。課程建設(shè)是教學(xué)工作順利開展的支撐，人才培養(yǎng)目標(biāo)達成的基礎(chǔ)。教師應(yīng)及時了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)、學(xué)科前沿發(fā)展，并將新知識、新技術(shù)與傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，并在教學(xué)模式、教學(xué)手段上不斷探索，將更新后的教學(xué)內(nèi)容以學(xué)生可接受、可理解的方式教授給學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，啟發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情。

更新教學(xué)理念和教學(xué)模式的需要。教學(xué)活動的主體是學(xué)生，課程目標(biāo)的達成也應(yīng)以學(xué)生是否具備了一定的專業(yè)技能作為檢驗標(biāo)準(zhǔn)。在課程改革過程中，堅持以O(shè)BE成果教學(xué)理念為導(dǎo)向，以學(xué)生的能力達成引導(dǎo)教學(xué)，在教學(xué)中以學(xué)生為本，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性。以學(xué)生能力的培養(yǎng)為導(dǎo)向，反向設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)學(xué)生發(fā)展的教學(xué)模式進行教學(xué)改革，更有利于學(xué)生知識的獲取和實踐能力的培養(yǎng)。

3“工程制圖與識圖”課程引入虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢及必要性

2019年教育部辦公廳印發(fā)了《2019年教育部信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》，提出深入落實《教育信息化2.0行動計劃》，推動大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、人工智能等新技術(shù)在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用[3]。虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)的深入融合，既可應(yīng)對信息技術(shù)高速發(fā)展的浪潮，也是通過“虛實”結(jié)合的方式探索新的教學(xué)模式。虛擬仿真即借助“虛”與“實”的交互作用，用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)[4-5]?！肮こ讨茍D與識圖”需要學(xué)生具備較好的空間想象力和動手操作能力，以往教學(xué)中教師使用二維圖樣演示，學(xué)生很難將三維實物展繪或識讀出來，極大地打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。虛擬仿真技術(shù)能將建筑形體從平面布局到立體剖切，從鋼筋排布到建筑構(gòu)件連接都形象、直觀地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，打破了理論教學(xué)與實踐教學(xué)之間的壁壘?；谔摂M仿真技術(shù)的工程制圖與識圖教學(xué)活動，既能擴充教學(xué)內(nèi)容，也豐富了教學(xué)方法，使得學(xué)生從被動學(xué)習(xí)知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃荧@取知識，極大地提高了“工程制圖與識圖”課程的教學(xué)質(zhì)量。

3.1創(chuàng)新虛擬仿真實踐教學(xué)培養(yǎng)模式

修訂后的湛江科技學(xué)院土木工程專業(yè)2022版人才培養(yǎng)方案，將“工程制圖與識圖”課程的理論學(xué)時設(shè)為64學(xué)時，并單獨開設(shè)了32學(xué)時的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實踐環(huán)節(jié)分為制圖和識圖兩部分。制圖部分包括組合體和建筑平面圖的繪制共計8學(xué)時，識圖部分包括建筑施工圖、結(jié)構(gòu)施工圖、機電施工圖三個部分共計24學(xué)時。實踐內(nèi)容以完成圖紙繪制和識圖報告作為考核依據(jù)。將虛擬仿真技術(shù)與實踐教學(xué)相結(jié)合，可以使學(xué)生從刻板的二維平面轉(zhuǎn)向三維立體模擬，更有利于學(xué)生空間想象力的發(fā)揮，有利于學(xué)生厘清主視圖、俯視圖、側(cè)視圖三者間點線面的位置關(guān)系。在識圖教學(xué)實踐環(huán)節(jié)中，虛擬仿真技術(shù)給學(xué)生帶來了真實場景模擬，沉浸式體驗現(xiàn)場施工環(huán)境。能夠幫助學(xué)生更好地理解建筑構(gòu)件的布局規(guī)則、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形式、鋼筋的排布方式、水電暖構(gòu)件的連接方式等。學(xué)生可以擺脫缺乏想象的桎梏，哪里不懂點哪里，通過虛擬仿真技術(shù)對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的深化，在培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力、動手操作能力、創(chuàng)新能力方面都起到了積極作用。

3.2理論教學(xué)虛實結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

“工程制圖與識圖”課程理論教學(xué)的課室采用普通教室和虛擬仿真實訓(xùn)室結(jié)合的形式，便于理解的基礎(chǔ)知識選擇在普通多媒體教室講授，有利于學(xué)生集中注意力獲取新的知識點，建立良好的認知理論體系。立體空間感要求強、難以理解的知識點，則采用虛擬仿真實訓(xùn)室講授，通過虛擬仿真三維界面提供信息幫助，使學(xué)生更直觀、生動地獲取新知識，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣和熱情[6]。虛擬仿真技術(shù)在理論課堂教學(xué)的應(yīng)用，豐富了課程教學(xué)信息，將新技術(shù)引入到課堂教學(xué)中，有利于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，緊追科技前沿發(fā)展。同時在虛擬施工場景中，學(xué)生依據(jù)對象信息和環(huán)境模擬，探索未知領(lǐng)域，有利于學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在“虛”與“實”的交互作用下，構(gòu)建學(xué)生的理論知識框架。

3.3推動校企合作，選聘企業(yè)導(dǎo)師

近年來房地產(chǎn)業(yè)一直保持高速發(fā)展的勢頭，土木工程專業(yè)學(xué)生的對口就業(yè)率持續(xù)提升。而令人尷尬的現(xiàn)象是土木工程專業(yè)的學(xué)生進入到工作崗位后，往往不能勝任本職工作，企業(yè)為保障施工工作的順利開展需安排專人對學(xué)生進行崗位培訓(xùn)，這無疑是時間和精力的浪費。目前我校已與多家施工企業(yè)和建筑咨詢公司建立校企合作關(guān)系，學(xué)校通過與企業(yè)的緊密合作，了解企業(yè)的用人需求和施工案例，通過崗位需求調(diào)整教學(xué)內(nèi)容以適應(yīng)行業(yè)變化；并將施工案例在虛擬仿真系統(tǒng)中模擬施工場景，通過問題導(dǎo)向的教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力和學(xué)習(xí)興趣。企業(yè)人員也可參與到高校畢業(yè)設(shè)計中，作為企業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計工作。企業(yè)人員深入現(xiàn)場工作第一線，熟悉施工生產(chǎn)技術(shù)和行業(yè)變化，能夠使學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計更具備解決實際問題的能力，更符合社會的發(fā)展，扎根于現(xiàn)實的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生開拓創(chuàng)新。

3.4豐富教學(xué)資源、建立素材庫

“工程制圖與識圖”課程是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程難度不大，但其對學(xué)生今后工作的影響意義重大。圖紙是施工人員現(xiàn)場工作的依據(jù)，指導(dǎo)施工人員規(guī)范施工。學(xué)生不管是今后從事設(shè)計工作還是現(xiàn)場施工工作，都必須了解工程構(gòu)件的每一個細節(jié)，圖紙中每條線、每個符號都要清楚它所代表的意義，掌握施工圖紙的制圖規(guī)范和各種說明的表達，熟悉圖紙間的邏輯關(guān)系，能夠準(zhǔn)確地從圖紙中獲取施工信息。這些要求在普通教室通過多媒體課件的演示是很難給予學(xué)生直觀、生動的感知的，學(xué)生獲取信息往往需要豐富的空間想象力，對于空間感差的學(xué)生的學(xué)習(xí)效果非常不好?；谔摂M仿真的“工程制圖與識圖”課程，學(xué)生從虛擬仿真系統(tǒng)中能夠獲取大量的信息，構(gòu)想出合理的工程構(gòu)件，在交互式的虛擬施工環(huán)境中體驗施工方式和流程。同時隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教師可以對虛擬仿真系統(tǒng)中的素材進行增補，剔除陳舊不符合工程實際的資源，實時更新教學(xué)資源，緊追行業(yè)發(fā)展趨勢。

4結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)與高等教育的結(jié)合，符合高等教育教學(xué)改革的需求?；谔摂M仿真技術(shù)的“工程制圖與識圖”課程教學(xué)體系的構(gòu)建，為理論教學(xué)與實踐教學(xué)協(xié)調(diào)發(fā)展提供了資源保障，對順利開展“工程制圖與識圖”課程教學(xué)模式創(chuàng)新性研究、探索課程體系改革提供技術(shù)支持?？傊瑧?yīng)用型本科高校提高教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)注意虛擬仿真技術(shù)與課程教學(xué)的融合，對促進具有創(chuàng)新思維的應(yīng)用型人才的培養(yǎng)和建設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型大學(xué)具有重要意義。

基金項目：湛江科技學(xué)院院級質(zhì)量工程及教改項目（ZLGC202036）；湛江科技學(xué)院院級質(zhì)量工程項目（JYJX2020025）；2019年廣東省本科高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程建設(shè)項目“廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院—湛江市建筑工程質(zhì)量檢測站大學(xué)生校外實踐教學(xué)基地項目”。

參考文獻

[1]梁雙藝.高職建筑制圖與識圖課堂教學(xué)改革實踐研究[J].居舍， 2020（7）：186-187.

[2]王俊燁.淺談土木工程專業(yè)《建筑制圖與識圖》課程教學(xué)改革[J].四川水泥，2018（8）：335，328.

[3]陳佳，鄧曦，田靜.基于虛擬仿真技術(shù)的土木工程施工實踐教學(xué)改革與探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2021，42（35）：167-168.

[4]鄧建俊.基于虛擬仿真技術(shù)的土木工程測量實踐教學(xué)改革[J].磚瓦，2021（5）：192，194.

[5]劉大維，張國泉，李澤山.基于Unity3D的《工程制圖》虛擬仿真實驗平臺設(shè)計及應(yīng)用[J].機電工程技術(shù)，2022，51（9）：26-31.

[6]于露.建筑工程制圖與識圖課程教學(xué)方法研究[J].西部素質(zhì)教育， 2017，3（18）：227-228.