虚拟仿真技术在高职土建类专业教学中的应用

□刘 镇

虚拟仿真技术在高职土建类专业教学中的应用

□刘 镇

介绍了虚拟仿真技术的定义及高职教育的特点，强调了引入虚拟仿真技术在高职教育中的重要性。结合我国高职土建类专业的特点，分析了使用虚拟仿真技术在教学及实践中的作用。

虚拟仿真技术；土建类专业；高职；

一、虚拟仿真技术的含义

仿真技术，也被人称之为模拟技术，即用一个系统模仿另一个真实系统的技术。而虚拟现实技术则是在仿真技术的基础上发展而来的，当前仿真系统正在向虚拟环境的系统演变。虚拟现实技术和仿真技术作为对现实世界的模拟，都是基于模型而开展的，都是对现实世界尽可能的再现，因此，由仿真技术和虚拟现实技术两者相结合形成了虚拟仿真技术。

虚拟仿真技术是指运用计算机和专用物理效应设备，借助相应的系统模型，对实际的或假想的系统进行相关动态试验研究的一种新技术，具有可控性、经济性、快速性等特点，有助于解决抽象与实体之间相互联系的问题。

二、目前虚拟仿真教学与高职土建类专业教育的关系

职业教育是以就业为导向的教育，技能教育是职业教育的核心，同样职业教育信息化也要为职业技能服务，信息技术已经成为提高教育质量的重要手段。教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（［2006］16号文件）指出，要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。

当前，建筑技术含量要求越来越高，不断呈现出结构多样、工艺复杂、施工难度加大等特点，这就需要教育和培养出更多的建筑技术人才，不仅能进行工程设计，而且具有较强的实践技术指导和管理能力。根据2010年统计，开办土建类高职学校达1099所、专业3423个、招生人数307412人。数据表明高职土建类教育不仅规模大、分布广，而且发展速度快。高职土建类教育在强调系统地设计基于学科系统性原则的理论教学体系基础上，应系统地设计基于工作过程化的实践教学体系。而虚拟仿真技术通过交互式环境、情景复现功能，实现对抽象概念的具体化，对传统教学进行革新的一种方式，能够很好的满足“情景教学”与“项目教学”需要。目前，虚拟仿真技术已在多学科领域的教学及实践中使用，并且虚拟仿真技术已运用于工程建设。这些都表明了在土建类教学中采用虚拟仿真技术是可行的、必要的。

三、虚拟仿真技术在土建类专业教学中的应用

（一）形象直观，利用情景教学

心理学指出：传统的课堂教学，学生一般只能吸收不到三成的内容，并且随着时间推移，所掌握的知识会逐步遗忘。[3]同时，研究证实：阅读到的信息我们能学习到10%；听到的信息我们能学习到18%，但所亲身体验过的事我们能学习到80%。毫无疑问，学习体验是最好的方式。土建类学科是一门技术复杂多样，设备材料繁多，实践性强的学科，在教学中需要学生有亲身经历体验。虚拟仿真技术通过虚拟现场情景，仿真施工工艺和过程等，充分调动学生的积极性。将学习目标与教学主题相结合，通过形象直观的方式让学生学习知识。在情景体验教学中，教师与学生更加的积极主动，使教学效果得到明显提高。

（二）提高学生空间想象能力

土建工程是将二维表现的设计图纸实现为三维的、立体的、复杂的建筑物。这就对学生的空间立体想象能力提出了较高的要求。但刚接触该专业的学生，总有想象不出或理解困难的感觉，以往授课中需要通过教师绘图、模型展示等，但效果一般。利用虚拟仿真技术，能够模拟出建筑物的建筑构造，能够真实展示建筑物的各个结点，空间布局、立体图形的生成过程。通过虚拟仿真技术能够使学生置身虚拟建筑空间内，从而对这些建筑空间的认识和理解更形象、更全面、更深刻。

（三）改进管理类课程授课方式

在土建类专业课程体系中，存在很多管理类的课程，这些课程突出特点是很难看到真实场景，甚至在学习中也不可能亲身经历，只能阅读到成果性资料。以工程招投标与合同管理为例，标书制作、合同签订，开标过程等，教学中很难体验这类过程的工作流程和内涵。虚拟仿真技术则能够虚拟相关情景，让学生在课堂中，分角色扮演，经历开标、评标、谈判这些工作，使学生得到充分体验，真实的领悟，从而有效的促进管理类知识转化，完成项目教学。

（四）促进实践教学

土建类专业的实践课程是非常重要的，对学生理解知识点，以及理论与实践相结合有着很强的促进作用。土建类专业需要的实训项目及设备种类数量繁多，各院校受资金、场地、安全教学管理等多方面的制约，很难具有全面的实践条件，而虚拟仿真技术利用自身优势，能够很好的促进实践教学。

第一，保证实训科目的质量，节约成本。为确保实践项目教学的效果，传统的实践教学模式需要巨大的资金投入及购置教学所用的设备，并且在教学过程中会消耗大量的材料，容易淘汰教学仪器和设备，因此很难满足教学所需。从教学资源全过程管理来看，虚拟仿真技术实践减少投入包括占地、建筑投入、设备投入、材料投入、指导教师投入，经过考察统计可以降低30%～80%。同时也降低实训污染（如粉尘实训、噪声污染等），而学生因为得到多次实践机会，效果也远远好于传统教学。

第二，容错功能强，可开展探究性实验。土建类专业实践存在较高的安全风险，尤其是学生到施工现场实训，而企业也为回避对安全事故的各种约束处罚而不愿意接收学生现场实训。为了防止意外事故的发生，通常是采取增加实训操作过程的相关约束条件来确保师生的安全。但限制的越多，与实践就越脱节，教学质量难以得到保障。虚拟仿真技术可引导学生积极在仿真实践中进行实训，不必担心出现任何以外的风险，保证实训安全性（设备安全、人身安全）。通过运用虚拟仿真技术，教师在教学中可以设置各种不同的故障等状态，“虚拟”不同的事故，学生通过反复试验，运用各种方式方法，分析问题、解决问题，在这方面实际实训是无法做到的。

第三，科学定量考核，与职业资格接轨。在土建类的实践项目的考核常常仅是一份报告（施工组织设计、合同、招投标文件等）或是实践指导教师根据学生在实践中的表现，依靠主观给学生评定成绩。而在虚拟仿真实践的软件中，可根据不同需求，设计不同性质的考试、考核方式。而虚拟仿真实践软件通过采取随机出题、海量题库、在线考试等方式，保证考试考核的公平、真实。从而实现了考教分离、分量一致，实现了以考试、考核额成绩来衡量教学质量、评价教学效果、评估学生的学习能力的可能性。

四、如何制作虚拟仿真教学软件

仿真教学软件的研制的总体过程基本上可划分为两大阶段，即教学设计阶段和软件制作阶段，如图1所示。

图1 仿真教学软件的研制流程

虚拟仿真教学软件制作是一项复杂的项目管理工程。编制适应高职教育的虚拟仿真软件要把握以下几点:

（一）树立职业教育理念

教学设计应以教育科学的观点和方法为指导，按照职业教育额教学目标、教学内容、教学对象的特点等，结合国家相关职业（工种）标准，优化教学软件的系统结构与模块设计，并选择适当的媒体信息，使其在系统中得到有机结合，以实现课程与实训的教学目标。

（二）创作团队进行脚本编写

脚本作为仿真教学软件的第一关，事关教学实训内容的正确性与科学性，贯穿于脚本编写之中的教学设计，决定了教学软件的生命。

土建类虚拟仿真软件脚本通常由具有丰富教学与实训经验并了解现代教育技术的人来编写。因此，需要组成专业教师、现场工程师、教育技术专家组成的创作队伍。脚本创作中的整体结构要依据研制大纲的要求进行，除了在保证科学性的前提下，重视教学实训项目、任务、技能点、操作步骤的设计，重视文字符号图形的标准化外，还要格外重视屏幕设计，重视交互性设计，重视操作工艺、安全规范等方面的设计。

（三）素材制作要保证质量

素材不仅是构成教学软件的基本单元，也是教学软件完成系统合成的重要前提与基础。素材的制作（包括三维建模）是制作环节中耗费时间最多的环节，据统计，素材制作将占用70%～80%的制作工作量，因此，素材制作是数字化教学资源开发的重心，是制作的重要环节，是制约开发周期的主要环节之一。土建类虚拟仿真软件中的素材要实物、现场场景严格匹配，这样就能保证软件的质量，防止给后期合成带来隐患。

五、虚拟仿真教学与实操教学之间的关系

（一）互补关系：实操教学不能实现的，利用仿真教学可以实现。

（二）融入关系：—份完整的现代化的教学方案，必定是仿真教学与实操教学的完美融入的方案。

（三）顺序关系：一般情况下，仿真教学在前，实操教学在后。

（四）不可替代关系：仿真教学与实操教学，二者不可替代。

（五）随着计算机技术快速发展，仿真教学对实操教学的互补作用会越来越强，同时，实操教学对虚拟仿真教学的依赖程度会越来越高。对于实操教学的设备，有与虚拟仿真系统实现一体化的趋势。

六、结束语

从微观层面看，高等职业教育是以技术人员的职业劳动为导向的，是产生于技术人员的能力、知识和素质，是一种专业劳动。因此，作为高职土建类专业的教学，应以生产目标为导向，有针对性地对学生进行体验式教学。应该通过虚拟仿真技术和赴实地现场进行教学，在课本之外给学生更生动易懂的知识，并通过虚拟的或者真实的实验、实训、实习等实践教学培养具备较高的知识、能力和素质等综合性的高端土建专业技能型人才。

[1]吕爱民，项秉人.生态建筑的数字化构建[J].新建筑，2005（6）：7-9.

[2]赵能.虚拟仿真技术在建筑设计中的应用研究[D].长沙：长沙理工大学，2009.

[3]刑伟.体验式教学法再高职管理专业教学中的应用[J].中山大学学报论从，2005（6）:29-32.

刘镇（1978-），男，大连职业技术学院讲师，硕士，注册一级建造师、造价师，研究方向为工程管理、工程造价。

G712

A

1001－7518（2012）17－0034－02

责任编辑 时红兵