虚拟现实技术在高职钢结构课程教学中的应用探索

2017-04-13

四川水泥 2017年4期

(1.2 重庆建筑工程职业学院土木工程系重庆 400072 3.重庆能源职业学院土木工程系重庆 402260)

王丽英1骆文进2王红梅3

(1.2 重庆建筑工程职业学院土木工程系重庆 400072 3.重庆能源职业学院土木工程系重庆 402260)

传统的钢结构课程教学多局限于对理论的课堂教学，由于教学环境的限制，无法实现动手操作并参与到实际工程中，难以满足教学过程中的交互性及体验性。借助虚拟现实软件创建一个虚拟的钢结构教学环境，钢结构焊接施工及构件的内外部结构以可视化的方式呈现，学生可在虚拟环境中以亲临的方式与学习内容进行实时交互，可极大地提高学生自主学习的兴趣，有利于知识的吸纳，结构的三维视觉，教学资源的更新与共享。

虚拟现实技术；钢结构课程教学；可视化

1、引言

随着现代信息技术的迅猛发展，虚拟现实技术日渐成熟和完善，虚拟现实技术[1.2.3]作为一种全新的教学媒体，使教学过程中的教师、媒体、学生之间的关系形成一种新的结构，促使教育形态、教育环境、教学过程发生重大变化。虚拟现实技术引入到钢结构教学之中，使学生可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会；为学生提供生动、逼真的感性学习资源，有利于激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力；使钢结构教学由传统的“以教促学”的学习方式升级为学生通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式；从而解决了钢结构教学过程中以前无法解决的一些难题[4.5]。

目前虚拟现实技术在建筑相关领域的应用已经非常广泛。但如何将虚拟现实实时交互的优势充分运用到钢结构课程教学过程中仍有待进一步研究。

2、传统的钢结构教学中存在的问题

2.1.针对性和实效性不强

由于钢结构课程理论性强、计算内容多，导致传统的钢结构教学理论课时较多，而实践课时不足，致使教学目标不明确，理论性太强，实践性偏少，针对性和实效性不强，无法满足高职教育对高技能应用型人才的培养要求。

2.2.教学方式落后

《钢结构》课程综合性极强、融合了三大力学和建筑材料等课程的内容。部分教师不能顺应钢结构行业发展及时更新教学资料和课件，传统“填鸭式”教学方式落后时代发展，并且过于单一。一是教学形式的选择比较单一。由于学校基础条件的限制，教师一般采取案例讲解法，教学过程缺乏形象性、生动性和灵活性，使教学效果受到一定影响。二是偏重理论知识讲授而忽视解决实际问题的能力，忽视培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。

2.4.实用技能性不够

钢结构课程的课程设计实践教学远不能满足高职院校对培养学生实用技能性的要求。钢结构课程设计过程中学生也不需要思考太多的问题，很多时候是机械的重复例题计算，无法发挥实践教学环节应起的作用。

三、钢结构虚拟教学的应用探索

1.虚拟焊接施工实训

钢结构课程中焊接施工及计算理论性强、在现实环境中建立实训场不太现实，一是成本高，一般需要聘请专业焊工为学生演练及指导，人员成本高、建设成本高、后期维护维修管理费用高；二是纯教学应用效用低，焊接施工需要准备专业设备和钢结构材料，如果对应每个学生都能亲自上手操作，而实训课程有限，其余时间荒废容易造成大量资料的搁置和浪费。

如果采用虚拟现实技术，只需要在现有实训条件基础上，引入虚拟现实技术的软件和设备，根据焊机施工需要展现和让学生学习的知识点，请专门程序人员设计相应的虚拟教学课程环境，学生即可在畅游二维虚拟环境的过程中与钢结构施工现场知识进行实时交互，激发学生的造性思维和空间形体构思能力。虚拟现实技术具有先进性、同时有一定的趣味性和新鲜感，很容易引发学生探索的激情，在虚拟系统体会焊接施工实时操作后，学生课后也会对相关知识自发的学习和探索，培养了学生的应用能力和创新思维的开发。

2.虚拟钢结构构件节点设计

钢结构构件节点设计一直是教学中很难进行的部分，理论性极强，特别是稳定理论，计算多又比较复杂，导致学生学习积极性极差。利用虚拟现实技术可以让学生体会钢构件稳定性的重要性，同时通过现场技术人员和设计人员对节点的实时讲解，配合上课老师的理论教学可以让学生在兴趣中接受知识，感知钢结构节点设计的趣味性。

3.虚拟钢结构安装、吊装施工环境

钢结构安装、吊装这一块的教学，传统教学缺乏实效性，同时考虑到安全的问题，多数职业学院无法安排教师带学生到工地进行学习。采用虚拟现实技术可以模拟钢结构安装、吊装的现场、同时根据已有的案例或正在施工的项目、选择某一个施工段，编制专门的教学流程，学生在虚拟实训中可以自己操作整个流程，同时加入一个安全性的教学，让学生实时感受钢结构施工安全事故，增强其安全意识，为将来工作培养专业素养。

结语

虚拟现实技术在钢结构课程中的应用有很大市场潜力，作者仅就部分内容提出了建议，真正的实现尚需进一步的详细探究，从上可知虚拟现实技术应用于钢结构课程教学不仅可以提高教学效果、改善目前学生对钢结构课程畏难弃学的现象，同时还可以引发学生的探索求学的激情，真正达到钢结构教学的目的。

[1]李文.基于EON的虚拟现实技术在建筑设计中的应用研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.

[2]张鹏，钟静等.高职建筑钢结构焊接技术教学体系初探[J].教育与职业.2010.

[3]刘凤田，刘玉兰等.虚拟现实技术及其在教育领域中的应用研究[J].河北农业大学学报.2005.03.

[4]董春华，赵春明等.虚拟现实技术在建筑类课程教学中的研究与应用J].中国轻工教育.2015.04.

[5]胡杜泽.基于Flex 的虚拟现实技术在教学中的研究与实现[D].广州：华南理工大学，2011.

G642.3

1007-6344（2017）04-0328-01

课题项目：

1.重庆建筑工程职业学院院级教研教改项目“ 新形势下高职院校钢结构课程改革与创新”；编号：16J7。

2.重庆市高等教育学会高等教育科学研究“基于BIM的高职建筑工程技术专业人才培养体系探究”，编号：CQGJ15374C。