建筑智能化工程技术专业虚实融合实训基地建设研究

2019-08-13杨润丰杨恺陈晓宁

广东教育·职教版 2019年7期

杨润丰　杨恺　陈晓宁

一、引言

针对理工学科教学、实训、职业技能培训等所面对的设备短缺、场地不足、时间安排不够、教学难点等问题，利用三维虚拟仿真技术开发的各种虚拟实验或实训系统来辅助传统教学，已经成为研究和应用的热点，在职业教育领域尤为突出。建筑智能化工程技术专业对教学和实践需要功能齐全的实训基地作为保障[1]。通过建设建筑智能化工程技术专业虚实融合实训基地，探讨虚实融合实践教学平台的搭建，有效解决教学内容与实操脱节、虚拟和实操不能统一等突出问题。

二、虛拟仿真教学的特点与普及

在虚拟仿真教学中，场景、仪器、耗材、过程等都可以通过虚拟技术实现，节省实验实训室建设的投入，降低实验实训教学和运行管理成本，解决软硬件条件与实践教学需求不断提高之间的矛盾。实验实训教学的改革、调整和优化不再受设备性能的制约，有效解决传统实践教学平台建设周期长、投入大、设备功能单一、设备老化、更新补充不到位等问题。

随着信息化技术的迅猛发展，虚拟仿真教学的信息化综合应用越来越普及。目前，在虚拟仿真教学中主流的信息技术主要有多媒体技术、人机交互技术、可视化技术、仿真技术、虚拟现实技术、虚拟仿真技术、增强现实技术、虚拟世界、3D打印技术、遥现技术等。一些发达国家在建设具有完备数字化学习条件和虚拟实验环境的教学实验室[2]，如新加坡南洋理工大学的虚拟现实实验室、美国明尼苏达大学的主动学习楼等。

三、建筑智能化工程技术专业虚实融合实训基地建设的必要性

1.传统的实训基地不能满足专业实践教学需求

建筑智能化工程技术是多学科跨行业的系统工程，它是把建筑、电子、自控、通信、计算机等方面的先进技术相互融合、集成优化为一个整体，使建筑体的使用满足信息社会需要并且具有安全、高效、舒适、便利等优势。建筑智能化工程技术专业对实践教学环节要求高，涉及的设备多、配套产品和技术繁杂，包括消防联动系统、温感系统、烟感系统、自动报警系统、安全防范系统、对讲系统、门禁系统、电子监控系统、综合布线系统、通信网络及信息网络系统、楼宇自动化控制系统等[3]。传统的实训基地建设方式是按课程需求把实训室做到小而全，功能单一，还使用了较多的实验实训场所，导致在新建实践基地时无法满足场地条件的需求。

2.虚实融合的实践教学平台满足建筑智能化系统集成的需求

通过虚实融合的实践教学平台取代功能单一的实训室硬件教学设备，满足建筑智能化系统集成的需求。保留建筑智能化系统中核心硬件设备作为实操主要控制对象，以虚拟场景取代作业现场环境，通过虚拟系统便可直观地观察到操作真实设备所产生的结果或效果。使学生通过在虚拟场景的身临其境和自主控制的人机交互获取外界的反应。

3.运用虚拟现实技术营造真实和仿真相结合的职业环境

运用虚拟现实技术，突破传统建筑智能化实训室的限制，在实践教学中可以根据教学项目，选择适合的工作任务内容进行学习和实操。这种模拟的实训有利于激发学生的创造性思维，使学生主动探索获得知识，从而提高学生学习的动力。虚拟实训环境大大增加了实训时间和内容，减少了实际实验实训耗材的使用。在虚拟场景的训练中不会产生任何危险，学生可以反复练习，直至掌握操作技能和达到技术要求为止。系统还可演示一些复杂的、抽象的、不宜在平面直接观察的工作过程和现象，全方位、多角度地展示教学内容，从而极大丰富课堂的教学内容。

4.虚实融合教学平台节约有限的教育成本

虚拟各种实验实训设备、实训环境和操作过程，使大多数课程可以在实训室中进行，大多数的技能可以在虚拟实训场景中进行训练，可避免实验实训设备的损坏、训练材料的消耗等问题，从而减少购置昂贵实验实训硬件设备的数量。节约大量教学经费和场地的使用，从而有效节约教育成本。

四、建筑智能化工程技术专业虚实融合实训基地建设与管理

1.基地规划与系统组成

基地布局科学合理，与现代生产服务场景相接近，符合相关建设标准，无安全隐患，满足使用面积和实训工位数量的要求。基地围绕建筑机电设备及其自动化系统（BAS）、消防自动化系统（FAS）、安全防范自动化系统（SAS）、通讯自动化系统（CAS）、管理自动化系统（MAS）、智能家居系统（HAS），分实训屋、工作站、开放式中控管理区的方式进行配置。在实训屋中实现各子系统的高度集成应用，单个实训室综合通信网络、布线、智能抄表、门禁、监控、报警、广播、消防联动、环境监测、电源开关控制、智能家居等多个子系统。工作站的建设围绕群控电梯系统、暖通控制系统、智能停车场系统、供配电系统、给排水系统等。每个工作站既能实现独立控制，也以联网的方式对其他系统进行联动控制。供配电实训系统既是实训设备，也能对实训室供电进行控制和能耗统计。

基地按照虚实结合、相互补充、能实不虚的建设原则，以提高学生实践能力和创新精神为核心，在建筑智能化工程技术虚拟仿真教学系统中，以完整的实训教学项目为基础，应用工程施工和设施管理所必需的实际设备，把工作场景和大型工程设施虚拟化，不仅能实现虚拟操作和过程场景演示，直观、真实地再现工作原理、设备连接和运行过程，而且能联动设备实体进行实操训练。虚实融合实训平台充分考虑学生需求，具有开放性、扩展性、兼容性和前瞻性。

2.建立虚实融合实训教学新体系

专业课程分为应用类和工程类课程，并分别在这两类课程上建立设施维管、工程技术两个发展方向，培养学生对建筑智能化系统安装、调试、运行与维护的职业能力，立足工作岗位。对应的专业虚实融合实训教学新体系以理实一体教学模式开展项目化教学[4]，有利于增强学生的实践动手能力。实践教学资源丰富，满足实践教学需要。实训教材体现职业标准，反映建筑智能化工程的新技术、新工艺。此外，建设与实训内容相配套的信息化教学资源库，积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实训教学新模式。

3.教师教学水平建设

每个实训室和实训平台由专业老师负责，要求教学水平与科研水平兼备。选拔骨干教师为核心实训教学和管理队伍，提高整体队伍的综合素质。根据工作需要和岗位规划，吸引不同学历、不同能力、不同技术特点的企业骨干作为兼职教师，優化师资队伍的组成结构。建立科学合理的青年教师培养计划，发扬传帮带的优良传统，确保实训基地长期有序的建设与可持续发展。

4.基地管理机制

基地内部管理制度健全，岗位职责清晰，管理规范有序，经费专款专用。要保证虚实融合实践教学平台资源的开放共享和充分使用，建成包含实验室资产、设备维护、课程体系管理、实验室日常管理等内容的信息化管理平台，构筑教育信息化体系。注重对相关实训教学项目自有或共有知识产权的保护，注重对学生个人信息等的保护，严格遵守我国教育、知识产权、互联网等相关法律法规。

5.共享平台构建

建立稳定安全的开放运行模式，积极探索在线虚实融合实训教学项目可持续运行的有效模式。面向全校学生开放，也面向社会提供科研和产品开发的服务。依托互联网的应用普及，建立基地优质资源共享系统，构造出开放性的教学环境，拓展课程受益面，成为一种非常迅速、有效、值得推广的教育资源辐射形式。形成校企合作的长效机制，与行业企业建立长期稳定的紧密型合作关系并开展全面、深入的合作。

五、结束语

虚实融合实训教学基地的建设结合实际的建筑智能化工程项目应用，规划虚拟仿真实训及教学平台，将各个建筑智能化实训子系统和实训设备有机地结合起来。运用虚拟现实技术，在虚拟仿真系统中建立起与真实世界一致的关系。解决建筑智能化工程技术专业设备的缺乏和受实践条件制约而影响教学的困难，节省和减少实训教学设备的更新换代和重复投资。虚实融合实训教学效果显著，受益面大，学生实验兴趣浓厚，自主学习能力明显增强，实践创新能力明显提高。对相关专业的实训基地建设和运行管理具有一定的指导意义，并有助于优化实训条件、提高教学质量、彰显职业教育特色。

[课题项目：2017年广东省高职教育建筑与房地产类专业教学指导委员会教学改革项目，建筑智能化工程技术公共实训中心体系建设与实践，项目编号：JZZD201709;2017-2018年度东莞市职业技术教育发展研究会“十三五”规划课题，建筑智能化工程技术专业虚实融合实训基地建设研究，项目编号：DZH1718010。]