基于虚拟仿真技术在建筑实训教学中的改革

张茗涵 景毅

摘 要：虚拟仿真技术十分适用于实训教学，尤其是建筑实训教学，能够弥补传统建筑实训教学的缺陷，为学生提供更好的建筑实训环境。在虚拟仿真实训系统中学生可以根据自身学习需求选择合适的实训内容，多次反复练习，从而提升专业技能。然而在建筑实训教学中运用虚拟仿真技术还存在一系列问题需要加以重视。现文章主要针对基于虚拟仿真技术在建筑实训教学中的改革进行研究。

关键词：虚拟仿真技术;建筑实训;教学模式

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：2095-9052（2020）02-0248-02

高等教育人才培养目标是要培养出社会需求高素质、高水平人才。对于建筑专业来说，高素质、高水平人才必须要熟练掌握施工过程。在建筑专业实训中由于建筑工程地点的流动性、建设阶段性较强、建设周期较长，导致学生在实地开展建筑实训的难度较大。虚拟仿真技术则可以弥补建筑专业学生实训中的问题，作为建筑专业学生学习专业知识与实践技能的有效手段。

一、虚拟仿真技术及其在实训教学中的应用

（一）虚拟仿真技术及其在实训教学中应用的可行性

虚拟仿真技术，也被称为虚拟现实技术，其是由计算机生产的，利用视觉、听觉、触觉作用于使用者，使得使用者形成身临其境的交互式虚拟体验的仿真。虚拟仿真技术融合了计算机图形技术、图像处理技术、传感技术、语音技术等多门学科，是现代仿真技术发展的重要成果。虚拟仿真技术可以分为沉浸式与非沉浸式。其中，沉浸式虚拟仿真技术是基于特殊硬件来完成的，而非沉浸式虚拟仿真技术则是利用专业软件来完成的。实训教学中多用非沉浸式虚拟仿真技术，主要是利用计算机的键盘、鼠标、显示器等外部硬件设施来打造虚拟的创口式环境，使得计算机显示器中的内容尽可能接近理想的虚拟现实技术。在基于虚拟仿真技术的实训中所运用到仪器设备都是利用计算机3D建模设计而成的，在实训前教师可以引导学生对仪器设备与工具形成初步认识，同时可以利用计算机创建虚拟的实践环境，通過调整数据来设定不同的环境，在虚拟环境中多次反复开展不同种类的技能训练，获得处于不同环境因素下的实验数据。基于虚拟仿真技术下的实训教学，其中的实验环境与设备都是虚拟的，能够大大减少设备更新维护费用与实训场地费用[1]。同时，还可以根据实训行业发展潮流，持续更新实训设备，始终保持实训平台的先进性。虚拟实训中，实训设备仪器都是虚拟的，不用担心实训中的误操作会导致设备损害，同时也不会在实训中形成安全隐患，更加有助于学生发挥创造性思维。

（二）虚拟仿真技术提供的实训学习环境

1.真实开放的实训环境

虚拟仿真技术基于互联网向学生开放，学生可以根据需求选择是否使用实验系统进行实训，实验系统也具有一定的开放性，主要表现为资源开放，虚拟仿真实训系统中含有多种类实训设备，不同实验装置以及不同条件的虚拟实验环境，学生可以按照自身学习需求进行选择使用。系统中也有详细的操作指南，学生可以在使用中参考。

2.交互自主的实训环境

虚拟仿真技术实训平台与传统实训教学最为显著的区别之一就是虚拟仿真技术实训平台的内容与模式都不是固定的，而是可以根据需求学生动态调整的，具有良好的交互性与自主性。教师可以根据学生的兴趣与实训需求，设计出不同类型、不同形式的人机交互方式，强化学生自主参与实训的积极性。学生也可以根据自身需求自行设计虚拟实训内容与方法，在拓展学生创新思维的同时，增加实践经历。

3.安全低碳的实训环境

传统实训教学由于实训硬件、类型与环境的影响，学生能开展的实训类型十分有限，特别是硬件材料消耗较大、实训成本较高、危险系数较大的项目，学生进行实训的机会更少，从而影响了学生相关能力的提升。基于虚拟仿真技术下的实训不需要依靠实物设备，利用计算机界面可以选择不同的虚拟设备，开展模拟设备操作使用，利用可视化虚拟环境来进行实景操作学习，解决实训教学中事物仿真难以实现与协调的问题[2]。

二、虚拟仿真技术在建筑工程施工实训教学中的应用

虚拟仿真技术下的建筑工程施工可以实现地基基础施工、地下防水施工、砌体结构施工、钢结构工程施工、建筑节能门窗施工等不同内容的虚拟仿真实训。不同系统中的虚拟仿真内容都包括施工设计图纸、施工技术交底、施工技术规范、具体教学资源、工作记录、项目进程、施工实践以及操作指导等。同时，虚拟仿真技术下的建筑施工仿真系统是以三维数据可视化技术作为支撑，互动性较强。同时，虚拟仿真实训系统中还设有相应的操作指导，学生可以根据系统提示自主开展虚拟仿真实训，掌握建筑工程施工的相关知识点。现以建筑工程中混凝土施工的混凝土浇筑作为实例，来分析基于虚拟仿真技术下的实训操作。虚拟仿真实训操作系统的功能主要在四个操作区域中实现，分别为资源库、项目进程、施工准备以及操作指导。

（一）资源库

在资源库区域中可以实现不同功能，如施工图纸、技术交底、技术规范、教学资源以及工作记录等。其中，在施工图纸选项中可以查看与该项工程相关的详细施工图纸;技术交底则可以查看建筑工程施工中重点施工技术要点，便于在实训中将施工重难点铭记于心，加深对知识的理解;技术规范则可以查阅国家出台相关政策的具体细化规范与标准;教学资源中则是教师在开展实训教学中根据教学目标对虚拟仿真系统的教学资源进行调整与更新的区域。学生也可以通过教学资源区域来进行不同内容的复习;工作记录则记录了学生在虚拟仿真实训系统中的操作，便于学生进行自我检查以及教师进行总体评价。

（二）项目进程

项目进程即为施工工艺操作顺序，混凝土浇筑流程为进行混凝土运输、核对浇筑模板细节、检测塌落度，进行混凝土振捣浇筑，最后进行验收。

（三）施工准备

在虚拟仿真系统中调用工具库，选择合适的施工工具、施工设备以及施工材料。在系统中进行施工操作。学生可以随时打开工具库并从中选择需要的施工材料。

（四）操作提示

虚拟仿真实训系统会根据学生的操作进程跳出具体的操作指导，帮助学生熟悉施工步骤以及施工规范，严格按照相关使用技术要求开展。如在混凝土振捣中要注意跟进混凝土的厚度来选择合适的振动器。通常面积较大、厚度在20～30cm的混凝土板需要选择表面振捣器;而振捣面积较小、垂直深度较大的构件或混凝土则需要选择插入式振捣器[3]。在振捣时要注意快插慢拔，快插主要是为了避免混凝土表面拌合物振动过度导致下面混凝土拌合物振动不够导致结构不匀情况出现;慢拔是为了让混凝土能够在振动器抽出时均匀填满振动器周边空间。通过虚拟仿真系统实训的过程观察可以看出，基于虚拟仿真技术下的实训教学弥补了传统实训教学中被动、单一的教学现象，学生在虚拟仿真实训平台中可以自主发现问题，并独立实践结。通过虚拟仿真系统实训教学后，学生已经清晰掌握混凝土浇筑施工中各个关节的重点难点，标明注意事项与施工技术要求。可以看出，虚拟仿真系统实训教学能够显著提升学生对混凝土浇筑施工过程的掌握[4]。

三、虚拟仿真技术在建筑实训教学中的问题与应对

（一）虚拟仿真技术在建筑实训教学中的问题

在建筑实训教学中应用虚拟仿真技术不单单是凭借其自身所拥有的功能属性，更为关键的是分析实现虚拟仿真技术的方法。因此，在建筑实训教学中运用虚拟仿真技术依然存在一系列问题，主要表现在以下几个方面。

1.教学硬件设施要求较高

虚拟仿真系统教学需要高校提供健全的虚拟仿真系统。当前大多数高校在大面积开展虚拟仿真教学时硬件设备还有所欠缺，如建筑实训教学需要人机1：1，对虚拟仿真设备数量有较高的要求。

2.教师教学主导地位削弱

当前高校开展虚拟仿真系统实训教学仍处于初期发展阶段。教师在运用虚拟仿真系统时选择合适的教学内容、组织教学环节，根据虚拟仿真系统的应用过程来开展教学。而有的教师认为虚拟仿真系统可以指导学生，教师不需要从旁指导，在这一错误理念下建筑实训教学则会以虚拟仿真系统为主，并替代了教师在教学中的主导位置。

（二）虚拟仿真技术在建筑实训教学中的应对

基于上述当前虚拟仿真技术在建筑实训教学中的问题，提出以下建议进行应对，力求能改善虛拟仿真技术在建筑实训教学中的应用，提升建筑实训教学质量。

第一，高校要加大资金与硬件设备投入，为虚拟仿真系统教学提供充足的物质基础。与政府、企业进行密切配合，深入合作，为加大资金投入提供保障。选择合适的课程设计或采购虚拟仿真系统，避免出现过度追求虚拟仿真系统应用的情况。

第二，更正教师教学理念。在应用虚拟仿真系统开展建筑实训教学的过程中要始终保持教学热情，拓展教学思维，全面彻底了解虚拟仿真系统的作用与价值，更新教学理论，在不断实践中累积教学经验。总结基于虚拟仿真系统下建筑实训教学经验，不断进行反思评价，归纳出虚拟仿真系统实训教学的不足。深刻认识自身在实训教学中的主导位置，合理利用虚拟仿真实训系统来提升建筑实训教学质量，避免盲目使用虚拟仿真系统开展教学[5]。

四、结语

虚拟仿真技术在建筑实训教学中的应用能够提高学生对建筑理论知识的掌握，深化学生对建筑岗位的理解、提升学生建筑施工操作水平，显著改善大学生职业素养与综合能力。在建筑实训教学中虚拟仿真技术的优势十分明显。在高等教育改革的背景下，利用虚拟仿真技术来推动实训教学发展，创新建筑实训教学方法都是可行的。相信在未来的发展中，虚拟仿真技术会更加成熟，更加普遍，将会为不同专业学科的实训教学提供更加广阔的平台。

参考文献：

[1]杨春燕.BIM虚拟仿真技术在建筑工程施工技术教学中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（16）：150.

[2]代端明，李科.虚拟仿真技术在实践教学中的应用研究--以建筑水电工程计价课程建设为例[J].企业科技与发展，2018（4）：146-148.

[3]王兴会.浅谈虚拟仿真技术在建筑工程测量教学中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2018，272（26）：170.

[4]姚金伟，余志强.虚拟仿真技术在高职土建类专业实训教学中的应用[J].职教通讯，2013（6）：69-71.

[5]王祖析.浅析高职实训教学中虚拟仿真技术的应用[J].电子世界，2013（18）：197-198.

（责任编辑：林丽华）