基于虚拟仿真技术的“工程制图与识图”教学改革与探讨

李阳春 程小凤 邵琳

摘要 图纸是土木工程施工的主要依据，是工程师设计成果的专业表达，起着连接设计与施工的桥梁作用。然而，以往的“工程制图与识图”课程教学存在理论教学与岗位技能严重脱节的现象，传统的教学模式已无法满足施工企业对人才的需求。文章通過分析传统“工程制图与识图”课程教学存在的问题，提出虚拟仿真技术融入课堂教学。结果显示，基于虚拟仿真技术的课堂教学对专业素材资源构建、改善教学环境、提升教学质量都具有一定的现实意义。

关键词 虚拟仿真技术；工程制图与识图；教学改革

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.6.031

“工程制图与识图”课程是高等院校土木类、建筑类专业开设的一门专业基础课程。图纸是土木工程施工的主要依据，是工程师设计成果的专业表达，起着连接设计与施工的桥梁作用。读懂图纸，根据图纸内容规范施工是本课程学生必须掌握的技能之一，因此，在教学过程中弱化制图环节，学生掌握基本的制图理论和规范即可；强化识图部分的教学，增加识图部分的训练学时，对标工作岗位技能，梳理教学内容，实现专业技能与理论教学的紧密衔接。

1“工程制图与识图”教学过程中存在的问题

学生专业技能的掌握关键在于理论知识与实践能力的有机结合。然而，以往的“工程制图与识图”课程的教学中存在着理论教学与学生岗位技能严重脱节的现象，部分学生只能读懂建筑图纸和结构图纸，只有极少部分学生能够识读机电部分图纸，这导致学生就业后无法胜任本职工作。目前“工程制图与识图”在教学过程中主要存在以下问题：

①教材选取过于陈旧，教材质量不过关，教材内容与时代脱节，不能反映大数据时代下新技术与土工工程施工过程的融合与应用情况。

②教学内容设置孤立，教学重难点界限不明确，很难为后续专业核心课程“混凝土结构原理”“BIM技术应用”等课程的教学提供服务。

③教学方式仍采用填鸭式的灌输教学，教学手段落后、教学模式单一与现代化教育教学理念不匹配，教学内容输出与学生知识获取不对等。

④实践学时相对不足，学时划分侧重点不明确，识图实践环节没有落到实处，学生只能读懂某一类教学图纸，缺乏学习的创新性和积极性，未能体现实践环节的根本意义[1]。

⑤人才培养方案中对人才培养的定位与教学大纲不适应，学生专业能力的培养与教学效果不匹配，一定程度上也反映了实际教学水平未能达到专业人才培养的目标。

⑥专业教师知识结构不完备，教学水平不过关，大部分专业教师没有经过实际工作的洗礼，自己对图纸的理解都比较浅薄，很难指导学生读懂、读通图纸以适应现场施工工作的检验。

2教学改革的目的

提高专业教师教学能力的需要。教师是人才培养的主力军，教师个人的知识结构、专业素养和教学能力直接决定了育人目标的达成。目前一些高校聘请刚毕业的研究生作为专任教师，这些青年教师有活力、有想法、具备学科知识的前沿性，能够将高新技术与教学内容相融合。但我们也不可忽视其身上存在的弊端：青年教师没有施工现场的实践经验，对图纸的理解只停留在理论层面上，经验上的限制使得他们难以帮助学生领会图纸中深层次的设计含义。

激发学生学习兴趣和创新能力的需要。大一学生作为大学新人，刚刚摆脱了繁重的课业压力和学校的监管束缚，在生活上和思想上还未能融入强调自主学习的大学环境中[2]。他们学习思想被动，需要教师的反复催促，不会利用课余时间主动学习，对新事物感兴趣又极易产生挫败感。“工程制图与识图”课程作为新生的一门专业基础课，担负着改变学生思想惰性，提升学生学习兴趣的重任。在现行教学模式的基础上对“工程制图与识图”课程进行改革，有利于学生在入学后养成良好的学习习惯，有利于学生自我效能感的产生进而激发学生学习的主动性和创新思维，为更好地学习后续课程打下坚实的基础。

提升高校专业课程教学质量的需要。教学质量是人才培养的根本，教学质量的提升与课程改革、教学体系建设、专业教师队伍培养、人才培养方案的设置息息相关。课程建设是教学工作顺利开展的支撑，人才培养目标达成的基础。教师应及时了解行业发展动态、学科前沿发展，并将新知识、新技术与传统的教学内容相结合，并在教学模式、教学手段上不断探索，将更新后的教学内容以学生可接受、可理解的方式教授给学生，提高学生的学习效果，启发学生主动学习的热情。

更新教学理念和教学模式的需要。教学活动的主体是学生，课程目标的达成也应以学生是否具备了一定的专业技能作为检验标准。在课程改革过程中，坚持以OBE成果教学理念为导向，以学生的能力达成引导教学，在教学中以学生为本，充分发挥学生的主动性。以学生能力的培养为导向，反向设计教学内容，以适应学生发展的教学模式进行教学改革，更有利于学生知识的获取和实践能力的培养。

3“工程制图与识图”课程引入虚拟仿真技术的优势及必要性

2019年教育部办公厅印发了《2019年教育部信息化和网络安全工作要点》，提出深入落实《教育信息化2.0行动计划》，推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用[3]。虚拟仿真技术与传统教学的深入融合，既可应对信息技术高速发展的浪潮，也是通过“虚实”结合的方式探索新的教学模式。虚拟仿真即借助“虚”与“实”的交互作用，用一个系统模仿另一个真实系统的技术[4-5]。“工程制图与识图”需要学生具备较好的空间想象力和动手操作能力，以往教学中教师使用二维图样演示，学生很难将三维实物展绘或识读出来，极大地打击了学生学习的热情。虚拟仿真技术能将建筑形体从平面布局到立体剖切，从钢筋排布到建筑构件连接都形象、直观地展现在学生眼前，打破了理论教学与实践教学之间的壁垒。基于虚拟仿真技术的工程制图与识图教学活动，既能扩充教学内容，也丰富了教学方法，使得学生从被动学习知识转变为主动获取知识，极大地提高了“工程制图与识图”课程的教学质量。

3.1创新虚拟仿真实践教学培养模式

修订后的湛江科技学院土木工程专业2022版人才培养方案，将“工程制图与识图”课程的理论学时设为64学时，并单独开设了32学时的实践教学环节。实践环节分為制图和识图两部分。制图部分包括组合体和建筑平面图的绘制共计8学时，识图部分包括建筑施工图、结构施工图、机电施工图三个部分共计24学时。实践内容以完成图纸绘制和识图报告作为考核依据。将虚拟仿真技术与实践教学相结合，可以使学生从刻板的二维平面转向三维立体模拟，更有利于学生空间想象力的发挥，有利于学生厘清主视图、俯视图、侧视图三者间点线面的位置关系。在识图教学实践环节中，虚拟仿真技术给学生带来了真实场景模拟，沉浸式体验现场施工环境。能够帮助学生更好地理解建筑构件的布局规则、结构构件的形式、钢筋的排布方式、水电暖构件的连接方式等。学生可以摆脱缺乏想象的桎梏，哪里不懂点哪里，通过虚拟仿真技术对实践教学环节的深化，在培养学生的空间想象力、动手操作能力、创新能力方面都起到了积极作用。

3.2理论教学虚实结合，激发学生的学习兴趣

“工程制图与识图”课程理论教学的课室采用普通教室和虚拟仿真实训室结合的形式，便于理解的基础知识选择在普通多媒体教室讲授，有利于学生集中注意力获取新的知识点，建立良好的认知理论体系。立体空间感要求强、难以理解的知识点，则采用虚拟仿真实训室讲授，通过虚拟仿真三维界面提供信息帮助，使学生更直观、生动地获取新知识，激发学生继续学习的兴趣和热情[6]。虚拟仿真技术在理论课堂教学的应用，丰富了课程教学信息，将新技术引入到课堂教学中，有利于引导学生发现问题，紧追科技前沿发展。同时在虚拟施工场景中，学生依据对象信息和环境模拟，探索未知领域，有利于学生科技创新能力的培养，在“虚”与“实”的交互作用下，构建学生的理论知识框架。

3.3推动校企合作，选聘企业导师

近年来房地产业一直保持高速发展的势头，土木工程专业学生的对口就业率持续提升。而令人尴尬的现象是土木工程专业的学生进入到工作岗位后，往往不能胜任本职工作，企业为保障施工工作的顺利开展需安排专人对学生进行岗位培训，这无疑是时间和精力的浪费。目前我校已与多家施工企业和建筑咨询公司建立校企合作关系，学校通过与企业的紧密合作，了解企业的用人需求和施工案例，通过岗位需求调整教学内容以适应行业变化；并将施工案例在虚拟仿真系统中模拟施工场景，通过问题导向的教学理念，引导学生分析问题、解决问题，启发学生的创新潜力和学习兴趣。企业人员也可参与到高校毕业设计中，作为企业导师指导学生的毕业设计工作。企业人员深入现场工作第一线，熟悉施工生产技术和行业变化，能够使学生的毕业设计更具备解决实际问题的能力，更符合社会的发展，扎根于现实的基础上引导学生开拓创新。

3.4丰富教学资源、建立素材库

“工程制图与识图”课程是土木工程专业的专业基础课程，课程难度不大，但其对学生今后工作的影响意义重大。图纸是施工人员现场工作的依据，指导施工人员规范施工。学生不管是今后从事设计工作还是现场施工工作，都必须了解工程构件的每一个细节，图纸中每条线、每个符号都要清楚它所代表的意义，掌握施工图纸的制图规范和各种说明的表达，熟悉图纸间的逻辑关系，能够准确地从图纸中获取施工信息。这些要求在普通教室通过多媒体课件的演示是很难给予学生直观、生动的感知的，学生获取信息往往需要丰富的空间想象力，对于空间感差的学生的学习效果非常不好。基于虚拟仿真的“工程制图与识图”课程，学生从虚拟仿真系统中能够获取大量的信息，构想出合理的工程构件，在交互式的虚拟施工环境中体验施工方式和流程。同时随着信息技术的不断发展，教师可以对虚拟仿真系统中的素材进行增补，剔除陈旧不符合工程实际的资源，实时更新教学资源，紧追行业发展趋势。

4结语

虚拟仿真技术与高等教育的结合，符合高等教育教学改革的需求。基于虚拟仿真技术的“工程制图与识图”课程教学体系的构建，为理论教学与实践教学协调发展提供了资源保障，对顺利开展“工程制图与识图”课程教学模式创新性研究、探索课程体系改革提供技术支持。总之，应用型本科高校提高教学质量，应注意虚拟仿真技术与课程教学的融合，对促进具有创新思维的应用型人才的培养和建设创新创业型大学具有重要意义。

基金项目：湛江科技学院院级质量工程及教改项目（ZLGC202036）；湛江科技学院院级质量工程项目（JYJX2020025）；2019年广东省本科高校教学质量与教学改革工程建设项目“广东海洋大学寸金学院—湛江市建筑工程质量检测站大学生校外实践教学基地项目”。

参考文献

[1]梁双艺.高职建筑制图与识图课堂教学改革实践研究[J].居舍， 2020（7）：186-187.

[2]王俊烨.浅谈土木工程专业《建筑制图与识图》课程教学改革[J].四川水泥，2018（8）：335，328.

[3]陈佳，邓曦，田静.基于虚拟仿真技术的土木工程施工实践教学改革与探讨[J].现代商贸工业，2021，42（35）：167-168.

[4]邓建俊.基于虚拟仿真技术的土木工程测量实践教学改革[J].砖瓦，2021（5）：192，194.

[5]刘大维，张国泉，李泽山.基于Unity3D的《工程制图》虚拟仿真实验平台设计及应用[J].机电工程技术，2022，51（9）：26-31.

[6]于露.建筑工程制图与识图课程教学方法研究[J].西部素质教育， 2017，3（18）：227-228.