虛擬現(xiàn)實技術在高職鋼結構課程教學中的應用探索

(1.2 重慶建筑工程職業(yè)學院 土木工程系 重慶 400072 3.重慶能源職業(yè)學院 土木工程系 重慶 402260)

虛擬現(xiàn)實技術在高職鋼結構課程教學中的應用探索

王麗英1駱文進2王紅梅3

(1.2 重慶建筑工程職業(yè)學院 土木工程系 重慶 400072 3.重慶能源職業(yè)學院 土木工程系 重慶 402260)

傳統(tǒng)的鋼結構課程教學多局限于對理論的課堂教學，由于教學環(huán)境的限制，無法實現(xiàn)動手操作并參與到實際工程中，難以滿足教學過程中的交互性及體驗性。借助虛擬現(xiàn)實軟件創(chuàng)建一個虛擬的鋼結構教學環(huán)境，鋼結構焊接施工及構件的內外部結構以可視化的方式呈現(xiàn)，學生可在虛擬環(huán)境中以親臨的方式與學習內容進行實時交互，可極大地提高學生自主學習的興趣，有利于知識的吸納，結構的三維視覺，教學資源的更新與共享。

虛擬現(xiàn)實技術；鋼結構課程教學；可視化

1、引言

隨著現(xiàn)代信息技術的迅猛發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術日漸成熟和完善，虛擬現(xiàn)實技術[1.2.3]作為一種全新的教學媒體，使教學過程中的教師、媒體、學生之間的關系形成一種新的結構，促使教育形態(tài)、教育環(huán)境、教學過程發(fā)生重大變化。虛擬現(xiàn)實技術引入到鋼結構教學之中，使學生可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會；為學生提供生動、逼真的感性學習資源，有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力；使鋼結構教學由傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式升級為學生通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式；從而解決了鋼結構教學過程中以前無法解決的一些難題[4.5]。

目前虛擬現(xiàn)實技術在建筑相關領域的應用已經非常廣泛。但如何將虛擬現(xiàn)實實時交互的優(yōu)勢充分運用到鋼結構課程教學過程中仍有待進一步研究。

2、傳統(tǒng)的鋼結構教學中存在的問題

2.1.針對性和實效性不強

由于鋼結構課程理論性強、計算內容多，導致傳統(tǒng)的鋼結構教學理論課時較多，而實踐課時不足，致使教學目標不明確，理論性太強，實踐性偏少，針對性和實效性不強，無法滿足高職教育對高技能應用型人才的培養(yǎng)要求。

2.2.教學方式落后

《鋼結構》課程綜合性極強、融合了三大力學和建筑材料等課程的內容。部分教師不能順應鋼結構行業(yè)發(fā)展及時更新教學資料和課件，傳統(tǒng)“填鴨式”教學方式落后時代發(fā)展，并且過于單一。一是教學形式的選擇比較單一。由于學校基礎條件的限制，教師一般采取案例講解法，教學過程缺乏形象性、生動性和靈活性，使教學效果受到一定影響。二是偏重理論知識講授而忽視解決實際問題的能力，忽視培養(yǎng)學生的實際操作能力和解決實際問題的能力。

2.4.實用技能性不夠

鋼結構課程的課程設計實踐教學遠不能滿足高職院校對培養(yǎng)學生實用技能性的要求。鋼結構課程設計過程中學生也不需要思考太多的問題，很多時候是機械的重復例題計算，無法發(fā)揮實踐教學環(huán)節(jié)應起的作用。

三、鋼結構虛擬教學的應用探索

1.虛擬焊接施工實訓

鋼結構課程中焊接施工及計算理論性強、在現(xiàn)實環(huán)境中建立實訓場不太現(xiàn)實，一是成本高，一般需要聘請專業(yè)焊工為學生演練及指導，人員成本高、建設成本高、后期維護維修管理費用高；二是純教學應用效用低，焊接施工需要準備專業(yè)設備和鋼結構材料，如果對應每個學生都能親自上手操作，而實訓課程有限，其余時間荒廢容易造成大量資料的擱置和浪費。

如果采用虛擬現(xiàn)實技術，只需要在現(xiàn)有實訓條件基礎上，引入虛擬現(xiàn)實技術的軟件和設備，根據(jù)焊機施工需要展現(xiàn)和讓學生學習的知識點，請專門程序人員設計相應的虛擬教學課程環(huán)境，學生即可在暢游二維虛擬環(huán)境的過程中與鋼結構施工現(xiàn)場知識進行實時交互，激發(fā)學生的造性思維和空間形體構思能力。虛擬現(xiàn)實技術具有先進性、同時有一定的趣味性和新鮮感，很容易引發(fā)學生探索的激情，在虛擬系統(tǒng)體會焊接施工實時操作后，學生課后也會對相關知識自發(fā)的學習和探索，培養(yǎng)了學生的應用能力和創(chuàng)新思維的開發(fā)。

2.虛擬鋼結構構件節(jié)點設計

鋼結構構件節(jié)點設計一直是教學中很難進行的部分，理論性極強，特別是穩(wěn)定理論，計算多又比較復雜，導致學生學習積極性極差。利用虛擬現(xiàn)實技術可以讓學生體會鋼構件穩(wěn)定性的重要性，同時通過現(xiàn)場技術人員和設計人員對節(jié)點的實時講解，配合上課老師的理論教學可以讓學生在興趣中接受知識，感知鋼結構節(jié)點設計的趣味性。

3.虛擬鋼結構安裝、吊裝施工環(huán)境

鋼結構安裝、吊裝這一塊的教學，傳統(tǒng)教學缺乏實效性，同時考慮到安全的問題，多數(shù)職業(yè)學院無法安排教師帶學生到工地進行學習。采用虛擬現(xiàn)實技術可以模擬鋼結構安裝、吊裝的現(xiàn)場、同時根據(jù)已有的案例或正在施工的項目、選擇某一個施工段，編制專門的教學流程，學生在虛擬實訓中可以自己操作整個流程，同時加入一個安全性的教學，讓學生實時感受鋼結構施工安全事故，增強其安全意識，為將來工作培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)。

結語

虛擬現(xiàn)實技術在鋼結構課程中的應用有很大市場潛力，作者僅就部分內容提出了建議，真正的實現(xiàn)尚需進一步的詳細探究，從上可知虛擬現(xiàn)實技術應用于鋼結構課程教學不僅可以提高教學效果、改善目前學生對鋼結構課程畏難棄學的現(xiàn)象，同時還可以引發(fā)學生的探索求學的激情，真正達到鋼結構教學的目的。

[1]李文.基于EON的虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計中的應用研究[D].西安：西安建筑科技大學，2012.

[2]張鵬，鐘靜等.高職建筑鋼結構焊接技術教學體系初探[J].教育與職業(yè).2010.

[3]劉鳳田，劉玉蘭等.虛擬現(xiàn)實技術及其在教育領域中的應用研究[J].河北農業(yè)大學學報.2005.03.

[4]董春華，趙春明等.虛擬現(xiàn)實技術在建筑類課程教學中的研究與應用J].中國輕工教育.2015.04.

[5]胡杜澤.基于Flex 的虛擬現(xiàn)實技術在教學中的研究與實現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學，2011.

G642.3

A

1007-6344（2017）04-0328-01

課題項目：

1.重慶建筑工程職業(yè)學院院級教研教改項目“ 新形勢下高職院校鋼結構課程改革與創(chuàng)新”；編號：16J7。

2.重慶市高等教育學會高等教育科學研究“基于BIM的高職建筑工程技術專業(yè)人才培養(yǎng)體系探究”，編號：CQGJ15374C。

王麗英，1984.09,講師,碩士，主要研究土木建筑結構設計及施工相關教學及科研