虛擬仿真技術(shù)在《房屋建筑學》課程中的應用

范香+韓記

【摘要】基于我校虛擬仿真實驗中心平臺的建立，將虛擬仿真技術(shù)應用到《房屋建筑學》課程中，不僅使課程知識體系層次化、系列化；建筑構(gòu)造信息化、立體化；實驗模擬簡單化，而且利于老師的教學管理，最終讓工程類課程教學體現(xiàn)出很強的情景性、過程性與互動性，教學效果非常良好。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真技術(shù) 房屋建筑學 建筑構(gòu)造

【中圖分類號】TU-4；G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）05-0023-01

隨著各高校教育改革的需要，傳統(tǒng)的教學方法需要逐漸轉(zhuǎn)變。如何提高應用性專業(yè)的實踐技能的需要，加強培養(yǎng)具有較強職業(yè)能力的學生成為工程類專業(yè)中亟待解決的重要課題。虛擬仿真技術(shù)的應用實施理論依據(jù)是以就業(yè)為導向，以提高學生技能為目的，成為工程類專業(yè)教學未來發(fā)展的趨勢。[1-2]

《房屋建筑學》課程是建筑類專業(yè)應修的基礎(chǔ)課程之一，它是一門承上啟下的實踐性很強的專業(yè)課程，需要學生識別各種房屋構(gòu)造圖。然而虛擬仿真技術(shù)不受時間、空間、地域條件的限制，以其安全性、交互性得到了廣泛的關(guān)注，并且應用到教學[3]。利用虛擬仿真技術(shù)不僅能提高教學效果，更重要的是讓缺乏實踐和觀摩條件的學生不受時間、地點等多方面條件的限制，因此，本文立足于將虛擬仿真技術(shù)與《房屋建筑學》課程結(jié)合，為建筑類專業(yè)學生學習該課程提供一定的借鑒意義。

一、課題研究的軟件、硬件支撐

虛擬仿真技術(shù)是我校建筑與工程專業(yè)長期探索研究課題之一，它涉及到Revit、Virtools、3DMAX、BIM5D、等相關(guān)軟件。目前我校已有BIM虛擬仿真實驗室（60臺計算機機房+9款廣聯(lián)達BIM軟件）、建筑仿真模型及虛擬教學系統(tǒng)（360臺工程結(jié)構(gòu)、建筑、施工、鋼筋教學仿真模型+多功能黑板+教學軟件）、VR虛擬仿真建筑與施工教學實訓中心以及正在構(gòu)建的建筑與工程虛擬仿真實訓教學平臺，力爭“立足教學、教研融合、面向工程、開放共享”，輻射我校工程造價、工程管理、建筑學、建筑電氣智能化及其它相關(guān)專業(yè)，形成了“三層次、四模塊、五結(jié)合”的教學體系。其中“五結(jié)合”即為是與理論課程、與實體實驗、與科研成果、與實際工程及與企業(yè)實踐相結(jié)合，如圖1，其中建筑模型設(shè)計仿真實驗平臺《房屋建筑學》、《建筑構(gòu)造》、《建筑構(gòu)成》、《房屋模型制作》課程供良好的教學和實踐平臺。

二、虛擬仿真技術(shù)在《房屋建筑學》課程中的應用

《房屋建筑學》課程是建筑類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，利用我校已有虛擬仿真技術(shù)可以實現(xiàn)將該課程設(shè)置有層次化、系列化、模塊化以及實驗體系連貫性強等優(yōu)勢，這樣的教學和實踐項目不僅讓“課堂成為實驗室”、“課外成為施工現(xiàn)場”，更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

第一，使課程知識體系層次化、系列化、模塊化，最終實現(xiàn)構(gòu)造信息化。《房屋建筑學》課程主要核心部分即為建筑構(gòu)造，總共包括基礎(chǔ)與地下室、墻體（柱）、樓地坪、屋頂、樓電梯、門窗、零星構(gòu)造等七大構(gòu)造。針對不同的構(gòu)造利用虛擬仿真技術(shù)建立房屋構(gòu)造模擬實訓系統(tǒng)，形成20子模塊房屋構(gòu)造三維仿真模型。比如墻腳的防潮構(gòu)造，傳統(tǒng)的教學這部分一般通過圖集進行講解，但是只要安裝了房屋構(gòu)造模擬實訓系統(tǒng)，系統(tǒng)提供了勒腳在-0.06m處分別設(shè)置水泥砂漿防潮層、細石混凝土帶防潮以及卷材防潮層的動畫做法，學生可以不受時間和空間限制，用電腦或手機刷屏進行知識圖解，便于課程的預習和復習，從而實現(xiàn)了構(gòu)造的信息化。

第二，三維建模及模型優(yōu)化，使建筑構(gòu)造立體化。由于房屋建筑模型的數(shù)量眾多，利用房屋構(gòu)造模擬仿真實訓系統(tǒng)，可以讓場景虛擬變得更加真實。學生通過3D動畫視頻學習，然后按照構(gòu)建房屋施工演示的反順序，讓學生360度直視建筑構(gòu)造，避免圖紙、規(guī)范上二維的圖像，只能看到某一個部位的構(gòu)造，隱蔽構(gòu)造難以想象的局面。

第三，“虛、實”實驗的有機結(jié)合，完成較難完成的實驗，提高實驗教學效果。房屋建筑學課程節(jié)能實驗中需要測定墻體及玻璃的導熱系數(shù)，光的折射系數(shù)等，然而許多大學尚未建設(shè)建筑物理實驗室，或者開設(shè)了此部分實驗，但是由于實驗很難精確的測定，所以大多數(shù)老師選擇只講概念，不講原理，慢慢地這部分知識就被淡忘。利用虛擬仿真技術(shù)，可在以有邏輯地解釋導熱的原理以及演示墻材傳熱的過程，在專門的教師指導下，學生可以進行實驗全過程的操作和體驗，自主完成“虛、實”實驗。同時虛擬仿真實驗項目都設(shè)置了人機交互的功能，學生甚至可以有意進行“試錯”實驗，感受試驗結(jié)果，并驗證結(jié)果的可靠性。

第四，使教學管理簡單化。虛擬仿真技術(shù)將《房屋建筑學》課程中理論知識聯(lián)系實際的橋梁，老師通過教學大綱進行任務式實訓。其目的在于使學生在仿真教學實踐中發(fā)現(xiàn)問題，最終提高學生的職業(yè)道德與職業(yè)技能。

第五，虛擬仿真技術(shù)與“互聯(lián)網(wǎng)+”地有效結(jié)合。隨著生活水平的提高，大多數(shù)家長都會為學生購買電腦，這樣教師和學生分別于不同的地點通過虛擬的教學系統(tǒng)進行互動，有利于多人協(xié)作完成房屋建筑的搭建工作。利用互聯(lián)網(wǎng)，應用在遠程教育和施工崗前培訓中，開發(fā)成公共的資源供學習者下載學習。

三、結(jié)語及展望

沒有開發(fā)不出來的虛擬場景，只有想不到的創(chuàng)意空間。本文將虛擬仿真技術(shù)引入到《房屋建筑學》課程教學中來，在理論和實踐的研究中取得了上述可行性的結(jié)論。未來幾年，我校順應當今全民“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化的潮流，將虛擬仿真技術(shù)推廣到《施工技術(shù)》《建筑結(jié)構(gòu)》、《建筑力學》等課程，開發(fā)其它課程的虛擬仿真系統(tǒng)，構(gòu)件我校的虛擬仿真實訓平臺，爭取將先進的的技術(shù)應用到教學中，培養(yǎng)適應建筑行業(yè)職業(yè)發(fā)展需要的創(chuàng)新應用型人才。

參考文獻：

[1]王芳，關(guān)于新建本科院校師資隊伍建設(shè)的思考[J].人力資源管理，2010（06）：54.

[2]中華人民共和國教育部.2008年教育統(tǒng)計數(shù)據(jù)——專任教師年齡情況（普通高校）[EB/OL].http：//www.moe.Edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s4633/201010/109966.html，2009-12-31.

[3]李松湘.虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)課程教學中的應用研究[D].湖南師范大學，2012，10.