基于VR/AR技術(shù)的建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)與實踐

倪天予

摘 要：新興的科學(xué)技術(shù)手段為高校的實驗教學(xué)體系開辟了嶄新的路徑，虛擬仿真實驗教學(xué)已在各高校的實踐教學(xué)改革的浪潮中掀起了不小的波瀾，本著與時俱進(jìn)、勇于開辟先路的原則，結(jié)合建筑類專業(yè)的特點與實際情況，積極探索基于VR/AR技術(shù)的建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)與實踐，對建筑類專業(yè)的實踐教學(xué)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：VR;AR;虛擬仿真實驗教學(xué);平臺建設(shè)

近年來，隨著我國綜合國力和人民生活水平的日益提升，教育逐漸成為人民關(guān)注的重點問題之一，圍繞部分高?！半p一流”建設(shè)背景，加快“新工科”建設(shè)的研究與實踐，深入開展產(chǎn)教融合、產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人項目建設(shè)對新形勢下高校培養(yǎng)出順應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、具備專業(yè)知識基礎(chǔ)與實踐創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才具有重要意義。以此為契機，積極探索基于VR/AR 技術(shù)的建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建設(shè)與研究，通過本次研究，在實踐教學(xué)過程中加強學(xué)生對專業(yè)知識的領(lǐng)會、提升學(xué)生的實際操作與實踐創(chuàng)新能力的同時，又能夠進(jìn)一步深化實驗教學(xué)改革，加強學(xué)校專業(yè)與產(chǎn)業(yè)的全方位合作，新興的虛擬仿真技術(shù)也為原有的實驗實踐教學(xué)模式開辟了嶄新的路徑，能更好的滿足高校培養(yǎng)復(fù)合型專業(yè)人才的目標(biāo)與需求。

一、當(dāng)前建筑類專業(yè)實驗教學(xué)平臺面臨的問題

隨著新形勢下大數(shù)據(jù)數(shù)字化信息時代的日益崛起，使得傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式受到了一定的沖擊，原有的實驗教學(xué)設(shè)備與管理模式已儼然滿足不了當(dāng)下高校對人才教育培養(yǎng)的新要求，因此以往的建筑類專業(yè)實驗教學(xué)平臺也面臨著許多的問題。

1、實驗條件受限，諸多建筑類的專業(yè)實驗無法實際操作。建筑類專業(yè)的許多實驗具有高消耗、難度大、可操作性低的特點，比如隧道爆破試驗、盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測實驗等難以在現(xiàn)實中進(jìn)行實際操作，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)平臺的實踐實驗設(shè)備條件和平臺空間等使諸如此類的大型試驗受到制約，導(dǎo)致在現(xiàn)實中無法操作，授課教師只能靠自身講解和播放短片等手段進(jìn)行講解灌輸，學(xué)生也只能憑靠設(shè)想對其進(jìn)行進(jìn)一步的理解，但是這種傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式并不能很好的使學(xué)生充分理解實踐內(nèi)容，無法切身體會。

2、實驗教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源共享不足，高校之間的學(xué)習(xí)交流受限。我們不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的實驗教學(xué)資源和課程種類繁多，這些實驗教學(xué)的資源中也難以避免存在良莠不齊的現(xiàn)象，僅憑學(xué)生的自身能力難以對其進(jìn)行辨別。其次，眾多的課程資源中也存在著不少內(nèi)容相似的情況，因而一些比較優(yōu)秀的實驗教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源可能會因此而被埋沒。除此之外，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)平臺受到了時間和空間的制約，導(dǎo)致各高校之間關(guān)于實驗教學(xué)的交流受到了一定的限制，高校師生之間彼此交流有限，存在“孤島”問題。

3、師生進(jìn)行實驗操作存在一定的安全問題。以往的建筑類專業(yè)的實驗平臺雖然都設(shè)立了實驗室安全管理制度和相關(guān)的管理臺賬等等，但是師生在進(jìn)行實驗操作時也存在因操作不當(dāng)、對儀器的熟悉程度不高等原因造成不可逆的安全問題，存在著一定的安全隱患。

二、基于VR/AR技術(shù)的建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)的主要內(nèi)容

基于VR/AR技術(shù)的建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)將對信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、VR、AR技術(shù)等進(jìn)行深度融合，打造一個集網(wǎng)絡(luò)管理平合、終端、內(nèi)容、實驗操作為一體的實踐教學(xué)平臺，為師生營造一個可交互沉浸式的學(xué)習(xí)范圍，促進(jìn)實驗教學(xué)資源的開放共享，加強日常管理和支持服務(wù)的信息化平臺，包含了集教學(xué)系統(tǒng)、虛擬仿真實驗設(shè)計操作系統(tǒng)、開放資源共享系統(tǒng)、管理系統(tǒng)與多人協(xié)作系統(tǒng)等多個系統(tǒng)于一體的全方位虛擬仿真實驗教學(xué)平臺。此建筑類專業(yè)的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺利用了新興的科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行全面創(chuàng)新的建設(shè)，建成以后將應(yīng)用于建筑類專業(yè)的實驗實踐教學(xué)與教學(xué)管理任務(wù)之中，同時此實驗教學(xué)平臺將面向其他高校開放，有效實現(xiàn)各高校實驗實踐教學(xué)資源的共享，促進(jìn)各高校之間的交流。

三、基于VR/AR技術(shù)的建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)的特色與創(chuàng)新之處

1、彌補了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足之處，最大限度的提升了實驗資源共享：基于VR/AR技術(shù)的虛擬仿真實驗平臺建設(shè)能夠打破以往實驗教學(xué)過程中受實驗室和實驗條件的限制、可操作性低的難題，讓學(xué)生可以利用VR/AR技術(shù)通過虛仿仿真實驗進(jìn)行模擬實驗。建筑類專業(yè)的很多實驗，比如隧道爆破、結(jié)構(gòu)抗火、工程結(jié)構(gòu)抗震等實驗的危險性極高，無法讓師生通過傳統(tǒng)的實踐教學(xué)進(jìn)行實驗，就可以應(yīng)用此虛擬仿真實驗平合，通過前期設(shè)計、模擬實驗等環(huán)節(jié)提高實驗實踐教學(xué)的安全性與可操作性。

2、豐富了建筑類專業(yè)的實驗教學(xué)資源，有效實現(xiàn)教學(xué)資源的開放共享：虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建設(shè)能夠從很大程度上豐富建筑類專業(yè)的實驗教學(xué)資源，有效整合各類實驗教學(xué)資源，借助VR/AR技術(shù)推動網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與實踐教學(xué)的深度融合，加強建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)資源管理教學(xué)服務(wù)以及體系管理等實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的信息化建設(shè)，有效實現(xiàn)教學(xué)資源的開放共享，打破各高校之間虛擬仿真實驗教學(xué)的壁壘，加強溝通學(xué)習(xí)與合作交流。

3、提升實驗教學(xué)效果，提升師生實驗操作能力：通過使用VR/AR技術(shù)的虛擬仿真實驗平臺能夠使師生在實驗前通過虛擬技術(shù)模仿設(shè)計實驗思路，更加深入直觀的感受實驗環(huán)節(jié)，優(yōu)化實驗方案，提高實驗的可操作度與成功的概率，有效解決實驗的危險性過高、消耗量大、受時間與空問的制約等難以克服的問題，通過虛擬仿真實驗平臺可以使建筑類專業(yè)師生的實驗實踐教學(xué)的體會與感受更加直觀，能夠有效的提高師生的動手操作能力，讓實踐教學(xué)更具真實感，使師生更具參與感。

四、基于VR/AR技術(shù)的建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)的預(yù)期目標(biāo)

1、改善建筑類專業(yè)的實驗教學(xué)環(huán)境，搭建基于VR/AR技術(shù)的建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，提升教師與學(xué)生利用虛擬仿真實驗平臺的實踐教學(xué)能力與實驗操作創(chuàng)新水平。

2、創(chuàng)建基于VR/AR技術(shù)并滿足建筑類專業(yè)進(jìn)行專業(yè)教學(xué)、實驗與實訓(xùn)、日常管理的完備的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，便于師生的教育學(xué)習(xí)與日常管理，以服務(wù)師生為中心，使虛擬仿真實驗教學(xué)體系更加完善，有益于廣大師生。

3、有效實現(xiàn)教育教學(xué)資源共享，合理整合實驗資源，讓各高校建筑類專業(yè)的師生打破時間與空間的制約，克服可操作度低、成本過高、消耗過大等實際難題，利用本實驗平臺最大限度的實現(xiàn)資源共享，助力形成共享范圍廣泛、學(xué)習(xí)交流影響深遠(yuǎn)的效果。

五、結(jié)語

在市場經(jīng)濟(jì)和科技高速發(fā)展的今天，社會對高素質(zhì)復(fù)合型人才的需求逐漸增多，實踐教育在高校的人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中也占據(jù)了主要的引領(lǐng)地位，積極探索實踐教育的新方法、新模式對于全面提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的意義重大?；赩R/AR技術(shù)的建筑類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建設(shè)與研究為高校的實踐教育模式開辟了嶄新的路徑，有效彌補了傳統(tǒng)實驗教學(xué)平臺的不足之處，豐富了實踐教學(xué)體系的綜合性應(yīng)用的同時也優(yōu)化了實驗教學(xué)與管理模式，有利于提高學(xué)生的實際操作與實踐創(chuàng)新能力。

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