基于AR技術(shù)的中職建筑專業(yè)課程開(kāi)發(fā)實(shí)踐研究

謝勤陽(yáng)

摘 要：本文以《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》提出的“三教”改革任務(wù)與要求為指導(dǎo)，根據(jù)建筑專業(yè)課程特點(diǎn)，以AR技術(shù)與課程教學(xué)融合為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)開(kāi)展探索建立實(shí)訓(xùn)中心，校企合作開(kāi)發(fā)課程、教學(xué)平臺(tái)資源及智慧評(píng)價(jià)系統(tǒng)等活動(dòng)，提升教學(xué)團(tuán)隊(duì)信息素養(yǎng)，為實(shí)現(xiàn)培育現(xiàn)代化智慧工匠的目標(biāo)提供有利條件。

關(guān)鍵詞： AR技術(shù)? ? 信息賦能? ? 理虛實(shí)一體教學(xué)

一、研究背景

中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》，聚焦教育發(fā)展的突出問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)，立足當(dāng)前，著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，重點(diǎn)部署了面向教育現(xiàn)代化的十大戰(zhàn)略任務(wù)，其中提到加快信息化時(shí)代教育變革，建設(shè)智能化校園，統(tǒng)籌建設(shè)一體化智能化教學(xué)、管理與服務(wù)平臺(tái)，利用現(xiàn)代化技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式改革，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃c個(gè)性化培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合。教育信息化是教育現(xiàn)代化的基本內(nèi)涵和顯著特征，是信息時(shí)代教育改革發(fā)展的必由之路。把握信息技術(shù)，必將在建設(shè)現(xiàn)代化教育強(qiáng)國(guó)的宏偉藍(lán)圖上留下濃墨重彩的一筆。利用現(xiàn)代智能化手段，培養(yǎng)具有高標(biāo)準(zhǔn)職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)技能、信息技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的智能化大國(guó)工匠，是紹興市中等專業(yè)學(xué)校（以下簡(jiǎn)稱學(xué)校）在“雙高”建設(shè)時(shí)期必須要做的功課，也是學(xué)校加速進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的目的。

二、研究意義

（一）賦能課程育人，信息技術(shù)促“三教”改革

利用信息化手段和技術(shù)，特別是AR和VR技術(shù)，賦能學(xué)校教學(xué)團(tuán)隊(duì)、教學(xué)資源、教學(xué)手段以及教學(xué)環(huán)境，一方面是促其智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)“三教”改革;另一方面是對(duì)已有的專業(yè)課程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，加快開(kāi)發(fā)和建設(shè)基于現(xiàn)代化信息技術(shù)的課程，從而達(dá)到培養(yǎng)現(xiàn)代化智慧工匠的育人目標(biāo)。技術(shù)的融入，外化于教學(xué)環(huán)境，內(nèi)化于“三教”自身，也可為其他專業(yè)課程建設(shè)提供借鑒。

（二）創(chuàng)新教學(xué)形態(tài)，解決理虛實(shí)隔離問(wèn)題

在學(xué)校建筑專業(yè)施工課程教學(xué)中，理論和虛擬教學(xué)往往在機(jī)房進(jìn)行，實(shí)踐操作在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)進(jìn)行，兩個(gè)教學(xué)場(chǎng)地相距較遠(yuǎn)，同時(shí)也帶來(lái)了一些問(wèn)題：一堂課或一個(gè)項(xiàng)目的內(nèi)容往往只能用一種或兩種教學(xué)模式，造成“時(shí)空分離”“虛實(shí)隔離”等實(shí)際困難，而采用AR技術(shù)，使得教學(xué)在“虛擬”和“現(xiàn)實(shí)”之間切換自如，讓現(xiàn)實(shí)存在的建筑工程在同一個(gè)時(shí)空中實(shí)現(xiàn)分解、剖析并直觀地展現(xiàn)給教學(xué)對(duì)象，同時(shí)采用硬件平臺(tái)支持的交互反饋技術(shù)讓每一個(gè)參與者都能獨(dú)立地在同一空間進(jìn)行個(gè)性化實(shí)踐與學(xué)習(xí)，讓教學(xué)在理虛實(shí)之間游刃有余。

三、實(shí)踐研究主要內(nèi)容

研究以行動(dòng)目標(biāo)為導(dǎo)向，以建設(shè)任務(wù)為載體，把“施工圖識(shí)圖”作為試點(diǎn)課程，具體實(shí)施按照以下路徑進(jìn)行：以AR技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)—融合施工技術(shù)課程—升級(jí)并集成智慧實(shí)訓(xùn)中心—完善教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)、教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)、評(píng)價(jià)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)—教學(xué)實(shí)施—數(shù)據(jù)跟蹤反饋，主要工作如下。

（一）集成功能升級(jí)智慧實(shí)訓(xùn)中心

在硬件方面，學(xué)校建筑專業(yè)立項(xiàng)建成具有常規(guī)信息化功能的實(shí)訓(xùn)室，達(dá)到基本教學(xué)環(huán)境條件要求之后，集成VR技術(shù)，引進(jìn)虛擬仿真系統(tǒng)，形成理虛實(shí)一體的教學(xué)環(huán)境，開(kāi)展軟件制圖類課程的教學(xué)，集成AR技術(shù)，引進(jìn)HoloLens眼鏡及平臺(tái)。有了該項(xiàng)技術(shù)的整合，教學(xué)場(chǎng)所既可以選擇智慧實(shí)訓(xùn)中心，又可以選擇校內(nèi)已有建筑場(chǎng)景，為理虛實(shí)一體教學(xué)實(shí)施提供了環(huán)境保障。

在軟件方面，將基于建筑信息模型（BIM）和混合現(xiàn)實(shí)（AR）的教學(xué)使用場(chǎng)景進(jìn)行深度融合，打造BIM-AR教學(xué)平臺(tái)，教師自主參與學(xué)習(xí)平臺(tái)及模型的搭設(shè)、題庫(kù)的擴(kuò)充，充分調(diào)動(dòng)教師教學(xué)參與的積極性。

（二）開(kāi)發(fā)一系列智慧型課程資源

根據(jù)施工技術(shù)教材，結(jié)合前期學(xué)生問(wèn)卷分析和教師的反饋，選擇教學(xué)過(guò)程中難度較大，特別是較為抽象的、在課堂中無(wú)法展現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，在學(xué)校實(shí)體建筑中找出相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，融合AR技術(shù)，校企共同開(kāi)發(fā)教學(xué)節(jié)點(diǎn)資源。試點(diǎn)選擇的模型節(jié)點(diǎn)涵蓋108個(gè)典型建筑節(jié)點(diǎn)模塊和文化建設(shè)模塊，其中典型建筑節(jié)點(diǎn)模塊包含校內(nèi)已有建筑模型實(shí)體對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)、圖集和裝配式建筑構(gòu)件拼裝等人機(jī)交互、圖紙和模型的交互、360度無(wú)死角FBX演示動(dòng)畫、模型自由移動(dòng)等復(fù)雜的形式。

考慮到階段性資源建設(shè)完成之后可持續(xù)更新的問(wèn)題，教師通過(guò)接受企業(yè)技術(shù)專家的培訓(xùn)，學(xué)習(xí)如何自行創(chuàng)建模型，對(duì)教材中沒(méi)有介紹的知識(shí)點(diǎn)自行建模，上傳至學(xué)習(xí)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)模型定位、觀看、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放大小、顯示觸控部位特征、繪制爆炸圖、截取剖截面等較為簡(jiǎn)單的交互，特別是對(duì)于施工行業(yè)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)做到及時(shí)更新。對(duì)原有課程教材的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)一步整合重構(gòu)，結(jié)合教學(xué)節(jié)點(diǎn)資源，以建筑構(gòu)造模塊的形式按任務(wù)編寫教材，教材和平臺(tái)上的資源交相輝映，既可作為學(xué)習(xí)材料，又可作為學(xué)習(xí)平臺(tái)操作指導(dǎo)手冊(cè)。

（三）實(shí)施教學(xué)并完善智慧型評(píng)價(jià)

學(xué)校共有5個(gè)班級(jí)進(jìn)行了建筑施工技術(shù)的學(xué)習(xí)，提取2019級(jí)施工班的期中成績(jī)數(shù)據(jù)，與2018級(jí)施工班上一學(xué)年同時(shí)期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，兩個(gè)班級(jí)學(xué)制、專業(yè)、生源構(gòu)成一致，其他班級(jí)由于人才培養(yǎng)方案的調(diào)整或?qū)I(yè)分流，偏差分析參考性較差，故而選擇這兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行比較。定性分析：利用現(xiàn)代信息技術(shù)融合課程來(lái)進(jìn)行教學(xué)，無(wú)論是教師還是學(xué)生都容易接受，尤其針對(duì)課程上的“老難點(diǎn)”，通過(guò)信息手段，大大縮短學(xué)生理解的時(shí)間;定量分析：采用信息技術(shù)學(xué)習(xí)的班級(jí)平均分71.8，對(duì)比班級(jí)平均分67.5，在分?jǐn)?shù)上有了一定提升，直觀反映出其教學(xué)的有效性。

依托教學(xué)平臺(tái)和課程資源，結(jié)合線上線下教學(xué)實(shí)踐，團(tuán)隊(duì)從平臺(tái)自主練習(xí)評(píng)價(jià)、項(xiàng)目展示互評(píng)和教師綜合評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了教學(xué)評(píng)價(jià)體系的改革探索，完善了建筑專業(yè)“魯班匠士”評(píng)價(jià)與1+X證書(shū)評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)模式。以BIM建模為核心技能，通過(guò)AR技術(shù)教學(xué)應(yīng)用，提升建筑工程專業(yè)識(shí)圖、施工技術(shù)等核心技能的水平。

（四）初探智慧工匠三元導(dǎo)師制度

在將AR技術(shù)整合到建筑施工課程的同時(shí)，通過(guò)和相關(guān)技術(shù)企業(yè)開(kāi)展深入合作，在建筑施工專業(yè)原有的雙元人才培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上，引進(jìn)技術(shù)公司一方的導(dǎo)師共同參與人才培養(yǎng)，形成以施工專業(yè)人才崗位技術(shù)要求為核心的三元共導(dǎo)的模式，校內(nèi)導(dǎo)師主要負(fù)責(zé)校內(nèi)教學(xué)和課程建設(shè)等相關(guān)工作，施工企業(yè)導(dǎo)師利用豐富的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，更好地解決施工操作上的難點(diǎn)問(wèn)題，軟件公司技術(shù)導(dǎo)師通過(guò)線上線下指導(dǎo)，講授AR建模、VR建模、BIM施工等相關(guān)軟件知識(shí)，三者實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)成復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)。企業(yè)導(dǎo)師參與育人，同時(shí)也對(duì)課程建設(shè)和“三教”改革有著良好的促進(jìn)作用。

（五）開(kāi)展社會(huì)研學(xué)活動(dòng)擴(kuò)大影響

《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》鼓勵(lì)中等職業(yè)學(xué)校聯(lián)合中小學(xué)開(kāi)展勞動(dòng)和職業(yè)啟蒙教育，將動(dòng)手實(shí)踐內(nèi)容納入中小學(xué)相關(guān)課程和學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)，研究團(tuán)隊(duì)利用實(shí)訓(xùn)中心建成的設(shè)備和資源，積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，如與當(dāng)?shù)啬承W(xué)開(kāi)展一系列研學(xué)活動(dòng)，通過(guò)AR、VR等技術(shù)，中小學(xué)生利用教學(xué)工具，感受開(kāi)國(guó)大典的盛況，接受愛(ài)國(guó)主義教育，戴上AR眼鏡，感受房屋建設(shè)過(guò)程和內(nèi)部構(gòu)造，切實(shí)獲得了良好的職業(yè)體驗(yàn)。目前，學(xué)校正將 AR智慧實(shí)訓(xùn)中心打造成為市級(jí)、省級(jí)中小學(xué)研學(xué)基地。

四、實(shí)踐研究成效

（一）促進(jìn)學(xué)生技能提升，具備創(chuàng)新精神

通過(guò)基于AR技術(shù)的課程學(xué)習(xí)和相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生提升了信息技術(shù)應(yīng)用水平和實(shí)訓(xùn)操作技能，甚至有些學(xué)生具備了初步建模的能力，可以勝任崗位要求，中職建筑專業(yè)課程開(kāi)發(fā)實(shí)踐研究項(xiàng)目實(shí)施期間15人次的學(xué)生參加了信息和雙創(chuàng)類的相關(guān)比賽并取得了良好成績(jī)。

作為省首批1+X 證書(shū)制度試點(diǎn)院校，學(xué)校在實(shí)訓(xùn)中心設(shè)置了考點(diǎn)，經(jīng)過(guò)考前的細(xì)致培訓(xùn)，首批參加BIM建模職業(yè)技能等級(jí)證書(shū)考試的學(xué)生有42人，通過(guò)率為80%，參加建筑工程識(shí)圖職業(yè)技能等級(jí)證書(shū)考試的學(xué)生有84人，79人通過(guò)考試并取得相應(yīng)證書(shū)，通過(guò)率約為94%。

（二）促進(jìn)教師團(tuán)隊(duì)成長(zhǎng)，增強(qiáng)輻射引領(lǐng)

在中職建筑專業(yè)課程開(kāi)發(fā)實(shí)踐研究項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，組內(nèi)教師的綜合能力得到了提升，尤其是在信息技術(shù)應(yīng)用能力上。首先，在中職建筑專業(yè)課程開(kāi)發(fā)實(shí)踐研究項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中專業(yè)教師參與了相關(guān)信息化課程資源的建設(shè)工作，夯實(shí)了專業(yè)基礎(chǔ)，參與了多項(xiàng)教師競(jìng)賽，取得較好成績(jī)。其次，教師在專業(yè)能力提升之后具備了一定的技術(shù)服務(wù)能力，為多項(xiàng)賽事、活動(dòng)提供了技術(shù)服務(wù)和支持。最后，在此期間，通過(guò)傳幫帶的形式，青年教師迅速成長(zhǎng)。

（三）新聞媒體宣傳報(bào)道，肯定實(shí)施成效

在AR智慧實(shí)訓(xùn)中心開(kāi)展的各項(xiàng)活動(dòng)，被省內(nèi)外的新聞媒體相繼報(bào)道，既擴(kuò)大了學(xué)校知名度，又展現(xiàn)了學(xué)校在項(xiàng)目建設(shè)上取得的成績(jī)，其中，思政直播課“從大國(guó)擔(dān)當(dāng)看家國(guó)情懷”登錄學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)平臺(tái)，浙江教育信息網(wǎng)多次報(bào)道了學(xué)校AR智慧實(shí)訓(xùn)中心開(kāi)展的一系列基于AR、VR技術(shù)的活動(dòng)。

五、反思及展望

有了前期的成效，學(xué)校中職建筑專業(yè)課程開(kāi)發(fā)研究項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員將繼續(xù)在學(xué)校“雙高”建設(shè)時(shí)期開(kāi)展進(jìn)一步的實(shí)踐探索。一是在原有基礎(chǔ)上，探索基于5G技術(shù)的課堂革命，提升教學(xué)的即時(shí)性和精準(zhǔn)性，使遠(yuǎn)程教學(xué)、異地教學(xué)不再是簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)直播，而是具有互動(dòng)性、協(xié)同性的教學(xué)新形態(tài)，如協(xié)同教學(xué)的國(guó)內(nèi)外專家在其他城市為學(xué)生帶來(lái)的演示操作，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，學(xué)生可以看到實(shí)時(shí)操作的細(xì)節(jié)，打破課堂圍墻和地域局限。二是探索建立大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)模型，借助AI技術(shù)進(jìn)行模型分析，提升教學(xué)評(píng)價(jià)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和指導(dǎo)性，為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)提供具有針對(duì)性的策略。

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（作者單位：紹興市中等專業(yè)學(xué)校）