基于PBL理念與虛擬仿真技術(shù)的風(fēng)景園林專業(yè)教學(xué)改革探索

摘要為全方位提升應(yīng)用型人才的綜合素質(zhì)，以風(fēng)景園林專業(yè)豎向設(shè)計課程為依托，以問題為導(dǎo)向，探索融入PBL理念、虛擬仿真技術(shù)的課程教學(xué)改革方法。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式對課程教學(xué)難點進(jìn)行分析，從教學(xué)改革目標(biāo)、教學(xué)改革實踐和教學(xué)內(nèi)容設(shè)置入手，對融入PBL教學(xué)理念和虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)改革思路進(jìn)行研究與實踐。增加互動式教學(xué)、課室內(nèi)外教學(xué)和線上線下教學(xué)等元素，提出集“感知與問題提出—理論與方法講授—專家講座與實踐應(yīng)用”于一體的課程改革方案。目的在于進(jìn)一步完善課程體系，為類似課程體系建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞PBL理念；虛擬仿真技術(shù)；豎向設(shè)計；風(fēng)景園林

中圖分類號G642.0；S688 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號1007-7731（2024）20-0130-05

DOI號10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.20.027

Exploration of teaching reform in Landscape Architecture major based on PBL concept and virtual simulation technology

WANG Guojin CHEN Zihan CUI Xiaoli ZHU Zhengyang

（College of Horticulture and Landscape Architecture， Zhongkai University of Agricultural and Engineering， Guangzhou 510000， China）

Abstract In order to comprehensively enhance the comprehensive quality of applied talents， based on the course of Landscape Architecture major and problem oriented， the curriculum teaching reform methods were explored that integrates PBL concept and virtual simulation technology. The teaching difficulties of the course were analyzed from the perspective of teaching content and teaching form， start with teaching reform goals， teaching reform practiced， and teaching content settings， and conduct research and practice on the teaching reform ideas that integrated PBL teaching concept and virtual simulation technology. Added elements such as interactive teaching， in and out of classroom teaching， and online and offline teaching， and proposed a curriculum reform plan that integrated “perception and problem posing-theory and method teaching-expert lectures and practical applications”. The purpose was to further improve the curriculum system and provide methodological references for the construction of similar design curriculum system.

Keywords PBL concept; virtual simulation technology; ; Landscape Architecture

郭巍等^[1]研究指出，豎向設(shè)計是風(fēng)景園林戶外空間營造的核心課程之一，其內(nèi)容涉及地形、排水以及與豎向有關(guān)的建、構(gòu)筑物設(shè)計等方面，要求學(xué)生具備一定的實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)和良好的平面與立體轉(zhuǎn)化思維能力。在實際教學(xué)過程中，常規(guī)課堂教學(xué)較為關(guān)注對工程規(guī)范性內(nèi)容的講解，學(xué)生通過對教材及課堂所學(xué)知識點進(jìn)行客觀記憶，通過二維圖紙想象豎向空間布局，而對豎向設(shè)計的方式方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)置的理解有進(jìn)一步提升的空間。相關(guān)學(xué)者對PBL教學(xué)理念和虛擬仿真技術(shù)在風(fēng)景園林專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究較多。化希耀等^[2]將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)景園林設(shè)計中的古典園林三維空間體驗，實現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量的提升。劉春楊^[3]基于PBL模式對風(fēng)景園林建筑設(shè)計課程教學(xué)改革進(jìn)行探究，以問題為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作、解決問題和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。王蕾等^[4]研究PBL理念下風(fēng)景園林“數(shù)字劇本”育人模式，解析數(shù)字時代學(xué)科人才培養(yǎng)在理念、機(jī)制、教學(xué)和資源層面面臨的問題與挑戰(zhàn)，提出基于PBL的“數(shù)字劇本”創(chuàng)新理念，從理念解析、機(jī)制架構(gòu)、教學(xué)改革和資源管理等方面提出人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建路徑。黃英等^[5]對虛擬仿真技術(shù)在豎向景觀教學(xué)中的實踐進(jìn)行研究，通過應(yīng)用該技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生體驗優(yōu)秀作品，全面推敲設(shè)計方案，并優(yōu)化作業(yè)設(shè)計，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的在線反饋。曾峻峰等^[6]在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計實驗課程教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建數(shù)智化實驗教學(xué)平臺，以培養(yǎng)能適應(yīng)和引領(lǐng)未來園林規(guī)劃設(shè)計類行業(yè)發(fā)展需求的高質(zhì)量新型人才。王茹^[7]針對風(fēng)景園林設(shè)計原理課程教學(xué)現(xiàn)狀，將虛擬仿真技術(shù)與其進(jìn)行深度融合，構(gòu)建“基礎(chǔ)理論—經(jīng)典案例—實踐設(shè)計”3個教學(xué)階段，從而更好地與企業(yè)設(shè)計崗位需求相銜接，培養(yǎng)能夠解決實際問題、具備創(chuàng)新能力的風(fēng)景園林設(shè)計人才。而將PBL與虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行結(jié)合的研究有待進(jìn)一步深入。本文結(jié)合風(fēng)景園林專業(yè)教學(xué)體系要求，以豎向設(shè)計課程為依托，通過融入PBL理念與虛擬仿真技術(shù)，探索通過優(yōu)化該課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式，以及建立平立轉(zhuǎn)換思維等途徑，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 風(fēng)景園林專業(yè)豎向設(shè)計課程教學(xué)難點分析

1.1 教學(xué)內(nèi)容方面

該課程工程規(guī)范性內(nèi)容較多，園林景觀豎向設(shè)計對實施性、安全性有較高要求，包含土方量計算、排水坡度處理、建（構(gòu)）筑物內(nèi)外高差處理、軟質(zhì)與硬質(zhì)鋪裝結(jié)合高差處理等多種工程。該設(shè)計工作利用空白場地按照功能分區(qū)、路徑組織和景觀節(jié)點組織等方式，對園林空間進(jìn)行藝術(shù)化設(shè)計。郭巍等^[1]研究認(rèn)為，該課程教學(xué)所用教材偏向?qū)こ绦?、可操作性和?guī)范內(nèi)容的講解，學(xué)生需要大量記憶并掌握相關(guān)工程要求，這與部分學(xué)生的認(rèn)知存在一定偏差，學(xué)習(xí)興趣有待進(jìn)一步激發(fā)。

同時，部分學(xué)生的實踐經(jīng)驗有待進(jìn)一步豐富，對該課程的基本認(rèn)知與理解有待進(jìn)一步提升和深入。獲取知識的途徑有待進(jìn)一步多元化，對周邊事務(wù)的觀察有待進(jìn)一步細(xì)致和深入。教學(xué)中，學(xué)生需學(xué)習(xí)景觀地形的形式表達(dá)、坡度變化設(shè)施與通用設(shè)計、地形與雨水管理等內(nèi)容，實際中自然排水溝、水管排水口和道路排水坡度等豎向設(shè)計設(shè)施需要學(xué)生細(xì)心觀察，而其基本常識有待進(jìn)一步增加與豐富，以積累足夠的經(jīng)驗做好風(fēng)景園林豎向設(shè)計。

1.2 教學(xué)形式方面

在常規(guī)教學(xué)模式下，學(xué)生平立轉(zhuǎn)化思維的形成可能存在一定難度。該課程由理論課和實驗課組成，理論課教學(xué)過程中，教師強(qiáng)調(diào)對等高線、高程點和斷面圖等規(guī)范制圖的講解；實驗課則要求學(xué)生通過抄繪、設(shè)計平面方案和完善豎向方案等方式了解豎向設(shè)計在圖紙上的表達(dá)。何豐等^[8]研究指出，通過二維平面想象來設(shè)計三維空間的教學(xué)方式，使學(xué)生對空間復(fù)雜變化的理解程度有待進(jìn)一步提升，對抽象的等高線間距和高程差等豎向要素的理解有待進(jìn)一步深入，部分學(xué)生平立轉(zhuǎn)換的思維模式有待進(jìn)一步建立。

2 風(fēng)景園林專業(yè)豎向設(shè)計課程教學(xué)改革思路研究

該課程是風(fēng)景園林專業(yè)的一門重要課程，采取16個理論課時+16個實驗課時的形式開展教學(xué)，授課人數(shù)較多。安排在第5學(xué)期，以銜接設(shè)計基礎(chǔ)課程及專業(yè)方向設(shè)計課程，對于培養(yǎng)學(xué)生形成風(fēng)景園林設(shè)計的基本理念及設(shè)計方法起到重要作用，也是其他設(shè)計課程的基礎(chǔ)理論支撐，其設(shè)計理念及方法貫穿后續(xù)的設(shè)計課程N00B7Dt5Rt9cZpxo+Ne4eX28FyxKVa+mT8WjonN64ww=。陳磊等^[9]研究指出，對于豎向布置形式、建筑出入口與相鄰斜坡道路銜接踏步處理方式等決定豎向設(shè)計質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生普遍感覺難以應(yīng)付。對此，教研團(tuán)隊將PBL理念和虛擬仿真技術(shù)有機(jī)融入課程教學(xué)過程。通過融入PBL理念，激發(fā)學(xué)生的參與積極性與主觀能動性，使其掌握提出實際問題—基于理論分析問題—反復(fù)驗證解決問題的能力；通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，幫助學(xué)生鞏固理論知識，增強(qiáng)平面、立體思維轉(zhuǎn)換能力。

2.1 融入PBL教學(xué)理念

在該課程教學(xué)中，融入PBL教學(xué)理念。教師根據(jù)教學(xué)大綱與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計學(xué)習(xí)情境、提出問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身興趣選擇研究題目，組建團(tuán)隊進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，形成教師或?qū)W生提出問題—學(xué)生組成興趣小組—小組自主學(xué)習(xí)—小組總結(jié)與匯報—課程教學(xué)反思與效果評估5個步驟的教學(xué)模式。李君等^[10]研究指出，在實施過程中，教師扮演指導(dǎo)者、督促者角色，學(xué)生則是學(xué)習(xí)者、參與者和匯報者。學(xué)生依據(jù)學(xué)習(xí)興趣組建小組并自主學(xué)習(xí)，有效激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情；同時，有利于培養(yǎng)其團(tuán)隊協(xié)作、溝通和表達(dá)的能力。

2.2 融入虛擬仿真技術(shù)

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于該課程教學(xué)過程中，通過模擬真實的園林豎向環(huán)境，讓學(xué)生在任意時間和設(shè)計階段內(nèi)“進(jìn)入”園林豎向設(shè)計的真實空間，體驗設(shè)計空間的任意視角，根據(jù)情況對設(shè)計要素進(jìn)行實時修改和完善，針對性地調(diào)整設(shè)計方案，從而更好地理解設(shè)計原理和方法。黃英等^[5]研究指出，這種方式能有效且直觀地提升學(xué)生立體思維，增強(qiáng)其對二維圖紙與三維空間之間的相互轉(zhuǎn)化能力。多感知、生動且沉浸式的游戲體驗式實踐教學(xué)，有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為其實踐學(xué)習(xí)和經(jīng)驗積累提供有效途徑，促使其形成園林設(shè)計思維，激發(fā)創(chuàng)造力和創(chuàng)作靈感。

2.3 融入PBL理念與虛擬仿真技術(shù)

結(jié)合課程定位、要求以及教學(xué)現(xiàn)狀，在理論課教學(xué)中融入PBL理念，以增強(qiáng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)性思維、邏輯思維能力和自主學(xué)習(xí)能力；在實驗課教學(xué)中融入虛擬仿真技術(shù)，以增強(qiáng)學(xué)生的實踐操作能力，豐富其實踐經(jīng)驗，激發(fā)創(chuàng)造性思維，全面提升學(xué)生綜合素養(yǎng)。豎向設(shè)計課程改革思路如圖1所示。

3 豎向設(shè)計課程改革實踐

3.1 教學(xué)改革目標(biāo)

一是增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識和邏輯思維能力。王蕾等^[4]研究認(rèn)為，PBL理念的融入要求學(xué)生在課堂之外進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，采用學(xué)生或教師提出問題—學(xué)生自主學(xué)習(xí)理論—學(xué)生自主解決問題的教學(xué)方式，挖掘其獨(dú)立思考潛力、啟發(fā)其邏輯思維。二是構(gòu)建理論教育與實踐教育并重的課程體系。優(yōu)化理論教學(xué)方法，融入實際場地教學(xué)、實體模型制作和虛擬仿真技術(shù)等實踐操作環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生將抽象的理論轉(zhuǎn)化為具體的實踐行動，加深對理論知識的理解和記憶，并培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和實踐能力。三是培養(yǎng)具有前沿知識應(yīng)用能力的專業(yè)型人才。趙明權(quán)^[11]在課程教學(xué)中融入VR眼鏡、3D打印機(jī)等新技術(shù)設(shè)備，并結(jié)合生態(tài)修復(fù)、鄉(xiāng)村振興等熱點話題，使教學(xué)內(nèi)容與時俱進(jìn)，鍛煉學(xué)生學(xué)習(xí)新理論、應(yīng)用新技術(shù)的能力，培養(yǎng)專業(yè)型人才。

3.2 教學(xué)改革實踐

3.2.1 基于PBL理念的理論課教學(xué) 一是以問題為導(dǎo)向，設(shè)置問題場景，增設(shè)校園聚類教學(xué)新方式。將復(fù)雜地形的校園豎向?qū)嶓w空間引入課堂，基于實體空間提出問題，如“豎向設(shè)計有哪些做法”“硬質(zhì)鋪裝和軟質(zhì)鋪裝的豎向設(shè)計怎么做”“坡道和臺階在豎向上有哪些差別”“雨水口設(shè)置在哪里”“道路排水需要多少坡度”“豎向設(shè)計如何在圖紙上表達(dá)”等，根據(jù)問題將學(xué)生劃分為興趣學(xué)習(xí)小組。二是以目標(biāo)為導(dǎo)向，以自主解決問題為原則，根據(jù)學(xué)生選擇的問題，讓其系統(tǒng)性學(xué)習(xí)該部分所包含的重要知識點，引導(dǎo)學(xué)生用正確的方法解決問題，鼓勵其自主思考。三是以自我展示為導(dǎo)向，以小組匯報的形式，將各組自主學(xué)習(xí)研究的成果進(jìn)行詳細(xì)匯報，通過小組互評互學(xué)，實現(xiàn)“1+1>2”的學(xué)習(xí)效果，教師給予方向性指導(dǎo)與查漏補(bǔ)缺。四是總結(jié)與反思，何豐等^[8]研究指出，對學(xué)生所掌握的知識點及其學(xué)習(xí)過程，教學(xué)思路、內(nèi)容、方法以及課程拓展等進(jìn)行總結(jié)，并整理成視頻文件，通過超星學(xué)習(xí)通、智慧樹等教學(xué)軟件進(jìn)行共享，讓學(xué)生不受時間、地域的限制持續(xù)學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

3.2.2 基于虛擬仿真技術(shù)的實驗課教學(xué) 一是設(shè)置手工模型制作課程，培養(yǎng)學(xué)生的空間尺度感。趙玉春^[12]將豎向設(shè)計方法融入筑山、理水、植物配置和建筑營造等方面，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識依次構(gòu)建臺階、坡道、微地形、構(gòu)筑物和實體空間等手工模型。二是開展虛擬仿真技術(shù)教學(xué)。要求學(xué)生建立電子計算機(jī)3D模型，并轉(zhuǎn)化為MVC等三維空間可視格式，結(jié)合Pico NEO3影像投影儀（VR眼鏡）進(jìn)行沉浸式、交互式觀察學(xué)習(xí)，實現(xiàn)設(shè)計方案的三維空間真實表達(dá)，實現(xiàn)在室內(nèi)即可感知室外空間。三是建立虛擬仿真技術(shù)與二維設(shè)計方案的相互反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。曾峻峰等^[6]通過虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行真實的環(huán)境體驗，探索豎向設(shè)計有待改進(jìn)的區(qū)域，對二維設(shè)計方案進(jìn)行多輪校正，形成具有實用性的3D模型，實現(xiàn)可視化。四是強(qiáng)化對前沿知識與現(xiàn)實應(yīng)用相結(jié)合的認(rèn)知能力。邀請具有豐富豎向設(shè)計經(jīng)驗的專家開展專題講座，重點講解豎向設(shè)計方法在海綿城市、雨洪管理和生態(tài)修復(fù)等熱門領(lǐng)域中的應(yīng)用，為學(xué)生創(chuàng)造與實際工程項目專家近距離接觸交流的機(jī)會，實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實際應(yīng)用的有效銜接。

3.2.3 融合理論與實踐的考評機(jī)制 優(yōu)化課程考評機(jī)制，增加實踐課考評因子。王茹^[7]在教學(xué)的各個階段提升實踐操作所占的評分比例，以綜合能力的提升來評判學(xué)生的課程分?jǐn)?shù)?？荚u機(jī)制綜合考慮學(xué)生的平時成績、二維圖紙表達(dá)能力和實踐操作水平，按照10％、30％和60％的比例進(jìn)行分配。（1）平時成績。滿分10分，包含考勤和自主參與度兩個部分，考勤合格且自主參與度高的學(xué)生方可獲得9分及以上的優(yōu)秀分?jǐn)?shù)。（2）二維圖紙表達(dá)。滿分30分，重點關(guān)注兩個層面：一是對平面、立體及剖面的正確表達(dá)，以及整體的圖面效果，占比30%；二是關(guān)注學(xué)生對土方量計算、排水坡度處理、建（構(gòu)）筑物內(nèi)外高差以及軟硬質(zhì)鋪裝高差表達(dá)等工程規(guī)范性內(nèi)容的嚴(yán)謹(jǐn)表達(dá)，占比70%。（3）實踐操作。滿分60分，包含學(xué)生的實體與虛擬模型制作成果，要求學(xué)生從室內(nèi)外臺階、小坡道和散水等單一要素的模型制作層層深入至地形、橋梁、廣場和道路等中尺度場景的設(shè)計，最終獨(dú)立實現(xiàn)不小于2 000 m²的綜合性設(shè)計。各類中小尺度的模型制作加權(quán)平均分占比30%，不小于2 000 m²的綜合性設(shè)計要求以小組合作形式建成VR可視化三維模型，通過小組相互打分和教師打分得出綜合成績，占比70%。陳磊等^[9]研究指出，考評方式的改革，增加了對課堂互動、實體模型制作和虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用等環(huán)節(jié)的要求，有利于提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

3.3 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

教學(xué)內(nèi)容按照“感知與問題提出、理論與方法教授、豎向設(shè)計應(yīng)用（一）、專家講座以及豎向設(shè)計應(yīng)用（二）”5個步驟設(shè)計，循序漸進(jìn)，實現(xiàn)理論課與實驗課穿插設(shè)置。參考李君等^[10]、趙明權(quán)^[11]的教學(xué)改革成果，在教學(xué)過程中將虛擬課堂、VR等新技術(shù)融入課堂，創(chuàng)新教學(xué)體系與方法，鍛煉學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。

3.3.1 感知與問題提出 該部分重點培養(yǎng)學(xué)生提出問題的能力。設(shè)置緒論2個學(xué)時，其中1學(xué)時將課堂由教室轉(zhuǎn)向校園場地，教師帶領(lǐng)學(xué)生去地形變化豐富的校園各處開展實地講解，感知現(xiàn)實場地中的豎向變化；另1學(xué)時要求學(xué)生結(jié)合所觀察的內(nèi)容，與教師討論擬解決的關(guān)鍵問題。

3.3.2 理論與方法教授 該部分設(shè)置10個學(xué)時，主要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。按照所形成的關(guān)鍵問題將學(xué)生分為興趣小組，通過教材、圖書館資源、電腦、手機(jī)App和講座等形式自主獲取課程基礎(chǔ)知識，以及與園林設(shè)計要素有關(guān)的知識點，然后匯報成果，教師引導(dǎo)并將知識點錄制成視頻，以供學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)。

3.3.3 豎向設(shè)計應(yīng)用（一） 此部分主要目的在于提升學(xué)生的動手操作能力。設(shè)置小場景測繪與建模4個實驗學(xué)時，要求學(xué)生選取校園內(nèi)變化豐富的橋梁、坡道、地形、室內(nèi)外高差和排水口等豎向設(shè)施，根據(jù)理論課所學(xué)知識繪制二維圖紙，并根據(jù)圖紙制作手工模型，推敲二維圖紙與三維模型的空間關(guān)系。

3.3.4 專家講座 此部分主要創(chuàng)造學(xué)生與實際項目近距離接觸的機(jī)會。邀請專家開展4個學(xué)時的專題講座，重點講解豎向設(shè)計實踐操作案例與前沿知識，設(shè)置互動環(huán)節(jié)，拓展學(xué)生視野。

3.3.5 豎向設(shè)計應(yīng)用（二） 此部分重點在于全面提升學(xué)生綜合能力。共12個學(xué)時，引入虛擬仿真技術(shù)，要求各興趣小組自行選取場地，開展調(diào)研—設(shè)計—繪圖—建模全過程學(xué)習(xí)，并將模型轉(zhuǎn)為VR可視化格式，小組內(nèi)部和組與組之間利用VR眼鏡相互體驗真實場景，并提出優(yōu)化意見；各組根據(jù)意見調(diào)整設(shè)計方案，將設(shè)計成果轉(zhuǎn)化為實景體驗，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)不足并及時調(diào)整，實現(xiàn)豎向設(shè)計二維圖紙與實際場地的基本吻合。

綜上，本文基于園林專業(yè)豎向設(shè)計課程設(shè)置的特點，以園林專業(yè)豎向設(shè)計課程為研究對象，提出融入PBL理念、虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)改革方式，基于鍛煉學(xué)生自主思維、注重實踐操作的專業(yè)型人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對理論課與實驗課分別進(jìn)行了明確教學(xué)目的、豐富教學(xué)方式和優(yōu)化考評機(jī)制的教學(xué)改革。目的在于全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，完善規(guī)劃設(shè)計類豎向設(shè)計課程的教學(xué)體系。

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（責(zé)任編輯：楊歡）

基金項目仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院高等教育教學(xué)改革項目（ZG2023043）。

作者簡介王國今（1992—），男，陜西西安人，碩士，助教，工程師，從事風(fēng)景園林與生態(tài)修復(fù)工作。