陳 潔

(大連理工大學(xué)城市學(xué)院，遼寧 大連 116600)

1 新工科的內(nèi)涵

新工科被認(rèn)為是我國(guó)工程教育的新革命，其內(nèi)涵較為豐富，教育部高等教育司《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》中指出，新工科研究和實(shí)踐圍繞工程教育改革的工程教育新理念、學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)新模式、教育教學(xué)新質(zhì)量、分類發(fā)展新體系開(kāi)展?？梢詫⑿鹿た浦械摹靶隆崩斫鉃樵趥鹘y(tǒng)工科的基礎(chǔ)上融入新的理念，培育新的專業(yè)，調(diào)整新的結(jié)構(gòu)，發(fā)展新的模式，利用新的技術(shù)以及建立新的體系，從而形成“工科+”的新形態(tài)。

在“工科+”和“新經(jīng)濟(jì)”背景形式下，建筑類企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力越來(lái)越體現(xiàn)在“智能建造”“BIM技術(shù)”“CIM技術(shù)”上，以BIM技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)等技術(shù)手段為載體，在傳統(tǒng)技術(shù)上加載物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興科技技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用。所以社會(huì)對(duì)人才的能力需求和工程教育標(biāo)準(zhǔn)都提出了新的要求，對(duì)于高校來(lái)說(shuō)，積極探索具有核心競(jìng)爭(zhēng)力人才的培養(yǎng)創(chuàng)新和教學(xué)改革刻不容緩。

2 工科與新技術(shù)的融合——以工程造價(jià)專業(yè)課程為例

工程造價(jià)專業(yè)的課程體系分為公共基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)方向課程、專業(yè)選修課程以及集中實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)和實(shí)習(xí)安全等因素，去建筑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的課時(shí)受限，所占比重太輕，從而導(dǎo)致房屋建筑學(xué)、建筑工程施工技術(shù)、建筑工程計(jì)量與計(jì)價(jià)等專業(yè)課程的教學(xué)效果相對(duì)較差。在長(zhǎng)期的教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，學(xué)生始終是被動(dòng)填鴨式的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和積極性低。同時(shí)，隨著BIM技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)在建筑行業(yè)深度廣泛應(yīng)用，在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中急需懂得新技術(shù)的復(fù)合型人才。

房屋建筑學(xué)作為基礎(chǔ)專業(yè)課程，內(nèi)容包括建筑設(shè)計(jì)和建筑構(gòu)造兩部分，體現(xiàn)了建筑從總體到細(xì)部，從平面到空間的全過(guò)程。但作為基礎(chǔ)性專業(yè)課，學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程之前只接觸了建筑材料和工程識(shí)圖等課程，缺乏實(shí)踐認(rèn)知，對(duì)大部分建筑構(gòu)件沒(méi)有具體的認(rèn)識(shí)，空間想象力不足，很難直觀感受建筑空間結(jié)構(gòu)，一旦理解不透，便會(huì)對(duì)課程失去興趣，從而降低教學(xué)效果[1]。

建筑工程施工技術(shù)是施工類核心專業(yè)課程，此類課程涉及大量的知識(shí)內(nèi)容且具有極強(qiáng)的實(shí)踐性，內(nèi)容較抽象，需要理論與實(shí)踐緊密配合。該課程的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)課堂教學(xué)，使得學(xué)生具備工程施工基本能力和動(dòng)手能力。但由于受實(shí)踐時(shí)間與實(shí)踐場(chǎng)地的影響，學(xué)生很難通過(guò)參觀幾次施工現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到對(duì)施工技術(shù)理論知識(shí)的全部掌握和認(rèn)知。因此在教學(xué)過(guò)程中如何幫助學(xué)生深入理解抽象的施工技術(shù)、組織施工實(shí)踐也成為教師們最為關(guān)心和重視的一大問(wèn)題。

虛擬仿真技術(shù)是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、通信、可視化、系統(tǒng)仿真等技術(shù)，使學(xué)生能夠直觀地感受建筑空間結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)空間想象力不足的問(wèn)題。虛擬仿真技術(shù)在教育、交通、動(dòng)力、化工、制造、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、社會(huì)科學(xué)等各行各業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。目前，已經(jīng)有一些高校對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用進(jìn)行了有效探索，例如，南華大學(xué)2013年建立了仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為房屋建筑學(xué)、建筑施工技術(shù)、巖土工程、道路與橋梁工程、工程造價(jià)專業(yè)類課程提供仿真實(shí)驗(yàn)[2]；同濟(jì)大學(xué)2014年年底獲批成立“國(guó)家級(jí)建筑規(guī)劃景觀虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”,依托自身的優(yōu)勢(shì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，按照已制定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)框架，建設(shè)了一批高校在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K[3]。

3 虛擬仿真技術(shù)在課程教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 基于3D虛擬仿真動(dòng)畫的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

虛擬仿真技術(shù)在房屋建筑學(xué)課程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在將施工過(guò)程虛擬模擬，將各個(gè)建筑構(gòu)造節(jié)點(diǎn)形成3D動(dòng)畫素材，讓學(xué)生通過(guò)在“真實(shí)”的環(huán)境中感受和認(rèn)知房屋建筑各個(gè)組成部分，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提升師生雙方的成就感和獲得感[4]。

房屋建筑學(xué)課程內(nèi)容綜合性強(qiáng)，要從總體到細(xì)部來(lái)分析整個(gè)建筑空間，例如，砌體墻章節(jié)中的填充墻、圈梁、構(gòu)造柱、明溝和散水等構(gòu)件，因其教具不方便制作和攜帶，部分構(gòu)件屬于隱蔽工程，也無(wú)法在現(xiàn)實(shí)生活環(huán)境中觀察。教師在講授這些構(gòu)件的構(gòu)造原理時(shí)，學(xué)生認(rèn)知較困難。所以，在教學(xué)過(guò)程中引入虛擬仿真技術(shù)，形成各個(gè)房屋構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的3D虛擬仿真視頻，教學(xué)知識(shí)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)見(jiàn)表1，帶給學(xué)生更加生動(dòng)形象的認(rèn)知體驗(yàn)，幫助學(xué)生感受建筑空間，為課堂增添樂(lè)趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，基礎(chǔ)這一章節(jié)的傳統(tǒng)教學(xué)以講授書本、輔加多媒體圖片、構(gòu)件實(shí)物圖片或視頻展示的形式教學(xué)，學(xué)生記憶不深刻，理解不透徹，對(duì)幾種基礎(chǔ)的形式和適用條件認(rèn)識(shí)不清。但是基于虛擬仿真技術(shù)的3D仿真動(dòng)畫，可以將基礎(chǔ)的樣式、基礎(chǔ)的適用范圍、基礎(chǔ)的施工等內(nèi)容形象的展示出來(lái)，加深了學(xué)生的認(rèn)知體驗(yàn)，讓學(xué)生很容易地明白構(gòu)件彼此之間的關(guān)聯(lián)，比如柱、梁、板之間是怎樣連接的。對(duì)于沒(méi)有實(shí)踐認(rèn)知和專業(yè)基礎(chǔ)剛?cè)腴T的學(xué)生是非常有幫助的。

表1 基于虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)

教師課前將節(jié)點(diǎn)動(dòng)畫作為線上教學(xué)任務(wù)布置給學(xué)生，學(xué)生課下以小組的形式進(jìn)行觀看，并搜集與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)資料，自主學(xué)習(xí)，形成小組匯報(bào)材料，在課堂上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂演示。教師在課堂上不再占用太多課堂時(shí)間來(lái)講授，課堂變成教學(xué)互動(dòng)的場(chǎng)所，進(jìn)行知識(shí)擴(kuò)展、答疑解惑、合作探究，將知識(shí)“吸收內(nèi)化”，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。教師在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，只起輔助引導(dǎo)作用，學(xué)生才是主體。

3.2 基于虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的線上線下混合教學(xué)

虛擬仿真技術(shù)在建筑施工技術(shù)課程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在運(yùn)用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線上與線下混合教學(xué)模式，將理論與實(shí)踐相融合，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)興趣。

建筑施工技術(shù)主要講授內(nèi)容包括施工技術(shù)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、基本施工方法，還有施工技術(shù)方面的新工藝、新材料和新方法。理論內(nèi)容較抽象，課程實(shí)踐性強(qiáng)。往往在該門課程結(jié)束后，有1周～2周的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。但由于理論講解與實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)間節(jié)點(diǎn)相分離，導(dǎo)致學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐時(shí)已經(jīng)淡化了理論知識(shí)，不利于知識(shí)目標(biāo)的達(dá)成。所以，在教學(xué)環(huán)節(jié)中引入虛擬仿真技術(shù)，通過(guò)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)來(lái)完成理論與實(shí)踐的相互結(jié)合。

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)技術(shù)交底編寫過(guò)程，讓學(xué)生充分了解掌握整個(gè)施工過(guò)程準(zhǔn)備工作和操作流程。教師利用線下課堂講授理論知識(shí)，每章節(jié)結(jié)束后，在虛擬仿真平臺(tái)上發(fā)布線上任務(wù)，例如土方工程任務(wù)、地基處理與樁基工程任務(wù)、砌筑工程任務(wù)等。學(xué)生在完成任務(wù)時(shí)，就像打游戲闖關(guān)一樣，需要一步步選擇流程、選擇工種、選擇機(jī)具和材料，就像自己身處建筑施工現(xiàn)場(chǎng)一樣，通過(guò)人機(jī)互動(dòng)教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固了課堂學(xué)的理論知識(shí)，同時(shí)也將與本課程相關(guān)聯(lián)的知識(shí)做到了融會(huì)貫通，有利于學(xué)生知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和綜合目標(biāo)的達(dá)成。同時(shí)，教師也可以將線上的實(shí)踐環(huán)節(jié)作為多樣化考核方式之一，檢驗(yàn)學(xué)生課堂的學(xué)習(xí)和掌握程度，利用后臺(tái)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化考評(píng)。

4 結(jié)語(yǔ)

利用虛擬仿真技術(shù)不但可以解決課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，同時(shí)也可以為高校解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源分配不足、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地受限、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段單一、實(shí)驗(yàn)器材維護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定難以拓展等一系列問(wèn)題[5]。在工程造價(jià)專業(yè)課程中引入虛擬仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了線上與線下混合教學(xué)以及更多教學(xué)方式的創(chuàng)新改革，解決了課程教學(xué)瓶頸，增加了課堂的趣味性，提高了教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo)。同時(shí)，本文以工程造價(jià)專業(yè)課程為例，將BIM技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)等現(xiàn)代化信息技術(shù)為手段，形成了“工科+新技術(shù)”的新工科形態(tài)，有利于新工科背景下的課程結(jié)構(gòu)體系以及人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新。