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新工科下虚拟仿真技术在工程造价课程的应用分析

2021-10-07 118 上传者：管理员

摘要：以工程造价专业课程为例,利用虚拟仿真实训平台、虚拟仿真3D动画来模拟施工过程和三维建筑空间,将理论与实践环节相结合,线上与线下教学相结合,提高了教学质量,实现了教学目标,也有利于新工科背景下工程造价新型复合人才的培养模式的研究。

关键词：
工程造价课程
教学方式
教学质量
新工科
虚拟仿真技术
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1、新工科的内涵

新工科被认为是我国工程教育的新革命，其内涵较为丰富，教育部高等教育司《关于开展新工科研究与实践的通知》中指出，新工科研究和实践围绕工程教育改革的工程教育新理念、学科专业新结构、人才培养新模式、教育教学新质量、分类发展新体系开展。可以将新工科中的“新”理解为在传统工科的基础上融入新的理念，培育新的专业，调整新的结构，发展新的模式，利用新的技术以及建立新的体系，从而形成“工科+”的新形态。

在“工科+”和“新经济”背景形式下，建筑类企业的核心竞争力越来越体现在“智能建造”“BIM技术”“CIM技术”上，以BIM技术和虚拟仿真技术等技术手段为载体，在传统技术上加载物联网、云计算、大数据等新兴科技技术进行创新应用。所以社会对人才的能力需求和工程教育标准都提出了新的要求，对于高校来说，积极探索具有核心竞争力人才的培养创新和教学改革刻不容缓。

2、工科与新技术的融合——以工程造价专业课程为例

工程造价专业的课程体系分为公共基础课程、专业基础课程、专业方向课程、专业选修课程以及集中实践环节。由于实习经费和实习安全等因素，去建筑现场实践的课时受限，所占比重太轻，从而导致房屋建筑学、建筑工程施工技术、建筑工程计量与计价等专业课程的教学效果相对较差。在长期的教学过程当中，学生始终是被动填鸭式的学习，学生学习的主观能动性和积极性低。同时，随着BIM技术、虚拟仿真技术在建筑行业深度广泛应用，在项目实践过程中急需懂得新技术的复合型人才。

房屋建筑学作为基础专业课程，内容包括建筑设计和建筑构造两部分，体现了建筑从总体到细部，从平面到空间的全过程。但作为基础性专业课，学生在学习该门课程之前只接触了建筑材料和工程识图等课程，缺乏实践认知，对大部分建筑构件没有具体的认识，空间想象力不足，很难直观感受建筑空间结构，一旦理解不透，便会对课程失去兴趣，从而降低教学效果[1]。

建筑工程施工技术是施工类核心专业课程，此类课程涉及大量的知识内容且具有极强的实践性，内容较抽象，需要理论与实践紧密配合。该课程的教学目标是通过课堂教学，使得学生具备工程施工基本能力和动手能力。但由于受实践时间与实践场地的影响，学生很难通过参观几次施工现场达到对施工技术理论知识的全部掌握和认知。因此在教学过程中如何帮助学生深入理解抽象的施工技术、组织施工实践也成为教师们最为关心和重视的一大问题。

虚拟仿真技术是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统，综合了计算机图形学、通信、可视化、系统仿真等技术，使学生能够直观地感受建筑空间结构，弥补空间想象力不足的问题。虚拟仿真技术在教育、交通、动力、化工、制造、医学、农业、工业、社会科学等各行各业都得到了广泛的应用和发展。目前，已经有一些高校对虚拟仿真实验教学平台的建设与应用进行了有效探索，例如，南华大学2013年建立了仿真实验平台，为房屋建筑学、建筑施工技术、岩土工程、道路与桥梁工程、工程造价专业类课程提供仿真实验[2];同济大学2014年年底获批成立“国家级建筑规划景观虚拟仿真实验教学中心”,依托自身的优势实验教学资源，按照已制定的实验教学建设框架，建设了一批高校在线实验教学的虚拟仿真实验模块[3]。

3、虚拟仿真技术在课程教学中的实际应用

3.1基于3D虚拟仿真动画的翻转课堂教学

虚拟仿真技术在房屋建筑学课程中的应用主要体现在将施工过程虚拟模拟，将各个建筑构造节点形成3D动画素材，让学生通过在“真实”的环境中感受和认知房屋建筑各个组成部分，激发学生的学习主动性，提升师生双方的成就感和获得感[4]。

房屋建筑学课程内容综合性强，要从总体到细部来分析整个建筑空间，例如，砌体墙章节中的填充墙、圈梁、构造柱、明沟和散水等构件，因其教具不方便制作和携带，部分构件属于隐蔽工程，也无法在现实生活环境中观察。教师在讲授这些构件的构造原理时，学生认知较困难。所以，在教学过程中引入虚拟仿真技术，形成各个房屋构造节点的3D虚拟仿真视频，教学知识点节点见表1,带给学生更加生动形象的认知体验，帮助学生感受建筑空间，为课堂增添乐趣，激发学生的学习兴趣。例如，基础这一章节的传统教学以讲授书本、辅加多媒体图片、构件实物图片或视频展示的形式教学，学生记忆不深刻，理解不透彻，对几种基础的形式和适用条件认识不清。但是基于虚拟仿真技术的3D仿真动画，可以将基础的样式、基础的适用范围、基础的施工等内容形象的展示出来，加深了学生的认知体验，让学生很容易地明白构件彼此之间的关联，比如柱、梁、板之间是怎样连接的。对于没有实践认知和专业基础刚入门的学生是非常有帮助的。

教师课前将节点动画作为线上教学任务布置给学生，学生课下以小组的形式进行观看，并搜集与知识点相关资料，自主学习，形成小组汇报材料，在课堂上进行翻转课堂演示。教师在课堂上不再占用太多课堂时间来讲授，课堂变成教学互动的场所，进行知识扩展、答疑解惑、合作探究，将知识“吸收内化”,从而达到更好的教学效果。教师在整个教学过程中，只起辅助引导作用，学生才是主体。

3.2基于虚拟仿真实训平台的线上线下混合教学

虚拟仿真技术在建筑施工技术课程中的应用主要体现在运用虚拟仿真实训平台，实现线上与线下混合教学模式，将理论与实践相融合，从而提高学生的学习效果和学习兴趣。

建筑施工技术主要讲授内容包括施工技术的基础理论、基本知识、基本施工方法，还有施工技术方面的新工艺、新材料和新方法。理论内容较抽象，课程实践性强。往往在该门课程结束后，有1周～2周的现场实践环节。但由于理论讲解与实践环节时间节点相分离，导致学生在现场实践时已经淡化了理论知识，不利于知识目标的达成。所以，在教学环节中引入虚拟仿真技术，通过虚拟仿真实训平台来完成理论与实践的相互结合。

虚拟仿真实训平台依据施工现场真实技术交底编写过程，让学生充分了解掌握整个施工过程准备工作和操作流程。教师利用线下课堂讲授理论知识，每章节结束后，在虚拟仿真平台上发布线上任务，例如土方工程任务、地基处理与桩基工程任务、砌筑工程任务等。学生在完成任务时，就像打游戏闯关一样，需要一步步选择流程、选择工种、选择机具和材料，就像自己身处建筑施工现场一样，通过人机互动教学，激发了学生的学习兴趣，巩固了课堂学的理论知识，同时也将与本课程相关联的知识做到了融会贯通，有利于学生知识目标、能力目标和综合目标的达成。同时，教师也可以将线上的实践环节作为多样化考核方式之一，检验学生课堂的学习和掌握程度，利用后台大数据进行分析，实现精细化考评。

4、结语

利用虚拟仿真技术不但可以解决课程教学中存在的问题，同时也可以为高校解决传统实验教学资源分配不足、实验场地受限、实验教学手段单一、实验器材维护费时费力、实验内容固定难以拓展等一系列问题[5]。在工程造价专业课程中引入虚拟仿真技术，实现了线上与线下混合教学以及更多教学方式的创新改革，解决了课程教学瓶颈，增加了课堂的趣味性，提高了教学质量，实现了课程教学目标。同时，本文以工程造价专业课程为例，将BIM技术和虚拟仿真技术等现代化信息技术为手段，形成了“工科+新技术”的新工科形态，有利于新工科背景下的课程结构体系以及人才培养模式的改革与创新。

参考文献：

[1]陈传玺.基于BIM技术的房屋建筑学课程教学改革探索[J].课程教学反思，2016(33):67.

[2]董腾.仿真实验平台在房屋建筑学课程教学中的应用探索[J].创新创业理论研究与实践，2018,8(15):13-14.

[3]赵铭超.虚拟仿真实验教学的探索与实践[J].实验室研究与探索，2017,36(4):90-93.

[4]欧晓林.虚拟仿真在房屋建筑学中的应用[J].绿色科技，2016,8(16):227-228.

[5]王猛，崔钊玮，雷丽恒.新工科背景下高校BIM教育教学改革研究[J].山西建筑，2020,46(4):181-182.

文章来源：陈洁.新工科下虚拟仿真技术在工程造价课程的应用[J].山西建筑,2021,47(20):186-187