現代信息技術水平的迅猛發展催生了諸多新興技術,這些技術并被應用于日常生活的各個領域,虛擬仿真技術便是當前一種十分先進的技術手段,被廣泛應用于工業制造、醫療、航空航天等多個行業。虛擬仿真技術在職業教育領域的應用正在成為一種熱門趨勢,學校利用該技術構建了更加直觀、生動的教學平臺,為學生提供沉浸式學習環境,使學生更好地理解抽象的知識點。對建筑設計領域及其相關專業而言,構建基于虛擬仿真技術的教學平臺不僅有助于提高教學質量,還有助于增強學生的實踐能力和創新能力。
當前建筑行業對工作人員實踐經驗的依賴度較高,因此建筑設計及相關專業的教學十分重視學生實踐能力的培養,但若學生直接參與建筑工程項目的現場施工,安全風險現對較大,而學校建設實體實驗室也并不可行,不僅資金投入需求巨大,且設備更新換代較快,長期來看并不經濟。基于此,利用虛擬仿真技術構建一個能夠提供豐富實踐機會的教學平臺成為了一種高度可行的方案,很多學校只需最開始一次性完成大部分投資,建設一個虛擬仿真實訓教學平臺,后續便可通過簡單的維護升級實現持續運行,學生可借助虛擬仿真平臺,在保證安全的前提下熟悉各種工況及其實際操作流程。
目前高校構建基于虛擬仿真技術的建筑實訓教學平臺主要分為以下三個步驟。
第一,設計平臺架構。該實訓教學平臺主要由前端展示層、業務邏輯層和數據管理層構成。其中前端展示層將用戶與平臺連接起來,通過交互界面設計為用戶提供交互體驗。要想體驗良好,交互界面的設計就應具備直觀性、互動性及自適應性等特性,便于教師、學生快速上手,支持鍵盤、鼠標及觸摸屏、VR設備等多種互動工具,并適應手機、電腦、平板等不同終端設備,以滿足不同用戶的使用需求。業務邏輯層是平臺的核心功能,將前端展示層與數據管理層連接,為用戶提供具體的功能模塊及相應的工具與服務,如建筑設計、結構分析、施工管理等模塊,以滿足不同的教學任務需求。數據管理層用于存儲并管理平臺上所有的信息數據,包括模型資源庫、案例資料庫、用戶信息庫等,其收錄了大量建筑構建、材質紋理、光影效果等三維模型文件,以及來自國內外的優秀建筑案例,為教師與學生學習提供了參考資料;用戶信息庫則可用于個性化學習路徑規劃和資源推薦服務支持,同時用戶信息庫也能為平臺管理、眾多登錄角色的功能權限控制提供支持,可有效保障平臺的信息數據安全,并提升平臺的易用性與管理效率。
第二,開發功能模塊。設計好平臺架構后,需要開發具體的功能模塊,這些模塊應與教學任務高度適配,可幫助學生掌握相關知識。如建筑設計模塊,集成GIS技術、BIM技術等多種技術,可提供從概念構思到詳細設計的完整流程。學生可在虛擬環境中觀察系統提供的真實地形地貌數據,并綜合考慮成本運算、區域未來發展規劃等多種因素選擇合適的工程項目建設地點,并利用參數化建模工具設計建筑結構與空間布局,再通過內置材料數據庫選取合適的建筑材料,最終由專家模擬評審抉擇出最優設計方案。結構計算模塊可為學生提供全面的力學分析工具,幫助學生深入了解建筑結構設計原理。這一模塊通常內置多種常用結構類型,如框架結構、剪力墻結構,提供力學分析工具,指導學生如何正確設置建筑荷載、繪制建筑剪力圖與彎矩圖等,以加強學生對建筑結構設計原理的理解。施工模擬模塊則允許用戶按照真實施工順序逐步完成各個工序的操作演練,用于教學時,系統可通過動畫的形式,向學生虛擬展示不同施工步驟的具體操作方法。學生可以學習如何制定施工計劃,為不同任務合理分配時間和人力、資金等資源,以有效增加學生的實踐經驗。另外平臺還設有專門的安全管理模塊,向學生傳授常見事故的預防措施及應急響應策略,并通過打造沉浸式虛擬環境,讓學生通過演練正確掌握事故處理方法。
第三,平臺部署與推廣。平臺建設完成后,學校需要正式上線運行該平臺,并將其推廣給更多高校師生及社會企業使用,以不斷吸收行業意見,完善平臺功能設計,使其更貼合實踐教學需求。首先高校在上線該平臺前,應通過增加光纖電纜鋪設、購入新設備等方式,為虛擬仿真建筑實訓教學提供可靠的技術支持。高校還應為教師、學生等提供培訓,幫助其盡快熟悉平臺的各項功能和具體操作流程。其次,平臺上線后,建筑專業教師應根據具體教學目標,合理安排實訓教學課程,并靈活調整教學內容難度,確保學生對理論與實踐知識都掌握到位,并幫助每位學生都能找到適合自己的學習路徑與資源,從而充分激發學生的學習興趣,培養其實際問題解決能力。另外高校還可與社會企業合作,允許建筑企業進入平臺,為企業提供員工培訓和新產品、新技術測試等工作,這樣不僅能提升校企合作親密度,為學生提供更多參與建筑工程項目的渠道與機會,也能為高校聽取用戶反饋,對平臺進行更新迭代提供參考,如此也可降低學校在后續維護升級方面的資金壓力,實現資源利用率最大化。
總之,基于虛擬仿真技術搭建的建筑實訓教學平臺作用凸顯,通過設計平臺架構、開發功能模塊、推廣平臺應用等步驟,該實訓平臺可以在現有建筑專業教育領域實現價值最大化。未來隨著更多技術的逐漸完善,基于虛擬仿真技術的建筑實訓教學平臺必將為建筑領域的可持續發展注入更多活力,推動行業發展真正實現轉型升級。(作者周維系渭南師范學院教育科學學院講師)
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