打造智能信息化的虚拟仿真式金课

    张同钰

    

    摘? 要 探讨虚拟仿真技术与信息化教学的深度融合机制，提出虚拟仿真式金课的建设原则，采用建筑工程3D仿真平台、VR/AR虚拟现实系统和信息化建筑模型三种载体进行教学，最后以高职土建课程建筑施工技术为例，展示智能教育在课程中的应用情况，凝练虚拟仿真式金课建设模式。

    关键词 金课;建筑施工技术;精品课程;建筑工程3D仿真平台;虚拟仿真

    中图分类号：TP391.9? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）02-0014-03

    Building Virtual Simulation Golden Course of Intelligent Infor-matization： Taking Construction Technology as Example//ZHANGTongyu

    Abstract This paper discusses the deep integration mechanism of?virtual simulation technology and information-based teaching， puts forward the construction principle of virtual simulation golden course，and uses three carriers of construction engineering 3D simulation platform， VR / AR virtual reality system and BIM for teaching. Finally，taking the Construction Technology as an example， it shows the appli-cation of intelligent education in the course. Refine the construction mode of virtual simulation golden course.

    Key words golden course; construction technology; excellent courses;?construction engineering 3D simulation platform; virtual simulation

    1 前言

    近年來，由于不合理的教学评价，一些高校存在水课逆向淘汰金课的不正常现象。水课就是低阶性、陈旧性的课，是教师不用心上的课。金课是指有深度、有难度、有挑战度的课。教育部部长陈宝生表示，要提升大学生的学业挑战度，合理增加大学课程难度、拓展课程深度、扩大课程的可选择性，激发学生的学习动力和专业志趣，真正把水课变成金课[1-2]。

    2 虚拟仿真课程的意义及现状

    当下，我国准备实施一流课程的“双万”计划，即建设一万门国家级一流线上线下的精品课程（国家金课）并打造一万门省部级一流线上线下的精品课程（地方高校金课）。这两万门金课的体现形式大致可归纳为五种类型：线下金课、线上金课、线上线下混合式金课、虚拟仿真金课和社会实践金课[1]。

    虚拟仿真金课是“互联网+教育”之后的“智能+教育”新形式，是依托于电子技术革新的新型教育生产力，是虚拟现实技术（将计算机技术、多媒体技术、人机交互技术、传感技术及人工智能等综合起来，使用户在虚拟环境中进行各种活动，获得身临其境的感受[3]）与教育教学深度融合的成果。虚拟仿真技术解决了诸如高职土建类专业职业能力课程中的平面难体现、建设周期长、危险性较大、材料消耗多等诸多困难[4]，能够在虚拟环境中极大程度地还原工程场景和生产过程，在短时间之内可从多维度展现工程项目的建设情况，实现低成本、全天候、多层次教学，弥补现实教学环境不足的短板，同时可通过采集的数据建立一套完善的测评体系，确保课程的教学效果。

    3 高职虚拟仿真式金课建设原则

    高职院校的金课要体现“能工作、体系化、有动力”三个特征，同时课程建设要遵循学生职业成长规律、教育规律和学习规律。课堂教学呈现形式主要是任务引领和行动导向的“做中学”“做中教”“做中听”“做中看”“做中论”[5]。

    目前，各种类型的虚拟仿真系统在大多数高职院校土建类专业进行了应用，取得一定的效果，但具体如何使用虚拟仿真系统进行教学，尚未形成较为完善的模式，导致某些课程教学效果仍良莠不齐：有的课程完全依赖系统对学生进行填鸭式训练，忽略了教师的主观能动性，把教学完全交给了计算机;有的课程虽使用虚拟仿真系统教学，但不去对学生的训练结果进行评测，更不进行诊断和改进;还有的课程只是对仿真系统进行简单操作，采用少量课时作为补充和拓展训练，没有将课程融入其中。这些课程虽然都使用了虚拟仿真系统进行教学，但是仍然属于水课之列，难以被称为金课。因此，在建设过程中需把握以下几个原则。

    虚拟仿真与专业课程的深度融合? 虚拟仿真式金课不是简单的课程移植，而是要根据工程建设规律和教学规律由浅入深地设置问题或工作任务，并通过各种奖励机制激发学生层层深入的兴趣点，使其在虚拟的场景中获得成就感，从而达到掌握知识点及职业技能。虚拟仿真课程应这样进行设计：创建虚拟环境，以问题导向或任务驱动的方式引导学生在虚拟环境中自行探索解决问题的途径或完成任务的方式，然后对学生的探索结果进行深化讨论与纠偏验证，再次进入仿真操作解决实际问题或完成学习任务，总结、评价并给出建议，对尚未达到要求的部分进行补足讲解。

    虚拟仿真与现实资源的同步建设? 虚拟仿真系统能解决大部分土建专业中的实验课、实训课和理实一体化课程“做”的问题，但是终究是辅助手段，不能取代全部的教学。在金课建设中，教师的教学能力、课程配套资源、现实实验实训基地都是至关重要的建设内容，让学生通过虚拟环境中的训练以提升现实的职业技能，才是虚实结合的真正含义。

    虚拟仿真与数据平台的监控分析? 虚拟仿真系统可以创造出一个模拟现实的情境，但教师不能把学生丢在这个情境中任其自由发挥，在教学过程中和训练完成后需要加强对学生训练的监控，及时做好数据的采集与分析，跟进学生的发展情况，根据反馈信息进行诊断与改进，针对有问题的部分进行补足讲解，使得课程建设更加完善。

    4 虚拟仿真式金课的建设内容

    高职土建类专业课程建设应从职业岗位能力需求和专业人才培养方案出发，分析专业学生特点、课程特点和现有虚拟仿真系统的特点，充分参考金课的多种形式并进行本地化改造。建设虚拟仿真式金课主要是做到以下四点。

    课程资源建设? 课程资源建设需经过严格的市场社会调研，并根据技术的改变逐年更新，包括专业人才培养方案、课程方案、课程标准、精品教材、数字化平台、媒体资源等都是需要的建设内容[6]，而最為重要的就是所在学院具备虚拟仿真系统的教学环境并可服务于相关课程教学。

    教师教学能力建设? 无论怎样先进的课程模式，最终都要通过教师在课堂教学中实现。教师是打造金课关键性因素，这就需要教师进行长期、系统、持续的培训，尤其应充分掌握虚拟仿真系统及相关信息化资源使用方法，具备课堂创新性设计的能力。

    课堂教学设计建设? 虚拟仿真技术的引入需要对教学类型、教学手段、教学方法、教学空间进行形态转换，因此必须做好每节课的课堂教学设计，让虚拟仿真系统真正参与教学，成为达到教学目的的一个不可或缺的教学手段和环境。

    学生能力测评体系建设? 课程的建设成果最终落实在课堂本身，最终受益者是学生。建立科学的学生能力测评模型，测评课程的教学效果，是诊断和改进应用型高职院校金课的需要。

    5 虚拟仿真式金课的体现形式

    现阶段高职土建类建筑施工技术虚拟仿真式课堂可采用下面三种载体来体现。

    建筑工程3D仿真平台? 通过一套强大的平台和资源库可以调用多个工程案例及生产过程，实现全方位漫游、观察建筑细节，也可以通过三维动画的形式全过程呈现各个施工的工艺与步骤，还能够通过评测系统去评价学生对知识点是否已经掌握。学生在跟随操作中获得相应知识，提高学习兴趣和学习效率。

    VR/AR虚拟现实系统? 运用VR/AR设备配套眼镜或蛋椅等设备可以体验生产环境中的种种情况，强大的现实功能可以实现身临其境的感觉并达到人机交互，模拟程度很高，同时也很依赖设备和软件的精细程度。

    信息化模型制作? 建筑模型制作课堂通过让学生自己设计或参与某部分工程模型的制作过程，可以考核学生对施工技术规范要点的理解程度和对现场观察的细致程度，是变被动接受学习为主动思考研究的过程。

    这三种形式各有利弊，可以根据课程内容选择最适合的课堂载体并充分准备。工艺较为复杂的（如泥浆护壁成孔灌注桩工程）可以选用3D仿真平台从多维度进行观察，可以看清每一个步骤的原理和处理方式;工艺简单而危险性较大的内容（如钢结构安装工程）可以选择VR/AR虚拟现实软件进行体验，感受工程事故后果的严重性和安全的重要性;而对细节要求较多的内容（如脚手架工程）可以让学生自行制作建筑模型，培养其思维力和创造力。

    6 虚拟仿真式课程设计实例

    本文以笔者所在学校建筑施工技术课程主体分部工程中的施工技术（1课时）为例进行介绍。

    1）教学模式。根据PDCA循环（准备—执行—检验—评价）教学模式进行课堂设计，采用先做后讲、以做代学的方式，落实“做”的环节，激发学生的自行研究兴趣，实现“做中学”“做中教”“做中思”“做中论”，让学生充分发挥自己的想象力和创造性，然后对其进行规范化检测和评价，指导其改进。在课堂中反复进行PDCA循环螺旋上升，持续改进。

    2）教学内容。每节课设计可以覆盖知识点和能力点的任务和问题。

    3）教学方法：任务驱动法。

    4）教学载体：建筑工程3D仿真平台及测评系统。

    5）教学资源：微课视频、行业标准规范、建筑工程3D虚拟仿真平台、教学课件、《建造师》考试真题、现场图片。

    6）课堂教学设计。

    ①课前。教师进行学情分析，发布课堂任务，并上传课程相关资源，学生在理解了任务之后自行做知识准备及材料准备并进行组织分工。

    ②课中。学生可以分施工组或独立完成课堂任务，这个过程将课前研习的理论知识运用到实际工程中去，在没有教师的指导之下进行发挥，巩固自我的同时达到学以致用。任务完成后进行组内自评和小组互评，由教师验收并进行补充说明，将评价结果反馈给学生，让其自我反思和主动改进。如此进行两次循环，让学生的知识掌握更牢固。

    ③课后。教师安排课后作业并轮流选定学生助教进行测评，对问题明显的地方进行诊断并持续改进。

    7）教学评价。课程教学评价标准如表1所示。

    8）教学效果。学生完成任务情况会由虚拟仿真系统自动生成报告，通过后台管理系统反馈到学生端，学生根据报告进行自检，返回虚拟平台进行纠偏改正。教师根据学生的完成情况进行知识点和技能点的重新整合，指导学生进行纠偏和改正，经过学生自查并纠偏之后，选取具有代表性的学生报告进行评价。

    通过教学活动，发现先做后讲的方式可以根据学生的任务完成情况随时调整教学重难点，做到以学生为中心，提高教学效率。同时，学生相较于传统教学模式更容易接受新知识，也由被动的学习方式变为主动研习，增强了学习主动性和学习兴趣。

    7 结语

    金课并不是遥不可及，只要能够做到有深度、有广度，使学生学有所得，受到学生的欢迎与认可，就是金课。土建类专业课程的特点很适用于虚拟仿真系统式的体现形式。以建筑施工技术课程为例，从课程配套资源建设、教师教学能力建设、课堂教学设计建设和教学评价系统建设着手，采用建筑工程3D仿真软件、VR/AR虚拟现实系统、信息建筑模型制作等手段，并依据学生的接受程度来进行设计和改进，就可以建设成一门虚拟仿真式金课。同类型课程可以参考此模式进行建设，并推广到相关专业的课程中，创建金课品牌效应。

    参考文献

    [1]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

    [2]陆国栋.治理“水课” 打造“金课”[J].中国大学教学，2018（9）：23-25.

    [3]徐军，安宝航.军事训练中的虚拟现实技术现状及启示[J].产业与科技论坛，2015（1）：51-52.

    [4]焦红茹，谢春梅.虚拟仿真实训基地在高职教育中的应用探析[J].热带农业工程，2017，41（3）：77-80.

    [5]张新启.打造高职“金课”的理念与举措[J].中国职业技术教育，2019（2）：8-10.

    [6]高为将，李振陆，戴金平.高职院校创建共享型专业教学资源库的构想：以种植类专业为个案[J].江苏广播电视大学学报，2010，21（4）：33-35.