虚拟现实技术在智能建筑专业实践教学中的应用★

陈敏志　周俊勇　徐冯君（.浙江水利水电学院，浙江杭州　008；.浙江警官职业学院，浙江杭州　008；.浙江同济科技职业学院，浙江杭州　）



虚拟现实技术在智能建筑专业实践教学中的应用★

陈敏志1周俊勇2徐冯君3
（1.浙江水利水电学院，浙江杭州310018；2.浙江警官职业学院，浙江杭州310018；3.浙江同济科技职业学院，浙江杭州311231）

摘要：分析了智能建筑专业传统实践教学面临着与实际工程接触时间不够、实验设备昂贵和维修成本高、产品更新替代快的困境，阐述了智能建筑专业实践教学中引进虚拟现实技术的必要性，提出了基于虚拟现实技术的教学模式构建，介绍了虚拟现实技术在智能建筑专业实践教学中的应用成果，并对虚拟现实技术应用于开放的网络平台做了初步的设想。

关键词：虚拟现实技术，虚拟场景，虚拟实验室

1　虚拟现实技术

虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪80年代初崛起的一项技术，是一种由计算机生成的高技术模拟系统。随着现代教育技术的广泛应用，虚拟现实技术在高校教学中的应用得到了广泛的关注，虚拟仿真实验教学综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等技术，通过构建逼真的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果。本文将就开发和引用虚拟现实技术在智能建筑专业类课程的应用进行探讨。

2　智能建筑专业传统教学面临困境

1）专业涉及建筑工程结构范围广且复杂，大多数学生没有接触过建筑工程的实践，缺乏对建筑工程的真切感受和认知，因而在学习过程中缺乏对课程的学习兴趣和热情。

2）传统的教学模式课堂教学机械、沉闷，学生往往被动的学习并没接触过的对象，所以会产生一定的抵触心理。

3）弱电设备采用的新产品、新技术不断出现，有些产品或施工技术学生在校园很少接触，虽然教学过程中安排了一定的实践环节，但由于各方面限制也无法全面了解。

4）为提高学生的实践能力，专业设置了很多实验，实验面临的如实验材料成本高、实验仪器昂贵、实验仪器损坏维修成本高、设备更新频率高等诸多问题，都严重束缚了教学质量的提高。

因此，需要教师改变传统的教学方法和手段，结合现代教育技术，改进教学设计和教学手段，使学生既能掌握理论知识，又具有一定的实践能力。

3　基于虚拟现实技术的教学模式构建

虚拟现实技术虽然有很强的三维视觉效果，但是不可能完全代替传统的教学以及一些其他的多媒体技术手段。有效的教学模式应该是多种教学模式的结合，如理论教学与实践教学相结合、虚拟实验与真实实验相结合、教师主导与学生体验相结合等等［4］。

我们将学生的学习过程分为：认知实习→教学→实习三大块，但是传统的“认知实习”环节中教师无法领学生去各种类型的工程场地，教学过程尤其是实验环节里大量仪器损坏需要更新，实习过程中学生往往只能体验一种工程环境。

通过分析学习者的特征，根据智能建筑专业特性，我们设计了传统教学与“探究体验”结合的综合教学模式（如图1所示），让学习者在学习过程中，动手做实验，自己体验、发现、探索。

图1　传统教学与“探究体验”结合的综合教学模式

其中“仿真实习”和“仿真实验”都是在开放的学校网络平台上，学生利用课余时间完成，“虚拟五大员游戏通关”可以让学生自己先在网络上练习，再由老师统一安排考试，通关者可获得一定的学分或者证书等奖励。

4　虚拟现实技术在智能建筑专业的教学应用

虚拟现实教学利用计算机技术和其他虚拟现实硬件、软件模拟一个逼真的环境，通过参与者与“模拟环境”的交互作用来进行教学与学习，是一种双向交互式教与学的教学形式。该校通过开发或直接引用比较成熟的虚拟现实技术，在智能建筑专业虚拟场景的构建、虚拟实验和综合性网络实验平台三方面进行了有效的尝试。

4.1虚拟场景的构建

通过虚拟现实可构建一个与实物同样的虚拟智能建筑工程环境，它可以提供场景巨大的沉浸感，学生可以进入到工程的某个角落，对工程进行全面的了解，有助于激发积极的学习情绪和动机，增加学生对知识产生感性的认识。

4.2虚拟实验室

利用虚拟现实技术可以建立各种虚拟实验室，如安防工程设计、安防工程施工、综合布线、工程制图、设备维修与维护实验室。虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练［3］。例如“设备维修技能”“设备安装技能”等各种技能的训练。由于这些虚拟的实验无任何危险，学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。等操作熟练之后，再去接触真正的实验工具，如摄像机、钻孔机、报警器、焊接机、万用表等，学生就不会因为陌生而感到害怕或大量损坏这些工具。在“虚拟实验室”里，学生可以自主选择地做各种自己想做的实验，达到省时、省力、省钱、高效的实验效果［5］。

该校和公司联合开发了“虚拟警官安防演示系统”是以学校为模型的演示系统，学生可选择不同工程对象，分别对其进行视频监控系统设计、入侵报警系统设计和出入口控制系统设计。具体设计时，用户可以自主设置设备参数，直接在虚拟工程中添加摄像头、探测器、报警主机等设备，还可以直接敷设管线、计算管线长度等，这样的虚拟设计可以让学生沉浸在工程环境中，学生能考虑更多的实际情况，例如摄像机可模拟监控的角度，用户在虚拟场景中就可以直接判断有没有死角，从而判断自己设计的合理性。

4.3综合性网络实验平台

虚拟实验室如果能做成一个开放的网络平台，学生随时随地在宿舍就可以进入虚拟的智能建筑工程场景进行认知实习或做实验，可以大大提高实验教学的效果，提高学生的实践能力。

建成一个综合性的覆盖全专业的虚拟网络实验室是一件复杂的工程，前期可以对某门课程进行试点，再扩展到其他的课程，等各门课程虚拟实验建立完善后，可着手建立一个以岗位为依托的综合网络游戏平台，设置很多关卡，学生通过闯关的方式取得最后的胜利，进而取得一定的学分或者证书等等。

5　结语

虚拟实验室作为传统实验的替代品和辅助教学，优点是显而易见的，高效率、高自由度、低成本等优势必然会更广泛地应用到实践教学中来。随着Mooc时代的到来，常规式课堂教学受到很大的冲击［6］，将虚拟现实技术引入专业教学更成为一项亟待解决的任务，将虚拟技术与传统教学、网络教学紧密结合是一项长期而复杂的过程，需要团体合作努力、财政支持，还需要和多媒体公司有效合作。我们将继续推动信息技术与教育教学的进一步融合，摸索出更先进的实验教学理念、创新的实验教学方法，使更多的学生受益。

参考文献：

［1］十年发展规划（2011—2020年）［EB/OL］. http://www.moe.edu.cn/ewebeditor/uploadfile/2012/03/29/20120329 140800968.doc.

［2］王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议［J］.实验室研究与探索，2013，32（12）：5-8.

［3］姬洪强.浅谈虚拟现实技术在学科教学中的应用［J］.中国现代教育装备，2008（3）：46-47.

［4］吴祥恩.虚拟现实技术在“现代教育技术”课程中的应用研究［J］.中国电化教育，2011（290）：33-34.

［5］黄思良.虚拟现实技术在化学教学中的应用［J］.中学化学教学参考，2008（11）：33-34.

［6］唐景莉.技术革命催生中国高等教育变革［N］.中国教育报，2013-07-08.

Application of virtual reality technology in intelligent building practice teaching★

Chen Minzhi1Zhou Junyong2Xu Fengjun3
（1. Zhejiang College of Hydropower，Hangzhou 310018，China；2. Zhejiang Vocational College of Police Academy，Hangzhou 310018，China；3. Tongji Vocational College of Science & Technology，Hangzhou 311231，China）

Abstract：The paper analyzes traditional intelligent building teaching difficulties，such as limited contact time with actual engineering，expensive experimental equipment and high maintenance cost and fast product update replacement，describes the necessity of introducing virtual reality technology in intelligent building practice teaching，puts forward teaching mode construction on the basis of virtual reality technology，introduces the application achievements of virtual reality technology in intelligent building practice teaching，and finally makes primary concept for applying virtual reality technology in open internet platform.

Key words：virtual reality technology，virtual scene，virtual laboratory

中图分类号：G642

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0247-02

收稿日期：2016-01-19★：浙江教育技术研究规划课题，序号：JB149

作者简介：陈敏志（1979-），女，讲师