隨著(zhù)社會(huì )的飛速發(fā)展，信息技術(shù)在各領(lǐng)域的應用更加廣泛，與此同時(shí)，教育領(lǐng)域也發(fā)生了前所未有的變革，教育方式、教育手段及工具都出現了質(zhì)的變化。建筑專(zhuān)業(yè)以培養具有豐富理論知識與實(shí)際操作能力的建筑類(lèi)人才為目標，其涉及的學(xué)科內容十分繁雜。傳統的建筑專(zhuān)業(yè)教學(xué)以理論教學(xué)為主，多通過(guò)開(kāi)展理論課程來(lái)幫助學(xué)生扎實(shí)掌握建筑設計、施工制造及工程項目管理等知識，實(shí)踐教學(xué)課程比例則相對較少，且多以實(shí)體模型和現場(chǎng)實(shí)習為主。隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，這一教學(xué)模式已逐漸難以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的教學(xué)需求，將人工智能、云計算、大數據等新興前沿技術(shù)引入建筑專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)成為必然。
建筑學(xué)涉及風(fēng)景園林、土木工程、室內設計及生態(tài)學(xué)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的內容，是一門(mén)實(shí)踐性極強的學(xué)科，注重學(xué)生設計思維、實(shí)際操作能力的培養，但建筑專(zhuān)業(yè)實(shí)體教學(xué)環(huán)境建設受到場(chǎng)地資源的限制，工期長(cháng)、成本高，存在一定的安全風(fēng)險，這些因素一直是建筑專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)中難以逾越的障礙。隨著(zhù)線(xiàn)上教學(xué)模式的發(fā)展，人們對建筑專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)的需求逐漸發(fā)生變化，構建更加智能化、自主化、強交互性的實(shí)驗教學(xué)平臺成為該專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作的重要任務(wù)之一，虛擬仿真技術(shù)的引入便可幫助人們有效解決這一問(wèn)題?？梢哉f(shuō)，構建虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺是推動(dòng)建筑教育現代化、智能化，提高建筑類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵途徑。
對建筑專(zhuān)業(yè)教學(xué)而言，構建虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺具有突出優(yōu)勢，具體表現如下。一是降低成本與風(fēng)險。虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺主要利用虛擬現實(shí)技術(shù)(Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR)、增強現實(shí)技術(shù)(Augmented Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)AR)等構建一個(gè)現實(shí)與虛擬空間高度融合的虛擬仿真教學(xué)環(huán)境，學(xué)生可以在模擬環(huán)境中完成建筑規劃與設計、工程項目施工及流程管理等學(xué)習任務(wù)，無(wú)需真正參與建筑工程建造與施工，如此可以減少實(shí)際建材消耗，有效降低建筑專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)成本，減少可能發(fā)生的安全隱患。二是增強互動(dòng)體驗感。在實(shí)驗教學(xué)中，學(xué)生可沉浸式體驗虛擬環(huán)境，通過(guò)不同視角審視建筑工程項目設計效果，從而對其空間布局、色彩、光影效果等進(jìn)行優(yōu)化，這一環(huán)境甚至可模擬不同氣候條件下的建筑表現，為學(xué)生提供更全面的指導，大大增強學(xué)生與建筑設計的互動(dòng)性與直觀(guān)性。三是突破教學(xué)時(shí)空限制。傳統的實(shí)體模型與現場(chǎng)實(shí)習對師生學(xué)習時(shí)間與空間的限制較多，學(xué)生難以自由選擇教學(xué)地點(diǎn)與時(shí)間;構建虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺后，學(xué)生可以根據自己的意愿、時(shí)間安排等隨時(shí)進(jìn)行學(xué)習，虛擬環(huán)境下的教學(xué)活動(dòng)再也不受時(shí)空的約束。這一平臺的引入也大大提高了教育資源的均衡分配性，即便是教育資源不太豐富的地方，高校也可通過(guò)構建平臺來(lái)為學(xué)生提供服務(wù)。四是培養學(xué)生的創(chuàng )新能力。學(xué)生可在虛擬環(huán)境中大膽嘗試一些獨特、新穎的設計理念與方案，即便效果不理想，也可通過(guò)數次調整優(yōu)化來(lái)使其更加接近預想，可見(jiàn)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺可為建筑類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習提供更多的試錯機會(huì )，培養學(xué)生創(chuàng )造力與問(wèn)題解決能力。
目前，虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺已在很多高校中獲得了大力推廣，如清華、北大等高校均建設了國家級虛擬仿真實(shí)驗室;華南理工大學(xué)建立了建筑全生命周期管理虛擬仿真(BIM)中心，利用計算機技術(shù)完成建筑工程的建造實(shí)驗教學(xué)，可幫助學(xué)生完成常規實(shí)驗教學(xué)中難以完成的任務(wù)，是對虛擬仿真、數據采集及性能模擬等項目的有效強化和內容擴展，充分體現了華南理工大學(xué)建筑專(zhuān)業(yè)的特色和技術(shù)優(yōu)勢。但對大部分高校而言，構建建筑專(zhuān)業(yè)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺面臨較大的阻礙與困境，結合其他高校平臺建設的普遍經(jīng)驗，可發(fā)現困境主要表現為以下幾點(diǎn)。
一是技術(shù)與成本較高。開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的虛擬仿真實(shí)驗平臺并不是一件簡(jiǎn)單的事，不僅需要成熟的軟件技術(shù)和硬件設施，而且需要高昂的成本投入，且信息技術(shù)更新十分迅速，高校需不斷投入資源以保持平臺技術(shù)的先進(jìn)性與兼容性，這對普通高校而言具有一定挑戰。二是平臺內容開(kāi)發(fā)難度較大。為滿(mǎn)足建筑專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習需求，虛擬仿真實(shí)驗平臺建設要高度還原各種真實(shí)建筑場(chǎng)景，這便需要將建筑結構設計、建材屬性、不同施工方案與過(guò)程等更具體的細節引入系統，這對開(kāi)發(fā)者技術(shù)能力要求較高，如此復雜的內容也會(huì )導致平臺建設周期更長(cháng)。三是師資培訓缺乏。受到平臺技術(shù)先進(jìn)性的影響，教師也需不斷進(jìn)行學(xué)習以確保自身及時(shí)掌握新的技術(shù)工具，從而改善教學(xué)方法，以指導學(xué)生更好地完成虛擬實(shí)驗項目。但一些高校很難及時(shí)跟進(jìn)技術(shù)發(fā)展，導致師資培訓存在滯后。四是學(xué)生接受度與學(xué)習效果評估錯位。部分學(xué)生的學(xué)習能力較差，對虛擬仿真實(shí)驗的接受程度也較差，且如何準確評估學(xué)生在虛擬實(shí)驗項目中的教學(xué)效果也較難。五是平臺資源的整合與共享難度較大。為豐富平臺教學(xué)內容，部分高校會(huì )對虛擬實(shí)驗資源進(jìn)行跨學(xué)科、跨校乃至跨行業(yè)的整合與共享，但這一共享機制還未成熟，導致該平臺很難被廣泛應用于各高校建筑專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程。
在構建虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺時(shí)，高校應重視以下要點(diǎn)。第一，平臺構建的關(guān)鍵技術(shù)整合。虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺的構建包括模型搭建、模塊設計、資源引入與整合，以及平臺建設等內容，需要利用多種信息技術(shù)手段方可實(shí)現。如利用三維建模及云計算、大數據分析、建筑信息模型(Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM)等技術(shù)，可對虛擬環(huán)境的控制系統、場(chǎng)景模型進(jìn)行設計，引入有關(guān)建筑材料、設備等虛擬物品的相關(guān)數據，確保虛擬環(huán)境中此類(lèi)物品的參數及性能指標與現實(shí)中相一致，再參考現實(shí)中不同建筑工程項目案例，構建虛擬環(huán)境下的工程案例，模擬真實(shí)的工作流程、環(huán)境條件及可能發(fā)生的應急處理情景等。利用VR、AR、機器學(xué)習等技術(shù)可開(kāi)發(fā)設置高度逼真的互動(dòng)環(huán)節，滿(mǎn)足學(xué)生對不同實(shí)驗教學(xué)場(chǎng)景的需求。此外，平臺還應利用接口協(xié)議實(shí)現CAD、PS、ID等多種建筑設計軟件的接入，確保這一平臺的兼容性與靈活性，力求打造一個(gè)高度逼真、功能豐富、強交互性的虛擬教學(xué)環(huán)境。
第二，課程體系與內容設計。建筑專(zhuān)業(yè)教學(xué)課程體系設計應遵循教學(xué)大綱，合理設計基礎理論與實(shí)踐教學(xué)的課程比例，如將理論與實(shí)驗教學(xué)課程占比調整為1:1，讓學(xué)生在學(xué)習理論的同時(shí)也能參與實(shí)驗教學(xué)，從而加深學(xué)生對課程內容的理解。以建筑工程項目設計與施工管理等教學(xué)課程為例，教師也應結合每堂課的理論教學(xué)內容來(lái)制定相應的虛擬仿真實(shí)驗項目，以確保學(xué)生更好地融會(huì )貫通理論知識與實(shí)踐技能。
第三，教師技能培訓。虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺對教師專(zhuān)業(yè)技能要求較高，為確保虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)能夠成功實(shí)施，高校需要聘請對虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)理解更深的人員開(kāi)展專(zhuān)業(yè)教學(xué)，或對本校教師進(jìn)行技術(shù)培訓，提升教師在虛擬實(shí)驗教學(xué)環(huán)境下的教學(xué)指導能力與教學(xué)效果，培養建筑專(zhuān)業(yè)人才。培訓內容應涵蓋關(guān)于虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)理念的理解、虛擬仿真實(shí)驗平臺的基本操作技能、虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)策略與方法、教師如何利用平臺創(chuàng )建新的虛擬實(shí)驗場(chǎng)景用于教學(xué)，以及如何整合多媒體教學(xué)資源、如何集成虛擬仿真實(shí)驗平臺與學(xué)?，F有教學(xué)管理系統等內容。
第四，建立教學(xué)評價(jià)體系。引入虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)項目后，高校應構建更加科學(xué)合理的教學(xué)評價(jià)體系，如構建多維度評價(jià)指標，制定定量或定性評價(jià)方案，建立定期評估機制，實(shí)時(shí)分析平臺反饋結果等方法，可對學(xué)生理論知識掌握情況進(jìn)行評估，并對學(xué)生在虛擬實(shí)驗中的學(xué)習成果進(jìn)行評估，從而激勵、敦促學(xué)生更好地提升創(chuàng )新思維、問(wèn)題解決能力及團隊合作能力。
總之，構建虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺是順應時(shí)代發(fā)展的必然選擇，能夠推動(dòng)建筑學(xué)科、行業(yè)實(shí)現創(chuàng )新發(fā)展與深刻變革。利用這一平臺，高校能夠培養出實(shí)踐能力更強、更加適應未來(lái)行業(yè)發(fā)展需求的專(zhuān)業(yè)人才。但實(shí)際應用中，高校仍需不斷克服技術(shù)、經(jīng)濟、政策、師資培訓等多個(gè)方面的挑戰，方可確保虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺真正發(fā)揮作用。隨著(zhù)現代信息技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，社會(huì )教育理念也在持續更新，建筑專(zhuān)業(yè)中虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺的構建將發(fā)揮越來(lái)越突出的作用，帶領(lǐng)中國建筑專(zhuān)業(yè)教育與行業(yè)發(fā)展實(shí)現升級。
（作者李志超系廣西城市職業(yè)大學(xué)工程師）
