居住建筑設(shè)計原理及課程虛擬仿真教改

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摘要:以山東理工大學(xué)《居住建筑設(shè)計原理及設(shè)計》課程為例，探討了建筑設(shè)計類課程虛擬仿真教改思路，使復(fù)雜抽象難理解的設(shè)計原理及方法變得通俗易懂，有效提升學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，優(yōu)化工科人才培養(yǎng)體系。

關(guān)鍵詞:虛擬仿真，信息化，全程化考核，競賽課程化

1概述

《居住建筑設(shè)計原理及設(shè)計》課程是山東理工大學(xué)城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)本科生的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，共56學(xué)時(32學(xué)時理論+24學(xué)時實踐)，教學(xué)既具有理論性又有很強實踐性，是后續(xù)《城市設(shè)計》《控制性詳細規(guī)劃》等課程的先修課程，也是培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和專業(yè)素質(zhì)的主干課程之一。城規(guī)專業(yè)學(xué)生需要具備建筑設(shè)計能力來解決城市規(guī)劃設(shè)計問題，且部分學(xué)生畢業(yè)后從事建筑設(shè)計工作，所以，該門課程直接關(guān)乎學(xué)生的未來職業(yè)能力，對于課程實踐教學(xué)的有效建設(shè)至關(guān)重要。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，本門課程側(cè)重理論教學(xué)，采用板書與課件相結(jié)合的教學(xué)方式，對于抽象、動態(tài)知識點表達力度不夠。且居住建筑設(shè)計較為復(fù)雜綜合，有些知識點和實踐應(yīng)用難度較大，目前僅限于二維空間的學(xué)習(xí)無法滿足知識、能力與素質(zhì)的培養(yǎng)目標(biāo)要求，需對本課程的理論和實踐教學(xué)有機整合、革新教學(xué)方法與模式。

2教改意義

《居住建筑設(shè)計原理及設(shè)計》課程應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，主要意義如下:1)通過虛擬仿真模型與VR虛擬交互演示，把知識點融入仿真教學(xué)中，利于吸引學(xué)生注意力，增加學(xué)習(xí)趣味性，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性與創(chuàng)新思維，加深對所學(xué)知識的理解。在“教、學(xué)、做、練”過程中讓學(xué)生領(lǐng)悟知識點，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境，從而獲得身臨其境的切身感受，實現(xiàn)理實一體化教學(xué)。2)通過虛擬仿真交互，可立體化再現(xiàn)方案場景，直觀地看到不同數(shù)據(jù)參數(shù)下方案建成的居住建筑效果，真切感受居住空間的功能分區(qū)、平面布局、結(jié)構(gòu)選型、立面造型、流線組織、空間尺度、家裝布置等內(nèi)容，便于查缺補漏，辨別方案的優(yōu)缺點，及時優(yōu)化設(shè)計中的不足之處，有效提升學(xué)生的方案設(shè)計能力。3)可借助校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，推進虛擬仿真教學(xué)，使教學(xué)擺脫了以學(xué)校為中心、課本為中心和教師為中心的束縛，實踐不再受限于硬件條件、資源、場所等，讓學(xué)生擁有多時空的學(xué)習(xí)空間。4)為學(xué)生接軌行業(yè)前沿VR技術(shù)，參加國家級、省級虛擬創(chuàng)新學(xué)科競賽奠定基礎(chǔ)。通過項目實例全過程學(xué)習(xí)掌握Re-vit，Sketchup，Vdp等BIM軟件，讓學(xué)生體驗從識圖、建模、渲染、動畫、VR交互到完成整個設(shè)計動畫解說展示視頻。本教改核心目的是:通過本課程的虛擬仿真建設(shè)，創(chuàng)設(shè)仿真教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法，拓展虛擬仿真資源，實行全程化考評等舉措，從而提升理論認知、強化設(shè)計互動、培養(yǎng)職業(yè)素質(zhì)，使學(xué)生成為“懂原理、會設(shè)計、能畫圖、擅表達”的工程實踐型人才，并具備“能創(chuàng)新、會合作、擅自學(xué)”的素質(zhì)。

3教改主要舉措

3．1改革教學(xué)方法

改革單調(diào)線性的授課模式，綜合運用虛擬仿真與傳統(tǒng)教學(xué)手段，形成虛實結(jié)合教學(xué)方法。將虛擬仿真VR技術(shù)充分融入到理論講解與仿真交互操作中，采用虛擬仿真案例教學(xué)、師生互動演示環(huán)節(jié)，并使用VR眼鏡觀看居住建筑全景圖等，使學(xué)生短時間內(nèi)便能消化理解較復(fù)雜知識點;同時在交互中，讓學(xué)生充分利用虛擬仿真技術(shù)鞏固理論知識并自主創(chuàng)新應(yīng)用，建構(gòu)并互動優(yōu)化居住建筑虛擬仿真模型，借助VR技術(shù)，形成解說動畫交互視頻，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。并輔以方案設(shè)計作業(yè)，采用機繪建模與虛擬動畫仿真形式生動展示方案。

3．2開發(fā)虛擬仿真建筑教學(xué)資源

構(gòu)建虛擬與真實建筑互為補充的仿真教學(xué)環(huán)境，配備vdp，revit，3dmax，su，lumin等最新仿真軟件。主要探討如何通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)教授和展示建筑設(shè)計，并通過數(shù)據(jù)參數(shù)改變來優(yōu)化設(shè)計，學(xué)生也可以通過沉浸式方式感受建筑設(shè)計的尺度和空間;以實時的方式展示光照、實現(xiàn)各種復(fù)雜環(huán)境的模擬和內(nèi)裝置換;還可通過虛擬現(xiàn)實手段動態(tài)展示建筑之間視野、視域的相互影響(見圖1)。

3．3整合教學(xué)內(nèi)容

改革教學(xué)內(nèi)容，引入虛擬仿真VR教學(xué)，將行業(yè)虛擬仿真前沿技術(shù)有機融入居住建筑設(shè)計基本訓(xùn)練，用虛擬仿真項目覆蓋課程的重難點知識點，將虛擬仿真演示、驗證、創(chuàng)建模塊生動融入課程;優(yōu)化知識點，解決課程教學(xué)內(nèi)容與社會實際工程脫節(jié)問題。力爭在校期間的設(shè)計項目能實現(xiàn)對常見居住建筑類型的全覆蓋。

3．4信息化建設(shè)

依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，整合課程資源，實現(xiàn)全方位多時空虛擬教學(xué)。共享仿真解說動畫和教學(xué)視頻資源，并設(shè)置教學(xué)課件、課題任務(wù)書與指導(dǎo)書、學(xué)生虛擬仿真優(yōu)秀作品、章節(jié)知識點思維導(dǎo)圖、導(dǎo)學(xué)任務(wù)單、拓展資料、競賽引導(dǎo)、競賽作品、工程案例、考研導(dǎo)引、測試題庫、答疑討論、學(xué)習(xí)筆記等欄目，便于學(xué)生獲取最新知識開展仿真實驗，并與師生互動。

3．5全程化考核

將虛擬仿真考核融入平時考評中，加強平時考核權(quán)重，考核貫穿于課程教學(xué)始終，把過程性與終結(jié)性評價結(jié)合。采取筆試與口試、答辯并舉，理論與實踐考試并舉，線上與線下考試并舉，綜合采用多種考核形式。即平時考核與期末考試相結(jié)合，平時考核注重考查學(xué)生綜合表現(xiàn)，包括虛擬仿真實踐作業(yè)、圖紙方案作業(yè)(手繪+機繪模型、展板等)、調(diào)研報告、隨堂測試、章節(jié)測驗、草圖匯報、點評與討論、出勤等;對于積極參加虛擬仿真競賽等實踐活動、競賽獲獎或創(chuàng)新立項的同學(xué)予以加分。加入虛擬仿真項目的多維考核可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升理論知識的掌握、方案設(shè)計應(yīng)用、圖面表現(xiàn)、語言表達和思辨能力的培養(yǎng)等，從而激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，創(chuàng)新意識和職業(yè)素質(zhì)。

3．6校企合作

積極開展校企合作。一則，邀請建筑行業(yè)專家評析居住建筑設(shè)計虛擬仿真課題，建立業(yè)內(nèi)專家、課題組教師、學(xué)生等多元評價機制。對于復(fù)雜的實際項目方案設(shè)計，采用情景式虛擬教學(xué)法，模擬項目實際競標(biāo)流程，讓學(xué)生自由分組，共同創(chuàng)作方案，參加投標(biāo)匯報，展示虛擬仿真建筑方案，并邀請業(yè)內(nèi)專家現(xiàn)場公開評審或盲審，從而使學(xué)生充分感悟?qū)嶋H工作流程及要求。另則，積極促進相關(guān)設(shè)計單位轉(zhuǎn)化為實踐教學(xué)基地(如淄博市信息中心、淄博鴻創(chuàng)建筑設(shè)計公司等)，引導(dǎo)學(xué)生深入企業(yè)，將學(xué)校所學(xué)專業(yè)知識應(yīng)用于企業(yè)實踐業(yè)務(wù)中，對接行業(yè)前沿BIM技術(shù)，為虛擬仿真建筑方案做好充足準(zhǔn)備。同時，將設(shè)計單位虛擬仿真工程案例引入課堂，拓展學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新思維設(shè)計能力。

4教改效果

1)本教改已在2017級學(xué)生中嘗試，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性增強，課前能自主預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、課中積極回答與討論、課堂氣氛較為活躍;能自覺通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺資源自學(xué)，參與互動討論、提交學(xué)習(xí)筆記等。學(xué)習(xí)成績明顯提升，較之傳統(tǒng)教學(xué)班平均分提高近2分，優(yōu)秀率增多、掛科率較低(見圖2)。2)作業(yè)質(zhì)量明顯提高、幾乎無遲交現(xiàn)象，方案設(shè)計合理性、制圖規(guī)范性與圖面感染力增強，并能運用VR技術(shù)虛擬仿真建筑設(shè)計，制作解說動畫視頻。3)學(xué)以致用，融合實踐，大力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力。依托本課程，參加建筑競賽的學(xué)生數(shù)與獲獎率大幅增多(2017級共有30余人參加了10余項比賽)，榮獲省級三等獎以上獎項50余項。其中國家級特等獎4項、銀獎1項、一等獎9項。申請防疫住宅建筑方向大學(xué)生創(chuàng)新立項1項。參與教師科研課題10余項。競賽成果得到企事業(yè)單位、兄弟院校與業(yè)內(nèi)專家高度認可，個別學(xué)生甚至提前獲得就業(yè)機會。

5結(jié)語

筆者通過采取“改革教學(xué)方法、開發(fā)虛擬仿真建筑教學(xué)資源、整合教學(xué)內(nèi)容、信息化建設(shè)、全程化考核、校企合作”，嘗試了“居住建筑設(shè)計原理及設(shè)計”課程虛擬仿真教學(xué)改革，使復(fù)雜抽象難理解的設(shè)計原理及方法變得通俗易懂，潛移默化提升學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，優(yōu)化工科人才培養(yǎng)體系。實踐證明，采用虛擬仿真教改模式，對于實踐性要求極高的建筑設(shè)計類課程很有意義，可以大幅提升教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生實踐應(yīng)用能力，并可緊跟行業(yè)最新BIM技術(shù)，不斷與時俱進。

參考文獻:

［1］殷滋言，李冉．虛擬仿真技術(shù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計實踐課程中的應(yīng)用［J］．安徽建筑，2020(10):93-95．

［2］王俊．與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的交通建筑設(shè)計教學(xué)改革探索［A］．2019全國建筑院系建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)與研究學(xué)術(shù)研討會［C］．2019．

作者：孫娜 柳兆軍 范學(xué)忠 趙杰 單位：山東理工大學(xué)