居住建筑設(shè)計(jì)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(jì)原理及設(shè)計(jì)》課程為例，探討了建筑設(shè)計(jì)類課程虛擬仿真教改思路，使復(fù)雜抽象難理解的設(shè)計(jì)原理及方法變得通俗易懂，有效提升學(xué)生的實(shí)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(jì)原理及設(shè)計(jì)》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(shí)(32學(xué)時(shí)理論+24學(xué)時(shí)實(shí)踐)，教學(xué)既具有理論性又有很強(qiáng)實(shí)踐性，是后續(xù)《城市設(shè)計(jì)》《控制性詳細(xì)規(guī)劃》等課程的先修課程，也是培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)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(jì)能力來解決城市規(guī)劃設(shè)計(jì)問題，且部分學(xué)生畢業(yè)后從事建筑設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)表達(dá)力度不夠。且居住建筑設(shè)計(jì)較為復(fù)雜綜合，有些知識點(diǎn)和實(shí)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(shí)踐教學(xué)有機(jī)整合、革新教學(xué)方法與模式。

2教改意義

《居住建筑設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)》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(diǎn)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)理實(shí)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(bǔ)漏，辨別方案的優(yōu)缺點(diǎn)，及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的不足之處，有效提升學(xué)生的方案設(shè)計(jì)能力。3)可借助校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，推進(jìn)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(shí)踐不再受限于硬件條件、資源、場所等，讓學(xué)生擁有多時(shí)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(xiàng)目實(shí)例全過程學(xué)習(xí)掌握Re-vit，Sketchup，Vdp等BIM軟件，讓學(xué)生體驗(yàn)從識圖、建模、渲染、動畫、VR交互到完成整個設(shè)計(jì)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(shí)行全程化考評等舉措，從而提升理論認(rèn)知、強(qiáng)化設(shè)計(jì)互動、培養(yǎng)職業(yè)素質(zhì)，使學(xué)生成為“懂原理、會設(shè)計(jì)、能畫圖、擅表達(dá)”的工程實(shí)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(yùn)用虛擬仿真與傳統(tǒng)教學(xué)手段，形成虛實(shí)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(shí)間內(nèi)便能消化理解較復(fù)雜知識點(diǎn);同時(shí)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(jì)作業(yè)，采用機(jī)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(shí)建筑互為補(bǔ)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(shí)技術(shù)教授和展示建筑設(shè)計(jì)，并通過數(shù)據(jù)參數(shù)改變來優(yōu)化設(shè)計(jì)，學(xué)生也可以通過沉浸式方式感受建筑設(shè)計(jì)的尺度和空間;以實(shí)時(shí)的方式展示光照、實(shí)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(shí)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(jī)融入居住建筑設(shè)計(jì)基本訓(xùn)練，用虛擬仿真項(xiàng)目覆蓋課程的重難點(diǎn)知識點(diǎn)，將虛擬仿真演示、驗(yàn)證、創(chuàng)建模塊生動融入課程;優(yōu)化知識點(diǎn)，解決課程教學(xué)內(nèi)容與社會實(shí)際工程脫節(jié)問題。力爭在校期間的設(shè)計(jì)項(xiàng)目能實(shí)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(shí)現(xiàn)全方位多時(shí)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)，并與師生互動。

3．5全程化考核

將虛擬仿真考核融入平時(shí)考評中，加強(qiáng)平時(shí)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(jià)結(jié)合。采取筆試與口試、答辯并舉，理論與實(shí)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(shí)考核與期末考試相結(jié)合，平時(shí)考核注重考查學(xué)生綜合表現(xiàn)，包括虛擬仿真實(shí)踐作業(yè)、圖紙方案作業(yè)(手繪+機(jī)繪模型、展板等)、調(diào)研報(bào)告、隨堂測試、章節(jié)測驗(yàn)、草圖匯報(bào)、點(diǎn)評與討論、出勤等;對于積極參加虛擬仿真競賽等實(shí)踐活動、競賽獲獎或創(chuàng)新立項(xiàng)的同學(xué)予以加分。加入虛擬仿真項(xiàng)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(jì)應(yīng)用、圖面表現(xiàn)、語言表達(dá)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(jì)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(jià)機(jī)制。對于復(fù)雜的實(shí)際項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)，采用情景式虛擬教學(xué)法，模擬項(xiàng)目實(shí)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(bào)，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(jìn)相關(guān)設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)基地(如淄博市信息中心、淄博鴻創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)，將設(shè)計(jì)單位虛擬仿真工程案例引入課堂，拓展學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新思維設(shè)計(jì)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(qiáng)，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(jì)合理性、制圖規(guī)范性與圖面感染力增強(qiáng)，并能運(yùn)用VR技術(shù)虛擬仿真建筑設(shè)計(jì)，制作解說動畫視頻。3)學(xué)以致用，融合實(shí)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(xiàng)比賽)，榮獲省級三等獎以上獎項(xiàng)50余項(xiàng)。其中國家級特等獎4項(xiàng)、銀獎1項(xiàng)、一等獎9項(xiàng)。申請防疫住宅建筑方向大學(xué)生創(chuàng)新立項(xiàng)1項(xiàng)。參與教師科研課題10余項(xiàng)。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(rèn)可，個別學(xué)生甚至提前獲得就業(yè)機(jī)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(jì)原理及設(shè)計(jì)”課程虛擬仿真教學(xué)改革，使復(fù)雜抽象難理解的設(shè)計(jì)原理及方法變得通俗易懂，潛移默化提升學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，優(yōu)化工科人才培養(yǎng)體系。實(shí)踐證明，采用虛擬仿真教改模式，對于實(shí)踐性要求極高的建筑設(shè)計(jì)類課程很有意義，可以大幅提升教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力，并可緊跟行業(yè)最新BIM技術(shù)，不斷與時(shí)俱進(jìn)。

參考文獻(xiàn):

［1］殷滋言，李冉．虛擬仿真技術(shù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)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(shí)技術(shù)相結(jié)合的交通建筑設(shè)計(jì)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)