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[摘 要]针对土木工程实习教学存在的问题，以土木程专业理论教学为切入点，初步尝试采用虚拟现实技术与实体建筑模型相结合的形式，构建建筑工程虚拟实训系统，以补充校外实习中的遗漏环节，辅助实践教学，保证施工过程的完整性。
[关键词]土木工徎；生产实习；虚拟现实；教學改革
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）06-0027-02
一、土木工程传统生产实习存在的问题
土木工程生产实习教学阶段是本科阶段最为关键的环节之一，生产实习的质量对本专业人才培养质量有直接的影响。土木工程专业生产实习一般安排在第七学期，此时学生已经结束了基本理论与专业课程的学习，掌握了一定的理论基础。此时进入施工现场实习，能及时将所学理论与实践较好地结合。但是本专业的实习在实践过程中也存在着一些很难解决的问题。
（一）学生联系实习单位困难
近几年新建工程项目少，学生即使联系到了施工单位，施工单位由于担心学生出现安全事故及为配合实习而延误工程进度等原因，实习过程只是让学生到现场“看看”，这样就算完成了实习任务。
（二）实习经费不足
学校针对学生实习只有专项经费，如果附近没有适合实习的施工场地，学生要去外地实习会涉及昂贵的雇车费用，在这种情况下，学生实习地点的选择就受到很大的限制。
（三）实习内容不全面
由于建筑施工的工期较长，工程状况受季节及进度的影响，加上每个时间段所对应的工程不同，所以在九月份实习的学生，往往只能看到某一工程正在进行的环节，如外墙保温或内部装饰，而对于浇筑梁柱等阶段却看不到。此时的实习学生看不到整个工程的施工过程，不能了解和掌握整个项目的全部工序，学生的生产实习缺乏完整性，也达不到实习教学大纲规定的要求。
针对上述存在的问题，一方面，培养单位首先要重视生产实习教学环节在培养本科生实践能力与创新精神方面的重要作用，建立稳定的校外实习基地。另一方面，应借助先进的计算机技术，构建虚拟现实的实习系统，弥补校外实习环节的不足，打破传统实习的局限，开拓学生的视野，激发学生学习的兴趣，增加实践教学的多样性、综合性和开放性。
二、虚拟现实技术及其在土木工程实习中的应用
虚拟现实（Virtual Reality， VR）是一种将多媒体、计算机图形、网络、人机交互仿真机立体显示等多种技术结合的新型技术，简称为VR技术。利用VR技术创建虚拟的现实场景，可以使用户有身临其境的感觉。
（一）虚拟现实技术的研究现状
许多高校的实验室都开展了这方面的研究工作，并取得了很多研究成果。例如北京航空航天大学建立了虚拟现实技术国家教育部重点实验室，华中科技大学建立了互动型数字逻辑虚拟实验教学平台，其他院校也对虚拟现实的真实感和立体现实技术进行了广泛的研究。虽然VR技术在国内教育领域的应用已经非常广泛，但在土木工程实验实践方面的案例较少，到目前为止，还未见成熟的土木工程虚拟实践教学系统。
（二）虚拟现实技术在土木工程专业教学中的应用
在教学中应用虚拟现实技术能将教学内容更生动具体地表达出来，能提高学生掌握知识、技能的效率。如由于时间及实习场地的限制，许多施工环节学生都看不到，而利用虚拟现实系统，能将土木工程各种施工的详细环节较为生动地展示给学生。结合具体的三维制图软件，学生可以在虚拟的环境中模拟各个施工环节，足不出户便可以达到实践的目的。在保证教学效果的前提下，这极大地节省了成本。另外，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做多种实习内容的尝试，在获得实际操作经验的同时还可以避免受到伤害。总之，虚拟现实技术为学生提供了“自主学习”的环境，改变了传统的“以教促学”的学习方式，取而代之的是学生通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的这种新型学习方式。
三、改革的内容
针对土木工程实习教学中存在的问题，我们以建筑工程专业理论教学为切入点，初步尝试采用虚拟现实技术与实体建筑模型相结合的形式，构建建筑工程虚拟实训系统，以补充校外实习中的遗漏环节，辅助实践教学。
（一）课程体系改革
制定出符合培养要求、特色鲜明的课程体系，在课程体系中加强三维CAD建模、增加计算机仿真软件及有限元分析等课程；以培养学生建筑施工能力为主线，以夯实基本理论知识为基础，以强化土木施工能力为核心，对理论和实践教学内容进行优化和整合，形成具有“专业特色”的教学体系。
对课程资源进行适当调整，加大虚拟仿真课程体系建设的力度，争取实现将虚拟仿真技术用于整套生产实习的全过程，实现专业培养与社会需求相吻合。如在计算机绘图课程中增加三维制图模块，开设有限元分析及虚拟仿真课程并设置上机实训学时；在专业课程中加大与土木工程施工相关的课程学时，改革课程设计形式，改变以往以设计计算书提交成果的形式，为学生提供建造实体模型的场所，以小组的形式完成实体模型建造；同时用最新的科学成果、最新的技术成就充实教学内容，形成注重能力培养的实践教学体系。
（二）教学方法改革
着力推动基于问题、基于具体施工项目、基于案例等研究性教学和学习方法的改革，加强虚拟环境及仿真模型的开发，强化学生综合运用所学知识进行独立分析和解决问题的能力。
对专业课教学，采用基本理论和案例教学相结合的教学方法，一门课程由几位教师主讲，每一位教师结合相应的案例讲授自己熟悉的部分，案例可以到施工现场分不同施工进度进行录制或建立虚拟施工场所。这种改变了由一名任课教师从头讲到尾的教学方法，充分发挥了每名教师的教学特点。
完善和系列化教学课件，加强网络课程平台建设，积极开展网上教学。利用虚拟现实技术与建造实体模型相结合的实践教学模式，在虚拟的环境中，建立实习周围场景、结构构件、材料品种等的三维CAD模型，建立动态的模型系统，并对动态立体模型进行虚拟装配，依据装配结果在人机交互的可视化环境中对施工方案进行补充、修改。同时建立实体模型，利用虚拟技术提供的方案与实际模型相结合的形式完成施工的全过程，并运用虚拟现实技术协助有限元进行结构受力分析。更重要的是，它能借助图形来进行实时动态监控和获取施工数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的过程。 开放专业实验室，探索开放性实验的教学模式。可以让学生充分利用土木工程实验及材料性能测试实验设备资源进行实践活动，让学生探索、研究自己感兴趣的课题。通过开放性的实验教学，充分发挥学生的主观能动性，增强学生分析问题、解决问题的能力。
此外，还可以鼓励学生参与各种建模及结构设计大赛，增强学生的立体感。
（三）校企合作的人才培养机制
应拓宽生产实习渠道，注重实习内容与实习教学大纲的吻合，让学生从整体上了解和把握整个在建项目的全过程和全部工序，使实习环节更具完整性。
在选择校外实习基地时，要注重实习内容与实習教学大纲的吻合，选择多个不同施工进度的实习基地，尽量让学生了解和观察到整个工程的施工过程，使学生通过在不同施工单位的实习，逐渐了解土木工程施工各个时期的类型和特点，充分发挥校外实习基地在培养学生工程观方面的作用。
四、改革的效果及思考的问题
目前，我校虚拟实习系统还在逐步建设与完善中。首先，在专业教学中，我们已逐步做到增加丰富的教学案例，并邀请经验丰富的工程师讲解实践性较强的章节。其次，专业实验室已完全开放，实验教师按坐班制度在实验室工作，学生可以随时做自己感兴趣的试验。最后，实习录像已按施工各个阶段录制完成，下一步将结合计算机建立实习虚拟现实系统，实现人机交互界面，切实解决学生实习难的问题。
五、结语
针对传统土木工程专业生产实习中存在的问题，笔者提出将虚拟现实技术用于生产实习中。这是对土木工程生产实习改革的尝试与探索，它解决了在实习过程中遇到的部分难题，增加了实践教学的多样性，激发了学生学习的积极性，取得了较好的教学效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 张锐.基于虚拟现实技术的土木工程教学改革与探索[J]. 山西建筑，2013（39）：231-233.
[2] 何美丽.土木工程施工实习的探讨与实践[J].课程教育研究，2012（8）：241.
[3] 杨江涛.虚拟现实技术的国内外研究现状与发展[J].信息通信，2015（1）：138.
[4] 姚芳，李哲.应用虚拟现实技术推动普通高校教学改革[J].吉林工程技术师范学院学报，2008（8）：18-20.
[5] 赵希荣，朱中华.加强校内外实习基地建设，培养学生实践创新能力[J].高教论坛，2010（7）：45-47.
[6] 周国恩，梁鑫，周雨.基于仿真技术在土木工程施工实习实训教学中的探索与实践[J].探索与实践，2013（28）：197-198.
[责任编辑：陈 明]
[关键词]土木工徎；生产实习；虚拟现实；教學改革
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）06-0027-02
一、土木工程传统生产实习存在的问题
土木工程生产实习教学阶段是本科阶段最为关键的环节之一，生产实习的质量对本专业人才培养质量有直接的影响。土木工程专业生产实习一般安排在第七学期，此时学生已经结束了基本理论与专业课程的学习，掌握了一定的理论基础。此时进入施工现场实习，能及时将所学理论与实践较好地结合。但是本专业的实习在实践过程中也存在着一些很难解决的问题。
（一）学生联系实习单位困难
近几年新建工程项目少，学生即使联系到了施工单位，施工单位由于担心学生出现安全事故及为配合实习而延误工程进度等原因，实习过程只是让学生到现场“看看”，这样就算完成了实习任务。
（二）实习经费不足
学校针对学生实习只有专项经费，如果附近没有适合实习的施工场地，学生要去外地实习会涉及昂贵的雇车费用，在这种情况下，学生实习地点的选择就受到很大的限制。
（三）实习内容不全面
由于建筑施工的工期较长，工程状况受季节及进度的影响，加上每个时间段所对应的工程不同，所以在九月份实习的学生，往往只能看到某一工程正在进行的环节，如外墙保温或内部装饰，而对于浇筑梁柱等阶段却看不到。此时的实习学生看不到整个工程的施工过程，不能了解和掌握整个项目的全部工序，学生的生产实习缺乏完整性，也达不到实习教学大纲规定的要求。
针对上述存在的问题，一方面，培养单位首先要重视生产实习教学环节在培养本科生实践能力与创新精神方面的重要作用，建立稳定的校外实习基地。另一方面，应借助先进的计算机技术，构建虚拟现实的实习系统，弥补校外实习环节的不足，打破传统实习的局限，开拓学生的视野，激发学生学习的兴趣，增加实践教学的多样性、综合性和开放性。
二、虚拟现实技术及其在土木工程实习中的应用
虚拟现实（Virtual Reality， VR）是一种将多媒体、计算机图形、网络、人机交互仿真机立体显示等多种技术结合的新型技术，简称为VR技术。利用VR技术创建虚拟的现实场景，可以使用户有身临其境的感觉。
（一）虚拟现实技术的研究现状
许多高校的实验室都开展了这方面的研究工作，并取得了很多研究成果。例如北京航空航天大学建立了虚拟现实技术国家教育部重点实验室，华中科技大学建立了互动型数字逻辑虚拟实验教学平台，其他院校也对虚拟现实的真实感和立体现实技术进行了广泛的研究。虽然VR技术在国内教育领域的应用已经非常广泛，但在土木工程实验实践方面的案例较少，到目前为止，还未见成熟的土木工程虚拟实践教学系统。
（二）虚拟现实技术在土木工程专业教学中的应用
在教学中应用虚拟现实技术能将教学内容更生动具体地表达出来，能提高学生掌握知识、技能的效率。如由于时间及实习场地的限制，许多施工环节学生都看不到，而利用虚拟现实系统，能将土木工程各种施工的详细环节较为生动地展示给学生。结合具体的三维制图软件，学生可以在虚拟的环境中模拟各个施工环节，足不出户便可以达到实践的目的。在保证教学效果的前提下，这极大地节省了成本。另外，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做多种实习内容的尝试，在获得实际操作经验的同时还可以避免受到伤害。总之，虚拟现实技术为学生提供了“自主学习”的环境，改变了传统的“以教促学”的学习方式，取而代之的是学生通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的这种新型学习方式。
三、改革的内容
针对土木工程实习教学中存在的问题，我们以建筑工程专业理论教学为切入点，初步尝试采用虚拟现实技术与实体建筑模型相结合的形式，构建建筑工程虚拟实训系统，以补充校外实习中的遗漏环节，辅助实践教学。
（一）课程体系改革
制定出符合培养要求、特色鲜明的课程体系，在课程体系中加强三维CAD建模、增加计算机仿真软件及有限元分析等课程；以培养学生建筑施工能力为主线，以夯实基本理论知识为基础，以强化土木施工能力为核心，对理论和实践教学内容进行优化和整合，形成具有“专业特色”的教学体系。
对课程资源进行适当调整，加大虚拟仿真课程体系建设的力度，争取实现将虚拟仿真技术用于整套生产实习的全过程，实现专业培养与社会需求相吻合。如在计算机绘图课程中增加三维制图模块，开设有限元分析及虚拟仿真课程并设置上机实训学时；在专业课程中加大与土木工程施工相关的课程学时，改革课程设计形式，改变以往以设计计算书提交成果的形式，为学生提供建造实体模型的场所，以小组的形式完成实体模型建造；同时用最新的科学成果、最新的技术成就充实教学内容，形成注重能力培养的实践教学体系。
（二）教学方法改革
着力推动基于问题、基于具体施工项目、基于案例等研究性教学和学习方法的改革，加强虚拟环境及仿真模型的开发，强化学生综合运用所学知识进行独立分析和解决问题的能力。
对专业课教学，采用基本理论和案例教学相结合的教学方法，一门课程由几位教师主讲，每一位教师结合相应的案例讲授自己熟悉的部分，案例可以到施工现场分不同施工进度进行录制或建立虚拟施工场所。这种改变了由一名任课教师从头讲到尾的教学方法，充分发挥了每名教师的教学特点。
完善和系列化教学课件，加强网络课程平台建设，积极开展网上教学。利用虚拟现实技术与建造实体模型相结合的实践教学模式，在虚拟的环境中，建立实习周围场景、结构构件、材料品种等的三维CAD模型，建立动态的模型系统，并对动态立体模型进行虚拟装配，依据装配结果在人机交互的可视化环境中对施工方案进行补充、修改。同时建立实体模型，利用虚拟技术提供的方案与实际模型相结合的形式完成施工的全过程，并运用虚拟现实技术协助有限元进行结构受力分析。更重要的是，它能借助图形来进行实时动态监控和获取施工数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的过程。 开放专业实验室，探索开放性实验的教学模式。可以让学生充分利用土木工程实验及材料性能测试实验设备资源进行实践活动，让学生探索、研究自己感兴趣的课题。通过开放性的实验教学，充分发挥学生的主观能动性，增强学生分析问题、解决问题的能力。
此外，还可以鼓励学生参与各种建模及结构设计大赛，增强学生的立体感。
（三）校企合作的人才培养机制
应拓宽生产实习渠道，注重实习内容与实习教学大纲的吻合，让学生从整体上了解和把握整个在建项目的全过程和全部工序，使实习环节更具完整性。
在选择校外实习基地时，要注重实习内容与实習教学大纲的吻合，选择多个不同施工进度的实习基地，尽量让学生了解和观察到整个工程的施工过程，使学生通过在不同施工单位的实习，逐渐了解土木工程施工各个时期的类型和特点，充分发挥校外实习基地在培养学生工程观方面的作用。
四、改革的效果及思考的问题
目前，我校虚拟实习系统还在逐步建设与完善中。首先，在专业教学中，我们已逐步做到增加丰富的教学案例，并邀请经验丰富的工程师讲解实践性较强的章节。其次，专业实验室已完全开放，实验教师按坐班制度在实验室工作，学生可以随时做自己感兴趣的试验。最后，实习录像已按施工各个阶段录制完成，下一步将结合计算机建立实习虚拟现实系统，实现人机交互界面，切实解决学生实习难的问题。
五、结语
针对传统土木工程专业生产实习中存在的问题，笔者提出将虚拟现实技术用于生产实习中。这是对土木工程生产实习改革的尝试与探索，它解决了在实习过程中遇到的部分难题，增加了实践教学的多样性，激发了学生学习的积极性，取得了较好的教学效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 张锐.基于虚拟现实技术的土木工程教学改革与探索[J]. 山西建筑，2013（39）：231-233.
[2] 何美丽.土木工程施工实习的探讨与实践[J].课程教育研究，2012（8）：241.
[3] 杨江涛.虚拟现实技术的国内外研究现状与发展[J].信息通信，2015（1）：138.
[4] 姚芳，李哲.应用虚拟现实技术推动普通高校教学改革[J].吉林工程技术师范学院学报，2008（8）：18-20.
[5] 赵希荣，朱中华.加强校内外实习基地建设，培养学生实践创新能力[J].高教论坛，2010（7）：45-47.
[6] 周国恩，梁鑫，周雨.基于仿真技术在土木工程施工实习实训教学中的探索与实践[J].探索与实践，2013（28）：197-198.
[责任编辑：陈 明]