结合VR技术的建筑学类课程教学模式研究——以《建筑识图》课程为例.pdf
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1、064摘要:针对建筑学类课程教学过程中出现的二维图纸与三维空间转换困难、非人本视角教学信息传递弱等现实问题,以建筑学类专业基础课程 建筑识图为例,提出了结合 VR 技术的线上线下混合式教学改革。文章从教育思维、软硬件的选择、教学资源制作、混合式教学模式阐述了教学改革的技术路线,并以“楼梯详图”进行了案例分析,最后总结认为随着 VR 技术的不断迭代更新,建筑学类教育教学方法必将产生深远的变革。Abstract:In view of the real problems in the teaching process of architecture courses,such as the diffi
2、culty of converting two-dimensional drawings to three-dimensional space and the weak transmission of information from non-human-oriented perspective,the online and offline hybrid teaching reform combined with VR technology is proposed,taking the basic course of architecture Architectural Literacy as
3、 an example.The technical route of teaching reform is explained from educational thinking,hardware and software selection,teaching resources production,and hybrid teaching mode,and a case analysis is made with staircase detailing,and finally it is concluded that with the continuous iteration and upd
4、ate of VR technology,the teaching method of architecture education will definitely produce far-reaching changes.关键词:建筑识图;VR;教学模式;楼梯详图Keywords:architectural literacy;VR;teaching mode;stair detailing文潘崟重庆交通大学建筑与城市规划学院副教授博 士(通讯作者)徐辉重庆交通大学建筑与城市规划学院讲 师博 士祁润钊四川美术学院建筑与环境艺术学院讲 师博 士谭侠重庆交通大学建筑与城市规划学院高级工程师硕 士D
5、OI:10.19875/ki.jzywh.2023.08.022引言后疫情时代,线上课程改革发展迅猛,教育部 2022 年工作要点也强调了实施教育数字化战略1,各种利用多媒体计算机技术和网络技术的交互式在线学习平台应运而生。在一定程度上,此类线上教学平台克服了时间和空间上资源分配不均的问题,提高了教学效果。但在一些建筑学类课程上,比如建筑识图课程,由于涉及三维空间与二维图纸的转换,一般的线上课程并不能很好地完成学生的学习、实践、训练需求,无法实现师生之间的实时交互,教师不能履行指导和监督的职责,削弱了学生参与教学过程的动机2。VR 虚拟现实技术这一新兴技术进入了教育领域,并迅速发展。同时由于建
6、筑行业的巨大发展,以及项目设计和形式的复杂性,利用沉浸式 VR 虚拟现实技术开发建筑学大类教育非常重要3。VR虚拟现实技术和三维几何模型的交互作用可以结束传统教育方法中所遵循的被动学习,使建筑空间及结构与图纸的关系、框架更容易理解。本研究借助 VR 虚拟现实技术结合线上线下混合式课程的教育理念,以建筑识图课程为载体,探索评估 VR 虚拟现实技术在建筑学类基础课程教学中的应用。1 VR 技术教学使用可行性分析1.1VR 技术的应用回顾及优势特点虚拟现实的基本原理,也称 VR 技术,是借助计算机图形绘制技术等技术,建立相应的三维虚拟空间,给用户以感官感知,主要是视觉、听觉和触觉,使用户能够感知和交
7、互来自于其中的信息虚拟现实世界,仿佛他或她在一个真实的三维空间环境。VR 虚拟现实系统由计算机、辅助硬件、软件、用户构成。具有沉浸感(immersion)、构想性(imagination)和交互性(interaction)。在建筑学领域,通过 VR 硬件设备与软件匹配,实现置身于虚拟建筑中沉浸体验空间的功能,并能在 VR 体验过程中交互修改建筑设计,达到与真实物质空间最大程度保持一致的精细化设计4,5。同时,VR 技术允许定义和评估设计程序,通过视觉瞳距产生的进深感,为用户提供深度、体积和距离的感觉,而不是在二维屏幕上显示图纸、照片和 CAD 设计,通过模拟和评估人体周围的结构:房间、空间、建
8、筑和城市环境,使用者可以初步体验自己的身体以及相对于虚拟设计空间的位置。Research on the Teaching Mode of Architecture Courses Combined with VR Technology:Taking the Course of Architectural Literacy as an Example结合 VR 技术的建筑学类课程教学模式研究以建筑识图课程为例基金项目:重庆交通大学教育教学改革研究项目(项目编号:2103027);国家自然科学基金青年科学基金项目(项目编号:51808063)065233|2023|08建筑学空间知识迭代慢。同时观
9、摩、测绘的建筑空间常为静态的,且不可逆,无法满足学生学习的兴趣和动机。在 VR 虚拟现实系统中,学生可以通过对二维图纸的动态调整,即时观察建筑空间的移动、缩放、旋转以及各种调整,同时教师可进入此虚拟现实系统,与学生完成一次即时的动态交互教学学习,全面直观的学习图纸与空间的关联和生成流程,创造了一个积极和动态的学习环境,提高了学生学习的互动性和积极性。2 结合 VR 技术的教学改革探索引入 VR 虚拟现实技术的“线上+线下”教学方法,将线上数字化、VR 化,与线下课程化结合,将二维平面化与三维沉浸式学习相融合,集班级授课解惑的学习优势和网络学习、自主感官式学习的先进性融为一体,形成新型的教学形式
10、,同时借助在线教学资源和信息技术促进建筑识图课程不断更新内容,与时事联系,创造更加丰富多样的教学形式。2.1 融合 VR 技术的教育思维一般来说,教育科学包含了教学方法、教学技术、教育环境工具和教育心理学-多元智能。本研究尝试将 VR 技术融合到反映新技术进步的教学方法中。教学方法分为“学生导向”和“教师导向”,在前者,学生学习类似于填鸭式,而在后者学生是学习过程中的积极参与者。融合 VR 虚拟现实沉浸式学习二维图纸与三维空间的对应关系,让学生作为知识空间的共同参与者、构建者。从建筑学的角度来看,非常重要的一点是,知道各种对象的呈现方式是否能够重新定义对形式的感知。在一些二维图像与 VR 技术
11、的教学实验中,发现人们在 VR 虚拟环境中对建筑立面审美的判断和决策与其在现实世界中非常接近。不同的工具不仅仅是项目呈现的手段,而是一种思考和生成建筑对象的方式,建筑学类的教育亦是如此。2.2 VR 软件与硬件的选择在硬件方面,遵循先进性、经济型、课堂适用性,以及维护性、操作性等基本原则,分析、比较后确定 VR 眼镜、高性能图形工作站及大容量存储设备。其中,关键设备使用市场成熟方案 HTC 品牌 VR 眼镜,其具有高分辨率、高敏感定位器、操作手柄,可以带来更好的沉浸式体验。软件平台使用国产 VR 软件 Mars,其为专业为建筑设计而打造的 VR 平台软件,可对接Sketchup、Rhino 等
12、软件模型,从 PC 漫游、真实质感、VR 沉浸体验、3D 立体漫游、全景动画等方面全维度地实现建筑空间的感知升级10。利用 VR 虚拟现实中的可交互特性,在体验式的学习过程中提升建筑识图教学信息传递的效率,进而实现建筑图纸二维与三维空间全息信息无损地表达(图 1)。统的教学方法具有更好的实现三维空间教学的能力,使用 VR 软件构建建筑类课程,对学生是非常有用和有效的2。在国内外将 VR 虚拟现实技术应用在教育教学上的探索已有 20 余年,近年来由于 3D 技术的发展,且与建筑学类的完美契合,使得 VR 虚拟现实技术在特定的教育环境下,具备沉浸式模拟、多用户互动和实时主动学习等优势,甚至可以将其
13、与新兴的教学方法相结合而形成新的教学范式,应作为未来的研究方向进行进一步的探究9。1.3 VR 技术在建筑识图课程的优越性本研究中的建筑识图作为建筑学大类专业学生的专业基础课,主要内容是建筑识图概述、建筑、结构、给排水、暖通、电气图纸的识读,其中建筑图纸的学习是重点,目的是帮助学生尽快了解并适应专业、奠定理论基础。传统的建筑识图课程中对图纸及图例的展示通常为静态的、二维的,往往以传统媒体中介如图纸、屏幕及投影等。学生无法直观地了解二维图纸对应的三维空间及相关技术标准。虽然建筑识图可以通过现场观摩、测绘实践等教学活动解决此类问题,但是学习实践长、1.2 VR 技术在相关领域的教育探索国内学者对建
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