论虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中的应用.pdf

106/总第240期/2023/7学人问津论虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中的应用陈 选 刘 颖（井冈山大学建筑工程学院，江西 吉安 343009）摘要：虚拟现实技术是一种新兴技术，已广泛应用于智慧建筑领域。该文探讨了虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中的应用策略，包括定制实践教学的虚拟现实模型、科学合理设置课程要求以及全面强化学生的综合实践能力等方面。通过应用虚拟现实技术进行实践教学，可以有效提高学生的实践操作能力、设计能力、管理能力和创新意识。关键词：虚拟现实技术；智慧建筑；实践教学随着智慧建筑技术的不断发展，越来越多的企业和机构开始注重人才的培养。然而，传统的教学方式难以满足学生的需求，需要引入更加先进的教学手段来提高教学效果。虚拟现实技术作为一种新兴技术，将其应用在智慧建筑专业实践教学中具有很好的前景。本文探讨了虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中的应用策略，旨在为教育工作者和学生提供更加科学、全面的教育资源，促进人才培养质量的提升和智慧建筑技术的发展。一、智慧建筑专业实践教学的基本要求智慧建筑是指运用先进信息技术和感知装置，将传统的建筑物转化为可以主动感知、自适应、自我控制、可持续发展的新型建筑。智慧建筑不仅具有传统建筑的功能，还能够通过大数据分析来提供更加智能化的服务，实现人与建筑、建筑与环境之间的互动。智慧建筑的内涵主要体现在以下五个方面：其一，智能化。智慧建筑运用先进的信息技术和感知设备，能够自主感知环境、自适应变化，并进行智能化决策，从而使建筑更加高效便捷。其二，可持续性。智慧建筑可以通过节能减排、资源回收等方式，实现对环境的保护和可持续发展，同时也能降低能源消耗和运营成本。其三，互联化。智慧建筑具有线上线下双重模式，通过网络和物联网技术，能够实现建筑与人、物、事之间的无缝连接，提供全方位的服务。其四，安全性。智慧建筑采用全面安全的保障措施，能够确保信息不泄露，物理安全得到保障，从而保证了建筑内部和外部的安全。其五，人性化。智慧建筑注重用户需求，通过人机交互、智能控制等方式，提供了更加便捷、舒适、个性化的服务和体验，从而可以满足人们多样化的需求。智慧建筑是一种拥有先进信息技术支持和高度自主感知、自我控制能力的新型建筑，具有智能化、可持续性、互联化、安全性和人性化等多重内涵。智慧建筑专业是一个应用型学科，因此实践能力的培养非常重要。学生需要通过建立实际的建筑模型、参与项目实施等方式，全面掌握智慧建筑的各项技术和工作流程，并且能够熟练运用所学知识解决实际问题。在智慧建筑项目中，不同工种之间需要紧密合作才能完成一个完整的项目。因此，学生需要具备良好的团队协作能力和沟通能力，能够适应多人协作的环境，并在其中发挥自己的优势。此外，智慧建筑是一个快速发展的领域，需要学生具有创新思想，不断更新自己的知识和技能，主动掌握新技术，提高自己的竞争力。智慧建筑的实验需要大量的计算机辅助设计和仿真，学生需要具备使用计算机软件进行模拟实验的能力，能够熟练掌握计算机辅助设计软件、3D 建模与渲染软件、计算工具等。智慧建筑的实践中涉及大量的设备和工具，学校需要为学生提供必要的安全保障，以确保学生的实践操作安全。在新时期，智慧建筑技术涉及多个学科领域，如物联网、数据分析、人工智能等。教学应注重跨领域交叉学科的融合，增进学生对不同领域知识的综合理解。二、虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学的价值首先，通过虚拟现实技术，学生可以在虚拟环境中进行真实的建筑模拟操作，这样不仅可以提高学生的实际操作能力，还可以避免因为实际施工过程中的错误而造成的人员伤害和经济损失。在实践教学过程中，利用虚拟现实技术，可以将设计方案呈现出来，通过与虚拟模型的交互，对设计方案进行立体化的观察和评估，发现并解决潜在的问题，从而优化设计方案。其次，智慧建筑涉及大量的智能设备，如可编程控制器、传感器、网络通信等。利用虚拟现实技术，可以模拟各种智能设备的运行状态，让学生了解设备的结构、原理和运行过程，并通过模拟实验进行调试和故障排除，从而提高学生的智能设备维护和管理能力。最后，虚拟现实技术可以构建各种建筑场景模型，包括室内、室外、城市等各种类型的场景，使学生能够在虚拟环境中进行真实的建筑实践操作。这种教学方式不仅可以激发学生的学习兴趣和积极性，还可以提高学生的学习效果。教师在实践教学过程中，可以将自己制作的教学模型、案例和实践操作视频等资料上传到网络平台，供学生下载和学习。这样不仅可以方便学生随时随地学习，还可以促进教学资源的共享和传播。总而言之，虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中具有重要价值，可以有效提高学生的实践操作能力、设计能力、管理能力和创新意识，同时丰富教学手段，推动教育教学107总第240期/2023/7/学人问津的发展。三、虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学的难点（一）技术门槛高虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中的难点之一是技术门槛高。由于虚拟现实技术需要使用多种软件和硬件设备，涉及 3D 建模、编程、图像处理等技术领域，对于缺乏相关技术知识的学生来说，学习和掌握这些技能需要付出更多的精力和时间。虚拟现实技术应用于智慧建筑领域，需要涉及多个学科知识的交叉，如计算机科学、建筑设计、电子工程等。因此，学生需要具备广泛而深入的知识背景，才能从事相关的实践教学。虚拟现实技术需要使用各种复杂的软件来构建场景和模型，这些软件的操作难度较高，需要学生熟练掌握技术和操作方法，才能达到良好的效果。此外，虚拟现实技术还是一项前沿技术，不断涌现新的技术和应用。因此，需要学生时刻关注和了解最新的发展动态，才能把握住技术的前沿和趋势。（二）硬件设备昂贵虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中的难点之二是硬件设备昂贵。首先，由于虚拟现实技术需要使用高端设备，如头戴式显示器、手柄等。这些设备价格昂贵，对于学校和学生而言经济负担较重。其次，不同的应用场景需要不同的硬件设备支持，比如沉浸式虚拟现实需要更高端的设备支持，而普通的虚拟现实则需要较为简单的设备。学校需要投入大量的资金来满足多样化的需求。随着虚拟现实技术的不断发展和更新换代，新的硬件设备层出不穷，这意味着学校需要不断更新硬件设备，而这将会增加经济负担和管理难度。最后，虚拟现实技术需要软硬件相互配合，很多硬件设备需要与特定的软件相匹配才能实现最佳效果，这增加了硬件设备的复杂性和成本。虚拟现实教学硬件设备需要定期维护和保养，以确保正常使用和具有良好的性能，这些费用也会增加学校和个人的负担。（三）缺乏专业化建筑领域的教学软件虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中的难点之三是缺乏专业化建筑领域的教学软件。第一，考虑到建筑行业的特殊性质，其需要使用一些非常专业化的软件来完成建筑设计和施工等任务，但这些软件往往是商业性质的，价格昂贵，不太适合教学使用，也限制了学生的使用。第二，目前虚拟现实技术发展比较快，但建筑领域的虚拟现实软件多样化、标准化程度不高，缺乏一致的开发模式和技术标准，使得软件开发和维护相对困难。第三，由于建筑行业对专业知识的要求比较高，导致建筑领域的虚拟现实软件开发所需的技术人才数量较少，且技能水平相对较高，增加了软件开发和维护的难度和成本。第四，建筑虚拟现实软件的开发需要大量的资源支持，如人力、资金等。然而，在当前教育投入不足的情况下，学校很难为学生提供这些资源，从而导致在建筑领域应用虚拟现实技术受到限制。四、虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中的应用策略（一）根据课程要求选取合适的虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中应用虚拟现实技术时，需要根据课程要求选取合适的虚拟现实技术。首先，需要明确智慧建筑专业实践教学的具体需求，如模拟建筑物、室内设计、设备调试等等。不同的场景需要应用不同的虚拟现实技术，这要根据实际情况进行选择。虚拟现实技术的成本较高，需要考虑设备的购买成本和维护成本，以及学生能否承受使用虚拟现实技术的费用，避免费用过高影响学生参与度和学习效果。其次，不同的虚拟现实技术对环境有不同的要求，如头戴式虚拟现实技术需要相对封闭的环境和相对较大的空间，而手持式虚拟现实技术则更加灵活，需要根据实际环境条件进行选择。不同的虚拟现实技术难度不同，需要考虑学生对技术的掌握程度、使用情况等，确保选择的技术符合教学要求和学生实际能力。（二）定制实践教学的虚拟现实模型在智慧建筑专业实践教学中应用虚拟现实技术时，定制实践教学的虚拟现实模型是非常重要的。第一，在设计虚拟现实模型时，需要根据课程要求明确模型的主要目标和实现方式。虚拟现实模型应该尽可能地还原真实建筑环境，并且体现智慧建筑的特点，让学生能够深入了解建筑内部结构和功能。第二，虚拟现实技术可以与其他技术手段相结合，如 3D 建模、动画制作、视频演示等，以满足不同的教学需求。通过综合运用多种技术手段，可以制作更加逼真的虚拟环境，提高学生的实践操作能力和创新意识。第三，虚拟现实模型的交互性是指学生与虚拟环境的交互效果。通过使用手柄、传感器等设备，学生可以在虚拟环境中进行真实的操作，从而提高实际操作能力和体验感受。第四，为了满足不同课程要求和教学模式，需要设计多种场景和模型，如室内、室外、城市等各种类型的场景，以及建筑物、机器设备等不同类型的模型。这样可以让学生在虚拟环境中进行更加全面、细致的操作和实践。在虚拟现实模型的使用过程中，鼓励学生对虚拟模型进行修改和改进，使其更符合实际需求。也可以让学生自己尝试制作虚拟模型，并与其他同学分享经验和成果，从而激发创新意识和动手能力。（三）科学合理设置课程要求在智慧建筑专业实践教学中应用虚拟现实技术时，科学合理地设置课程要求是非常重要的。首先，需要明确虚拟现实技术在课程教学中的具体作用和价值，如帮助学生深入了解建筑内部结构和功能、提高实践操作能力和创新意识等，以此来指导教学设计和实践操作。其次，在教学过程中，针对虚拟现实技术的具体应用，需要详细制订相应的教学计划和教学方案，包括课程目标、课程内容、教学方法和评估方式等，在教学过程中逐步提高难度和复杂度，确保课程目标得到满足。再次，虚拟现实技术需要特定的场地和设备，并且使用时间需要规划得当，以免影响其他课程的教学效果。因此，在设置课程要求时，需要考虑到教学时间和空间的限制，合理安排教学内容和使用时间，并保证设备和场地的充分利用。在设置课程要求时，需要强调学生的实践操作能力和综合应用能力，既可以让学生通过实际操作和应用综合技能来完成课程设计，也可以适度添加一些比较复杂的案例或者课外实践项目来提高学生的实践操作和综合应用能力。最后，虚拟现实技术是一个不断发展和进步的领域，因此在设置课程要求时需要关注新的技术进展并及时更新课程要求和教学方法，以确保教学效果和质量的持续提高。科学合理地设置课程要求是推动虚拟现实技术应用于智慧建筑专业实践教学的重要策略之一。（四）全面强化学生的综合实践能力在智慧建筑专业实践教学中应用虚拟现实技术时，全面强化学生的综合实践能力是非常重要的。在虚拟环境中，可以让学生自主设计和操作某个建筑部件或完整建筑模型，并通过实108/总第240期/2023/7学人问津际操作掌握相应的知识和技能，从而提高学生的实践操作能力和解决问题的能力。在虚拟现实技术应用的过程中，可以通过分组合作等方式来培养学生的团队协作能力，让学生互相学习、交流，共同完成课程任务，从而增强学生的沟通和协作能力。此外，新时期虚拟现实技术可以提供多种实践教学环境，如室内设计、设备调试、城市规划等，可让学生在不同的场景中进行实践操作，以培养更加全面的综合实践能力。一般而言，虚拟现实技术应用于智慧建筑专业实践教学中，应注重培养学生的实际应用能力。通过模拟真实场景和任务，让学生在虚拟环境中进行实践操作，以提高学生的实际应用能力。在评估学生的学习成果时，需要充分考虑学生的综合实践能力，可以采用多种方式，如项目报告、作品展示、演示演讲等，全面评估学生的知识水平、技能水平和实践能力。（五）设计专业的虚拟实验室 学校可以在现有的计算机实验室基础上，增加虚拟现实设备和软件，创建虚拟实验室。虚拟实验室可以模拟真实的建筑环境，并提供多样化的场景和模型，以便学生进行虚拟现实的实践操作。学校可以开设虚拟现实技术相关的实践课程，让学生在虚拟实验室中进行实践操作。这些实践课程可以包括虚拟现实建模、可视化设计、智慧建筑系统集成等方面，以提高学生的实践能力和创新能力。为了保障虚拟实验室的正常运转和教学效果，学校需要对教师进行培训和指导，让其熟练掌握虚拟现实技术和相关软件，为学生提供更好的教学服务和支持。除此之外，学校还可以鼓励学生积极参与虚拟实验室的实践操作，开展虚拟现实项目和比赛等活动，从而提高学生的实践能力和竞争力。学校可以邀请行业专家、学者等指导学生的实践操作，为学生提供更加全面、深入的虚拟现实教育。在虚拟实验室中开放一些虚拟建筑资源，如建筑模型、场景模拟等，以方便学生进行学习和实践。此外，学校还可以与其他院校或机构共享虚拟实验室资源，从而扩大使用范围和影响力。通过设计专业的虚拟实验室，可以有效地应用虚拟现实技术进行智慧建筑专业的实践教学，提高学生的实践能力和创新能力，还能够促进虚拟现实技术的发展和应用。（六）提高环境演示与优化的教学效果为了更好地在智慧建筑专业实践教学中应用虚拟现实技术，优化教学效果，学校可以为学生提供多样化的环境场景模拟，如室内、室外、讲堂、办公室等，帮助学生更全面地了解不同场景下建筑参数调整对人体舒适度和健康的影响。首先，教师可以采用情境化教学方法，即将教学学习内容设置在真实场景中，通过让学生进行角色扮演等方式，让其体验到不同环境下的感受和需求。这种情境化教学方法可以加强学生的参与感和理解力，从而提高学习效果。其次，教师可以引入交互式教学方式，让学生在虚拟现实场景中自行控制参数调节，观察结果反馈并进行分析和评估。这种交互式的教学方式可以更好地激发学生的主动性和创造性，从而提高教学效果。在实际教学的过程中，教师可以结合建筑参数调节的数据分析，让学生了解不同参数设定的实际影响和效果，并进行综合评估，使学生更加深入地了解建筑环境优化的原理和方法，从而提高应用能力。最后，在虚拟现实场景中，教师需要对学生进行指导和引导，帮助学生理解关键知识点和操作技巧。同时，教师还可以提供辅助工具和资源，如数据分析软件、建筑模型等，以支持学生的学习和实践。通过多样化场景的提供、情境化教学方法的引入、交互式教学方式的引入、数据分析与教师的指导与辅助等措施，可以更好地将虚拟现实技术应用在智慧建筑专业实践教学中，进而提高教学效果。五、结语虚拟现实技术的应用为智慧建筑专业实践教学带来了新的机遇和挑战。通过对虚拟现实技术在智慧建筑专业实践教学中的应用策略进行探讨，可以有效提高学生的实践操作能力、设计能力、管理能力和创新意识。同时，人才培养质量的提升也将促进智慧建筑技术的发展和应用。未来，我们需要不断探索和研究虚拟现实技术在教育领域的应用，开发更加优秀的教育资源，培养更多具有创新精神和实践能力的高素质人才，为智慧建筑行业的可持续发展做出贡献。参考文献：1 张俊，刘彬，杨立兵，等.基于 VR 的建筑防火设计课程教学实训方法研究 J.工业安全与环保，2023，49（5）：23-28.2 崔玉美，陈斌，张志刚.虚拟现实技术在建筑设施设备管理实践教学中的应用 J.电脑知识与技术，2023，19（3）：110-111，115.3 贾冠华，刘宏，冀慧，等.虚拟现实技术在建筑抗震设计课程教学中的应用探讨 J.大学教育，2022（5）：96-98.4 杨绍亮，胡莹，王依明，等.基于虚拟现实技术的建筑设计基础教学研究 J.教育观察，2022，11（4）：108-110，121.基金项目：江西省高等学校教学改革研究省级课题“基于文化自觉的中国建筑史课程思政教学改革与实践”（JXJG-229-3）。作者简介：1.陈选，女，江西新余人，硕士研究生，研究方向：数字建筑设计；2.刘颖，女，江西万安人，硕士研究生，研究方向：智能建造技术。