虚拟现实技术在建筑设施设备管理实践教学中的应用_崔玉美.pdf

交叉与综合Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第3期(2023年1月）第19卷第3期(2023年1月）本栏目责任编辑：李雅琪E-mail：http：/Tel：+86-551-65690963 65690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术Vol.19,No.3,January2023虚拟现实技术在建筑设施设备管理实践教学中的应用崔玉美，陈斌，张志刚（上海城建职业学院，上海 200438)摘要：职业教育培养的是应用技能型人才，强调学生的实践动手能力，注重培养学生解决现场实际问题的能力。建筑设施设备管理 课程是现代物业管理专业的核心课程，由于实训设备的复杂程度高、场地空间和工位数有限、实训设备的损耗大、实训安全性等多方面的原因，可能无法完全满足实践教学的需要，构建基于虚拟现实技术的实训平台，充分发挥其优势，可以更好地改善和弥补传统实践教学的不足。关键词：虚拟现实技术；实践教学；建筑设施设备管理中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2023)03-0110-02开放科学（资源服务）标识码(OSID)：继1989年虚拟现实(Virtual Reality，VR)的概念在美国VPL公司诞生之后，掀起了相关研究的热潮。随着传感器技术、计算机技术及仿真技术的飞速发展，虚拟现实技术以其沉浸性、构想性、交互性等特征，让使用者如同身临其境一般，可以获得非常好的体验效果，在各行各业中得以广泛应用。高职实践性教学是培养学生职业岗位技能的重要手段，但是很多实践项目由于受场地或者设备的限制无法很好地完成，因此应用虚拟现实技术可以根据需要构建任何实训场景，不需要购买太多昂贵又占用场地的实训设备，突破传统实训教学在时空、设备、成本和内容等方面的限制1，为学生提供一个全新的虚拟空间，让学生带上眼罩或头套、手套等外围设备，通过视、听、触觉等感官，沉浸在虚拟的现实中解决问题，增强了学生课堂的参与度，极大地提高实践教学的质量。1 传统实践教学局限性职业教育不同于普通高等教育，更加注重培养学生实践动手能力和解决现场实际问题的能力。虽然职业院校为了提高学生技术技能与行业企业岗位对接的契合度，在很多专业实训基地建设上有大量的投入，在不断地增加或更新实训设施设备，但是传统实践教学环节仍存在着很多的局限性。1.1 危险实训场景无法呈现在实践教学中，某些实训操作的场景相对很危险2，比如：高压电工作业、建筑高空测量、登高施工、危险化学品试验等，如果要求学生到现场真刀真枪地进行实训操作，学生的人身安全很难得到保证，在“安全第一”的原则下，授课教师不愿意也不会去冒这个险，因此这类的实训教学往往就不开设了，或者也就只能停留在观看视频、动画、查资料写报告等形式上，导致教学达不到预期的效果。1.2 实训内容难以整体展示在有些实践教学中，无法呈现设备或系统整体运行效果，比如：建筑暖通空调系统、给排水系统、人体循环系统等的真实情况，教师只能通过模型讲解或者靠学生想象，来抽象地进行理解，严重地影响了学生学习兴趣和学习效果。1.3 无法实现经常性的反复训练由于受场地、空间、设备等因素的限制，实训设备数量、工位数往往满足不了学生的需求。比如，在空调、机泵等设备拆装实训、设备故障点排查等实训的过程中，往往不可能保证每名学生人手一台设备，人人动手操作，只能进行分组操作或者教师进行演示而学生观看学习。还有的实训，在操作过程中会导致设备损耗严重、后期更新维护困难等问题，不利于学生反复训练，甚至无法开展训练，这都在一定程度上影响了实践教学的效果。2 虚拟现实技术及其优越性虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是一门富有挑战性的前沿学科和研究领域。它是综合利用计算机图形学、传感器技术、光电成像技术、计算机仿真、人工智能等多种技术，创建的一个逼真的，具有视、听、触等多种感知的计算机仿真系统。学习者可以借助设备沉浸于虚拟环境之中，与虚拟环境中的实体进行交互，产生等同于真实物理环境的体验、认知和感受。将虚拟现实技术应用到实践教学中，让学习者亲身去经历、去感受、主动去交互，一定会比空洞抽象的收稿日期：2022-07-05基金项目：上海城建职业学院教学研究类重点课题 基于虚拟现实技术的设施设备实训平台的构建（项目编号：cjky202016)作者简介：崔玉美(1975)，女，硕士，副教授，研究方向为智能建筑、电子技术、职业教育研究；陈斌(1985)，男，硕士，讲师，研究方向为物联网技术、人工智能、BIM技术；张志刚(1983)，男，硕士，讲师，研究方向为建筑设备运维、物联网技术。110DOI:10.14004/ki.ckt.2023.0139交叉与综合Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第3期(2023年1月）第19卷第3期(2023年1月）本栏目责任编辑：李雅琪说教更具说服力，比被动地灌输更容易被接受。因此利用虚拟现实技术具有传统实践教学无法比拟的优越性，主要在于以下几点。2.1 突破硬件要求限制，规避实训风险利用虚拟现实技术，克服了教学场地的局限性，学习者可以打破空间、时间的限制，即可以通过虚拟实训环境，通过听觉、视觉、触觉等逼真的感官体验，如同身临其境一般完成各种实验，并可以放心地去做各种危险的实验，学生和教师也不用提心吊胆，比如高压测量、高空作业、某些化学实验，或者是真实环境下不可能做的实验，比如体验历史事件，或者体验黑洞，并获得与真实的工作环境一样的效果，既保证了学习成效和教学效果，同时也规避了实验实训的风险。2.2 节约成本，反复练习虚拟现实的沉浸性和交互性，可以使学生在虚拟的环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习中去，这非常有利于学生的技能训练。比如汽车维修、电气设备拆装、中央空调的清洗等各种职业技能的训练，由于虚拟的训练系统无任何危险，又节约耗材，学生可以反复练习，直至熟练掌握操作技能为止。2.3 实训项目丰富，更新便捷虚拟实训项目可以通过纯仿真模拟、虚实一体化联动等各种方式开展，根据教学和实训内容的多样化增加虚拟实训硬件及软件，教学内容也可以根据岗位的需求不断更新完善，使实践训练及时跟上行业企业技术的飞速发展。2.4 生动逼真的学习环境，有利于理解抽象事物研究数据表明，人们对亲身经历或者模拟操作的事情可以记住80%以上，虚拟设备将有机会帮助学习者大幅提升学习的效果。在传统教学中，知识的传授一般是依靠简单的文字和图片等形式来进行，这些用于讲授看得见、摸得着的事物是容易被理解和接受的。但是对于一些比如宏观的或者微观的现象，历史的或者将来的事件，就很难解释得通俗易懂了。相对于传统教学中知识的扁平性，虚拟现实技术可以打破人类在时间与空间上的认知障碍，为学习者提供生动、逼真的学习环境，如构建人体系统、外太空旅行、分子结构等，将知识信息呈现得更为直观、立体、丰富，可以在广泛的科学领域中为学习者提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固他们学习知识的过程，有效帮助其加深学习印象，深刻理解抽象事物。2.5 提高学生参与度，激发学生的学习兴趣虚拟现实技术为情景学习带来了前所未有的技术方面的支持，解决了传统教学脱离真实场景的问题，通过设置与真实情境类似的场景，挑战传统教学场地所带来的局限性，学生不出教室就可以进入逼真的教学情境，通过交互认识世界，使沉浸式教学课堂变得更加生动有趣，获取成就感、愉悦感，更重要的是这种学习体验会激发学生的创造力和想象力，从而调动学生主动学习，激发学生学习的内生动力，增加学习体验与参与度。3 基于虚拟现实技术的 建筑设施设备管理 课程实践教学建筑设施设备管理 是一门理论性与实践性都很强的专业核心课程，对于职业教育的学生来说有一定的难度，又比较枯燥。虚拟现实技术在课程实践教学环节中的应用暂不能完全取代传统教学，但通过沉浸式的体验与企业实景参观相结合，势必可以改革和优化教学形态和教学内容，突破原有教学瓶颈3，有效地辅助和改善教学，提升课程应用技能的学习效果，激发学生学习兴趣，更好地适应和服务新时代的需要。3.1 构建虚拟实训室通过虚拟现实技术构建多维度仿真实训室，创建一个逼真的虚拟环境，通过对建筑内部的暖通空调系统、给排水系统、消防系统等运行过程的真实模拟，向学生展示整个系统的结构、逻辑关系、运行维护等情况，甚至可以模拟运行故障，让学生去发现并学会解决问题，反复地观察、操作，进行学习和探索，能够辅助教师课堂教学，极大地提高学生的学习效率。我院上海市智慧城市与物业管理公共实训基地的虚拟仿真实训室可以完成以下功能，同时该仿真系统也在根据企业岗位的需求不断地更新过程中。1)虚拟漫游巡检：构建了基于建筑真实场景的虚拟仿真空间，学习者只需要戴上专用的VR眼镜，就可以以第一人称视角体验建筑设施设备整体结构环境，在虚拟空间里漫游观看，了解各个系统运行情况，漫游巡检，酷似游戏一样给人一种真实的感受，实现了可视化运维。2)设备虚拟拆装、维保：设备内部结构构成透视化，可以逐层可视化拆解和装配，让学生能够很方便地根据设备构成原理图、材料清单了解设备，在拆解和装配的过程中，还可以点选相关部件显示历次维修记录、显示维保信息等，学生可以反复多次地进行感知度极高且具有安全性保障的模拟操作训练。3)可视化设备管理台账4：在虚拟场景的导航面板上，系统会全局显示在建筑场景内，根据规范要求需要保养维护的设备列表，在虚拟场景漫游过程中，系统会提示附近的设备是否需要进行维护保养。4)智能检索技术规范：虚拟场景支持智能式检索相关技术手册，通过逐层拆卸实现维护设备零部件与相关管理知识相对应，可以随时查询相应的维护操作规范，方便学习者对设备维护维修的问题进行学习研究和掌握。5)学习考核：系统可以根据需要在学生终端进行安装，其中设置了各种实训项目练习题目，让学生在“通关游戏”中，完成知识的学习，帮助学生在“观”“巡”“悟”的过程中掌握设施设备的使用、监控、维护的基本知识，将理论知识与实践有机地结合在一起，有效地提升教学质量。3.2 丰富课程教学资源建设，改进教学模式虚拟仿真实训的应用，可以促进授课教师认识并应用新兴技术，更新教学理念，不断改进教学方法和（下转第115页）111交叉与综合Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第3期(2023年1月）第19卷第3期(2023年1月）本栏目责任编辑：李雅琪5 结束语“双一流”建设是新时代高等教育发展的重要举措。本文在OBE理念指导下，抓住“双一流”建设契机，以资源与环境专业研究生 高级计量地理学 课程为个案，探讨成果导向的OBE教学模式设计，形成贯穿成果导向、教师教学内容设计、思政元素融入和学生动手实验等4个方面的OBE教学模式改革。以 高级计量地理学 的重点知识为例，包括趋势面分析、时间序列分析、主成分分析和AHP层次决策等，设计基于OBE模式的教学改革实践，从实际教学效果来看，学生对行业需求的理解、动手编程能力、科研水平等都有不同程度的提高。由于科技进步、地理产业发展、科研成果推陈出新，未来将以学年为单位定期完善与更新教学内容，将OBE教学模式深入与灵活运用至日常教学中，培养适应时代发展的地理栋梁之才。参考文献：1 曹妍.“双一流”建设高校学者的跨学科研究行为与策略分析J.中国高教研究,2022(3):7-14.2 张宗兰,梁大伟.“双一流”视域下高校思政课教师核心素养的价值、内涵与提升路径J.教育理论与实践,2021,41(3):14-18.3 朱飞,黄英杰.“双一流”建设背景下地方本科大学国际化发展路径探索以云南大学为例J.教育理论与实践,2021,41(18):20-23.4 梁立锋,刘秀娟,李平卫,等.地理科学专业计量地理学课程教学改革研究J.高师理科学刊,2020,40(8):107-110.5 邓小菲,韩剑萍,赵龙,等.地理科学专业“计量地理学”实践教学改革思考J.绵阳师范学院学报,2019,38(5):112-115.6 武勇杰