《建筑设备工程》基于三维虚拟仿真教学的任务驱动教学改革

　　0 引言

　　建筑设备是房屋建筑不可缺少的组成部分，包括给排水、供热、通风空调、燃气、供电等设备系统，随着经济的发展和人们生活水平的提高，建筑设备在建筑中的地位越来越重要，其投资已占建筑总造价的20%～35%[1]。为培养建筑设备工程技术人才，在建筑工程技术、建筑工程管理等专业中开设了《建筑设备工程》课程，课程内容包括建筑给水排水工程、供暖工程、通风与空气调节工程、建筑电气工程、建筑智能化工程等，是一门理论和实践密切结合的专业课程。

　　1 课程现状

　　在传统的教学模式下，课程设置知识点零散，教师对教学重难点难以透彻讲解，学生对知识一知半解；教师注重知识的传授，忽略职业能力的培养；学生被动接受知识，对学习缺少积极性和主动性，学习效率低下，学习效果不理想，缺乏实践机会和操作经验，学习过程脱离工程实际。为提高教学质量，培养技术、技能型人才，学校及教师也采取了很多的方法，如使用设备教学模型、校内实训设备实操，校外实训基地实训，这些方法一定程度上增强的学生的学习兴趣，提高了教学效果，但因为设备数量有限、场地和时间限制、实操考核标准无法统计分析来支持教学等原因，教学效果有待进一步提到。

　　2 课程改革

　　为进一步提高学生的学习积极性和主动性，增强学生的动手能力，提高教学质量，并在学习过程中培养团队合作能力、自我管理能力、创新能力、应急处理能力等社会能力与方法能力，借鉴CDIO教育模式[2]的理念，我们从以下四个方面进行了综合改革：一是，重构教学内容，优化教学设计；二是，采用以项目引领、任务驱动为主，其他多种方法综合运用的教学方法；三是，采用三维虚拟教学进行沉浸式教学；四是采用赏识教育，自强故事分享，最美新闻人感悟等形式进行品格教育。

　　2.1 重构教学内容，优化教学设计

　　教学内容的选择和优化是教学改革的第一步。我们依据“分专业建立学习项目，分任务完成项目”的原则重构了课程的教学内容，将离散孤立的知识点进行充分融合，创建不同的学习项目，围绕项目设计若干开放性的任务，依据实际工作过程组织教学[3]。重构后的内容包括建筑给排水工程、采暖工程、通风空调工程、建筑电气工程基础、建筑电气工程、建筑智能化工程、建筑设备安装及施工工艺三维虚拟仿真7个项目。每个项目包括若干任务，如项目建筑给排水工程包括建筑给水系统、建筑排水系统、室内消防给水系统、建筑给排水施工图组成及识读方法三个任务；项目建筑电气工程基础包括建筑电气基础、电线电缆、建筑电气配线施工工艺、电缆敷设施工工艺、建筑电气工程施工图组成及识读方法五个任务等。

　　在每个任务中我们包括了四个内容――以问题形式出现的任务导入、以理论讲解形式出现的任务引领、以师生共同进行的任务实施、以学生为主完成的任务拓展。任务拓展部分设计成了两个内容--知识和技能。知识部分主要是巩固课堂所学理论，并进行资料查阅等的训练。技能部分主要以团队形式或者个人独立完成一些识图、实训操作等训练为主。在任务导入阶段学生可以思考、探讨，从而进入学习状态，之后教师讲解完成任务相关的理论知识，然后师生共同以互动的方式解决任务，最后通过任务拓展部分完成理论知识的复习巩固、知识拓展以及实践操作的训练。内容重构后的优点是在整个教学过程中是以培养学生的实际工程能力为核心，以教师为主导，以学生为主体，学生全过程主动积极参与，从而提高教学效果。经过实践，这样的教学内容设计在培养学生综合能力方面是有效的。

　　2.2 任务驱动为主，多种教学方法并用

　　在内容选取和编排上我们主要以项目为引领，以项目下任务实施为驱动进行教学组织，这种项目引领，任务驱动的教学方法能够调动学生的学习积极性，从而发挥学生教学过程中的主体作用，增强学生参与意识，提高学习效率[4]。

　　在具体的方法选取上，我们还注重多种教学方法并用，从而提高教学效果。如在讲述计算机网络的功能这一内容的时候，使用头脑风暴法，让同学们细数上网干什么，然后教师进行归纳总结，学生在这一过程中参与度很高。再如在讲述安全防范工程作用这一内容的时候，使用案例教学法，教师选择安防保卫的具体案例进行教学引入，从而提高学生兴趣。再比如讲解任一工程时可以借助建筑实体模型及学校中的建筑物，使用现场教学法，让学生在工程现场进行参观，教师进行讲解。综合运用多种教学方法可以提高学生的参与度，提高学生的积极性，发挥学生在教学中的主体地位，最终提高学习效率。

　　2.3 采用三维虚拟仿真技术，进行沉浸式教学

　　“实物仿真教学”虽然可以在一定程度上提高学生的学习积极性，但因时间、场地及设备数量等的限制，在具体的教学实施中的作用有限。使用三维仿真技术可以真正的实现以学生为中心，从而使教学过程转教为学。三维虚拟仿真具有三大特性：沉浸性――具有以假乱真的存在技术；交互性――可以实现人机交流；构想性――可以根据需要开发不同的信息环境。利用三维虚拟仿真教学，学生以完成一个具体的任务为总目标，根据工艺流程，选取相关材料和设备进行工作，在教学软件的提示下，依次完成目标。三维虚拟仿真教学可以真实的再现施工现场，实现逼真的施工流程及工艺细节再现；也可以做到无限循环，每个环节都可以反复操作；还可以对学生的学习过程进行实时考核，也能对信息进行统计分析。这种方法在提高学生技能，增强学生操作环节，提高学习兴趣等方面有非常大的优势。

　　2.4 课堂教学中的教育行为，促使品格养成。

　　学生在课堂教学过程中集中注意力的时间大约是25分钟左右，之后就会出现注意力分散、不认真听讲等情形。根据这一规律，我们在课堂教学中利用5-8分钟左右的时间进行品格教育。常用的方法是赏识教育法，自强故事分享，最美新闻人评论。赏识教育过程分成两个阶段――第一阶段是自我赏识，第二阶段是同桌、室友或者好朋友从各个角度赏识他，通过赏识教育，发现并表扬学生的优点，从而提高学生的自信心。自强故事分享就是某同学讲述假期或周末做兼职赚钱的故事，通过故事分享增强同学们的自立自强意识。最美新闻人评论就是评论电台、电视、网络上平凡的人做出的不平凡事迹，使同学们得到精神上的感化，进而提升品格。综合运用以上方法，除进行品格培养之外，还可以活跃课堂气氛，锻炼同学的语言表达能力。（下转第49页）

　　（上接第47页）3 结语

　　建筑设备工程作为建筑工程技术、建筑工程管理等专业的专业课程，如何培养学生的技能，如何提高学生学习的积极性，如何提高学生的学习效果，这些都是教学改革必须考虑的问题，本文从教学内容选取，教学方法设置，三维虚拟仿真教学，活跃课堂气氛等几个方面进行了阐述。这些方法在具体的教学实践中取得了较好的效果，下一步改革的重点就是将BIM技术引进该课程，进行更深入的教学改革探索，以期取得更好的教学效果。

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