李 成 李皓月 蔡 伽

(河北開放大學(xué) 河北石家莊 050080)

1 引言

作為一門傳統(tǒng)的工科專業(yè)，土木工程專業(yè)與實(shí)際工程聯(lián)系緊密，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性特征。Jaron Lanier在20世紀(jì)80年代初提出Virtual Reality，直譯為虛擬現(xiàn)實(shí)，它的含義是：把客觀世界中的某一局部用電子的方式模擬出來，并且能夠讓人進(jìn)入這個(gè)局部世界，猶如身臨其境；而且這種身臨其境不是靜態(tài)的，當(dāng)你在該局部世界活動(dòng)時(shí)，你會(huì)感到“境”的相應(yīng)變化[1]。本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入到土木工程專業(yè)成人教育中，為探索線上線下融合的教學(xué)模式，提高專業(yè)教學(xué)質(zhì)量提供參考。

2 傳統(tǒng)土木工程成人教育課程教學(xué)實(shí)施過程中存在的問題

2.1 教學(xué)效果參差不齊

由于教師教學(xué)技術(shù)手段的差異和學(xué)生積極性、基礎(chǔ)水平的不同，導(dǎo)致傳統(tǒng)成人教育教學(xué)效果參差不齊，教師無法通過平臺(tái)把握學(xué)生的理解、領(lǐng)悟水平，學(xué)生存在學(xué)習(xí)效率低下，難以找到興趣點(diǎn)的問題，學(xué)生很難完成對(duì)所學(xué)知識(shí)的有效建構(gòu)。

2.2 教師與學(xué)生之間缺乏互動(dòng)和交流

在傳統(tǒng)的成人教育教學(xué)過程中，教師通過教學(xué)平臺(tái)上傳文本、視頻等課程資源，學(xué)生主要在教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)，雖然每個(gè)學(xué)期都設(shè)置有答疑環(huán)節(jié)和面授導(dǎo)學(xué)，但教師和學(xué)生之間難以通過此過程建立有效的互動(dòng)和交流。同時(shí)，在講授課程的過程中，教師無法有效、及時(shí)獲得學(xué)生的互動(dòng)反饋，導(dǎo)致部分教師的興趣下降，按照自己的進(jìn)度開展教學(xué)，忽略了學(xué)生的感受。

2.3 學(xué)生課堂體驗(yàn)感不足

受技術(shù)水平瓶頸的限制，學(xué)生通過教學(xué)平臺(tái)學(xué)習(xí)的課堂體驗(yàn)感不足，難以獲得沉浸感。尤其對(duì)于工科領(lǐng)域一些實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)科目，單純的二維平面教學(xué)使得基礎(chǔ)知識(shí)不牢固的成人學(xué)習(xí)者難以很好理解抽象的理論知識(shí)，更不能在實(shí)踐中得到很好的應(yīng)用。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有以下幾方面的特征：（1）交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有很強(qiáng)的交互性特征，通過人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)置，用戶能夠使用頭盔顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備達(dá)到與虛擬世界進(jìn)行交互的目的。同時(shí)，用戶還能利用自己的語言、肢體動(dòng)作等操作虛擬世界中的實(shí)物。（2）沉浸性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)將人類視覺和聽覺系統(tǒng)進(jìn)行整合從而構(gòu)成一個(gè)非真三維的圖像世界。用戶只需要戴上特定的頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，就可以很好地融入虛擬環(huán)境中，產(chǎn)生很強(qiáng)的沉浸感。（3）建構(gòu)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有很強(qiáng)的建構(gòu)性特征，主要體現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以有效拓展視野，為使用者提供了豐富而廣闊的想象空間，達(dá)到土木工程成人學(xué)習(xí)者主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的目的。（4）多感知性。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中不僅有視覺和聽覺系統(tǒng)，而且有觸覺和動(dòng)覺系統(tǒng)，因此用戶在系統(tǒng)中能夠享受到多種方面的感知，產(chǎn)生真實(shí)世界的體驗(yàn)。

4 線上線下融合的教學(xué)模式構(gòu)建與應(yīng)用

“建構(gòu)主義(constructivism)”也翻譯為結(jié)構(gòu)主義[2]，瑞士心理學(xué)家皮亞杰(J.Piaget)最早提出建構(gòu)主義理論[3]。根據(jù)建構(gòu)主義基本思想，學(xué)習(xí)者獲取知識(shí)的過程是在一定的情景下，在老師或者學(xué)習(xí)伙伴的幫助下，通過意義建構(gòu)的方式對(duì)學(xué)習(xí)資料的學(xué)習(xí)。在建構(gòu)學(xué)習(xí)的過程中，教師僅僅起到組織、幫助、指導(dǎo)的輔助作用，學(xué)生起主要的構(gòu)建作用。根據(jù)建構(gòu)主義的教學(xué)觀，學(xué)生在建構(gòu)學(xué)習(xí)的過程中，并不是學(xué)到多少知識(shí)點(diǎn)，而是根據(jù)教師提供的線索不斷構(gòu)建知識(shí)框架、開發(fā)新的思維方式，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)的目的。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為學(xué)生提供一個(gè)豐富、逼真的教學(xué)情景，使學(xué)生有充足的獨(dú)自建構(gòu)知識(shí)框架的空間，保證學(xué)生在“最近發(fā)展區(qū)”學(xué)習(xí)，從而達(dá)到教師和學(xué)生之間相互促進(jìn)、互相協(xié)調(diào)發(fā)展的良性循環(huán)。

1975年芝加哥大學(xué)Mihaly Csikszentmihalyi博士首次提出沉浸理論：人們?cè)谀稠?xiàng)活動(dòng)中，完全排他，沉浸在活動(dòng)當(dāng)中，達(dá)到只關(guān)注活動(dòng)本身，注意力高度集中的狀態(tài)[4]。教學(xué)模式設(shè)計(jì)過程中一個(gè)非常重要的方面就是沉浸感。在實(shí)際土木工程成人教育教學(xué)中，學(xué)生由于各種原因不能將所學(xué)到的理論知識(shí)，尤其是動(dòng)手操作性強(qiáng)的技能得到應(yīng)用。借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使學(xué)生在練習(xí)的過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉浸感，使學(xué)生更好得進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，有助于其創(chuàng)造性思維的開發(fā)，提高其學(xué)習(xí)效率[5]。

基于建構(gòu)主義和沉浸理論構(gòu)建土木工程成人教育線上線下有機(jī)融合的教學(xué)模式并探索其在土木工程理論和實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。

4.1 理論教學(xué)中的應(yīng)用

選取對(duì)學(xué)生理解能力高的課程，例如：建筑結(jié)構(gòu)、建筑施工技術(shù)、建筑力學(xué)、建設(shè)監(jiān)理、鋼結(jié)構(gòu)等，探索虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與土木工程理論課程的深度融合，在教學(xué)大綱、教學(xué)方法以及課程考核中增加虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)元素，通過拓寬成人學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑達(dá)到提升學(xué)習(xí)興趣、提高成人學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的目的。

通過將多門關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、專業(yè)拓展課集合構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行交叉課程的融合。人本主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者是學(xué)習(xí)的中心，要在個(gè)人需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行所有的學(xué)習(xí)活動(dòng)[6]。在理論教學(xué)中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使成人學(xué)生在線上學(xué)習(xí)之余，發(fā)揮主觀能動(dòng)性完成課程的實(shí)踐，加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，提高成人學(xué)生實(shí)際操作能力，達(dá)到線上線下有機(jī)融合的目標(biāo)。

4.2 實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)是土木工程專業(yè)課程實(shí)踐類教學(xué)的三個(gè)主要方面。土木工程實(shí)訓(xùn)是學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，培養(yǎng)動(dòng)手能力的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)虛擬實(shí)踐系統(tǒng)，可以有效降低實(shí)訓(xùn)成本，降低學(xué)生的實(shí)訓(xùn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)。土木工程類的相關(guān)實(shí)驗(yàn)大部分造價(jià)非常昂貴，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地要求也很高，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)并制定相關(guān)的實(shí)驗(yàn)規(guī)程能夠大幅度減少實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，同時(shí)也能滿足成人學(xué)生靈活的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，取得令人滿意的實(shí)驗(yàn)效果。在土木工程專業(yè)實(shí)習(xí)方面，在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上建立土木工程虛擬實(shí)習(xí)基地，使成人學(xué)生參與到整個(gè)工程的全過程建設(shè)中，而且可以進(jìn)行相關(guān)實(shí)習(xí)內(nèi)容的回放，使成人學(xué)生獲得多方面、全方位的實(shí)習(xí)體驗(yàn)。

5 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程成人教學(xué)中具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程成人理論、實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，可以有效解決傳統(tǒng)土木工程成人教育課程教學(xué)實(shí)施過程中存在的問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)與線下體驗(yàn)的有機(jī)融合。