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1傳統教學存在的問題

按照傳統的教學模式，如果采用填鴨式教學，針對專業知識的學習，例如橋梁工程的施工工藝，僅僅從圖片及教材中所學的內容不夠立體和全面，僅能從片面角度理解問題，會在應用時顯得力不從心。實驗實訓是橋梁工程教學中的重要環節，實踐實訓教學要求教學內容與生產實際、與學生未來職業崗位相聯系，并在教學實踐中構建能夠體現與情境相關的、明確的工作工程知識，最終形成職業能力。針對橋梁工程的傳統實驗實訓，僅僅局限在某個混凝土塊的制作、養護等等，某個橋梁工程的結構設計而言，僅僅針對的是某個部件、T型梁等簡單的計算；針對某個工程項目的施工組織設計也局限在某一條路的某個部位，所以局限性非常大，學生得到的鍛煉有限。另外由于教師注重理論教學，對實踐教學重視程度不夠。因此導致實踐教學相對薄弱，尤其在橋梁工程施工講解中，其具有內容種類繁多、實驗內容靈活、新技術更新較快等特點，給教師的實踐教學帶來了困難。無法滿足學生對專業知識的需求，造成了理論與實踐的脫節、學生動手能力差等問題的出現。高校實驗室經費的原因，實驗儀器及設備簡單，實驗的豐富性也受到了較大限制，學生對綜合性和設計性的實驗需求也無法得到保障。因此這種簡單枯燥的實驗也不能引起學生求學的熱情，學生缺乏參與意識，實踐能力差。

2運用虛擬現實技術制作仿真教學課件的必要性

在現代的教育環境下，高校教師在理論教學中也面臨著諸多問題。現論教學多采用傳統的教學模式，近年來高等院校結合現代教育技術來輔助教學。例如應用PPT制作教學課件；應用Authorware制作具有交互功能的學習系統；應用計算機高級語言（如VB）制作具有交互功能的學習系統、考試系統等等。在校多年的教學實踐中，高校教師應用以上方法進行了教學改革嘗試，教學效果得到了學生肯定，但是也存在著一些缺點，在《橋梁工程》課程授課過程中存在教學內容不直觀、橋梁模型試驗成本高等特點，因此我們采用虛擬現實技術來制作仿真交互的教學課件，使學生能在任何地方任何時間來加強《橋梁工程》課程的實操和理論知識的學習，學生可以像玩游戲一樣來體驗橋梁結構設計、施工技術，這將極大的提高學生學習的興趣。虛擬現實技術是根據人類的視覺、聽覺和生理、心理特點，由計算機產生逼真三維立體圖像，學習者成為虛擬場景中的一份子，其與虛擬環境中各種對象的相互作用就如同在現實世界中的一樣。同時虛擬現實系統中是集視聽觸動覺為一體的傳感及反應裝置，學習者在虛擬環境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知信息，因而可以充分調動各種感官的積極性，進行實時的全方位的學習。例如針對橋梁工程中的樁基施工，通過鉆孔灌注樁的施工工藝的介紹，有針對性的通過3D技術，將針對不同鉆具類型——旋轉鉆、沖擊鉆、沖抓鉆分別介紹施工順序，通過視聽等多面的立體感受，學生能夠更深入的體會和掌握其施工工藝，記憶深刻，和傳統的老師講授理解要更透徹，接受領悟的要領更多。同時對于土木工程中，應用型人才是市場的需求主力，如果使用虛擬現實技術改進教學方法，從以教師為中心的授課形式轉變為以學生為中心的個別化教學、合作化教學。由學生積極主動參與構建某個土木工程構建，那么學生的被動學習就轉變為主動學習，學習的效果可想而知。利用虛擬現實技術建立的橋梁虛擬實驗室(Virtuallab)在教育上應用前景廣闊。創建橋梁結構虛擬環境的演示體可以擺脫真正實驗室所需要的昂貴的設備，教學的效果基本接近真正的實驗教學效果。

3虛擬現實技術在工程專業中應用的設計思路

在工程專業教學中應用虛擬現實技術的目標之一是調動學生的自主學習興趣，強調學習過程以學生為中心，充分發揮學生的自主學習性。虛擬現實技術在橋梁工程教學中，需要以典型的工程項目為載體，確定類型、結構、構造、尺寸及工程施工布置方式等基礎資料，收集橋梁的墩臺、墩臺基礎、橋梁承載結構等資料，為軟件開發奠定數據基礎。其實施過程擬采用的思路及方法如下。

1）調查法：深入工程單位調研，以工程專業學生的工作崗位所必需的知識和能力為目標，確定虛擬仿真工程項目和具體內容；調研虛擬現實技術在國內高校教學中的應用；了解軟件開發平臺的種類和功能。

2）功能分析法：根據當前工程類專業教學改革現狀和需求，進行三維虛擬現實技術和專業教學結合的需求分析，研究一種切實可行的教學方法；以典型的工程項目為載體，確定類型、結構、構造、尺寸及工程施工布置方式等基礎資料，為軟件開發奠定數據基礎；教學模塊開發；比選并確定開發軟件。

3)經驗總結法：本校試點，將成果運用到教學中，并總結提高，然后向其他學校推廣新的教學方法。

4)教學效果評價。按照橋梁工程教學設計內容，實施教學工作并對其效果進行評價。通過對學習過程和仿真操作教學效果評價，才能如實的反應教學過程中的優點和不足，發現教學組織過程中存在的問題及成因，為改進教學提供依據。只有通過不斷的完善虛擬現實技術在橋梁工程教學中的應用，才能實現辯證唯物法的發展規律。教學評價也是學生和教師共享學習成果的一個過程，通過學生接受知識、提出疑問、發現問題以及參與評價等過程中，進行了知識體系的建構，使知識得到鞏固、完善和升華。

4應用虛擬現實技術的發展

學生在計算機創造的虛擬世界中可以欣賞橋梁藝術，從中得到美的享受。這使得將傳統的、小范圍的專業技術教育轉化為更現代的、更大范圍內的專業教育和針對更多受眾的文化素質教育成為可能。虛擬現實技術在橋梁工程教學中應用將是今后一個重要的發展方向。從近年來虛擬現實技術的發展來看，其主要存在以下特點。

1）研究的廣度及深度在不斷增加，這為橋梁工程教學中使用虛擬現實技術墊定了良好的基礎。

2）虛擬現實技術越來越強調教學系統設計理論的應用，在教學及技術方面，都越來越注重理論與實踐結合，場景建模過程中要求操作便捷、清晰明了，學科特點突出。

5結論

針對傳統教學存在的問題，指出了運用虛擬現實技術于橋梁工程仿真教學的必要性，并提出虛擬現實技術在工程專業中應用的以下設計思路。

1）深入工程單位調研，以工程專業學生的工作崗位所必需的知識和能力為目標，確定虛擬仿真工程項目和具體內容。

2）以典型的橋梁工程項目為載體，進行三維虛擬現實技術和專業教學結合的需求分析，研究一種切實可行的教學方法；并將成果應用于教學之中。通過教學效果評價，反饋教學過程中的優點和不足。

作者：唐德蘭高征偉劉麗單位：重慶交通大學國際學院