0引言

近年来，信息技术飞速发展，为教育现代化提供了强有力的工具，正在深刻影响教育形态和教育方式的发展变化[1]。实验教学是培养创新精神、实践能力和社会责任感的重要载体，利用虚拟仿真技术拓展实验教学内容的广度和深度，延伸实验教学的时间和空间，提升实验教学的质量和水平，是教育信息化的一个重要方向[2]。武汉设计工程学院环境设计学院设有环境设计、风景园林、园林三个本科专业，致力于培养具有实践操作能力、创新思维能力、美学素养能力的高素质应用型人才。目前，学院已经形成较为成熟的专业教育课程体系。其中，景观工程课程是三个专业的核心课程，也是一门实践性极强的课程。景观砌体工程涉及景观工程材料的认知、应用和施工，是景观工程的必要一环。在课堂教学中，仅通过部分图片和视频无法充分展示景观施工过程。而在实地调研学习中，由于景观施工结束后，很多结构被隐藏，难见其全貌，若想进入施工现场参观学习，一则施工进度与教学安排恰好合适的工地较难寻觅且不稳定，二则由于参观人数过多易对施工现场产生干扰以及出于对师生安全的考虑，此种实习较难实施[3]。为解决这一难题，环境设计学院景观工程教学团队充分发挥虚拟仿真实验平台即时性、交互性、沉浸式、现场操作性、多媒体化、小型化等特点，与合作企业武汉拾景创艺文化科技有限公司紧密合作，利用3D仿真技术、多媒体技术和网络技术，以庭院景观砌体工程为对象，设计4课时的仿真建造实验[4]。按照场景预设、基础施工、砌体施工、面层装饰、布景设计的虚拟仿真思路和技术方法，解析景观砌体工程施工的完整知识链，实现虚拟仿真技术与课堂教学的高度融合。

1实验教学目标

本课程面向风景园林、园林、环境设计专业（景观方向）本科三、四年级的学生。在课堂教学中，学生已完成景观规划设计、景观砌体工程中相关理论知识的学习，掌握了景观工程材料的应用原则，初步了解了花坛和挡土墙施工的基本施工流程。在此基础上开展庭院景观砌体工程虚拟仿真实验，目的在于培养学生具备以下四方面的综合能力。实验教学目标与人才培养之间的关系如图1所示。

1.1场地分析能力

通过本实验营造出的仿真环境培养学生对场地的敏感度，掌握基本的场地分析方法，并能针对具体建造环境作出正确判断，选择适宜的砌体形式。

1.2景观砌体材料的认知与应用能力

在“基础认知及考核”模块完成知识点（主要是景观砌体材料的认知）的学习和巩固，并在砌体施工实操前先对预设场景内的砌体工程进行砌筑材料和面层装饰材料的选用，检验学生对景观砌体材料的应用能力。

1.3景观砌体工程的建造能力

利用虚拟仿真技术，模拟不同类型花坛和挡土墙建造的全过程，涵盖定位放样、开挖基槽、地基处理、垫层施工、墙身砌筑、面层装饰等多个环节。学生须遵循真实建造顺序进行施工处理，以此训练学生的建造施工能力。

1.4景观工程的基本设计与施工能力

通过对景观砌体工程建造过程的深入学习，实现以点带面的教学效果，帮助学生形象地理解并掌握各类景观工程的构造原理和施工技法。在此基础上，让学生能够在景观设计与工程施工中综合运用这些知识，从而具备基本的设计与施工能力。

2实验原理

通过对预设场景的分析，确定庭院的类型，了解该庭院的功能分区，并针对不同的功能区选择与其相适应的花坛与挡土墙的形式，包含墙体砌筑材料和面层装饰方式。在完成对庭院砌体工程的选型后，针对不同类型的花坛和挡土墙按照施工工艺流程一一进行模拟施工。在此过程中会涉及典型花坛的结构、典型挡土墙的结构、花坛砌筑施工工艺流程和挡土墙砌筑施工工艺流程四个主要内容。共有场地分析、砌体材料类型及其特点、常用面层装饰方式、常见花坛的类型、典型花坛的结构、挡土墙的类型及其应用、典型挡土墙的结构、花坛砌筑施工工艺、挡土墙砌筑施工工艺和场景优化布景十个知识点。该实验的核心要素仿真设计表现在两点。一是模拟真实建造环境，训练学生的场地分析能力。实验模拟搭建多个不同类型的庭院环境，学生通过对场地的背景情况的了解，场地内的观察、漫游，了解场地信息，并结合设计背景选定适宜的景观砌体形式。二是通过对花坛和挡土墙施工流程的模拟操作，训练学生施工建造的能力。实验要求学生以花坛和挡土墙的实际施工流程进行实验操作，并进行最后的场景优化布景，直至整个庭院建造完成。

3实验教学过程与实验方法

在景观砌体工程的教学中，采用课堂教学和虚拟实验教学紧密结合的教学方法。在虚拟仿真实验的教学中，采用“基础认知—示范演示—实验实操—考核评价”四位一体的教学模式，循序渐进地展开实验教学内容[5]。

3.1基础认知阶段

此阶段采取自主式教学，学生可根据课程理论课学习到的基础知识，在“基础认知及考核”模块进行自主学习，巩固掌握砌体材料、面层装饰方式、花坛的设计与施工、挡土墙的设计与施工等知识。基础认知及考核模块界面如图2所示，挡土墙施工流程的学习如图3所示，基础知识测试如图4所示。

3.2示范演示阶段

分步骤介绍该系统的功能，通过案例讲解，学生可以了解实验的内容、步骤、操作、结果等。通常随机选取一个景观砌体为演示对象，一边讲解实验操作步骤和要点，一边通过三维呈现说明设计的优缺点，同时根据砌体对象的特点介绍施工需要注意的事项。

3.3实验实操阶段

不同类型的庭院在功能需求和设计风格上有不同的要求，本实验选取办公庭院、住宅庭院、商业中心庭院和教学楼中庭四种代表性庭院，要求学生在对该庭院的性质、功能分区、景观风格等进行深入分析后，选取合适的景观砌体类型，再进行砌体施工建造的模拟操作。教师布置实验任务，要求学生根据要求逐项完成。学生通常根据教师的示范演示、系统的操作视频或自己体验分析逐步开展，教师通过巡视发现学生实验过程中存在的问题。这过程通常伴随着学生的提问和教师的答疑解惑。实验实操模块界面如图5所示，办公庭院花坛选型如图6所示，毛石挡土墙砌筑过程实操如图7所示。

3.4考核评价阶段

学生实验的操作过程和结果都将保存在服务器中，教师可查看、审阅学生的关键实验过程和实验结果，对砌体选型的合理性、计划进度的优劣、场景修饰的美感度进行评分，并结合学员在在线考核环节（从题库中随机抽取15道单项选择题和8道多项选择题）的自动评分结果给出一个综合的成绩。学生通过“基础认知及考核”模块的学习，基本掌握庭院景观砌体工程的基础知识，并通过在线考核环节及时检验学习效果。“庭院砌体建设实操”模块由学生独立完成，在虛拟的环境中，学生可以通过直观的三维模式观察不同功能、不同风格庭院的特点，从而选取适宜的景观砌体类型并进行建造施工。该模块考査面广，因此对学生综合能力要求较高，学生可在此过程中反复练习操作，对方案进行改进提升。借助本实验系统教师可准确掌握学生实验每个步骤的完成情况，并提出更具针对性的指导意见，极大地提高教学效率。

4实验教学特色

4.1实验设计

本项目基于Unity3D的三维呈现技术，逼真展示设计成果，以便多视角审视设计的合理性。从项目背景分析到景观砌体选型，再到工程施工，最后场景优化，完整表达出一项景观工程施工的基本程序。同时，基于构件化的分层分段模型，与花坛和挡土墙施工的各工序相对应，实现施工过程的动态演示，并针对典型施工内容讲解不直观的问题，开发相应的动画演示视频，内嵌到施工任务的动态推演中，便于学生査看、学习和掌握。项目还设计了考核答题环节，以补充虚拟实验教学中难以覆盖的内容。该实验设计能贯穿景观砌体工程施工的多个环节，以便从整体上掌握景观砌体施工的知识点，加深对景观砌体施工的理解。本项目基于B/S架构进行开发，部署于云服务器上，对客户端的要求低，学生可以利用各种资源进行在线学习，突破地域和计算能力等的限制，为系统的开放共享奠定条件。

4.2教学方法

在庭院景观砌体工程虚拟仿真实验的教学中，秉持“以学生为中心、以应用为导向、以虚仿为手段”的教学理念，循序渐进地展开本实验教学内容。具体包括学生的自主学习、答题考核、庭院景观砌体工程施工的实验示范演示、学生在线实践操作、教师答疑解惑、学生完成实验、教师综合评分等多个环节。

4.3评价体系

学生实验的操作过程和结果都将保存在服务器中，教师可查看、审阅学生的关键实验过程和实验结果，对学生虚拟实验上传的各项成果给出主观评价。此外，学生被要求完成从题库中随机抽取的测试题，其结果由系统自动给出客观分值。主客观结合得出的综合评分更能体现成绩的公平性。

4.4对传统教学的延伸与拓展

本项目配合环境设计、风景园林、园林三个本科专业的景观工程课程的教学开发。由于景观砌体工程涉及景观工程材料的认知、应用和施工，在课堂教学中仅通过部分图片和视频无法充分展示景观施工过程。因此，需要有增强学生参与度、进一步系统而直观地掌握相关知识的环境。为了更好地实现教学的延伸与拓展，实验系统现阶段采用免费开放服务的模式，以获得更广范围的使用效果数据和建议，为后续的升级提供数据基础。

5实验教学课程持续建设服务计划

本课程计划在五年内进一步完善和提升系统功能，包括功能模块的进一步完善、基础理论知识点的视频和动画的补充、更多的施工动画演示制作、景观砌体选型的智能化评估、题库的补充等。完成项目中VR功能的建设，用户可在完成作品的搭建后，穿戴VR设备置身于庭院中，在虚拟环境中沉浸体验最终施工效果[6]。同时，结合景观工程课程相关内容，进行景观工程其他工程子项目，如场地工程、道路工程、水景工程等虚拟仿真实验建设，从而形成完整的虚拟仿真实验课程体系。项目在风景园林、园林和环境设计三个专业的相关课程中应用，上线后向武汉设计工程学院在校师生开放实验。持续改进本项目，补充并更新虚拟仿真实验教学数据和案例；同时做好服务和推广工作，有步骤有计划地向兄弟院校实施教学推广，争取实现在华中地区乃至全国的示范和推广运用。

6结束语

本项目的开放运行依托开放式虚拟仿真实验教学平台，集实物仿真、智能指导、结果验证、自动批改和教学管理于一体，具有良好的自主性、交互性和可扩展性。在实验过程中，学生是单机操作，实验完成时间和地点不受限制，教师也能实时监控学生的学习进度和学习状况，随时了解学生学习各个知识点的情况，准确把握不同层次学生学习中的问题点、兴趣点，有效和学生互动、交流，优化实践教学，便于学生更好地突破教学重难点，提高实践教学质量。此外，虚拟仿真实验平台能够逼真地模拟全过程，在师生互动、交流中，学生可以优化利用所掌握的重难点知识，进行相关的实验操作，提高专业技能，从而全面提升实践效果。通过本实验，学生可以形象化地理解景观砌体工程的设计原理与建造逻辑，并在交互操作中激发学习兴趣，提高空间想象力和实践动手能力，从而提升教学效果。

7参考文献

[1]熊宏齐.国家虚拟仿真实验教学项目的新时代教学特征[J].实验技术与管理,2019,36(9):1-4.

[2]袁旸洋,成玉宁,李哲.“金课”背景下风景园林专业虚拟仿真实验教学项目建设研究[J].风景园林,2020,27(S2):70-74.

[3]冶建明.园林工程课程实践教学改革探析[J].现代农业科技,2017(7):290,292.

[4]聂磊,邓余昌,王戴勇.基于虚拟现实仿真技术的园林工程施工技术实训课程教学改革研究[J].中国多媒体与网络教学学报,2021(11):19-21.

[5]吴国玺,毕翼飞,李满园.基于虚拟仿真技术的风景园林专业人才培养[J].许昌学院学报,2020,39(5):46-50.

[6]何玉惠,刘宝昌,温娜.风景园林工程VR创新实训平台的构建[J].住宅与房地产,2020(23):122-123.

作者:陈丽 曾艳 张辛阳 单位:武汉设计工程学院