基于虚拟现实仿真技术“园林工程实训”课程教学实践

2023年第7期
现代园艺基于虚拟现实仿真技术“园林工程实训”
课程教学实践路培
（河北省衡水学院生命科学系，
河北衡水053000）
摘要：虚拟仿真技术已成为我国高等院校园林专业课程教学的有效辅助手段。

在改变以前传统的板书、幻灯片讲授课程的基础
上，使用新型虚拟仿真技术，充分发挥其可视化、交互性、自主性等优势，力求为园林工程实训等实践操作性强的课程教学提供体验式、沉浸式、全循环穿插式的学习平台。

为了应对反复无常的新冠肺炎疫情，探索现代信息技术与教育教学深度融合的具体方法，改变传统的教学模式和学习模式，以“园林工程实训”课程为例，阐述了园林工程实训以VR 技术为载体，从转变教学理念、发挥学生能动性等方面提出相应的教学手段、教学内容以及评价体系，以期推动高等教育现代化进程。

关键词：园林工程；VR （虚拟仿真）；
教学改革骤的操作，通过项目实务训练，
更加清晰完整地理解施工步骤，掌握施工中的各项技术要点。

它与教育教学的深度融合，最终帮助学生提升他们的识图能力、施工图方案设计能力、项目管理能力和动手能力，为园林专业工程实训体系的构建奠定一定的基础，同时也是在新冠肺炎疫情防控工作常态化背景下，切实推动园林教学和教育现代化进程的有效手段。

虚拟仿真教学主要指的是运用信息技术和交互手段建立虚拟课堂，通过开展虚拟项目进行教学的一
种新型教学形式，突破了传统教学时间、
空间不足的限制，弥补了授课老师创设施工现场实践课难以贯穿整
个施工过程的不足，
同时具有个人化、差异化、沉浸式等特点，能够激发学生的学习兴趣，也符合现代化教学的发展趋势。

与工业、制造业等其他行业相比，园林行业是信息化、智能化程度相对较低的行业之一。

但在园林教育领域，虚拟仿真技术优势明显，易于操作，模块设计的专业性强，内容广泛而深入，特别适用于当代大学生。

在电子设备普及化的今天，学生通过电脑键盘、鼠标以及VR 技术，以园林工程虚拟仿真软件为载体，通过文本、图片、视频动画等各种形式，以及放大、缩小、平移
等熟知的命令，完成测量放线、挖湖堆山、挖沟埋管、平整场地等一系列园林工程任务，
逐步完成对各项园林工程的实景仿真模拟，
遇到问题随时想办法调整解决，从而最终实现互动式教学。

同时还可以训练各种虚拟园林工具、器械的操作，如正反铲挖掘机、橡胶锤等，解决了实训基地设备不足而产生的无法开展有效教学的问题。

3教学过程3.1前期准备
为了顺利推进本科教学安排，在广泛征集学生及教师意见之后，以线上形式开展了2020年、2022年春
季学期“园林工程实训”课程，确保学生的教学进度，实
现“停课不停学”。

教师团队在新的教学形式和目标要
求下，积极开展课程研讨，
更新教学方案，丰富教学内1
相关概念
虚拟仿真又称虚拟现实。

美国计算机科学家Jaron Lanier 于1989年提出使用“虚拟现实”一词以统一表述新的人机交互技术[1]。

随着社会对人才需求的多样化，高校人才培养的手段不断更新，信息化发展促使实验教学和实验平台大变革[2]。

“园林工程实训”课程的教学目的是实地参观、考察和实训园林项目，体验园林营建的环境，全面参观、学习、了解、掌握园林各要素的建造技术和经营管理方面的思想和经验。

课程面向
园林专业开设，设置在本科三年级、四年级，是园林专
业的必修核心课程，也是整个本科所有课程的综合训
练。

该课程主要涉及各项园林工程设计、
工程施工组织与后期养护管理技术等方面的内容，如土方工程、给排
水工程、水景工程、假山以及种植工程等。

所以，
从根本上来讲，该课程是融合艺术与技术、理论与实践于一体的多学科交叉型学科，综合性强，一般工程量相对较大，施工周期较长。

在传统的教学方式中，实训大部分是以测绘、勘察、观摩园林工程施工现场为主，学时安排、场地安排等都决定了很难开展实际动手操作环节。

但是，此门课程内容涉及广泛且影响深远，
是极为重要的一门专业实习课程。

如何从专业人才培养的角度，通过有效的手段解决矛盾，培养合格的项目施工管理人才，是一个亟待解决的问题。

2虚拟现实技术
虚拟现实（Virtual Reality ）简称VR ，是近年来在电
子信息领域兴起的一种数字化处理模拟现实环境的新兴技术，多应用于基于虚拟现实技术的课堂教学以及医学、工程、地理等具体学科应用领域[3]。

因此，对于园林工程而言，虚拟仿真技术让学生能够切身体验各项工程施工过程和施工现场的组织管理，并通过项目一步步引导各模块中预设的工作任务，进行虚拟施工步
基金项目：2021年度河北省三三三人才资助项目（编号：A202101155）；衡水学院2020~2021年教育教学改革研究与实践项目（jg2020001）。

第一作者：路培（1981-），女，河北衡水人，硕士，副教授，研究方向：园林规划设计。

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容，探索和构建新的教学模式。

3.2课程安排
“园林工程实训”线上课程行课一学期，
每周1次课，每次课4学时，共9次课。

与以往实训不同，线上课程采取“嘉宾讲座+教师课程”的全新模式。

3.2.1专家讲座：多领域、多视角的视野拓展。

课程以专
家讲座为主，通过相关领域知名专家学者和从业人员
多角度的讲解，可开阔同学们眼界、拓展其思路，为学
生构建出基础的知识框架，引导学生从不同的角度认
识园林工程，清晰的图示也更直观地展示了设计分析
点，使学生理解园林施工是园林精妙设计的内化和实
现。

学习叠山、理水、植物配置、借景等造园手法，提升
对园林的审美感知，为将来更好地学习相关知识与开
展相关工作打下坚实的基础。

3.2.2教师课程：云观摩、云解析的沉浸教学。

“园林工程实训”课程以各分项施工工程的施工设计与组织管
理为重点教学内容。

线上实训为实训教学提出了新的
挑战，由于新冠疫情防控要求，学生和老师均无法亲临
现场，如何有效地通过线上教学的方式，深入、全面、透
彻地解析园林各项工程，是教师团队面临的首要问题。

以线上教学为契机，做好线上教学的各种准备，教学团
队全面细致地整合了教学资源，梳理教学思路，编写教
学大纲和方案，并针对线上授课“量身定制”了教学脚
本，包括教学序列、视频授课要点、
网络资源收集、虚拟仿真技术应用等，力求增加教学的多样性和趣味性，使
学生们达到身临其境的效果。

经过多轮讨论和精心备课，教师团队将实训内容
合理分配在9次课程的教学计划中，配合详细的教学
课件梳理、线上视频资源录播、VR 技术分层次讲解等
方式，努力克服困难，使同学们能够获得沉浸式的课程
体验。

同时在每次课程学习前和课程学习后都会安排
相应的练习题。

题目的选择均根据最新设计规范和国
家注册建筑师、造价工程师等职业（执业）资格考试的
真题来制定，及时更新知识。

3.3VR 行课过程
3.3.1阶段分级。

实地学习是帮助深刻理解内化理论
知识和促进进步的重要途径。

课程根据园林专业人才
培养的具体要求，充分结合虚拟仿真实训软件，
将理论基础认知、实操实训、技能考核三位一体，
构建全面的人才培养体系。

在运用过程中，以丰富的课程教学包为
基础，以详细的施工步骤为导向，
以实际工作场景为工作面，让学生通过对虚拟的实训操作，完成对施工整个
过程的认知、理解和顶岗实训的目标。

根据对专业知识的认知规律和掌握程度，将虚拟
仿真实训分为理论培训、虚拟仿真、全施工过程3个通
关过程。

首先是基础理论知识培训考核阶段，实训的主
要内容是对理论知识背景、基本场景切换和调度的学
习和考查。

随着课程教学的不断深入，进入下一步的操作，即按照工程项目内容不同进行不同模块操作。

学生可以以纯虚拟的方式，从测量放线到竣工交付，有
目的地选择其中一个模块，实现单模块的独立操作训练。

全施工阶段，主要指的是把施工现场搬到实训室，以实际工程项目为依托，从识图开始，对施工方案的科学评估；然后通过施工操作步骤的还原，将所有施工图纸的内容全部落地；最终，学生在教师指导下，按照不同的岗位分工，协作完成整个虚拟施工过程。

3.3.2具体过程。

在实践操作阶段，课程开展主要以园林工程虚拟仿真实训软件为平台，在其交互性、沉浸式、灵活性、系统性、实操性等特点的支持下，逐一开展“土方工程”
“园路工程”“水景工程”“给排水工程”“假山工程”等各项模块菜单，学生通过操作电脑端园林工程施工仿真软件，根据引导结合自己的分析判断，最终完成设计-实施-测试-评价各环节工作。

学生可根据本课程理论课学习到的基础知识，在“理论基础”模块，点击屏幕下方各工具、材料、设备进行自主学习，巩固掌握名称、使用技巧等知识[4]。

在“案例学习”模块，选择经典园林工程案例进行沉浸式的漫游体验[3]。

整个教学过程采用人机交互进行，在课前先通过理论学习，进行模块知识的贯通，独立完成知识技能点的学习任务，成绩达到合格后，每人一机，通过操作电脑端园林工程施工仿真软件，按步骤完成各分部分项实训任务。

如果过程中出现错误，将不能进行下一步操作，退回上一步重新进行，最终会以类似游戏通关的方式完成各项工作[5]。

需要注意的是，学生在点击进入“虚拟施工”模块后，系统开始进入倒计时，学生必须在规定的时间内独立完成完整的施工过程，每人只有2次机会，时间截止后，界面自动保存关闭。

系统将根据学生的具体操作步骤等各环节进行打分，并指出错误的原因，学生可以随后进行纠错修正[4]。

以VR 实训平台为载体，构建了理论输入-图纸输出-空间展示三位一体的课程授课方式，突破了传统的实训教学模式，实现了由被动接受到主动探索的转变，从过去割裂的单个项目延伸扩大到一个完整独立项目的全部主要工程[3]，同时满足了安全、可靠、可行、便捷的要求。

总之，在园林工程类课程创新教学新模式中，虚拟现实仿真技术作为先进教育技术的重要辅助手段[5]，获得了广泛的认可和良好的课程教学改革成效。

3.4教学评价学生在整个过程中，充分运用这种沉浸式的训练，在具备了一定理论基础之后，逐步解（下转第161页
）现代园艺2023年第7期
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（
上接第158页）决施工现场出现的各种问题，从而最终完成任务。

在完成实操后，系统会根据学生具体的操作对出现的错误进行梳理，并由教学软件记录并分析，指导教师对最终的实施效果进行监督检查和总结
评估[6]。

采用真实工程案例与虚拟现实相结合，
不断探索实训课程教学方法，大力推进实训教学改革，以学生
为中心，采用任务驱动式、沉浸式、探索式、交互式与研讨式实训教学方法，通过具有系统性知识体系的探究，
实训内容和多元化的能力培养方式，从而使学生掌握园林工程施工流程，提升学生的自主学习能力和创新能力。

同时，教师端可以随时监测学生的实时进度和实际操作情况，自动反馈系统会将学情信息及时推送到
教师端，指导教师可以及时掌握学生的情况，
知晓学生的易错点和授课难点，从而有针对性地进行课堂操作，
组织小组讨论或者多媒体授课，及时补充相关知识，
突破难点。

学生界面也可以根据实时反馈，结合理论知
识，反思出现问题的原因，
并分析不同的操作结果，对不同施工方案的科学性、经济性、艺术性多元评估，拓展思路，并以实训总结报告的形式进行记录[4]。

评价形式是基于过程的评价，可以是理论笔试、操作步骤、异常处理、现场问题分析、综合分析报告等形式。

面的训练较多，而在“说”这方面的锻炼较少，普遍存在较为内向、不善交流、不敢表达、
容易怯场等问题。

因此，锻炼学生的沟通表达能力显得尤为重要。

通过
Seminar 的学术汇报，学生能将所讲主题进行归纳总结后有逻辑地表达出来，锻炼了表达能力的同时，
还有利于增强学生的自信心。

在讨论环节中，汇报者与听众
都是参与者，作为听众的学生需要迅速捕获学术报告
的关键信息，积极思考并提出学术问题，而对于汇报者
来说，则需要在短时间内组织学术语言回答听众的问
题。

因此，通过一场Seminar ，全体参与者的沟通表达和学术交流能力都能得到很好的锻炼，为今后的科研工
作打下良好的基础。

3.5推动教学与科研的统一课程型Seminar 完美地将科研融入了课堂教学，
教师根据学科知识选定主题，学生针对主题查阅资料、进行报告及讨论，这时的Seminar 不仅仅是一种学术活动，也是一种教学方式。

通过一段时间的学习，学生
不仅掌握了该学科的相关理论知识，同时也探讨了相关科学研究，学会了如何准备及开展Seminar ，为后续
的研究工作奠定了基础。

4结语通过Seminar 这种自由的集体讨论式学术交流，能让学生深切地感受到科学研究的学术氛围，学生能
够开拓视野、提高创新能力、激发科研热情，为研究生今后开展科研工作带来积极的影响。

Seminar 在提高学生学习和科研能力的同时，
也给教师提出了新的挑战，作为引导者的教师，需要及时补充前沿知识，了解产业发展，不断提高自身的学术素养和科研能力，结合社会发展的需求、学科交叉融合的趋势、新的科研成果等，
以此引导研究生形成新的专业知识结构和专业思维模式。

（收稿：2022-05-31）参考文献：[1]胡卉,王来军,赵娇,等.高校研究生综合能力培养探讨[J].教育教学
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[6]国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010-2020）[S].
[7]李如男.中美高校研究生“Seminar ”的比较研究[D].南昌:南昌大学,2017.
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[11]许艳艳,邵礼仙,葛小琴,等.Seminar 联合MDT 教学法在心脏外科
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2023年第7期现代园艺4
结语
基于虚拟仿真技术的园林工程实训课程教学改革，是将园林专业实践教学与现代教育手段相结合的新尝试[6]。

传统园林工程实训类实践性强的课程在教学中无法完全复原施工现场的自然属性，借助虚拟仿真技术可以有效解决经费、场地、时空等难题。

园林工程实训课程以往以观摩和考察为主，基本没有真实场景再现的可能。

将虚拟仿真技术引入到园林工程实训课程，补齐了原来的实训实操不足的短板，从而提升了学生的动手能力。

（收稿：2022-08-25）
参考文献：
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[6]刁翠翠.虚拟仿真技术在环境设计课程中的创新研究———以景观设计基础课程为例[J].美术教育研究,2021,(19):110-111.
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