袁洪升 王棋 刘玲玲
【摘 要】 以三维扫描、倾斜摄影和三维绘图为主体的数字化技术可以有效融入专业课程的教学实施和评价，是解决现实条件下学生与古建筑实体分离问题的有效途径。在教学中通过数字化技术进行数据采集和建模并与课程讲授和教学评价相结合，可以帮助学生深入理解知识，提升教学效果。
【关键词】 古建筑；
数字化技术；
教学改革
Teaching Research of Chinese Ancient Architecture
Courses Based on Digital Technology
Yuan Hongsheng1， Wang Qi2， Liu Lingling3
（1. Langfang Normal University， Langfang 065000， China; 2. Geological Geomatics Institute of Hebei， Langfang 065000， China; 3. Hebei Xinhang Surveying and Mapping Academy Co.， Ltd.， Langfang 065000， China）
【Abstract】 Digital technology based on 3D scanning， oblique photography and 3D drawing can be effectively integrated into the teaching implementation and evaluation of professional courses， in order to solve the problem that students cannot access ancient buildings timely. Data acquisition or modeling through digital technology， and combine with course teaching and evaluation， can help students understand knowledge deeply and enhance teaching effect.
【Key words】 ancient architectural buildings; digital technology; teaching reform
〔中圖分类号〕 G642.3 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1674 - 3229（2023）01- 0103 - 04
0 引言
中国古建筑承载的传统建筑文化五千多年来绵延不断，已经成为中华文明的重要标识，是发展我国文化事业和文化产业的重要物质基础。由此，古建筑专业人才培养工作也显出越来越重要的地位。相对于建筑设计、建筑艺术及建筑文化等诸多领域而言，工程技术人才的培养尤其重要而又相对困难，一个主要原因是受到地域空间的影响，学生在学习过程中与古建筑实体接触不足，认识实习、见习等实践教学环节学时占比很少，造成理论和实践严重脱节，学生的实操能力较差。近年来受疫情影响，这种现象愈发明显。针对这一问题，对传统模式下的古建筑专业教学工作进行了分析，并提出基于数字化技术的教学改革方法。
1 应用转型背景下传统教学模式局限性分析
1.1 教学目标
教学目标须支撑应用型人才培养目标要求，突出学生的实践能力培养。高等教育的专业培养目标包括知识目标、能力目标、情感目标等众多内容。以古建筑相关专业为例，北方地区多以官式建筑作为主要教学内容，包含大木作、瓦石作、油漆彩画作等基础课程，并在此基础上开设古建筑设计、修缮等综合应用课程，以及古建筑制图、测绘等技能课程。这些核心课程的教学目标均要求掌握古建筑的基本构造、工艺及原理，且很大程度上决定了学生的专业学习水准，对以工程师人才培养为主的专业建设来说可谓重中之重。
1.2 教学模式
传统教学以理论授课为主，教师主要通过讲授、图片展示等方式进行教学，一般会在授课完成后设置实训环节，常见的方式是到古建筑实物或修建工程现场进行参观。这种课程形式由来已久，其固有的几个缺点制约了教学效果的提升。
1.2.1 纸质教材的信息传递不直观
纸质教材中通常以文字和插图的形式进行信息表达，对于古建筑教学中的构造、工艺进行描述时，往往存在词不达意、令人费解的情形，尤其是面对一些生僻的名词、概念时，即使有一些插图来辅助理解，这种情况也非常突出。
1.2.2 实践与理论教学环节不紧密
构造、工艺类知识的学习由于其自身特点，往往需要随时、反复印证才能达到较好的学习效果。比如学生在初期了解到一个局部构造，若只是课堂听讲而没有实践认知，往往并不能真正理解和掌握。《荀子·儒效》所言“不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之。学至于行而止矣”。《论语·学而》中也有“学而时习之”的观点，明确指出了学习知识必须要“行、习”才能达到真正掌握的目的。实际上，传统教学环节的设置，即使有实践，往往也只是参观、了解，远远不能做到随学随看的程度，更不用说“行之、习之”了。
1.2.3 教学评价与学习实效不统一
传统的学习效果评价以作业、试卷等考查方式居多，侧重点是知识的记忆，考核的题目针对的是一个或多个知识点且容量有限，很不系统，难以全面反映学生对构造、工艺的实际理解效果。使得教学评价结果与学习的实际效果出现了错位现象，即使是分数较高的学生，是否能够真正在大脑中建立起对于古建筑构造、工艺的真实感受，不同课程之间能否消化融合、构建整体认识，都很难真实评价。
2 基于数字化技术的实践教学改革方案
2.1 数字化技术简介
所谓数字化技术广义上是指通过计算机、光缆、通信卫星等设备来表达、传输和处理信息的技术，本文中特指可以用于辅助教学的各种信息采集、信息表达、信息传输的技术手段。这些技术手段的应用，可以有效地解决或完善传统教学模式的缺点和不足。
2.1.1 三维扫描和倾斜摄影
三维扫描技术主要用于对物体空间外形、结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标，方便快捷地将古建筑的立体信息转换为点云，将实物数字化，主要用于单体古建筑。倾斜摄影测量技术是通过无人机以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，可以有效提升模型的生产效率，一个古建筑群的三维模型数据采集一般在1-2天内即可完成，因此多用于建筑群及周边历史风貌的数据采集。这两种方式都属于非接触测量，在工作过程中不会对文物古建筑造成任何破坏。
2.1.2 三维绘图建模
Sketch up是一款常见的矢量绘图软件，其特点是容易理解、上手简单，对于没有经验的学生来说入门门槛低，无论教师和学生都可以快速直接地在教学过程中自主表达古建筑构造和工艺，有效提升交流效率。此外，其他类三维绘图软件也非常多，比如3Dmax、maya、犀牛、ZBrush、ug、Solidworks、CAD、C4D等，这些软件各有所长，但一般更加适合精细模型的制作，学习和操作也会耗费相对较多的时间和精力。
2.2 数据采集
数据采集的目的是获得三维模型制作所需的基础数据以及与模型对象相关的资料，以用于教学。采集数据常用的方法有测记法、三维扫描、无人机倾斜摄影等技术手段。
2.3 数字模型案例
以古建筑作为对象，通过测记法或数字化技术，全面记录古建筑的形制结构、材料工艺、技术和艺术细节，通过三维模型并辅以摄影摄像、文字、录音等手段综合建构成独立完整的教学案例，在古建筑教学中具有广阔的应用前景。古建筑数字模型可以在基础数据基础上人工建模，也可通过数字化设备辅助获取，根据教学目的和要求而定。
2.4 教学应用
2.4.1 辅助理论教学
传统形式的教材以文字、插图为主，引入三维模型后在构造表达上更直观，尤其是以真实场景为素材的模型，可以给学生最准确的认知和身临其境的感受，对于知识目标和情感目标的达成裨益良多，也有利于教师在课程讲授中注入历史、艺术等方面的文化元素，开展思政教育。
2.4.2 强化实践教学
因受到交通、安全、资金等方面的限制，尤其是近年来受疫情的影响，校外教学实践活动开展难度很大。在专业建设中不断丰富数字模型案例可以有效缓解这一限制。一方面可以以数字三维模型为基础素材，开展各类实习、见习活动，另一方面也可用于各类实训项目，如制图、修缮、测绘、预算等应用技能型训练项目。
2.4.3 丰富教学评价
应用型教学要求下，对于一些构造、工艺类课程而言，传统的试卷考核方式很难反映学生的技能目标达成度。通过人工建模方式可以有效反映学生对课程内容的理解程度，例如在课堂教学完成后，要求学生用自己熟悉的建模软件进行一些简单工艺构造的表达，可以直观地检验学生的学习效果。随着学习的不断深入，学生的数字模型不断完善，最终完成独立单位建筑或建筑群的制作，从而实现边学边用的学习目标。
3 教学改革实践与评价——以《清官式瓦石营法》课程为例
3.1 课程特点
该课程为历史建筑保护工程专业核心课程之一，主要内容涵盖了古建筑台基、墙体、地面、屋面等各部位的传统作法和工艺，课程内容以介绍古建筑土作、瓦作和石作的构造为主，并衔接古建筑大木作课程知识。
3.2 教学改革措施
为提升教学效果，基于数字化技术手段，以支撑应用型人才培养需求作为课程目标，采用讲授法、演示法、实习作业法进行教学组织，通过数字化技术手段加强实践环节技能训练，提升教学质量。
（1）建立并不断完善古建筑数字模型案例库，用于教学展示和演示。三维建筑模型对象的选取应符合教学需求，数据精度可根据需求区分等级。授课过程中在传统文字、插图基础上，适量引入三维模型展示古建筑特点和构造，以帮助学生理解和强化感性认识。图1为清西陵永福寺点云数据和倾斜摄影效果示例。
（2）数字化模型制作过程纳入教学过程，用于教学效果检查和评价，如图2、图3所示。教学内容讲授完成后，以作业形式要求学生完成构造模型制作，可以真实反映学习效果，如图4所示。在期末考核或实训环节要求学生完成建筑单体模型的制作，建模制作质量纳入相应考核成绩，优秀模型进入案例库，如图5所示。
（3）数字化模型作为阶段性成果，承前启后，打通课程壁垒。模型制作过程涵盖了前置課程中古建筑大木作课程内容（图6），檐柱与墙体、柱顶石分别为不同课程所学构件，此知识点可通过三维模型整体展示。学生课后完成的模型作为阶段性成果，也可在后续的油漆彩画、修缮等课程中继续深化和完善。
3.3 教改效果
（1）教师教学素材展示更加直观、丰富，活跃了课堂氛围，学生学习专注度提高。
（2）教师和学生分别利用Sketch up等软件制作了部分古建筑模型，制作过程中的专业交流增进了师生互动，提升了辅导效率。
（3）学习效果有所提升，期末考试成绩平均分、合格率、良好率均有一定程度提升。
4 结论
（1）以三维扫描、倾斜摄影设备为基础的数据采集技术，能够将建筑实体高效转化为直观的三维数字模型，可以有效地融入构造、工艺类专业课程教学，适合应用型人才培养需求。
（2）建设以三维模型为基础的教学案例库，能够极大丰富教学素材资源，为课程讲授提供支持，并有利于结合传统文化开展课程思政。
（3）将三维模型制作技术融入教学过程和教学评价，要求学生将所学知识用可视化的虚拟模型表达出来，能够直观反映学生的学习效果，锻炼学生的动手能力。
［参考文献］
［1］ 袁玉康，雷华.以VR虚拟现实技术促进古建筑教学［J］.山西建筑，2020，46（2）：3.
［2］ 周敏，黄春华.虚拟仿真技术在中国古建筑教学中的改革研究［J］. 中国多媒体与网络教学学报，2021（11）：14-17.
［3］ 朱海珍，袁洪升，鲁伟娜.古建专业《古建筑测绘》课程教学改革探索［J］.廊坊师范学院学报（自然科学版），2016，16（2）：120-121.
［4］ 池梦洁，张文翔.三维激光扫描及倾斜摄影测量在古建筑数字化建模中的应用对比——以西安广仁寺为例［J］.建筑与文化，2022（6）：45-46.
［5］ 谭启明. 基于三维扫描和无人机倾斜摄影技术的古建BIM模型重构应用研究［J］.安徽建筑，2020，27（9）：3.
猜你喜欢数字化技术古建筑教学改革古建筑取名有什么讲究学生天地(2020年31期)2020-06-01中国古建筑视野(2018年18期)2018-09-26山西古建筑修葺与保护文物季刊(2017年1期)2017-02-10数字化室内设计教学理念与方法的相互渗透文艺生活·下旬刊(2016年11期)2016-12-12广播电视发射机数字化改造商情(2016年40期)2016-11-28数字化技术在房地产档案管理中的运用资治文摘(2016年7期)2016-11-23基于虚拟现实技术的少数民族非物质文化遗产保护策略研究电脑知识与技术(2016年25期)2016-11-16基于人才培养的技工学校德育实效性研究成才之路(2016年25期)2016-10-08现代信息技术在高职数学教学改革中的应用研究科技视界(2016年20期)2016-09-29以职业技能竞赛为导向的高职单片机实践教学改革研究科技视界(2016年20期)2016-09-29