省级一流风景园林规划设计虚拟仿真实验课程设计与用后评价研究

摘  要：近年来虚拟仿真课程建设已成为一流本科课程研究的新热点，其能通过现代化信息技术与教育深度融合，弥补传统讲授教学方法无法满足当代设计类教学的要求。该研究以内蒙古科技大学获批的省级一流课程风景园林规划设计虚拟仿真实验为例，通过课程的初步设计，并对使用后的1 510人成绩进行定量分析，再结合神经网络SSA-Elman预测模型对调整后的实验进行成绩预测，以达到精准教学的目的。结果表明，风景园林规划设计虚拟仿真实验的成绩由高到低为三年级、二年级、四年级，不同专业之间成绩由高到低为风景园林专业、环境设计专业、建筑学专业、城乡规划专业。结合成绩结果分析该实验以后将只在三年级的开设，并根据各专业学生学习情况进行专项实验的持续改进。根据一流课程“两性一度”的探索结合成绩预测分析可知，该课程应增加校外使用人群，不断挖掘市场需求，调整实验功能及分数设置，提高学校和市场之间的匹配度和课程的“挑战度”，使学生进一步增加专业核心竞争力。

关键词：风景园林;虚拟仿真;一流课程;成绩预测;教学研究

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）27-0025-04

Abstract： In recent years， the construction of virtual simulation courses has become a new focus of research on first-class undergraduate courses. By integrating modern information technology with education， it can address the requirements of contemporary design-based teaching that traditional instructional methods fail to meet. Taking the provincial first-class course Virtual Simulation Experiment of Landscape Planning and Design approved by Inner Mongolia University of Science and Technology as a case study， this research involves the preliminary design of the course. It also includes quantitative analysis of the performance of 1 510 students after using the course and utilizes the neural network SSA-Elman prediction model to forecast the adjusted experiment's performance. The aim is to achieve precise teaching. The results indicate that the performance of the virtual simulation experiment in landscape planning and design is ranked highest in the third year， followed by the second year and then the fourth year. Regarding different majors， the performance is ranked highest in landscape architecture， followed by environmental design， architecture， and urban and rural planning. Based on the analysis of the performance results， the experiment will only be offered to third-year students in the future， and specialized experiments will be continuously improved based on the learning situation of students in different majors. According to the exploration of the first-class course and the analysis of performance prediction， it is recommended to increase the utilization of the course by external users， continuously explore market demands， adjust the functionality and scoring system of the experiment， enhance the alignment between the school and the market， and increase the course's "challenging" nature. This will further enhance students' core competencies in their respective fields.

Keywords： landscape architecture; virtual simulation; first-class courses; achievement prediction; teaching research

为贯彻落实《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》精神[1]，领会课程建设新理念，树立人才培养新模式[2]，内蒙古科技大学（以下简称“我校”）于2022年获批内蒙古自治区省级一流本科建设课程——风景园林规划设计虚拟仿真实验。该课程的建设可以协助完善“一轴两翼三阶段”的课程教学体系，助力一流本科专业建设工作[3]。

我校风景园林规划设计虚拟仿真实验课程是一门以风景园林规划设计课程为依托，以工业景观为特色，囊括风景园林设计原理、风景区规划、风景园林工程、风景园林管理和园林植物规划与设计等课程知识点的综合性、设计性、创新性实验课程。该课程通过现代化信息技术与教育深度融合，模拟工业城市园林景观的典型场景，以人机交互的形式形成学生对景观设计原理的基础认知，培养学生园林规划与设计能力，并使学生在具有沉浸感和参与度的学习场景中，以轻松的方式解决实际问题。该课程将关联课程的知识点进行了串联、梳理和贯通[4]，通过风景园林规划设计虚拟仿真实验模拟操作，能高效地完成传统实物教学中因校内外实验基地不足、设备陈旧落后、成本高昂、时空限制和某些项目存在危险性等原因不便开展的实验教学任务[5];通过虚拟仿真实验的方式，可以保证绝对的安全性，不会因操作失误而造成人身事故[6]。同时，该课程利用虚拟现实技术，在多媒体计算机上建立虚拟实验室，学生便可以身临其境般地操作虚拟仪器，且操作结果可以通过图像语言反馈给学生[7]。这种虚拟实验既不消耗器材，也不受场地等外界条件限制，可重复操作，直至得出满意结果，从而改变了传统演示实验的教学模式，有效地解决了实验条件与实验效果之间的矛盾[8]。

我校风景园林规划设计虚拟仿真实验课程在开发风景园林素材包及整合风景园林规划设计、分析和评价三大功能的基础上，同时于五年制的风景园林专业、城乡规划专业、建筑学专业及四年制的环境设计专业二年级、三年级、四年级开课[9]。通过四个专业的使用，目前使用量已达1 510人次，根据现有成绩以及预测数据进行分析，未来该课程将进行科学化、精准化应用，并改善提升课程的内容[10]。

一  研究背景

我校风景园林规划设计虚拟仿真实验课程学时为2学时，采用Uinty 3D开发引擎，主流3D Studio Max和Maya技术，仅用一个编辑器就可以支持所有开发平台;采用Unity的底层引擎，结合虚拟现实技术，让学生身临其境般在场景中进行漫游、交互[11]。

我校风景园林规划设计虚拟仿真实验课程整合传统实验的课程知识点，可以使学生掌握风景园林规划设计要素、风景园林空间设计、园林总体布局、风景园林规划设计方法与技巧等相关内容，并能运用这些原则指导规划设计，分析评价方案;打破传统实验设计、分析与评价相分离的现象，可以使学生从只重视规划设计的平面图转换为沉浸式设计模式，整合分析与评价相结合的综合能力培养;培养学生学习兴趣，通过虚实结合的方式，以虚补实，以虚促实，弥补传统实验的不足。

我校风景园林规划设计虚拟仿真实验课程提供30个虚拟园林场景为初始场景，涵盖风景园林规划、工业景观设计两大模块。风景园林规划模块包括总体规划和空间规划两个子模块，核心要素95%虚拟仿真;工业景观设计模块包括道路系统设计、功能网络系统设计、工艺管线系统设计、重点建筑物布局系统设计、标志系统设计、景观设计、绿化系统设计七个子模块，核心要素90%虚拟仿真。

二  研究设计

本研究通过对我校四个专业二、三、四年级学生学习风景园林规划设计虚拟仿真实验课程后的成绩进行汇总，并分析预测成绩，且进行数据统计，以便对教学进行评价。

学生成绩汇总。学生成绩依据网页版实验空间风景园林规划设计虚拟仿真实验课程成绩，可登陆查询。

预测成绩分析。本研究通过麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm，SSA）较强的全局和局部搜索寻优能力对Elman神经网络易出现异常值的问题进行优化[12-14]，优化流程图如图1所示。

数据统计。本研究数据统计采用Excel及SPSS 26.0软件进行。

三  研究结果

（一）  成绩及达成度分析

我校风景园林规划设计虚拟仿真实验是一门建筑类风景园林设计课的辅助实验，目的是让学生了解园林规划与设计的过程以及建设过程，让学生将设计与施工融会贯通的学习[15]。该课程共分为12步实验内容，课程成绩分为5个区间依次为：不及格（小于60分）、及格（60～69分）、中等（70～79分）、良好（80～89分）、优秀（90～100分），各分步实验的达成度如图2所示。不及格包括第七步“掌握标志系统规划设计”和第十一步“课后习题练习”，达成度较低的包括第五步“掌握工艺管线系统规划设计”、第六步“掌握重点建筑布局系统规划设计”、第八步“掌握景观系统规划设计”以及第九步“掌握绿化系统规划设计”，通过对1 510名学生成绩达成度的分析[16]，将第七步实验成绩由5分降为3分，第十一步实验成绩由20分降为10分，同时将第六步实验成绩由6分增到10分，第八步实验成绩由6分增到10分，第九步实验成绩由6分增到10分。增加后的学生实验成绩采用SSA-Elman神经网络进行预测。

（二）  预测成绩分析

通过SSA-Elman神经网络进行成绩预测需要先进行预测精度验证[17]，由图3可知，将二年级、三年级和四年级的现有成绩与预测成绩曲线进行比较，拟合度R2=0.98，该预测模型可进行实验改进后的学生成绩预测。

通过对不同年级1 510人的成绩分析可知（图4），中等人数：三年级、二年级、四年级，良好人数：四年级、二年级、三年级，优秀人数：四年级、三年级、二年级。从整体来看二年级在中等成绩的人数分布最多，三年级在良好成绩的人数分布最多，四年级在及格和优秀成绩的人数分布最多。因此建议该课程后期只针对三年级开设学习效果最优。