探讨建立土木工程模拟实验的教学模式

马芸

摘 要：本文的主要研究方向是将工程的实例模型数据库与计算机模拟实验有机结合，从而形成一套新的适用于土工工程教师的教学模式，在此基础上简要分析了相比起传统的教学模式此新型模式的主要优势，分析了此教学模式在教学过程中的可行性以及具体操作方法。该教学模式是在传统的教学方法上发展与创新，根据相关实践证明，该教学模式有很重要的应用价值。

关键词：土工工程；模拟实验；教学模式

土木工程（civil engineering）是一门在理论知识以及实践结合上非常强的学科，其中还包括了二级的学科内容[1]。随着我国教育制度的不断变革和发展，土木工程的相关案例也被逐渐设置到课本基础内容知识当中去。但是，对于土木工程的具体案例仍然讲述的不是特别清楚，学生对于部分知识的理解不容易掌握，因此，应该结合相关实践进行深度的理解。

1 土木工程实验教学的缺点

1.时间以及空间的环境受限

由于土木工程的实验需要的时间比较长，对于相关周期的记录也比较长，因为只有长时间的观察以及记录才能得到更精确的实验结果，然而学生的学习时间有限，因此，导致实验时间难以得到满足。举例来说，如果土木工程的教师想要给学生展示一栋建筑的建造过程，那么它的施工时间大概要一年左右，因此，想要给学生带来深刻的现场感受那是不太现实的。土木工程的项目一般来说，都是体积比较巨大，耗时比较长久的一个项目，在进行相关实践的过程中具有非常大的困难以及复杂性，所以如果将实验安排在普通的实验室里，那么其空间受到了限制，对于实验的顺利进行带来了一定的阻碍。举例来说，精力载荷实验以及动力触探实验等就不能顺利的进行。

2.部分实验可见性比较差

由于有些实验的可见性比较差，因此导致土木工程的学生不能仔细地观察到其中的变化以及具体的作用机理[2]。举例来说，对不同的建筑材料进行加载受力的讲解时，由于受到各种恶劣的环境（高温以及高腐蚀）影响，对于其循环作用下的内部基础功能的结构变化，土木工程的学生很难通过常规的实验来进行深度的掌握和了解。

3.部分实验比较危险

由于部分实验比较危险，所以导致土木工程的学生不容易观察。举例来说，在高层房屋的基本框架之下，地震作用的情况时，爆破的工作中，需要了解房屋的结构以及承载能力的极限状态，还要清楚掌握该结构的部分元件的支撑极限状态。上述所说种种，很难通过一般的常规实验来说明，再让土木工程的学生进行仔细的研究。

2 土木工程计算机模拟实验

由于传统的常规实验很难对土木工程专业的学生起到比较大的作用，所以把计算机的技术应用于模拟实验当中。因此，需要开发一个典型的工程案例的计算机模型数据库以及全集成的计算机软件分析系统。该模拟实验能够实现对各种教学要求的科学编辑和调试[3]，另外，还可以实现对实际物体与具有物体之间的力学性质的换算，可以由计算机计算其模拟产生的作用和效果，从而能够更加科学的展示在土木工程专业的学生和教师面前[4]。其主要的操作步骤是：首先，选择计算机实例数据库中的具体实例，建立好符合现实需要的模拟实验的环境；其次，对虚拟的环境在材料方面，结构特征方面以及力学数据方面进行与现实需要的数据参数进行科学合理的对比；最后，输入相关实验数据，，将力、线压力以及位移等初始数据在主程序前面预先设置定义好，再通过相关实验对其进行数据值的设置。在接下来的虚拟实验过程中，可以采用网络技术让该实验组的学生以及教师资源与信息充分交流，该实验能够让学生与教师在参与实验的过程中对相关方案的设计、参数的设置等全程参与，从而增加学生学习土木工程的兴趣以及自信心。

3 工程的实例模型数据库与计算机模拟实验有机结合

首先，在工程的实例模型数据库中选取与教学内容相关的实例作为历史背景，对于相关案例的选择应该要有代表性和综合性，因此，土木工程的学生在日常的教学环境中比较难以顺利进行。其次，在分析如何选取工程实例以及教师教学所要达到的相关目标之后，设置计算机模拟的实验参数，再实现计算机模型的数字化以及网络化，在此基础上，根据相关要求对计算机模型的参数进行技术检测。最后，通过学生与教师之间的交流与沟通，从而以报告和练习的模式，让学生能够从中提炼出精炼的土木工程知识，提高土木工程专业学生的理性认识。对于上述实验的步骤应该通过以下几个阶段来实现：其一，设计相关的土木工程环境阶段；其二，分析操作的阶段；其三，提炼知识阶段；其四，应用以及研究的阶段。在设计相关的土木工程环境阶段，以某明珠塔所示，教师应该运行相关模拟实验的软件，在选择数据库的经典案例时应该以符合实际情况的塔形结构模式作为研究对象之一，与此同时还应该选择抗震有关的实验程序。在分析操作的阶段，可以根据实际情况，对于预先程序上的说明应该定义好相关类型的初值设置。举例来说，地下水的埋深。对于其结构的高度以及类型方面，是一些基本的试验模型，对于该模型中的关键数据要进行仔细的分析。该分析软件会根据关键数据自动分析出各个元件之间的性能。在提炼知识阶段，土木工程的学生可以通过模拟实验来来掌握该结构的破坏现象，利用软件来分析该结构的应变模式，从而能够总结出地震的方式以及结构的影响和作用。在应用以及研究的阶段，对于具体的房屋结构，教师应该积极主动地引导学生结合相关实验来进行设计[5]。

4 新的教学方式的优点

一方面，土木工程实例的运用，能够让学生充分的了解到所学的知识在实际工程中的应用价值，从而让学生能够更加方便的掌握相关知识。另外，以土木工程实例为背景的教学模式，能够根据土木工程学生的整个工程的设计过程，从而能够让学生进一步的参与建设。另外一方面，模拟实验能够最大限度的扩大学生的视野，让学生能够有更多的机会参与建设那些在一般实验下难以实现的土木工程项目。

5 结束语

综上所述：通过不断建立以及不断完善土木工程教学内容中所需要的相关资料以及参考数据，在此基础上遵循理论知识与实践相结合的基本原则，从而科学合理的建设工程实例的教学数据库。除此之外，在建立相关工程数据库的基础上能够生动地还原再现土木工程的具体案例，还能够相应地完成对于土木工程模拟实验以及相关教学任务和内容的计算机虚拟模型。从而能够更加科学合理的建设使用功能强大以及操作比较简单、灵活的计算机教学平台，方便土工工程的老师与学习土木工程的学生能够更加高效率的教学与学习。

参考文献

[1] 朱惠斌 Zhu Huibin，Li Guicai. 周海鹰，陈廷国，李立新. Test and Numerical Analysis on Performance of Reinforced Concrete Segment in Subway Tunnel[J]. Transactions of Tianjin University. 2014，11（02）：124

[2] 周亦唐，费维水，王俊平. 以土木工程教学计划为基础的新的人才培养模式[J]. 昆明理工大学学报（社会科学版）. 2013，11（08）：234

[3] 刘宝举，杨元霞. 刘玉树. 在《土木工程材料》课程教学中激发学生学习积极性的探讨[J]. 长沙铁道学院学报（社会科学版）. 2014，12（02）：122

[4] 陈亚恒，刘会玲，刘树庆. 资源环境与城乡规划管理专业实验教学改革研究[J]. 河北农业大學学报（农林教育版）. 2013，12（02）：154

[5] 王宝民，赵丽妍，陈廷国. 基于创新型人才培养的“建筑材料”课程研究性教学方法探索[J]. 中国校外教育. 2013，10（S2） ：324