土建类专业虚拟仿真实验教学中心管理模式改革与探索

惠存 祝彦知

摘要：土建类专业必须突破传统实践教学模式，依托多媒体、网络通信和虚拟仿真等现代技术.构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象.实现虚拟仿真教学和实践教学的相互补充，使学生通过虚拟仿真教学达到专业认证评估要求。本研究通过探究笔者所在学校力学与工程结构虚拟仿真实验教学中心在土建类专业人才培养过程中的管理模式与运行机制，改革虚拟仿真实验教学中心在土建类人才培养过程中存在的不足.提高虚拟仿真实验教学中心的使用效率.加强土建类专业人才创新能力和综合素质的培养，提升学生的行业竞争能力，推动虚拟仿真实验教学中心的建设和发展。

关键词：土建类专业；虚拟仿真；管理模式；实践教学

根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，教育部将发展虚拟仿真实验教学列为高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容。随着我国经济技术水平的不断进步，现代工程已逐步向大型、复杂、超高层方向发展转变。“空间体量巨大、结构类型复杂、施工周期长、管理复杂化”是土木工程行业发展的必然趋势。

在传统土建类专业实践教学中，培养方案要求的认识实习、生产实习和毕业实习，都要耗费大量的时间，而且不一定能够达到实习的目的。校内实验受设备、技术和建设周期的制约，其实验形式单一、内容有限、知识分散，无法适应当前土建类专业人才实践能力和创新能力的培养要求。另外，土建类专业实验操作复杂，支出较大，周期长，学生参与实验自主性不高。施工周期长，隐蔽工程无法现场向学生展示，实习环节学生只能参观建筑物，无法通过实际操作了解建筑的施工过程。因此，土建类专业实施虚拟仿真教学是必要的。土建类专业必须突破传统实践教学模式，依托多媒体、网络通信和虚拟仿真等现代技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，实现虚拟仿真教学和实践教学的相互补充，使学生通过虚拟仿真教学达到专业认证评估要求。

一、现状分析

中原工学院土木工程专业于2013年被批准为河南省高校“专业综合改革试点”，学院拥有的力学与工程结构综合实验中心于2011年被评为第六批河南省高等学校实验教学示范中心，实验中心下设基础力学、工程测量、建筑材料、岩土力学、工程结构、建筑物理、建筑模型7个实验室和1个力学与工程结构虚拟仿真实验教学中心。其中，虚拟仿真实验教学中心于2013年被评为首批河南省本科学校虚拟仿真实验教学中心。实验室总面积2000多平方米，主要仪器设备907台（套），总资产达2162万元。

中原工学院建筑工程学院力学与工程结构虚拟仿真实验教学中心于2013建立，经过近3年的实践与发展，已积累了一定的经验，同时也存在一些问题，主要表现为：虚拟仿真实验教学中心的管理模式和运行机制缺乏面向土建类专业学生的针对性：现有力学与工程结构虚拟仿真实验教学中心建设理念及思路不够明确，未严格遵照“虚实结合、相互补充、能实不虚”的建设理念；开放对象层次单一，主要以实践教学对象为主，缺乏分层次自主性创新型实践技能培养对象和培养模式：虚拟仿真实践项目以常规案例或经典实验为主，缺乏具有本校特色的面向实际工程的虚拟仿真实验设计。

中原工学院力学与工程结构虚拟仿真实验中心于2013年被评为首批河南省本科学校虚拟仿真实验教学中心，在土建类专业人才培养中已积累一定经验，教学成果获得了广大师生的认可。在此基础上，开展面向土建类专业人才培养的虚拟仿真实验教学中心管理模式研究与实践，对河南省已有或正在筹建虚拟仿真实验教学中心的高校具有一定的指导意义和参考价值。

针对土建类专业人才，勇于探索和实践、建立健全虚拟仿真实验教学中心管理模式与运行机制，是提高虚拟仿真实验教学中心培养质量，提高土建类专业学生实践动手能力和就业竞争力的必要前提。为适应建筑业快速发展，满足现代土建类专业人才培养和专业认证评估的需要，虚拟仿真实验教学已成为培养专业人才实践技能和创新能力的主要方法和途径。本研究以此为背景，重点研究虚拟仿真实验教学中心在土建类专业人才培养过程中的管理模式和运行机制，通过改革和探索，建立一套以项目为导向的切实可行的虚拟仿真实验教学中心管理体制。

二、改革内容和发展方向

（一）结合土建类专业特点，建立健全机构运行管理体系

结合学校土建类专业的特点和时代需要，遵循国际高等教育发展和现代人才培养的客观规律，以土木工程专业评估认证为助力，力争在实验管理平台建设、虚拟仿真实验教学资源建设、教学和管理队伍建设、管理制度建设等各方面取得突破和创新。构建模块化、多层次、全方位的实验教学体系，突出实践能力高的人才培养特色，强化土建学科与学校核心学科发展方向的融合，打破地域和时空限制，建立理论教学、实践教学和虚拟仿真一体化的人才培养体系。

（二）明确建设理念和思路，强化“虚实结合、相互补充、能实不虚”基本原则

按照教育部要求的“虚实结合、相互补充、能实不虚”基本原则，积极落实“能实不虚，以虚促实”。严防以虚代实，避实就虚，必须充分发挥二者的优势，实现真正意义上的相互补充，二者缺一不可。基本的、常规的、经济的实验仍要以实体实验方法为主，涉及高危或极端的环境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等实验可以虚拟仿真教学为主，现场教学为辅，满足教学大纲和专业评估认证的要求。

（三）构建立体化、多层次的虚拟仿真实验平台

依托中原工学院建筑工程学院力学与工程结构河南省实验教学示范中心，构建虚实结合的虚拟仿真体系，给学生提供理论认知与动手实践的实验环境，全面提高实验效果，开阔学生的思维和视野，培养创新能力，提高其就业竞争力。力学与工程结构虚拟仿真实验教学中心的虚拟仿真课程实验及综合训练项目应跨越不同难度层次，覆盖不同知识单元，体现不同实现方式，最终形成多层次的虚拟仿真实验平台。

优先对校内开放虚拟仿真实验室，根据实际情况可考虑向社会开放，以培养学生的实践动手能力和创新思维能力，优化实验课程教学体系，建立分层次、模塊化、开放式教学体系。根据教学大纲需求和当代社会技术发展，压缩或淘汰陈旧实验项目，适当减少验证性实验，提高综合性和设计性实验的比例，积极开展创新性实验项目。

（四）构建面向实际工程的虚拟仿真实验平台

目前学校虚拟仿真实验平台为北京润尼尔网络科技有限公司提供的成套系统，并非针对学校实际需要而开发，如何实现该平台与专业实际情况的结合是一个亟需解决的问题。虚拟仿真实验中心应与大型设计及施工企业建立长期稳定的合作关系，将大量国家重大工程项目转化为一系列面向工程的虚拟仿真实验项目。让学生通过虚拟仿真实验平台，体验如何完成重大工程的各个施工设计过程，亲身体会工程实践的重要性，为今后的实际工作打下坚实的基础。

三、研究方案和实施办法

根据土建类专业虚拟仿真实验教学的特点，针对其管理模式改革，本研究提出了以下具体实施方案。

第一，进行顶层设计，从学校层面建立健全力学与工程结构虚拟仿真实验教学中心管理体系，学院土建类专业教师可根据自身专业背景和实际工程特点，构建模块化、多层次、全方位的虚拟仿真实验教学体系，优化实验组织设计各个环节，制订切实可行的虚拟实验仿真对象。

第二，坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，深入理解专业评估认证和土建类各种实体实验的实际特征和具体要求，考虑如何实现资源优化以便于学生理解等情况，制订合理的虚拟仿真及实体实验计划。

第三，整合虚拟仿真中心已有制度和相关管理资源，根据师资队伍层次制定相关管理体系，打造由基础实验到开放性、创新型的多层次虚拟实验指导教师队伍。

第四，与省内外知名施工和设计相关企业建立长期稳定的合作关系，将企业实际工程作为虚拟实验对象，充分发挥虚拟实验的优势，培养学生的实践能力。根据相关改革方案和思路，制定了技术路线（如下图）。

四、改革目标

中原工学院对教学改革建设一向非常重视，近年不断大力推进教育教学改革建设，每年都设立专项基金进行教学改革、课程建设，颁布了多项教学改革活动的奖励方法和激励机制，出台了多项支持和鼓励教学改革的文件和政策。对省教育厅批准的教学改革活动除财政经费外，学校提供配套经费，并对改革目标和内容给予全力支持，同时也对课程项目组进行奖励。此外，学校在教师职称评聘、评优、评选骨干教师中将教学改革、课程建设项目作为重要方面进行考虑。

学校及学院对土木工程、城市地下空间工程、工程管理等专业的学科建设十分重视，明确提出以服务中原经济区建设为宗旨、以培养人才质量为核心、以教学理念、方法创新为动力，大力推进专业基础建设、积极提升学科层次、努力营造办学特色。学院根据专业建设和学科发展的需要，逐步扩大教师队伍，引进高层次人才，特别是有丰富实践经验和深厚理论知识的人才。学校历来都重视对土建类专业的资金投入，对本学科实验室建设连续投入了数百万元的资金。同时，中原工学院图书馆和建工学院图书中心，有丰富的图书、电子期刊资料，为研究提供了文献保证。

但是，目前仍存在校内实验室、校内实践教学基地、校外实践教学基地与社会企业等不同类型的實践平台与教学计划及方案之间没有有机融合，力学与工程结构虚拟仿真实验教学中心缺乏资源共享平台等问题，不利于资源的整合和优化等问题存在。对此应加大校园网络平台建设力度，实现信息共享，发挥虚拟平台的优势。本研究针对虚拟仿真实验教学的特点以及教学改革和探索的目标，拟最终实现以下目标。

第一，虚拟仿真实验教学中心在土建类专业人才培养过程中应突出工程技术人才培养特色，结合专业特点，做到虚拟仿真与实际工程相结合，实现资源共享，并完善运行管理机制。

第二，深入理解虚拟实验及实体实验在土建类专业人才培养过程中的优势及不足，建立虚拟仿真平台，整合教学资源，完善综合实践能力培养机制。

第三，改进虚拟仿真实验教学中心在土建类人才培养过程中存在的不足，提高虚拟仿真实验教学中心的使用效率，加强土建类专业人才创新能力和综合素质的培养，提升学生的行业竞争能力，推动虚拟仿真实验教学中心的建设和发展。

第四，在土木工程、城市地下空间工程、工程管理等专业展开相关的实践与改革，根据实际教学效果逐步改进，依据效果编制虚拟仿真实验教学中心相关运行管理体系及具体实验方案，并逐步推广，使更多的学生受益。

五、结语

土建类专业必须突破传统实践教学模式，依托多媒体、网络通信和虚拟仿真等现代技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，实现虚拟仿真教学和实践教学的相互补充，使学生通过虚拟仿真教学达到专业认证评估要求的教学活动。

通过探究笔者所在学校力学与工程结构虚拟仿真实验教学中心在土建类专业人才培养过程中的管理模式与运行机制，改进虚拟仿真实验教学中心在土建类人才培养过程中存在的不足，提高虚拟仿真实验教学中心的使用效率，加强土建类专业人才创新能力和综合素质的培养，提升学生的行业竞争能力，推动虚拟仿真实验教学中心的建设和发展。