“互联网＋”和“远程协同试验”原理及应用

胡波 吕恒林 尹世平 张营营

[摘 要]该文针对土木工程实验教学资源不足等问题，基于“互联网+”和“远程协同试验”思想，探索了新时代下土木实验教学方法改革与实践。“互联网+”教学资源库可整合共享内容广泛的优质实验资料，“远程协同试验”教学系统则突破了传统土木实验教学所受的时间、空间及实验设备、安全性等方面的限制。

[关键词]互联网+;远程协同试验;土木实验教学

[基金项目]2016年度中国矿业大学教育教学改革与建设课题“基于远程协同试验思想的《结构工程试验》课程建设与实践”（2016QN04）;2016年度国家自然科学基金青年基金“预压装配式再生混凝土框架抗震性能及多性能目标协同优化”（51508554）;2015年度江苏省自然科学基金青年基金“预应力装配式再生混凝土框架抗震性能与优化设计方法”（BK20150190）;2016年度主持徐州市科技项目“徐州市工业固体废弃物高附加值综合利用科技公共服务平台”（KC16SS088）

[作者简介]胡 波（1984—），男，安徽滁州人，工学博士，中国矿业大学力学与土木工程学院副教授，硕士生导师（通信作者），主要从事再生混凝土及结构健康监测研究;吕恒林（1966—），男，江苏宝应人，工学博士，中国矿业大学力学与土木工程学院教授，博士生导师，主要从事实验室建设与创新人才培养研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）28-0177-02[收稿日期] 2019-11-16

一、引言

土木实验教学的基本任务是通过相关实验方法和技能的训练，培养和强化学生的动手能力、创新思维及利用现代分析测试手段探索、研究和解决土木工程领域问题的能力。土木工程是一门实践性很强的学科，土木实验教学作为学生培养计划中为数不多的教学实践类课程，是土木工程专业人才培养流程中的关键一环，在學生素质教育方面有着其他课程教学所无法替代的功能。然而，传统的土木实验教学方式与方法，已经不能适应新形势下土木工程专业人才培养的要求。鉴于此，本文基于“互联网+”和“远程协同试验”思想，探讨新时代土木实验教学方法的改革与实践。

二、“互联网+”及“远程协同试验”简介

2015年，国家推出“互联网+”行动计划。“互联网+”就是互联网平台加上一个传统行业，相当于给传统行业加一双“互联网”的翅膀，为传统行业助飞。互联网金融诞生了余额宝、理财通及P2P投融资产品等，互联网医疗使人们实现了在线求医问药，这些都是最典型的“互联网+”案例。“互联网+”就是“互联网+各个传统行业”，但并不是简单相加，而是利用信息通信技术及互联网平台，让互联网与传统行业进行深度融合，创造新的发展生态。它代表一种新的社会形态，即充分发挥互联网在社会资源配置中的优化和集成作用[1]。

“互联网+高等教育”并不是刚刚开始的，多年前就已出现。国外一些大学的教师与学生的交流很大程度上依赖于互联网。授课教师在课程开课前，会在自己的主页上发布与课程相关的信息，包括课程使用的教材、参考书及课程考核方式等，同时留下本人用于课程教学的电子邮箱和本门课程助教的联系方式。课程开讲后，教师还会在主页更新信息，诸如下次课的内容安排、前次课作业的答案等。同时，主页还允许学生留言，鼓励学生留下自己在学习本门课程的过程中所遇到的问题及对课程教学的建议等，授课教师或课程助教会在第一时间回复这些留言。此外，学生可以将纸质作业交到教师办公室门口的作业收集箱中，也可以将作业的电子版或扫描件通过电子邮件形式发至教师指定的电子邮箱。这种“互联网+”的授课方式，不仅拉近了授课教师和学生在空间和时间上的距离，延拓了课程本身的内容，还能有效地提升教学品质，实现教学资源的最大化利用。

此外，远程协同实验本质上也可以视为一种“互联网+土木工程”的特例。1999年，美国国家自然科学基金会（NSF）批准了一项投资5亿美元、跨期5年的美国地震工程试验联网（NEES）项目，用于在全美15家大学和研究机构新建或扩建地震工程实验装备及高效互联网联接现场实验和监控体系[2]。NEES寻求的是建立一种网络化资源，这一资源是在地理上分布于各个地区并被共享的具有远程观测和远程控制能力的远程协同试验系统。除了可以通过网络对设备站点实行远程操作，还可以在网上连结高性能计算和数据存储设备，包括一个地震工程及其相关领域的试验和分析方面的诊断数据库。此外，分布式实物和数值模拟能力以及使试验和计算数据可视化的资源也可以从网络上获得。

三、“互联网+”教学资源库建设

在倡导大土木教学的背景下，土木实验教学内容涵盖面广，涉及地震工程、防护工程、风工程、抗火工程和岩土工程等。基于“互联网+”建立内容丰富和具有前瞻性的土木实验教学资源数据库，能够让学生更好地理解土木工程试验原理及方法，其建设过程主要分为以下几个阶段。

（一）教学资源数据库需求和概要分析

通过课题组成员会议、师生访谈、问卷调查等系列手段，获取传统土木实验教学中需要解决的问题与建议，并进行分析归纳，完成需求分析。以此为基础，采用抽象和分解的手段将数据库分解，实现功能的模块化，确定各功能模块间的关系及各个模块所包含的试验数据内容。

（二）教学资源收集和规范化

组织课题组成员，基于需求和概要分析所确定的功能模块和模块下所设定的内容进行教学资源的收集。教学资源形式多样，包括数据、图表、文字和试验视频等。同时，按照方案设计、前期准备、试验实施、试验结果分析这四个流程，将收集到的各类土木工程试验资料进行规范化整理。

（三）教学资源数据库的实现

建立土木实验课程专享页面，发布本课程的实时信息和课程预告，实现教学互动。同时，页面链接学校信息中心的FTP资源库，分学科、分对象、分类型建立教学资源索引，并加入教学资源内容。同时，建立课程的微信公众号，精选教学资源放入微信公众号的素材管理中，使学生能够通过手机或电脑进入土木试验教学资源库查看自己所关心的试验内容，掌握该试验原理和方法，以及主要试验结果和结论。

（四）教學资源数据库的维护与完善

随着土木工程领域新理论、新方法和新材料的出现和应用，及时对教学资源数据库进行更新维护显得十分重要。教学资源数据库维护与完善所依赖的新素材，可通过互联网进行收集。另一方面，增强教学资源数据库的开发性和共享性，让更多校内外的专家学者自愿贡献自己的试验到数据库中，校内外土木工程专业的学生也可以自由地上传或下载资料。

四、远程协同实验教学系统构建

传统的实验教学主要存在以下问题：（1）实验室前期建设投入大，后期运行和维护费用高，实验教学常受限于此类原因而无法有效开展，影响教学效果;（2）教学实验常立足于满足基础知识技能的传授和培养，无法把握学科前沿的科研实验研究;（3）实验教学中学生常分成实验小组分散操作，教师难以在短时间内深入到各个实验小组进行细致的指导;（4）实验教学时间常与实验室可安排的时间不一致，教学实验会和实验室现场内正在进行的科研活动相冲突。

针对土木工程实验教学资源不足和时间不均衡等问题，学校进行了远程协同实验教学系统构建。实验现场布置WIFI监控摄像阵列及多套实验数据采集系统，可实现全程实时采集实验图象及各种实验物理量的连续采集工作。视频资料和实验数据经过中央服务器处理后，所有实验数据均以图形形式呈现。学生可以通过自备移动终端设备观看试验进程，教师也可以在课堂上利用教室中的多媒体设备进行展示。此外，基于高速互联网技术实现了异地共享实验设备，使教师可以根据教学的实际需求远程操控真实设备，控制实验进程。

五、结语

基于“互联网+”和“远程协同试验”思想，以创新土木工程人才培养为导向，整合共享实验室优质远程实验资源，构建“互联网+”教学资源库和远程协同实验教学系统，实现土木工程实验课程时间和空间上的开放性和灵活性。

参考文献

[1]张广君.“互联网+教学”的融合与超越[J].教育研究，2016， 37（6）：12-14.

[2]茹继平，肖岩.美国地震工程模拟网系统NEES计划及在我国实现远程协同结构试验的设想[J].建筑结构学报，2002，（6）： 91-94.

Principles and Applications of "Internet+" and "Remote Collaborative Test"

HU Bo， L? Heng-lin， YIN Shi-ping， ZHANG Ying-ying

（School of Mechanics and Civil Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou，

Jiangsu 221116， China）

Abstract： In view of the shortage of teaching resources of civil engineering experiment， based on the idea of "Internet+" and "remote collaborative test"， the reform and practice of civil experiment teaching method in the new era are explored. The "Internet+" teaching resource database can integrate and share a wide range of high- quality experimental data， while the "remote collaborative experiment" teaching system breaks through the limitations of time， space， experimental equipment and security in the traditional civil experiment teaching.

Key words： Internet+; remote collaborative experiment; civil experiment teaching