土木工程虚拟仿真实验教学中心建设与思考

张 辉

（河南建筑职业技术学院，河南 郑州 450064）

从根本上讲，在实际进行土木工程课程教学的过程中，通过实验教学的方式可以从根本上将学生们自身的创新思维全面的激发出来，并且对其进行进一步的拓展开发，进一步提升学生们在专业技能方面的创新能力，在很大程度上涵养学生们的品格，使其在新的时代背景下为国家的进步与发展贡献出自己的一份力量，这些优点没有任何一种教学的方式可以替代。从当下我们国家的实际情况来看，国家方面正在持续的进一步对教育教学的改革进行深入的发展，在全国范围内加强高等学校教育的实际质量，在这样的时代背景之下教育行业之中对电子信息化技术的应用在实际进行教学工作开展的过程中可以大幅度提升学生们自身的创新思维和意识，并且还可以在很大程度上起到加强学生们自身操作能力的重要作用，国家教育部门在二零一三年开始正式的展开了国家级虚拟仿真实验教学的教育中心建设，这一工作的开展为土木工程的教育事业带来了不可忽视的影响。本文通过对我们国家东南大学的实际案例进行分析，来介绍这种新型虚拟仿真实验教学的方式通过怎样的方法在高等教育学校内部的土木工程专业的教学过程之中全面的展现出其具体特点以及实际优势，并且还介绍了东南大学在建设土木工程虚拟仿真实验教学中心过程总所应用的思路，旨在论述在高等教育学校的土木工程课程之中加入虚拟仿真实验教学的新型教学方式对加强学生们自身实际操作能力以及创新思维方面所起到的积极推进作用。

1 虚拟仿真实验教学的重要性

教育部《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中要求，全国要规划建设3000门国家精品在线开放课程，建设1000项左右国家虚拟仿真实验教学项目。土木工程专业在实验教学中遇到了很多技术难题，将虚拟仿真实验方法引入本科土木工程实验教学，对于解决这些难题的重要作用表现在以下方面：

1）解决了实验操作复杂危险、实验开支较大、实验过程不可逆等难题，让学生能够深入参与在传统实验室无法完成的实验内容，提高了学生的创新能力和综合设计能力；

2）解决了由于时间和场地限制，学生无法熟悉整个工程施工过程的难题，提高了学生实践实操能力；

3）将教师的教学工作和科研工作有机结合，使学生培养和教师发展互利共赢，促进学术水平高、实践经验多、创新能力强的实验教学团队的形成。

2 建设目标

土木工程虚拟仿真实验教学中心将传承东南大学百年育人传统，秉承“止於至善”的优良校风，遵循国际高等教育发展和现代人才培养的客观规律，结合时代需要和学校特色，充分发挥重点学科和重点科研基地优势，强化校企联合，以学生创新精神和实践能力培养为引领，以建设开放度高、共享性好的优质虚拟仿真实验教学资源为重点，坚持“虚实结合、互相补充、能实不虚”的原则，以“立足教学、教研融合、面向工程、开放共享”为教学理念，力争在虚拟仿真实验教学资源建设、共享管理平台建设、实验教学和管理队伍建设、管理体系建设等各方面取得全面突破和创新，构建多层次、模块化、全方位的实验教学体系，突出大工程人才培养特色，强化土建学科融合，打破时空限制，建立课内课外一体化的人才培养体系，将土木工程虚拟仿真实验教学中心建设成为“教学资源丰富、管理机制完善、信息平台功能全面、师资队伍水平一流”的高水平的实验教学示范基地。

3 建设思路

3.1 构建立体化、多层次的虚拟仿真实验平台

依托东南大学国家级土木工程实验教学示范中心，构建虚实结合的虚拟仿真系统，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，开阔学生的思维视野，培养创新能力。土木工程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跨越不同难度层次（由基本概念提高到研究创新等），覆盖不同知识内涵（包括建筑、结构、施工、管理等），体现不同实现方式（包括认知感受、动手操作、创意设计、系统实现等）。

3.2 依靠科研基地，实现科研项目向教学内容转化

依托国家预应力工程技术研究中心、玄武岩纤维生产及应用技术国家地方联合工程研究中心、混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室、城市与建筑遗产保护教育部重点实验室、江苏省工程力学分析高校重点实验室等一大批重点科研基地，积极将科研团队的研究项目向教学内容转化，开发形成一系列虚实结合的综合工程训练项目，将设计、虚拟和仿真融于一体，让学生能够基于虚拟实验平台完成设计、施工等综合实验实践环节，实现了教学与科研的有机结合，为高端人才的培养提供了重要支撑。

3.3 联合合作企业，构建面向实际工程的虚拟仿真实验平台

依托于中国建筑工程总公司、中铁大桥局集团有限公司、柳州欧维姆机械股份有限公司、南京栖霞建设集团等国内土木行业知名企业，中心与其合作，将它们所完成的如港珠澳跨海大桥、沪通长江大桥、深圳大运会主体育馆等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。让学生能过通过虚拟仿真实验平台，去体验、经历、完成重大工程的各个重要环节，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。

3.4 充分利用学校实践教学基础

中心在优化虚拟仿真教学资源的同时，注重师资队伍建设和管理体系建设。建立了由包含国家级教学名师、国家级教学团队引领的专职教学团队，并引入企业教师队伍，确保专业教学和实验指导顺利开展，校内师资与企业人员相互配合，内引外联，专兼结合，注重将专业科研以及虚拟仿真技术的成果应用于实践教学。在管理运行方面，建立了时间、空间、内容“三维”开放的机制，以满足不同个性、不同水平、不同专业学生的需求。

3.5 充分利用学校网络化基础

虚拟仿真实验中心为土木工程专业的学生提供了多样的实验项目供选择，资源共享，打破了专业实验的限制，更有利于培养学生的创新能力。课程设置具有层次化、系列化、模块化的特点，实验体系连贯性强，可以扩展学生的专业视野。这些教学和实践项目让“课堂成为实验室”、“课外成为施工现场”，对土建类专业学生加深学科知识理解，亲自操作完成复杂性高、专业性强、危险性高的专业技能提供了直观、数字化、沉浸感的训练平台。每年为全校土建类专业2700余名学生共享。使得教学与实践得到更紧密的结合，对加速培养高质量的工程技术人才和专业研究人员将产生深远影响。

4 结语

虚拟仿真实验教学中心不仅节约了实验教学成本，更重要的是对传统教学理念、教学模式、教学方法和手段的深刻变革。

虚拟仿真实验教学在土木工程专业创新型人才培养方面具有较强的优势。土木工程虚拟仿真实验教学资源体现了“层次化、模块化、体系化”的特点，按照学校培养大纲，并考虑工程实践与行业需求，建设了“教学—科研”型教学团队，提升了学生的创新能力、专业实践能力、信息化应用能力、综合素质和自主实验学习兴趣，提高了应用型人才培养成效。