虚拟仿真技术在土木工程教学的应用型人才培养模式构建及评价

任丽 朱辉

摘要：近年来，随着科学技术的迅速发展以及土木工程绿色可持续发展概念的提出，新材料、新工艺、新技术逐渐被挖掘探索，对学生的专业能力提出了更高的要求。土木工程专业课程具有基础性和实践性强的特點，实验教学是这些课程教学中必不可少的实践性环节。虚拟仿真教学的应用可实现对传统教学模式的转变，为学生创设动态情境，进而达到学生自主学习、自主创新的目的。因资源、硬件条件等因素的限制，传统测量学课程实验教学的开展受到巨大限制，需通过拟仿真实验教学平台提升实验教学效果，降低实验教学成本大、时间长等弊端，确保测量学课程实验教学的开展满足专业应用型人才培养的需求。基于此，本篇文章对虚拟仿真技术在土木工程教学的应用型人才培养模式构建及评价进行研究，以供参考。

关键词：虚拟仿真技术;土木工程教学;应用型人才培养模式;构建及评价

引言

当今世界经济高速发展，虚拟仿真技术应用于各个领域，在土木工程中起着至关重要的作用，虚拟仿真技术也称“模拟决策技术”。这是为了解决一些实际的问题而提出的，首先要进行建模然后进行实验数据采集、汇总、分析得到想要的结果。土木工程承载着一个城市的经济发展的生命，而我国对这一专业人才培养尤为重视，提高土木工程专业人才的专业性，可以解决实际中的许多方面的问题。土木工程专业的本科生需要依托虚拟仿真技术来模拟实验，因为在专业人才培养中不可能所有的教学都进行实地验证，开展的实验类课程进行实地实验有多方面的限制因素，比如成本太高，时间消耗，不安全性，不能一一照应到等，所以在专业人才培养的过程中虚拟仿真技术是不可或缺的一种教学模式，这种方式可以更直观地让学习者了解问题，简单易懂。

一、虚拟仿真技术应用于土木工程实践教学的必要性

自20世纪90年代以来，虚拟仿真技术因其强大的人机交互手段，与多媒体教学、网络教育共同被看作是教学领域的重大创新，成为教育信息化研究和实践教学应用的热点方向。虚拟现实技术在教学上的应用，促进了教育手段的现代化、信息化。2018年，教育部发布《关于开展虚拟仿真实验教学项目的建设工作》的通知，以进一步推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度，延伸实验教学时间和空间，虚拟仿真实验教学对于高等教育教学质量提升具有重要意义。目前虚拟现实技术日趋成熟，并且已经逐步应用于教学领域中，具体包括虚拟仿真实训系统的设计与开发、虚拟仿真实训的教学模式研究等。

虚拟仿真教育技术的优势：虚拟仿真实验与传统实践教学形式相比，其优势更加明显：第一，虚拟仿真实验的自主操作性强，有利于学生创新能力的培养;第二，虚拟仿真实验能够打破时间与空间的限制，灵活性强，受众更多;第三，虚拟仿真实验能够实现高成本与不可逆的实践操作;第四，虚拟仿真兼容性强，理论教学与实践操作可同步实施，教学效果更加明显;第五，虚拟仿真实验可开放共享，解决教育资源分布不均，重复建设的问题。

二、虚拟仿真技术在土木工程教学的应用型人才培养模式构建及评价

（一）体系设计

我校通过不断积累与创新，已具备丰富的仿真实验教学基础资源，并通过与相关企业的深度合作，秉持着虚实结合、实践与理论结合的原则，立足于应用型、复合型人才培养的角度，面向土木类专业测量学构建三层次、三结合的实验教学体系。三层次是指我校依托于专业人才培养规律，将测量学实验教学课程划分为三大类型，具体包括综合型、基础型以及专业型。三结合是指：其一，理论与实践教学有机融合。教学体系设计包括专业核心课程知识、基础理论知识等，针对虚拟仿真实验及理论课程教学的开展，统筹安排教学计划。学生依托于平台实践可以进行理论知识的内化，提高对理论知识学习的积极性;其二，实体实验与虚拟仿真实验有机结合。依托于虚拟仿真实验平台的构建，实现将测量学中相关实体实验与虚拟实验的充分结合，通过开展虚拟实验弥补传统实验教学中存在的不足与弊端，并达到优化实验教学形式与内容的目的，转变学生对待测量学课程实验教学的态度，利用虚拟仿真实验平台培养学生综合能力与素质;其三，课外创新实验与虚拟仿真实验有机结合。学生可充分借助虚拟实验平台开展课外创新实验，学生在教师指导下可视自身情况合理选题，借助虚拟仿真实验平台开展课外实验工作。

（二）融合虚拟仿真技术、互联网+技术的辅助教学模式

平台打造互联网+教学模式，基于互联网的开放、实时、互动特点，构建了具有真实性、即时性、可视性、可操作性、可反复性、可交互性的虚拟仿真教学平台。共享平台的模式拓展了教育本来的物理空间，强调交互式学习，增强了师生间、学生间、学生与互联网的互动。实现了教学资源的共享、提升了教学资源利用效率借助国家虚拟仿真实验教学项目共享平台（ILAB-X.com）的实验教学项目进行线上实验教学，提高了教学效率，达到“他山之石，可以攻玉”的效果。同时，针对一些真实实验不具备或难以完成的实验如环境复杂、操作不可逆、建设成本高、危险性和破坏性较大的实验，研发具有高阶性、创新性和挑战度“两性一度”的虚拟仿真实验教学内容，嵌入土工实验虚拟仿真教学平台，拓展了实验教学的维度。

（三）平台搭建的可拓展性

平台具有可拓展性，既适应了当前虚拟仿真实验建设要求，又考虑到土木工程绿色可持续发展的要求，通过平台的系统管理模块及硬件的后续开发可实现后续实验资料的添加与更新。基于土工实验虚拟仿真教学平台进行拓展性建设，可将平台由面向土工测试实验扩展到包含结构实验和现场测试实验的大土木意义上的虚拟仿真实验平台，可提高平台研发的效能。

三、高新技术的融合发展及课堂未来发展趋势

在土木工程专业传统课堂上，老师一般是板书讲解多一些，或结合PPT文稿演示。这种课堂对一些比较复杂的理论知识的讲解显得不是很直观，会有一部分学生们也难以接受。学生在这一教学模式下只能是被动接受，不如实践来的通俗易懂。所以在人才培养方面这种教学模式应该向着理论与实践相结合的方向发展，通过模拟仿真技术来模拟一下场景，使课堂的氛围变得活泼起来，学生们也能感受到学习的乐其。将土木工程与虚拟仿真技术相结合，并应用于企业发展中，实现共赢。在虚拟仿真技术与土木工程课程相结合下，通过一些直观的案例，可以提高学生们独立思考并解决问题的能力，以及在工作中的创新能力。

结束语

基于虚拟仿真技术的土木工程管理专业实践课程体系与教学模式改革，优化了实践教学环境，促进了教学成果转化，提高了学生专业应用能力，包括专业核心能力、跨专业能力、职业能力、创新创业能力等。虚拟仿真实验与互动式教学相互促进，与学科专业实践能力大赛联动，与校企合作项目互动，与学生创新创业和就业深度接轨，强有力支撑土木工程管理专业实践改革。

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项目来源：山东省本科高校教学改革研究项目。项目名称：新工科发展背景下土木工程专业应用型人才培养模式的研究。项目编号：M2018X265