土建类虚拟仿真实验教学中心建设与实践

刘玲玲 褚美玲

（江苏省江都中等专业学校，江苏 扬州 225200）

0 引言

信息技术的逐步成熟，使得虚拟仿真实验教学成为了可能。高校为实现提升学生综合素质、全面提高教学质量的教学目标，在课程设计中均加入了虚拟仿真实验教学，并建设了专业化虚拟仿真实验教学中心，取得了非常不错的教学效果。本文以土木建筑及相关专业为例，分析虚拟仿真实验教学中心的建设与实践内容。

1 土木建筑虚拟仿真实验教学中心建设的必要性分析

土木建筑专业的传统实验教学模式为组织学生参加大型土木建筑工程实验。但这种教学模式存在诸多的问题。一是实验体量过大，导致经费高、设备复杂。二是在实验过程中不能够做到学生全覆盖，一次实验参加的人数有限。三是学生参与感不强，以至于主观参与意愿不强，对实验课程产生了抵触心理，使得实验课程设置目标不能够完成。这些问题就与实验教学培养综合性、创造性、实践性人才的目标背道而驰。虚拟仿真实验教学为解决这一矛盾提供了有效路径。通过信息技术构建虚拟仿真实验环境，将原本必须要实际进行的实验转为在虚拟中完成，减轻了实验体量和资金压力。每个学生都可以在虚拟仿真实验中进行操作，提升学生的实践能力。同时，还可以激发学生主动参与实践学习的积极性和主动性。学生在实践教学中能够主动建立问题、发现问题、解决问题，真正提升了作为实践专业性人才所必须具备的基本素养。

2 虚拟仿真实验教学资源建设

2.1 虚拟仿真实验教学建设的基础模式

虚拟仿真教学建设的基础模式是为土木建筑相关专业的本科学生所设计的，设计目的是在打好专业基础知识的基础上激发学生对科研的热情。具体设计模式为“3+19”模式，是指3大模块加19项虚拟仿真实验项目。3大模块包括基础力学、土木工程材料、工程测量。19个虚拟仿真实验项目以金属材料压缩性能研究虚拟仿真实验为例进行说明。通过虚拟仿真系统，学生在实验中可以自行设置虚拟压缩设备、被压缩金属材料种类、压缩参数等，最终得到实验结果。

2.2 虚拟仿真实验教学建设的专业模式

虚拟仿真教学建设的专业模式是为高年级本科学生所设计，设计目的是通过模拟土木建筑领域在施工中实际存在的问题，达成“教研结合”的效果。提升高年级学生利用已学习的基础理论知识，解决建筑工程中实际存在问题的能力。具体设计模式为“5+23”模式，也就是5大实验模块加23个虚拟仿真实验项目。其中5大实验模块包括建筑工程、建筑构造、道路桥梁与交通工程、岩土工程和项目管理等。23个虚拟仿真实验项目以钢筋混凝土梁破坏性仿真实验为例进行说明。学生可以通过该项目模拟钢筋混凝土梁的结构、及受力后不同结构的钢筋混凝土梁所产生的不同破坏性。

2.3 虚拟仿真教学建设的特色与创新模式

虚拟仿真教学建设的特色与创新模式分为两大类，一般创新与特色创新。

其中虚拟仿真教学建设的一般创新模式是为学生参加创新大赛等竞赛所设计的。其设计目的为专项培养学生的创新能力和实践技能，培养出一批懂专业、会实践、能创新的创新型技术人才。该项目比较有代表性的是博物馆火灾和人员逃生模拟仿真实验，通过模拟真实的火灾和人员逃生场景，让学生对博物馆的防火建设和安全通道建设有自己的设计和构思。

虚拟仿真教学建设的特色创新模式，是针对本科生特色发展和高校特色办学所设计的。设计目的在于拓宽学生的国际视野、增强学生的综合素质，培养出国家需要的特殊人才。河南工业大学在建设虚拟仿真教学方面走在了前沿，为满足国家粮食安全的战略需求，河南工业大学土木建筑学院和河南工业大学设计研究院共同设计并参与建设了七大特色学科平台，形成了“3+17”的项目模式，也就是3大教学模块，加上14个虚拟仿真实验项目。典型的是食品物流园区总体规划仿真实验，通过对食品物流园区进行3D化建模，对食品物流园区总体规划建设进行模拟。学生可以通过系列设置，实现各项功能设施如物流周转中心、物流集散中心、运输装载中心等实现物流园区的真实运转。一旦各项规划不合理，那么模拟物流园区也就无法正常运行。

3 开放共享与展望

虚拟仿真实验中心的开展依托于以桌面云技术为载体的虚拟仿真实验系统。通过桌面云技术可以集中利用资源并方便统一管理。桌面云将服务器系统映射出来，可以提高服务器的运行效率，并且有利于数据的集中。避免因为数据分散在学生电脑上而无法集中存储和备份。通过桌面云技术，可以让虚拟仿真实验系统更好的服务于土木建筑相关专业，在实践教学课程中能更方便、高效的完成教学任务，并对学生开放多渠道的共享。

3.1 开放共享渠道多元化

一，校内共享。可以通过校内网、校园实验室、图书馆、学校网站等方式将虚拟仿真实验室向校园内所有师生进行开放，实现全专业全覆盖。同时，学生可以在实验教学中心操作实验，提高资源共享效率。

二，校外共享。通过实验中心网站管理平台，实现将实验室的资源共享至校外。将校外共享的教学资源进行分级分类，针对不同的资源设置不同的访问权限，不同目标群体访问限制不同。注意对教学资源的知识产权保护，在资源共享的同时形成良性循环。

三，校企共享。虚拟仿真教学实验中心的宗旨是提高学生的实践能力，而企业可以提供学校所不具备的生产实践中的数据及问题，因此，与企业进行合作是十分必要的。在高校完成教学任务的同时，企业也可以通过这套系统完成员工培训、商务合作等企业发展需求。

3.2 虚拟仿真中心实验教学的效果

一，理论课程、实践教学和虚拟资源相紧密结合。在教学的过程中，任何一种教学模式都不应该是孤立的，而是相互融合、相互促进的。要想有效利用虚拟实验资源，就需要将之与理论课程、实践教学有机的联系在一起。与理论课程的联系可以通过应用程序完成，授课教师在讲授理论课程的同时，将校内的虚拟资源告知学生。学生就可以根据个人兴趣，在应用程序中自行检索相关的虚拟资源，以达到通过虚拟资源巩固理论知识的效果。与实践课程的联系，是通过提前预习课程实验和课后巩固完成的。学生可以在虚拟资源网站获取每一种实验的全套流程、注意事项、学习重点等内容。学生既可以在上课之前提前了解实践课程的内容，还可以在课程之后利用资源进行复习巩固。

二，实验教学中心建立实验教科书、教学方案、测试题库的网络访问途径。实验中心可以将实验教学全程录像，以供学生在网络上下载浏览实验视频。打破学习环境的空间限制，让有兴趣的学生可以随时随地对实验教学进行自学。选修该课程的学生也可以通过网络浏览进行巩固学习。

三，全方位共享实验资源。开创网络虚拟仿真、远程实验、空间沉浸式仿真、数字仿真等教学模式，让全校、全专业的学生都能够自主学习实验教学内容。

4 结语

土木建筑虚拟仿真实验教学中心建设为土木建筑专业的发展提供了巨大的助力，本文立足于学科建设实际，结合当前优秀的仿真教学中心建设现状，对土木建筑虚拟仿真实验教学中心建设与实践进行了分析，希望能够为国内高校土木工程专业的发展与建设提供有效的参考意见。