高校土木工程專業虛擬仿真實驗教學模式研究

仇立松，何軍波

（鄭州科技學院，河南鄭州 450064）

在現今高校教學當中，虛擬仿真實驗教學可以說是一種非常重要的教學方式，即通過多媒體、虛擬仿真、網絡數據庫以及大數據網絡通信技術的應用對具有高度仿真特征的實驗對象以及虛擬實驗環境進行構建，建立域內立體化網絡虛擬模型，在實現教學內容豐富拓展的基礎上達到教學目標。在高校土木工程專業教學中，也可以對該方式進行積極的應用，不斷提升教學水平。

1 主要教學模式

在教育部新的育人改革指導意見下，結合當下“互聯網+”的應用普及，各高校依托自身特點，在新工科及應用型大學育人模式進行探索。全面認知當代社會發展背景下的實踐教學方面虛擬仿真實驗教學的內涵及外延。就目前來說，我國的很多高校已經對該教學模式進行了應用，并獲得了較好的教學效果，其主要有：第一，長沙理工大學。長沙理工大學以行業發展及市場需求為導向，開放實踐教學心思路，在學生開放創新以及實踐能力進行培養的基礎上對“三平臺、十模塊”的教學模式進行了設計。其中，三平臺主要包括有公路工程施工檢測平臺、公路運營管理平臺以及工程勘察設計平臺。更為細化的方面，在公路工程勘察設計平臺中，包括有道路勘測設計、路基路面設計以及工程測量這三個虛擬仿真模塊。公路施工檢測平臺中，則包括工程材料、路面施工檢測、招投標合同管理以及路基施工檢測這幾個虛擬仿真模塊。在公路運營管理平臺中，則包括有道路養護管理、安全交通分析以及工程變形監測這幾個模塊；第二，中南大學。在中南大學中，其試驗教學中具有“三層次、十六模塊”模式的建立，具有多個實驗教學項目的設置，從開始的基礎理論知識學習到培養學生的創新能力以及全過程理念等。其中，三層次可以分為基礎、創新以及專業這幾個層級。基層型方面，其所具有的仿真實驗資源將對整個院校的工科專業本科生進行服務，主要為低年級學生，其培養目的即是在對學生學習熱情進行激發的基礎上實現其專業基礎的夯實，打開學生對專業方向的認知，在基礎力學、多功能力學分析、土力學基礎、工程測量分析等基礎課程實踐教學實驗相配合的基礎上開展具有專業方向細化的專業實踐課程，如土木工程材料分析、小區控制測量、綜合三軸試驗、巖土成分檢測以及結構破壞實驗分析等類似這些實驗模塊的建立。專業性應用方面，其所具有的實驗資源則更多的是針對土木工程實際教學當中所具有的具體問題而言的，即在將鐵路工程建設為基礎的情況下對教研結合優勢進行充分的發揮，具有工程地質、隧道工程、橋梁工程、鐵路選線、工程施工管理以及建筑結構這幾個模塊的建立。創新性模塊方面，其主要任務即是對學生的實踐以及創新精神進行培養，具有數字化抗震、隧道工程、車橋振動模擬、數字化風洞以及耐久性模塊模擬這幾個虛擬仿真模塊；第三，南昌大學。在南昌大學中，其具有虛擬仿真實驗管理系統以及力學工程虛擬系統的建立。在力學工程仿真系統中，具有工程結構機械虛擬、復雜力學仿真實驗以及施工管理虛擬實驗平臺的建設。力學工程虛擬系統方面，則向教師、系統管理員以及學生實現開放網絡環境實驗管理功能的提供，以此使學生在進入到系統當中之后即能夠根據自身的需求做好實驗項目的選擇，在保留實驗成果的基礎上由教師根據學生的實驗成果與過程給出對應的評價與成績，以此做好交流以及答疑處理。

2 發展完善措施

在仿真實驗教學模式中，其需要從以下幾個方面做好完善與優化：第一，加強師資建設。在實驗教學活動開展中，實驗教師可以說是保障教學活動正常開展的關鍵保障，而在很多高校當中，卻存在著實驗教師不足的問題，這同實驗教師的具體崗位設置具有直接的關聯。作為高校當中的教輔崗位，在日常工作中所受到的關注度較低，經常會出現地位低于科研、教學崗教師的偏見情況。且高校在實驗教師的職業發展方面缺少政策，這也將對實驗崗教師隊伍的穩定性產生影響。在該種情況下，即需要高校能夠加強對于實驗教師的隊伍建設工作，從項目扶持、人員培訓以及政策支持這幾個角度對教師待遇進行積極地提升，積極做好人才隊伍建設，建立一套完整而高效的長效激勵機制，梯隊式發展師生人員隊伍，提高項目管理水平與項目質量。鼓勵師生利用虛擬仿真實驗教學的平臺，整合傳統基礎性實驗，建立通過高效、穩定實驗教師隊伍的形成更好地對虛擬仿真實驗教學的相關需求進行滿足。第二，豐富教學資源。就目前來說，很多高校在實際開展虛擬仿真實驗建設當中，通常存在的更多是根據本校在學科領域當中的某個特色以及專長為基礎對相應的教學資源進行建立，并因此存在無法對不同土木工程領域人才發展需求進行滿足的情況。而實際生產當中有要求學生具有專業外的橫向知識能力，同時，在不同的高校中，其虛擬仿真教學系統是由不同軟件制作工具研發制作的，并因此使不同系統在界面布局、操作流程以及軟件架構等方面存在差異，且相關實驗指導書的存在，也會使學生在學習當中在知識理念方面存在偏差。為了能夠對該問題進行較好的解決，即需要做好系統實驗指導書的編制，更好地滿足學習需求。第三，加強資源共享。在現今很多高校實驗項目開展當中，都存在著很多相似的實驗項目。導致了教學設備和教學內容重復，浪費了現有資源，該種情況的存在，正是因為不同高校的虛擬仿真教學資源僅僅能夠在各自高校的內部當中使用，而無法對資源共享目標進行實現，并因此使教學資源發生了充分建設情況，在利用率方面存在一定的不足。在該種情況下，整合資源就能在一定程度上解決該問題的出現，不同高校在實際虛擬仿真實驗教學平臺建設當中，即需要在做好教學資源合理配置的基礎上建設共享平臺，通過大數據支持信息技術的應用對教學資源共享目標進行實現，以此進一步提升教學效率與質量水平。

3 結語

在上文中，我們對高校土木工程專業虛擬仿真實驗教學模式進行了一定的研究。利用現在較為成熟的大數據及互聯網技術，通過高校虛擬仿真實驗教學平臺的建立，創新實踐教學模式，使之能夠在實現可靠安全項目提供的基礎上有效提升了學生實際學習當中的可操作性。在未來發展中，需要高校能夠進一步做好實驗平臺的拓展與優化，更好地滿足學生學習需求，進而對學生適應于市場需求的專業技能和橫向綜合素質能力進行全面提高。在完善實踐教學體系方面具有重要意義。