基于“虛擬仿真技術”構建本科實訓教學體系的改革與實踐

胡朝英

摘要：本文在研究土木工程專業(yè)虛擬仿真實驗應用情況的基礎上，結合本科階段土木工程專業(yè)課程的自身發(fā)展特點，分析了現代土木工程實訓教學中遇到的種種現實問題，詳細解讀了虛擬仿真技術在構建本科實訓教學體系中的重大作用。旨在為本專業(yè)的建設道路探尋正確的發(fā)展途徑，為建筑行業(yè)培養(yǎng)更多的專業(yè)型技術人才。

關鍵詞：虛擬仿真技術；本科；實訓教學體系；改革與實踐

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）14-0131-02

一、引言

隨著土木工程專業(yè)社會地位的逐漸提高，在新課程改革的大背景下，“虛擬仿真技術”作為高等院校土木工程專業(yè)普遍采用的主要教學手段，在其實訓教學建設中發(fā)揮了重大的作用。目前，我國高等院校肩負著沉重的人才培養(yǎng)重任，但部分高校的實訓教學體系依然存在嚴重的形式主義傾向，高校學生的實際應用能力和學習創(chuàng)新能力不足是當前人才培養(yǎng)的主要問題。為此，結合土木工程專業(yè)具體的教學實訓現狀，探究“虛擬仿真技術”下高等院校本科實訓教學體系的構建與實踐具有重大的現實意義。

二、構建實訓教學體系的現實問題

1.難以建設優(yōu)越的實驗環(huán)境。土木工程專業(yè)作為工程與建筑類行業(yè)的重要建設內容，其實驗的完成要求決定了實驗環(huán)境的重要性。土木工程類專業(yè)的實驗活動大多在室外進行，因此，實驗環(huán)境便成為了實驗質量的重大影響因素，尤其是眾多危險性的實驗項目，使得本科生無法身體力行的參與其中，因此，造成了學生實訓基礎差、實驗能力弱等的種種現實問題。

2.無法配備滿意的實驗設備。土木工程專業(yè)旨在培養(yǎng)能夠在道路、房屋、礦井、橋梁、隧道、港口、水電站等領域進行設計、研究、規(guī)劃的綜合性專業(yè)化高技能人才。一般而言，土木工程專業(yè)的實驗設備的體積大、費用高、操作繁瑣，給實際的實驗活動帶來了諸多煩惱和挑戰(zhàn)，同時，昂貴的設備開支也讓各大高校產生了深重的財務壓力。

3.不能滿足實踐性的課程要求。目前，傳統(tǒng)的操作機制仍然占據土木虛擬仿真實訓教學的主要位置，高校大學生進行實地操作的機會少之又少，究其原因，這與高校、教師的實踐認知錯誤存在莫大的聯系。目前，社會需要的是擁有較高專業(yè)技能的綜合性技術人才，而土木工程專業(yè)的技術人才需要經過長時間的培訓與練習才能真正上崗，因此，更加需要大量的實踐機會進行實際操作，實踐是人才培養(yǎng)的必備環(huán)節(jié)，并不是為了裝飾教學的一種華麗手段。

三、虛擬仿真實驗概述

1.虛擬仿真實驗的內涵。虛擬仿真實驗以虛擬仿真技術為操作基礎，虛擬仿真技術旨在運用計算機強大的數據處理功能，將抽象事物進行具體的虛擬與仿真，并通過搭建整體化的運行系統(tǒng)，調試具體的目標對象以及不斷修改創(chuàng)新模擬對象等步驟進行實際的動態(tài)仿真實驗。在虛擬仿真技術、互聯網信息平臺、虛擬仿真實驗項目的支撐下，虛擬仿真實驗才得以正常進行。

2.虛擬仿真實驗教學的必要性。根據上文分析可知，本科階段的土木工程專業(yè)建設存在諸多實際問題，為了切實解決專業(yè)教學與實踐脫節(jié)的首要難題，及時化解學生實踐創(chuàng)新能力提升與實訓教學方式落后之間的尷尬局面，結合本科生的實際學習情況、具體課程安排以及未來建設趨勢，運用虛擬仿真技術、互聯網信息平臺以及現有的實驗資源、系統(tǒng)的教學理論進行虛擬仿真實驗實訓教學，對培養(yǎng)優(yōu)秀的專業(yè)型建筑人才具有莫大的推進作用。虛擬仿真實驗教學平臺具有濃縮性、獨立性以及便捷性的顯著優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的實驗設備相比，虛擬仿真實驗設備的體積較小，操作簡單，實驗耗資較傳統(tǒng)實驗明顯下降，體現了良好的經濟性優(yōu)勢。另外，虛擬仿真實驗教學將室內教學與室外教學充分結合起來，可以具體形象地模擬一切可操作的室外客觀實驗，不僅大大提高了實驗的安全性能，也提高了學生的實驗積極性，加深了學生對具體實驗的理解，便于學生開展一系列的創(chuàng)新性延伸實驗。

四、實踐教學體系的創(chuàng)新發(fā)展模式

1.利用虛擬仿真技術，完善實訓教學體系建設。針對各大高校土木工程專業(yè)虛擬仿真實驗的總體建設現狀，建立土木工程虛擬仿真實驗教學指導基地，建立專業(yè)的管理平臺，實現院校結合的一體化管理。將基礎性課程與專業(yè)性課程有機結合，圍繞各大高校基礎性課程的主要學習內容，包括理論力學、房屋建筑學、材料力學、結構力學、流體力學等，主要應用于建筑工程、環(huán)境工程、道路工程、城市建設工程等的基礎性實訓練習；而建筑結構工程、地基基礎建設工程、荷載結構工程、項目管理等專業(yè)的虛擬仿真教學實驗則主要應用于更加專業(yè)化的課程練習中。

2.結合虛擬仿真平臺，實現實訓教學體系創(chuàng)新。 ①實訓課程的設置。在具體的課程設置上，建筑材料與力學、房屋建筑學、工程測量是主要的虛擬仿真實驗內容。具體看來，建筑材料與力學虛擬仿真實驗主要根據“工程力學”、“建筑結構”以及“建筑材料設計原理”進行具體的課程開發(fā)，主要對鋼筋、混凝土、磚等常用土木材料的力學性能進行詳細的實驗分析和具體的模擬演示，解決了傳統(tǒng)實驗模擬時間長、耗費資源多等現實缺陷；房屋建筑學主要用于各類建筑的設計與開發(fā)過程中，其具體的實訓內容包括民用建筑和工業(yè)建筑的不同材料仿真實驗，學生通過自己動手實驗，學習各種建筑的結構組成、受力情況、建構要求以及不同材料的連接方式等，從而形成對結構力學的整體認知；工程測量主要用于各項工程類課程的測量與開發(fā)過程中，具體包括高度測量、角度測量、標線測量、差異測量等，這種測量可以通過動態(tài)性曲線，動態(tài)畫面進行虛擬仿真模擬，將視頻、曲線、數據、文字有機結合，不但節(jié)省了大量的實驗費用，也可以讓學生更加詳細具體的了解測量原理、設計方法、實驗步驟以及優(yōu)化策略，有利于提高廣大學生的學習興趣，取得更佳的教學效果。②實訓課程的管理模式。基于實踐性與創(chuàng)新性的發(fā)展要求，土木工程專業(yè)的實訓課程應該同時具備設計性與綜合性的建設特點。建立“創(chuàng)新式課堂教學、實踐教學、課外活動反哺教學”的全方位、立體式實踐課程教學體系，實行“啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式”的課堂教學模式，在課堂教學中創(chuàng)設開放的教學環(huán)境與教學氛圍，引導學生主動學習、主動思考和主動實踐，并能將日常所學的基礎性知識切實應用于虛擬仿真實驗當中，培養(yǎng)學生自主探索、合作探究、開拓創(chuàng)新以及不斷優(yōu)化的專業(yè)能力。

3.合理開發(fā)虛擬仿真實訓基地，做好充分的實踐準備。開發(fā)固定的實訓教學基地是高校土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要建設手段，雖然人才的定向培養(yǎng)缺乏一定的靈活性與敏捷性，但是可以更加快速地實現高校的人才培養(yǎng)目標。目前，眾多高校的土木工程虛擬仿真實驗已經成為了本專業(yè)的實驗建設主要手段，因此，高校可以建立配套的仿真實訓基地，具體可分設實驗仿真空間站、實訓基地、實訓車間等。另外，有的高校位于經濟發(fā)達地區(qū)，也可以充分利用其有利的位置優(yōu)勢和產業(yè)資源，與更多的企業(yè)合作開辟實踐教學基地，為學生尋找更多的實踐機會和更加廣闊的發(fā)展平臺，從而擬定初步的專業(yè)人才培養(yǎng)計劃。

另外，在具體的實訓過程中，要注意為學生營造一個良好的實訓環(huán)境，利用實物虛擬與計算機虛擬兩種主要的實訓手段，達到理論學習與實際演練完美結合的理想境界。例如，在進行民用建筑的安全性能進行具體測驗時，就要對材料的實際強度、物理性能以及建筑物整體的承載能力等進行具體的參數檢驗與模擬演示。在此過程中，學生可以在專門的實訓基地進行綜合性模擬實驗，并能在教師的幫助下獨立進行實驗數據的處理，借助數據處理軟件詳細分析并得出建筑物的安全系數，對影響建筑物安全性能的主要因素進行具體的探討與研究。

五、結束語

土木工程是一項特色的工程與建筑學專業(yè)，高校的土木工程專業(yè)涉及一切與水、土、文化有關的基礎建筑內容，在實際的建設過程中，需要結合現代化的企業(yè)發(fā)展目標，灌輸先進的實訓教學理念，不斷拓展全新的教育教學途徑。本文基于先進的“虛擬仿真技術”，在宏觀分析土木工程虛擬仿真實訓教學問題的基礎上，對土木工程專業(yè)實訓教學體系的構建與創(chuàng)新進行了深入的探討，希望能為土木工程專業(yè)的實訓教學體系創(chuàng)新提供有效的改革途徑。

參考文獻：

[1]畢曉茜.虛擬仿真技術在土木工程類本科實驗教學中的應用[J].教育理論研究，2015，（07）.

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