土木工程虛擬仿真實驗教學中心建設與思考

張 輝

（河南建筑職業技術學院，河南 鄭州 450064）

從根本上講，在實際進行土木工程課程教學的過程中，通過實驗教學的方式可以從根本上將學生們自身的創新思維全面的激發出來，并且對其進行進一步的拓展開發，進一步提升學生們在專業技能方面的創新能力，在很大程度上涵養學生們的品格，使其在新的時代背景下為國家的進步與發展貢獻出自己的一份力量，這些優點沒有任何一種教學的方式可以替代。從當下我們國家的實際情況來看，國家方面正在持續的進一步對教育教學的改革進行深入的發展，在全國范圍內加強高等學校教育的實際質量，在這樣的時代背景之下教育行業之中對電子信息化技術的應用在實際進行教學工作開展的過程中可以大幅度提升學生們自身的創新思維和意識，并且還可以在很大程度上起到加強學生們自身操作能力的重要作用，國家教育部門在二零一三年開始正式的展開了國家級虛擬仿真實驗教學的教育中心建設，這一工作的開展為土木工程的教育事業帶來了不可忽視的影響。本文通過對我們國家東南大學的實際案例進行分析，來介紹這種新型虛擬仿真實驗教學的方式通過怎樣的方法在高等教育學校內部的土木工程專業的教學過程之中全面的展現出其具體特點以及實際優勢，并且還介紹了東南大學在建設土木工程虛擬仿真實驗教學中心過程總所應用的思路，旨在論述在高等教育學校的土木工程課程之中加入虛擬仿真實驗教學的新型教學方式對加強學生們自身實際操作能力以及創新思維方面所起到的積極推進作用。

1 虛擬仿真實驗教學的重要性

教育部《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》中要求，全國要規劃建設3000門國家精品在線開放課程，建設1000項左右國家虛擬仿真實驗教學項目。土木工程專業在實驗教學中遇到了很多技術難題，將虛擬仿真實驗方法引入本科土木工程實驗教學，對于解決這些難題的重要作用表現在以下方面：

1）解決了實驗操作復雜危險、實驗開支較大、實驗過程不可逆等難題，讓學生能夠深入參與在傳統實驗室無法完成的實驗內容，提高了學生的創新能力和綜合設計能力；

2）解決了由于時間和場地限制，學生無法熟悉整個工程施工過程的難題，提高了學生實踐實操能力；

3）將教師的教學工作和科研工作有機結合，使學生培養和教師發展互利共贏，促進學術水平高、實踐經驗多、創新能力強的實驗教學團隊的形成。

2 建設目標

土木工程虛擬仿真實驗教學中心將傳承東南大學百年育人傳統，秉承“止於至善”的優良校風，遵循國際高等教育發展和現代人才培養的客觀規律，結合時代需要和學校特色，充分發揮重點學科和重點科研基地優勢，強化校企聯合，以學生創新精神和實踐能力培養為引領，以建設開放度高、共享性好的優質虛擬仿真實驗教學資源為重點，堅持“虛實結合、互相補充、能實不虛”的原則，以“立足教學、教研融合、面向工程、開放共享”為教學理念，力爭在虛擬仿真實驗教學資源建設、共享管理平臺建設、實驗教學和管理隊伍建設、管理體系建設等各方面取得全面突破和創新，構建多層次、模塊化、全方位的實驗教學體系，突出大工程人才培養特色，強化土建學科融合，打破時空限制，建立課內課外一體化的人才培養體系，將土木工程虛擬仿真實驗教學中心建設成為“教學資源豐富、管理機制完善、信息平臺功能全面、師資隊伍水平一流”的高水平的實驗教學示范基地。

3 建設思路

3.1 構建立體化、多層次的虛擬仿真實驗平臺

依托東南大學國家級土木工程實驗教學示范中心，構建虛實結合的虛擬仿真系統，給學生提供理論認知與動手實踐的實驗環境，全面提高實驗效果，開闊學生的思維視野，培養創新能力。土木工程虛擬仿真實驗教學中心的虛擬仿真課程實驗及綜合訓練項目跨越不同難度層次（由基本概念提高到研究創新等），覆蓋不同知識內涵（包括建筑、結構、施工、管理等），體現不同實現方式（包括認知感受、動手操作、創意設計、系統實現等）。

3.2 依靠科研基地，實現科研項目向教學內容轉化

依托國家預應力工程技術研究中心、玄武巖纖維生產及應用技術國家地方聯合工程研究中心、混凝土及預應力混凝土結構教育部重點實驗室、城市與建筑遺產保護教育部重點實驗室、江蘇省工程力學分析高校重點實驗室等一大批重點科研基地，積極將科研團隊的研究項目向教學內容轉化，開發形成一系列虛實結合的綜合工程訓練項目，將設計、虛擬和仿真融于一體，讓學生能夠基于虛擬實驗平臺完成設計、施工等綜合實驗實踐環節，實現了教學與科研的有機結合，為高端人才的培養提供了重要支撐。

3.3 聯合合作企業，構建面向實際工程的虛擬仿真實驗平臺

依托于中國建筑工程總公司、中鐵大橋局集團有限公司、柳州歐維姆機械股份有限公司、南京棲霞建設集團等國內土木行業知名企業，中心與其合作，將它們所完成的如港珠澳跨海大橋、滬通長江大橋、深圳大運會主體育館等大量國家重大工程項目轉化為一系列面向工程的虛擬仿真實驗項目。讓學生能過通過虛擬仿真實驗平臺，去體驗、經歷、完成重大工程的各個重要環節，親身體會工程實踐的重要性，為今后的實際工作打下堅實的基礎。

3.4 充分利用學校實踐教學基礎

中心在優化虛擬仿真教學資源的同時，注重師資隊伍建設和管理體系建設。建立了由包含國家級教學名師、國家級教學團隊引領的專職教學團隊，并引入企業教師隊伍，確保專業教學和實驗指導順利開展，校內師資與企業人員相互配合，內引外聯，專兼結合，注重將專業科研以及虛擬仿真技術的成果應用于實踐教學。在管理運行方面，建立了時間、空間、內容“三維”開放的機制，以滿足不同個性、不同水平、不同專業學生的需求。

3.5 充分利用學校網絡化基礎

虛擬仿真實驗中心為土木工程專業的學生提供了多樣的實驗項目供選擇，資源共享，打破了專業實驗的限制，更有利于培養學生的創新能力。課程設置具有層次化、系列化、模塊化的特點，實驗體系連貫性強，可以擴展學生的專業視野。這些教學和實踐項目讓“課堂成為實驗室”、“課外成為施工現場”，對土建類專業學生加深學科知識理解，親自操作完成復雜性高、專業性強、危險性高的專業技能提供了直觀、數字化、沉浸感的訓練平臺。每年為全校土建類專業2700余名學生共享。使得教學與實踐得到更緊密的結合，對加速培養高質量的工程技術人才和專業研究人員將產生深遠影響。

4 結語

虛擬仿真實驗教學中心不僅節約了實驗教學成本，更重要的是對傳統教學理念、教學模式、教學方法和手段的深刻變革。

虛擬仿真實驗教學在土木工程專業創新型人才培養方面具有較強的優勢。土木工程虛擬仿真實驗教學資源體現了“層次化、模塊化、體系化”的特點，按照學校培養大綱，并考慮工程實踐與行業需求，建設了“教學—科研”型教學團隊，提升了學生的創新能力、專業實踐能力、信息化應用能力、綜合素質和自主實驗學習興趣，提高了應用型人才培養成效。