高校土木工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究

仇立松，何軍波

（鄭州科技學(xué)院，河南鄭州 450064）

在現(xiàn)今高校教學(xué)當(dāng)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以說是一種非常重要的教學(xué)方式，即通過多媒體、虛擬仿真、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫以及大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用對具有高度仿真特征的實(shí)驗(yàn)對象以及虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行構(gòu)建，建立域內(nèi)立體化網(wǎng)絡(luò)虛擬模型，在實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容豐富拓展的基礎(chǔ)上達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。在高校土木工程專業(yè)教學(xué)中，也可以對該方式進(jìn)行積極的應(yīng)用，不斷提升教學(xué)水平。

1 主要教學(xué)模式

在教育部新的育人改革指導(dǎo)意見下，結(jié)合當(dāng)下“互聯(lián)網(wǎng)+”的應(yīng)用普及，各高校依托自身特點(diǎn)，在新工科及應(yīng)用型大學(xué)育人模式進(jìn)行探索。全面認(rèn)知當(dāng)代社會發(fā)展背景下的實(shí)踐教學(xué)方面虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵及外延。就目前來說，我國的很多高校已經(jīng)對該教學(xué)模式進(jìn)行了應(yīng)用，并獲得了較好的教學(xué)效果，其主要有：第一，長沙理工大學(xué)。長沙理工大學(xué)以行業(yè)發(fā)展及市場需求為導(dǎo)向，開放實(shí)踐教學(xué)心思路，在學(xué)生開放創(chuàng)新以及實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)的基礎(chǔ)上對“三平臺、十模塊”的教學(xué)模式進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其中，三平臺主要包括有公路工程施工檢測平臺、公路運(yùn)營管理平臺以及工程勘察設(shè)計(jì)平臺。更為細(xì)化的方面，在公路工程勘察設(shè)計(jì)平臺中，包括有道路勘測設(shè)計(jì)、路基路面設(shè)計(jì)以及工程測量這三個(gè)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(biāo)合同管理以及路基施工檢測這幾個(gè)虛擬仿真模塊。在公路運(yùn)營管理平臺中，則包括有道路養(yǎng)護(hù)管理、安全交通分析以及工程變形監(jiān)測這幾個(gè)模塊；第二，中南大學(xué)。在中南大學(xué)中，其試驗(yàn)教學(xué)中具有“三層次、十六模塊”模式的建立，具有多個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)置，從開始的基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及全過程理念等。其中，三層次可以分為基礎(chǔ)、創(chuàng)新以及專業(yè)這幾個(gè)層級?；鶎有头矫妫渌哂械姆抡鎸?shí)驗(yàn)資源將對整個(gè)院校的工科專業(yè)本科生進(jìn)行服務(wù)，主要為低年級學(xué)生，其培養(yǎng)目的即是在對學(xué)生學(xué)習(xí)熱情進(jìn)行激發(fā)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)其專業(yè)基礎(chǔ)的夯實(shí)，打開學(xué)生對專業(yè)方向的認(rèn)知，在基礎(chǔ)力學(xué)、多功能力學(xué)分析、土力學(xué)基礎(chǔ)、工程測量分析等基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)相配合的基礎(chǔ)上開展具有專業(yè)方向細(xì)化的專業(yè)實(shí)踐課程，如土木工程材料分析、小區(qū)控制測量、綜合三軸試驗(yàn)、巖土成分檢測以及結(jié)構(gòu)破壞實(shí)驗(yàn)分析等類似這些實(shí)驗(yàn)?zāi)K的建立。專業(yè)性應(yīng)用方面，其所具有的實(shí)驗(yàn)資源則更多的是針對土木工程實(shí)際教學(xué)當(dāng)中所具有的具體問題而言的，即在將鐵路工程建設(shè)為基礎(chǔ)的情況下對教研結(jié)合優(yōu)勢進(jìn)行充分的發(fā)揮，具有工程地質(zhì)、隧道工程、橋梁工程、鐵路選線、工程施工管理以及建筑結(jié)構(gòu)這幾個(gè)模塊的建立。創(chuàng)新性模塊方面，其主要任務(wù)即是對學(xué)生的實(shí)踐以及創(chuàng)新精神進(jìn)行培養(yǎng)，具有數(shù)字化抗震、隧道工程、車橋振動(dòng)模擬、數(shù)字化風(fēng)洞以及耐久性模塊模擬這幾個(gè)虛擬仿真模塊；第三，南昌大學(xué)。在南昌大學(xué)中，其具有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)以及力學(xué)工程虛擬系統(tǒng)的建立。在力學(xué)工程仿真系統(tǒng)中，具有工程結(jié)構(gòu)機(jī)械虛擬、復(fù)雜力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)以及施工管理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)。力學(xué)工程虛擬系統(tǒng)方面，則向教師、系統(tǒng)管理員以及學(xué)生實(shí)現(xiàn)開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)驗(yàn)管理功能的提供，以此使學(xué)生在進(jìn)入到系統(tǒng)當(dāng)中之后即能夠根據(jù)自身的需求做好實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇，在保留實(shí)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上由教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果與過程給出對應(yīng)的評價(jià)與成績，以此做好交流以及答疑處理。

2 發(fā)展完善措施

在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，其需要從以下幾個(gè)方面做好完善與優(yōu)化：第一，加強(qiáng)師資建設(shè)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)開展中，實(shí)驗(yàn)教師可以說是保障教學(xué)活動(dòng)正常開展的關(guān)鍵保障，而在很多高校當(dāng)中，卻存在著實(shí)驗(yàn)教師不足的問題，這同實(shí)驗(yàn)教師的具體崗位設(shè)置具有直接的關(guān)聯(lián)。作為高校當(dāng)中的教輔崗位，在日常工作中所受到的關(guān)注度較低，經(jīng)常會出現(xiàn)地位低于科研、教學(xué)崗教師的偏見情況。且高校在實(shí)驗(yàn)教師的職業(yè)發(fā)展方面缺少政策，這也將對實(shí)驗(yàn)崗教師隊(duì)伍的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。在該種情況下，即需要高校能夠加強(qiáng)對于實(shí)驗(yàn)教師的隊(duì)伍建設(shè)工作，從項(xiàng)目扶持、人員培訓(xùn)以及政策支持這幾個(gè)角度對教師待遇進(jìn)行積極地提升，積極做好人才隊(duì)伍建設(shè)，建立一套完整而高效的長效激勵(lì)機(jī)制，梯隊(duì)式發(fā)展師生人員隊(duì)伍，提高項(xiàng)目管理水平與項(xiàng)目質(zhì)量。鼓勵(lì)師生利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的平臺，整合傳統(tǒng)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，建立通過高效、穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的形成更好地對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)需求進(jìn)行滿足。第二，豐富教學(xué)資源。就目前來說，很多高校在實(shí)際開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)當(dāng)中，通常存在的更多是根據(jù)本校在學(xué)科領(lǐng)域當(dāng)中的某個(gè)特色以及專長為基礎(chǔ)對相應(yīng)的教學(xué)資源進(jìn)行建立，并因此存在無法對不同土木工程領(lǐng)域人才發(fā)展需求進(jìn)行滿足的情況。而實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中有要求學(xué)生具有專業(yè)外的橫向知識能力，同時(shí)，在不同的高校中，其虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)是由不同軟件制作工具研發(fā)制作的，并因此使不同系統(tǒng)在界面布局、操作流程以及軟件架構(gòu)等方面存在差異，且相關(guān)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的存在，也會使學(xué)生在學(xué)習(xí)當(dāng)中在知識理念方面存在偏差。為了能夠?qū)υ搯栴}進(jìn)行較好的解決，即需要做好系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的編制，更好地滿足學(xué)習(xí)需求。第三，加強(qiáng)資源共享。在現(xiàn)今很多高校實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開展當(dāng)中，都存在著很多相似的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。導(dǎo)致了教學(xué)設(shè)備和教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，浪費(fèi)了現(xiàn)有資源，該種情況的存在，正是因?yàn)椴煌咝５奶摂M仿真教學(xué)資源僅僅能夠在各自高校的內(nèi)部當(dāng)中使用，而無法對資源共享目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并因此使教學(xué)資源發(fā)生了充分建設(shè)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(xiàn)，不同高校在實(shí)際虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)當(dāng)中，即需要在做好教學(xué)資源合理配置的基礎(chǔ)上建設(shè)共享平臺，通過大數(shù)據(jù)支持信息技術(shù)的應(yīng)用對教學(xué)資源共享目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，以此進(jìn)一步提升教學(xué)效率與質(zhì)量水平。

3 結(jié)語

在上文中，我們對高校土木工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了一定的研究。利用現(xiàn)在較為成熟的大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建立，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，使之能夠在實(shí)現(xiàn)可靠安全項(xiàng)目提供的基礎(chǔ)上有效提升了學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)當(dāng)中的可操作性。在未來發(fā)展中，需要高校能夠進(jìn)一步做好實(shí)驗(yàn)平臺的拓展與優(yōu)化，更好地滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求，進(jìn)而對學(xué)生適應(yīng)于市場需求的專業(yè)技能和橫向綜合素質(zhì)能力進(jìn)行全面提高。在完善實(shí)踐教學(xué)體系方面具有重要意義。