土建類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)中心管理模式改革與探索

惠存 祝彥知

摘要：土建類專業(yè)必須突破傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式，依托多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信和虛擬仿真等現(xiàn)代技術(shù).構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象.實現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)和實踐教學(xué)的相互補充，使學(xué)生通過虛擬仿真教學(xué)達(dá)到專業(yè)認(rèn)證評估要求。本研究通過探究筆者所在學(xué)校力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真實驗教學(xué)中心在土建類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中的管理模式與運行機制，改革虛擬仿真實驗教學(xué)中心在土建類人才培養(yǎng)過程中存在的不足.提高虛擬仿真實驗教學(xué)中心的使用效率.加強土建類專業(yè)人才創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，提升學(xué)生的行業(yè)競爭能力，推動虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：土建類專業(yè)；虛擬仿真；管理模式；實踐教學(xué)

根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，教育部將發(fā)展虛擬仿真實驗教學(xué)列為高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容。隨著我國經(jīng)濟技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工程已逐步向大型、復(fù)雜、超高層方向發(fā)展轉(zhuǎn)變。“空間體量巨大、結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜、施工周期長、管理復(fù)雜化”是土木工程行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

在傳統(tǒng)土建類專業(yè)實踐教學(xué)中，培養(yǎng)方案要求的認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)，都要耗費大量的時間，而且不一定能夠達(dá)到實習(xí)的目的。校內(nèi)實驗受設(shè)備、技術(shù)和建設(shè)周期的制約，其實驗形式單一、內(nèi)容有限、知識分散，無法適應(yīng)當(dāng)前土建類專業(yè)人才實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。另外，土建類專業(yè)實驗操作復(fù)雜，支出較大，周期長，學(xué)生參與實驗自主性不高。施工周期長，隱蔽工程無法現(xiàn)場向?qū)W生展示，實習(xí)環(huán)節(jié)學(xué)生只能參觀建筑物，無法通過實際操作了解建筑的施工過程。因此，土建類專業(yè)實施虛擬仿真教學(xué)是必要的。土建類專業(yè)必須突破傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式，依托多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信和虛擬仿真等現(xiàn)代技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，實現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)和實踐教學(xué)的相互補充，使學(xué)生通過虛擬仿真教學(xué)達(dá)到專業(yè)認(rèn)證評估要求。

一、現(xiàn)狀分析

中原工學(xué)院土木工程專業(yè)于2013年被批準(zhǔn)為河南省高?！皩I(yè)綜合改革試點”，學(xué)院擁有的力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)綜合實驗中心于2011年被評為第六批河南省高等學(xué)校實驗教學(xué)示范中心，實驗中心下設(shè)基礎(chǔ)力學(xué)、工程測量、建筑材料、巖土力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)、建筑物理、建筑模型7個實驗室和1個力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真實驗教學(xué)中心。其中，虛擬仿真實驗教學(xué)中心于2013年被評為首批河南省本科學(xué)校虛擬仿真實驗教學(xué)中心。實驗室總面積2000多平方米，主要儀器設(shè)備907臺（套），總資產(chǎn)達(dá)2162萬元。

中原工學(xué)院建筑工程學(xué)院力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真實驗教學(xué)中心于2013建立，經(jīng)過近3年的實踐與發(fā)展，已積累了一定的經(jīng)驗，同時也存在一些問題，主要表現(xiàn)為：虛擬仿真實驗教學(xué)中心的管理模式和運行機制缺乏面向土建類專業(yè)學(xué)生的針對性：現(xiàn)有力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)理念及思路不夠明確，未嚴(yán)格遵照“虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛”的建設(shè)理念；開放對象層次單一，主要以實踐教學(xué)對象為主，缺乏分層次自主性創(chuàng)新型實踐技能培養(yǎng)對象和培養(yǎng)模式：虛擬仿真實踐項目以常規(guī)案例或經(jīng)典實驗為主，缺乏具有本校特色的面向?qū)嶋H工程的虛擬仿真實驗設(shè)計。

中原工學(xué)院力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真實驗中心于2013年被評為首批河南省本科學(xué)校虛擬仿真實驗教學(xué)中心，在土建類專業(yè)人才培養(yǎng)中已積累一定經(jīng)驗，教學(xué)成果獲得了廣大師生的認(rèn)可。在此基礎(chǔ)上，開展面向土建類專業(yè)人才培養(yǎng)的虛擬仿真實驗教學(xué)中心管理模式研究與實踐，對河南省已有或正在籌建虛擬仿真實驗教學(xué)中心的高校具有一定的指導(dǎo)意義和參考價值。

針對土建類專業(yè)人才，勇于探索和實踐、建立健全虛擬仿真實驗教學(xué)中心管理模式與運行機制，是提高虛擬仿真實驗教學(xué)中心培養(yǎng)質(zhì)量，提高土建類專業(yè)學(xué)生實踐動手能力和就業(yè)競爭力的必要前提。為適應(yīng)建筑業(yè)快速發(fā)展，滿足現(xiàn)代土建類專業(yè)人才培養(yǎng)和專業(yè)認(rèn)證評估的需要，虛擬仿真實驗教學(xué)已成為培養(yǎng)專業(yè)人才實踐技能和創(chuàng)新能力的主要方法和途徑。本研究以此為背景，重點研究虛擬仿真實驗教學(xué)中心在土建類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中的管理模式和運行機制，通過改革和探索，建立一套以項目為導(dǎo)向的切實可行的虛擬仿真實驗教學(xué)中心管理體制。

二、改革內(nèi)容和發(fā)展方向

（一）結(jié)合土建類專業(yè)特點，建立健全機構(gòu)運行管理體系

結(jié)合學(xué)校土建類專業(yè)的特點和時代需要，遵循國際高等教育發(fā)展和現(xiàn)代人才培養(yǎng)的客觀規(guī)律，以土木工程專業(yè)評估認(rèn)證為助力，力爭在實驗管理平臺建設(shè)、虛擬仿真實驗教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)和管理隊伍建設(shè)、管理制度建設(shè)等各方面取得突破和創(chuàng)新。構(gòu)建模塊化、多層次、全方位的實驗教學(xué)體系，突出實踐能力高的人才培養(yǎng)特色，強化土建學(xué)科與學(xué)校核心學(xué)科發(fā)展方向的融合，打破地域和時空限制，建立理論教學(xué)、實踐教學(xué)和虛擬仿真一體化的人才培養(yǎng)體系。

（二）明確建設(shè)理念和思路，強化“虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛”基本原則

按照教育部要求的“虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛”基本原則，積極落實“能實不虛，以虛促實”。嚴(yán)防以虛代實，避實就虛，必須充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，實現(xiàn)真正意義上的相互補充，二者缺一不可?；镜?、常規(guī)的、經(jīng)濟的實驗仍要以實體實驗方法為主，涉及高?；驑O端的環(huán)境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等實驗可以虛擬仿真教學(xué)為主，現(xiàn)場教學(xué)為輔，滿足教學(xué)大綱和專業(yè)評估認(rèn)證的要求。

（三）構(gòu)建立體化、多層次的虛擬仿真實驗平臺

依托中原工學(xué)院建筑工程學(xué)院力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)河南省實驗教學(xué)示范中心，構(gòu)建虛實結(jié)合的虛擬仿真體系，給學(xué)生提供理論認(rèn)知與動手實踐的實驗環(huán)境，全面提高實驗效果，開闊學(xué)生的思維和視野，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高其就業(yè)競爭力。力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真實驗教學(xué)中心的虛擬仿真課程實驗及綜合訓(xùn)練項目應(yīng)跨越不同難度層次，覆蓋不同知識單元，體現(xiàn)不同實現(xiàn)方式，最終形成多層次的虛擬仿真實驗平臺。

優(yōu)先對校內(nèi)開放虛擬仿真實驗室，根據(jù)實際情況可考慮向社會開放，以培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新思維能力，優(yōu)化實驗課程教學(xué)體系，建立分層次、模塊化、開放式教學(xué)體系。根據(jù)教學(xué)大綱需求和當(dāng)代社會技術(shù)發(fā)展，壓縮或淘汰陳舊實驗項目，適當(dāng)減少驗證性實驗，提高綜合性和設(shè)計性實驗的比例，積極開展創(chuàng)新性實驗項目。

（四）構(gòu)建面向?qū)嶋H工程的虛擬仿真實驗平臺

目前學(xué)校虛擬仿真實驗平臺為北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司提供的成套系統(tǒng)，并非針對學(xué)校實際需要而開發(fā)，如何實現(xiàn)該平臺與專業(yè)實際情況的結(jié)合是一個亟需解決的問題。虛擬仿真實驗中心應(yīng)與大型設(shè)計及施工企業(yè)建立長期穩(wěn)定的合作關(guān)系，將大量國家重大工程項目轉(zhuǎn)化為一系列面向工程的虛擬仿真實驗項目。讓學(xué)生通過虛擬仿真實驗平臺，體驗如何完成重大工程的各個施工設(shè)計過程，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(chǔ)。

三、研究方案和實施辦法

根據(jù)土建類專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)的特點，針對其管理模式改革，本研究提出了以下具體實施方案。

第一，進(jìn)行頂層設(shè)計，從學(xué)校層面建立健全力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真實驗教學(xué)中心管理體系，學(xué)院土建類專業(yè)教師可根據(jù)自身專業(yè)背景和實際工程特點，構(gòu)建模塊化、多層次、全方位的虛擬仿真實驗教學(xué)體系，優(yōu)化實驗組織設(shè)計各個環(huán)節(jié)，制訂切實可行的虛擬實驗仿真對象。

第二，堅持“虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛”的原則，深入理解專業(yè)評估認(rèn)證和土建類各種實體實驗的實際特征和具體要求，考慮如何實現(xiàn)資源優(yōu)化以便于學(xué)生理解等情況，制訂合理的虛擬仿真及實體實驗計劃。

第三，整合虛擬仿真中心已有制度和相關(guān)管理資源，根據(jù)師資隊伍層次制定相關(guān)管理體系，打造由基礎(chǔ)實驗到開放性、創(chuàng)新型的多層次虛擬實驗指導(dǎo)教師隊伍。

第四，與省內(nèi)外知名施工和設(shè)計相關(guān)企業(yè)建立長期穩(wěn)定的合作關(guān)系，將企業(yè)實際工程作為虛擬實驗對象，充分發(fā)揮虛擬實驗的優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。根據(jù)相關(guān)改革方案和思路，制定了技術(shù)路線（如下圖）。

四、改革目標(biāo)

中原工學(xué)院對教學(xué)改革建設(shè)一向非常重視，近年不斷大力推進(jìn)教育教學(xué)改革建設(shè)，每年都設(shè)立專項基金進(jìn)行教學(xué)改革、課程建設(shè)，頒布了多項教學(xué)改革活動的獎勵方法和激勵機制，出臺了多項支持和鼓勵教學(xué)改革的文件和政策。對省教育廳批準(zhǔn)的教學(xué)改革活動除財政經(jīng)費外，學(xué)校提供配套經(jīng)費，并對改革目標(biāo)和內(nèi)容給予全力支持，同時也對課程項目組進(jìn)行獎勵。此外，學(xué)校在教師職稱評聘、評優(yōu)、評選骨干教師中將教學(xué)改革、課程建設(shè)項目作為重要方面進(jìn)行考慮。

學(xué)校及學(xué)院對土木工程、城市地下空間工程、工程管理等專業(yè)的學(xué)科建設(shè)十分重視，明確提出以服務(wù)中原經(jīng)濟區(qū)建設(shè)為宗旨、以培養(yǎng)人才質(zhì)量為核心、以教學(xué)理念、方法創(chuàng)新為動力，大力推進(jìn)專業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)、積極提升學(xué)科層次、努力營造辦學(xué)特色。學(xué)院根據(jù)專業(yè)建設(shè)和學(xué)科發(fā)展的需要，逐步擴大教師隊伍，引進(jìn)高層次人才，特別是有豐富實踐經(jīng)驗和深厚理論知識的人才。學(xué)校歷來都重視對土建類專業(yè)的資金投入，對本學(xué)科實驗室建設(shè)連續(xù)投入了數(shù)百萬元的資金。同時，中原工學(xué)院圖書館和建工學(xué)院圖書中心，有豐富的圖書、電子期刊資料，為研究提供了文獻(xiàn)保證。

但是，目前仍存在校內(nèi)實驗室、校內(nèi)實踐教學(xué)基地、校外實踐教學(xué)基地與社會企業(yè)等不同類型的實踐平臺與教學(xué)計劃及方案之間沒有有機融合，力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真實驗教學(xué)中心缺乏資源共享平臺等問題，不利于資源的整合和優(yōu)化等問題存在。對此應(yīng)加大校園網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)力度，實現(xiàn)信息共享，發(fā)揮虛擬平臺的優(yōu)勢。本研究針對虛擬仿真實驗教學(xué)的特點以及教學(xué)改革和探索的目標(biāo)，擬最終實現(xiàn)以下目標(biāo)。

第一，虛擬仿真實驗教學(xué)中心在土建類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中應(yīng)突出工程技術(shù)人才培養(yǎng)特色，結(jié)合專業(yè)特點，做到虛擬仿真與實際工程相結(jié)合，實現(xiàn)資源共享，并完善運行管理機制。

第二，深入理解虛擬實驗及實體實驗在土建類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中的優(yōu)勢及不足，建立虛擬仿真平臺，整合教學(xué)資源，完善綜合實踐能力培養(yǎng)機制。

第三，改進(jìn)虛擬仿真實驗教學(xué)中心在土建類人才培養(yǎng)過程中存在的不足，提高虛擬仿真實驗教學(xué)中心的使用效率，加強土建類專業(yè)人才創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，提升學(xué)生的行業(yè)競爭能力，推動虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)和發(fā)展。

第四，在土木工程、城市地下空間工程、工程管理等專業(yè)展開相關(guān)的實踐與改革，根據(jù)實際教學(xué)效果逐步改進(jìn)，依據(jù)效果編制虛擬仿真實驗教學(xué)中心相關(guān)運行管理體系及具體實驗方案，并逐步推廣，使更多的學(xué)生受益。

五、結(jié)語

土建類專業(yè)必須突破傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式，依托多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信和虛擬仿真等現(xiàn)代技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，實現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)和實踐教學(xué)的相互補充，使學(xué)生通過虛擬仿真教學(xué)達(dá)到專業(yè)認(rèn)證評估要求的教學(xué)活動。

通過探究筆者所在學(xué)校力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真實驗教學(xué)中心在土建類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中的管理模式與運行機制，改進(jìn)虛擬仿真實驗教學(xué)中心在土建類人才培養(yǎng)過程中存在的不足，提高虛擬仿真實驗教學(xué)中心的使用效率，加強土建類專業(yè)人才創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，提升學(xué)生的行業(yè)競爭能力，推動虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)和發(fā)展。