虛擬仿真技術(shù)在土木工程教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式構(gòu)建及評價

任麗 朱輝

摘要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展以及土木工程綠色可持續(xù)發(fā)展概念的提出，新材料、新工藝、新技術(shù)逐漸被挖掘探索，對學(xué)生的專業(yè)能力提出了更高的要求。土木工程專業(yè)課程具有基礎(chǔ)性和實踐性強(qiáng)的特點，實驗教學(xué)是這些課程教學(xué)中必不可少的實踐性環(huán)節(jié)。虛擬仿真教學(xué)的應(yīng)用可實現(xiàn)對傳統(tǒng)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)動態(tài)情境，進(jìn)而達(dá)到學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的目的。因資源、硬件條件等因素的限制，傳統(tǒng)測量學(xué)課程實驗教學(xué)的開展受到巨大限制，需通過擬仿真實驗教學(xué)平臺提升實驗教學(xué)效果，降低實驗教學(xué)成本大、時間長等弊端，確保測量學(xué)課程實驗教學(xué)的開展?jié)M足專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求?；诖耍酒恼聦μ摂M仿真技術(shù)在土木工程教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式構(gòu)建及評價進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);土木工程教學(xué);應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式;構(gòu)建及評價

引言

當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在土木工程中起著至關(guān)重要的作用，虛擬仿真技術(shù)也稱“模擬決策技術(shù)”。這是為了解決一些實際的問題而提出的，首先要進(jìn)行建模然后進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)采集、匯總、分析得到想要的結(jié)果。土木工程承載著一個城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生命，而我國對這一專業(yè)人才培養(yǎng)尤為重視，提高土木工程專業(yè)人才的專業(yè)性，可以解決實際中的許多方面的問題。土木工程專業(yè)的本科生需要依托虛擬仿真技術(shù)來模擬實驗，因為在專業(yè)人才培養(yǎng)中不可能所有的教學(xué)都進(jìn)行實地驗證，開展的實驗類課程進(jìn)行實地實驗有多方面的限制因素，比如成本太高，時間消耗，不安全性，不能一一照應(yīng)到等，所以在專業(yè)人才培養(yǎng)的過程中虛擬仿真技術(shù)是不可或缺的一種教學(xué)模式，這種方式可以更直觀地讓學(xué)習(xí)者了解問題，簡單易懂。

一、虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于土木工程實踐教學(xué)的必要性

自20世紀(jì)90年代以來，虛擬仿真技術(shù)因其強(qiáng)大的人機(jī)交互手段，與多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教育共同被看作是教學(xué)領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，成為教育信息化研究和實踐教學(xué)應(yīng)用的熱點方向。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)上的應(yīng)用，促進(jìn)了教育手段的現(xiàn)代化、信息化。2018年，教育部發(fā)布《關(guān)于開展虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)工作》的通知，以進(jìn)一步推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實驗教學(xué)項目、拓展實驗教學(xué)內(nèi)容廣度和深度，延伸實驗教學(xué)時間和空間，虛擬仿真實驗教學(xué)對于高等教育教學(xué)質(zhì)量提升具有重要意義。目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)日趨成熟，并且已經(jīng)逐步應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域中，具體包括虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)、虛擬仿真實訓(xùn)的教學(xué)模式研究等。

虛擬仿真教育技術(shù)的優(yōu)勢：虛擬仿真實驗與傳統(tǒng)實踐教學(xué)形式相比，其優(yōu)勢更加明顯：第一，虛擬仿真實驗的自主操作性強(qiáng)，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng);第二，虛擬仿真實驗?zāi)軌虼蚱茣r間與空間的限制，靈活性強(qiáng)，受眾更多;第三，虛擬仿真實驗?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)高成本與不可逆的實踐操作;第四，虛擬仿真兼容性強(qiáng)，理論教學(xué)與實踐操作可同步實施，教學(xué)效果更加明顯;第五，虛擬仿真實驗可開放共享，解決教育資源分布不均，重復(fù)建設(shè)的問題。

二、虛擬仿真技術(shù)在土木工程教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式構(gòu)建及評價

（一）體系設(shè)計

我校通過不斷積累與創(chuàng)新，已具備豐富的仿真實驗教學(xué)基礎(chǔ)資源，并通過與相關(guān)企業(yè)的深度合作，秉持著虛實結(jié)合、實踐與理論結(jié)合的原則，立足于應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)的角度，面向土木類專業(yè)測量學(xué)構(gòu)建三層次、三結(jié)合的實驗教學(xué)體系。三層次是指我校依托于專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)律，將測量學(xué)實驗教學(xué)課程劃分為三大類型，具體包括綜合型、基礎(chǔ)型以及專業(yè)型。三結(jié)合是指：其一，理論與實踐教學(xué)有機(jī)融合。教學(xué)體系設(shè)計包括專業(yè)核心課程知識、基礎(chǔ)理論知識等，針對虛擬仿真實驗及理論課程教學(xué)的開展，統(tǒng)籌安排教學(xué)計劃。學(xué)生依托于平臺實踐可以進(jìn)行理論知識的內(nèi)化，提高對理論知識學(xué)習(xí)的積極性;其二，實體實驗與虛擬仿真實驗有機(jī)結(jié)合。依托于虛擬仿真實驗平臺的構(gòu)建，實現(xiàn)將測量學(xué)中相關(guān)實體實驗與虛擬實驗的充分結(jié)合，通過開展虛擬實驗彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的不足與弊端，并達(dá)到優(yōu)化實驗教學(xué)形式與內(nèi)容的目的，轉(zhuǎn)變學(xué)生對待測量學(xué)課程實驗教學(xué)的態(tài)度，利用虛擬仿真實驗平臺培養(yǎng)學(xué)生綜合能力與素質(zhì);其三，課外創(chuàng)新實驗與虛擬仿真實驗有機(jī)結(jié)合。學(xué)生可充分借助虛擬實驗平臺開展課外創(chuàng)新實驗，學(xué)生在教師指導(dǎo)下可視自身情況合理選題，借助虛擬仿真實驗平臺開展課外實驗工作。

（二）融合虛擬仿真技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的輔助教學(xué)模式

平臺打造互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)模式，基于互聯(lián)網(wǎng)的開放、實時、互動特點，構(gòu)建了具有真實性、即時性、可視性、可操作性、可反復(fù)性、可交互性的虛擬仿真教學(xué)平臺。共享平臺的模式拓展了教育本來的物理空間，強(qiáng)調(diào)交互式學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了師生間、學(xué)生間、學(xué)生與互聯(lián)網(wǎng)的互動。實現(xiàn)了教學(xué)資源的共享、提升了教學(xué)資源利用效率借助國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目共享平臺（ILAB-X.com）的實驗教學(xué)項目進(jìn)行線上實驗教學(xué)，提高了教學(xué)效率，達(dá)到“他山之石，可以攻玉”的效果。同時，針對一些真實實驗不具備或難以完成的實驗如環(huán)境復(fù)雜、操作不可逆、建設(shè)成本高、危險性和破壞性較大的實驗，研發(fā)具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度“兩性一度”的虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容，嵌入土工實驗虛擬仿真教學(xué)平臺，拓展了實驗教學(xué)的維度。

（三）平臺搭建的可拓展性

平臺具有可拓展性，既適應(yīng)了當(dāng)前虛擬仿真實驗建設(shè)要求，又考慮到土木工程綠色可持續(xù)發(fā)展的要求，通過平臺的系統(tǒng)管理模塊及硬件的后續(xù)開發(fā)可實現(xiàn)后續(xù)實驗資料的添加與更新?；谕凉嶒炋摂M仿真教學(xué)平臺進(jìn)行拓展性建設(shè)，可將平臺由面向土工測試實驗擴(kuò)展到包含結(jié)構(gòu)實驗和現(xiàn)場測試實驗的大土木意義上的虛擬仿真實驗平臺，可提高平臺研發(fā)的效能。

三、高新技術(shù)的融合發(fā)展及課堂未來發(fā)展趨勢

在土木工程專業(yè)傳統(tǒng)課堂上，老師一般是板書講解多一些，或結(jié)合PPT文稿演示。這種課堂對一些比較復(fù)雜的理論知識的講解顯得不是很直觀，會有一部分學(xué)生們也難以接受。學(xué)生在這一教學(xué)模式下只能是被動接受，不如實踐來的通俗易懂。所以在人才培養(yǎng)方面這種教學(xué)模式應(yīng)該向著理論與實踐相結(jié)合的方向發(fā)展，通過模擬仿真技術(shù)來模擬一下場景，使課堂的氛圍變得活潑起來，學(xué)生們也能感受到學(xué)習(xí)的樂其。將土木工程與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用于企業(yè)發(fā)展中，實現(xiàn)共贏。在虛擬仿真技術(shù)與土木工程課程相結(jié)合下，通過一些直觀的案例，可以提高學(xué)生們獨(dú)立思考并解決問題的能力，以及在工作中的創(chuàng)新能力。

結(jié)束語

基于虛擬仿真技術(shù)的土木工程管理專業(yè)實踐課程體系與教學(xué)模式改革，優(yōu)化了實踐教學(xué)環(huán)境，促進(jìn)了教學(xué)成果轉(zhuǎn)化，提高了學(xué)生專業(yè)應(yīng)用能力，包括專業(yè)核心能力、跨專業(yè)能力、職業(yè)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等。虛擬仿真實驗與互動式教學(xué)相互促進(jìn)，與學(xué)科專業(yè)實踐能力大賽聯(lián)動，與校企合作項目互動，與學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和就業(yè)深度接軌，強(qiáng)有力支撐土木工程管理專業(yè)實踐改革。

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項目來源：山東省本科高校教學(xué)改革研究項目。項目名稱：新工科發(fā)展背景下土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的研究。項目編號：M2018X265