基于虛擬仿真技術(shù)的高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

摘 " 要：隨著國家信息化教育戰(zhàn)略和工程教育改革的不斷推進(jìn)，虛擬仿真技術(shù)在以學(xué)生為中心的智慧教學(xué)改革方面發(fā)揮了重要作用。通過對水利類各專業(yè)《水工建筑物》核心主干課程中“土石壩滲流分析”這一重難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)，提出一套完整的信息化土石壩水利樞紐工程滲流演進(jìn)，以及滲透破壞“蓄—穩(wěn)—降—破壞—除險(xiǎn)”的全過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托學(xué)科優(yōu)勢和專業(yè)特色，校企合作共同開發(fā)，解決了傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)不能解決的諸多問題。教學(xué)實(shí)踐過程突出以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的核心思想，重自主能力培養(yǎng)輕講解、重工程實(shí)踐應(yīng)用輕理論、重專業(yè)價(jià)值塑造輕傳授，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力具有重要意義。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定/非穩(wěn)定滲流分析；滲透破壞；滲流全過程；虛擬仿真；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G434 " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " 文章編號：1673-8454（2023）04-0104-08

一、引言

中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》強(qiáng)調(diào)，構(gòu)建服務(wù)全民的終身學(xué)習(xí)體系，加快信息化時(shí)代教育變革；到2035年，總體實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化，邁入教育強(qiáng)國行列，推動我國成為學(xué)習(xí)大國、人力資源強(qiáng)國和人才強(qiáng)國，為到本世紀(jì)中葉建成富強(qiáng)民主文明和諧美麗的社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。《教育部高等教育司2022年工作要點(diǎn)》明確提出，推進(jìn)“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)2.0”建設(shè)，促進(jìn)信息化引領(lǐng)技術(shù)與高等教育教學(xué)深度融合，將教育信息化作為人才模式和教學(xué)方法改革的內(nèi)生變量[2]。近年來，我國出臺了關(guān)于加快雙一流建設(shè)[3]、新工科建設(shè)[4]、推進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證[5]、卓越工程師計(jì)劃[6]等一系列政策，為工程教育改革和創(chuàng)新人才培養(yǎng)提出了更高要求，也對高等工程教育教學(xué)與信息技術(shù)深度融合提出了挑戰(zhàn)。作為國家信息化教育戰(zhàn)略的重要實(shí)踐內(nèi)容，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為工科高校實(shí)踐教學(xué)資源建設(shè)和學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要手段[7-12]。

西安理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)源起于1937年成立的西北工學(xué)院水利系，2007年獲首批國家級特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，2010年獲首批教育部實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”專業(yè)，2013年和2019年先后兩次通過工程教育專業(yè)認(rèn)證，2017年獲批陜西省一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，2019年入選國家一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。專業(yè)所在學(xué)科水利工程于1959年首次招收研究生，1981年獲得國務(wù)院首批博士、碩士學(xué)位授予權(quán)，2007年獲批國家一級重點(diǎn)學(xué)科（西北地區(qū)唯一的水利工程國家重點(diǎn)一級學(xué)科），2017年第四輪學(xué)科評估結(jié)果為B+（并列全國第5），2018年獲批陜西省“國內(nèi)一流大學(xué)建設(shè)高?！钡慕ㄔO(shè)學(xué)科。該專業(yè)一直圍繞水利事業(yè)重大需求，注重“以學(xué)生為中心”的教學(xué)實(shí)踐探索，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，致力于培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代水電發(fā)展的勘測、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工方向工程技術(shù)及管理人才。本文針對《水工建筑物》這一專業(yè)主干課程“土石壩滲流分析”這一重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，闡述“高土石壩滲流演進(jìn)及滲透破壞過程”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性、方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用，探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在以學(xué)習(xí)者為中心的智慧教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮的重要作用。

二、傳統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及改革的必要性

《水工建筑物》是水利類院校水利水電工程專業(yè)的主干專業(yè)課，主要介紹各類優(yōu)勢壩型和水工建筑物的基本理論和設(shè)計(jì)方法。土石壩作為數(shù)量最多的壩型（我國現(xiàn)有近10萬座大壩，土石壩占到95%以上，大多建于20世紀(jì)50至70年代），普遍存在標(biāo)準(zhǔn)低、設(shè)施老化等問題，壩體滲水現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確提出，要“加快病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固”。由于土石壩樞紐建筑物承擔(dān)擋水、泄水、發(fā)電任務(wù)，作為人工與自然復(fù)合的復(fù)雜系統(tǒng)，完整的“土石壩滲流演進(jìn)及滲透破壞過程”實(shí)驗(yàn)，是一個(gè)與工程實(shí)際緊密結(jié)合的復(fù)雜、難度大、交叉性和實(shí)踐性強(qiáng)、涵蓋知識點(diǎn)多的大型綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的演示性實(shí)驗(yàn)受空間、學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備的限制，存在諸多問題：①原型和大尺度滲透破壞實(shí)驗(yàn)條件不具備。②室內(nèi)小尺度滲透破壞實(shí)驗(yàn)成本高、周期長。③土石壩滲流現(xiàn)象隱蔽，無法直接觀測。④滲流演進(jìn)過程還原度低、考慮因素少，單一實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)?；谝陨蠁栴}，傳統(tǒng)演示性實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，很大程度上制約著學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

隨著信息化技術(shù)與高等工程教育深度融合，虛擬仿真、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于教育教學(xué)改革，以解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中無法實(shí)現(xiàn)、難以開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題。借助虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境典型土石壩工程滲流全過程模擬的虛實(shí)融合，開展土石壩工程滲透破壞及險(xiǎn)情處理虛擬仿真實(shí)訓(xùn)，不僅能夠促進(jìn)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，提升教學(xué)效果，同時(shí)進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為適應(yīng)信息化時(shí)代背景下高等工程教育改革對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求提供助力。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)容與方案設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容聚焦實(shí)際土石壩樞紐工程，以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探究能力為目標(biāo)，通過三維虛擬仿真手段和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，結(jié)合有限元數(shù)值模擬，構(gòu)建了“高土石壩滲流演進(jìn)及滲透破壞”虛擬仿真綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)緊扣課程教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，圍繞實(shí)際土石壩工程常見工況下滲流問題，開展多工況、多因素全過程虛擬仿真模擬。知識點(diǎn)分布如表1所示。

實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施借助虛擬仿真技術(shù)，以真實(shí)還原實(shí)際工程環(huán)境為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高校與企業(yè)合作，共同設(shè)計(jì)土石壩全樞紐建筑物場景。滲流基本理論知識與測試為學(xué)生開展?jié)B流實(shí)驗(yàn)夯實(shí)基礎(chǔ)；高土石壩穩(wěn)定/非穩(wěn)定滲流演進(jìn)過程提升學(xué)生知識能力；開設(shè)探究式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)性；滲透破壞及險(xiǎn)情處理實(shí)踐應(yīng)用激發(fā)學(xué)生家國情懷。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了土石壩工程模型在“蓄—穩(wěn)—降—破壞—除險(xiǎn)”實(shí)驗(yàn)條件下滲流發(fā)生、發(fā)展、演進(jìn)，乃至破壞、處理全過程知識貫通。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺入深、循序漸進(jìn)，使教學(xué)更加符合工程實(shí)際發(fā)展規(guī)律和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的新鮮感和真實(shí)感，同時(shí)提供自主探索空間，提高教學(xué)效率與質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

四、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施與效果

（一）土石壩樞紐三維全景認(rèn)知以及滲流基本理論學(xué)習(xí)與測試

全景認(rèn)知模塊由企業(yè)為主導(dǎo)負(fù)責(zé)虛擬場景設(shè)計(jì)，凸顯工程性。通過三維虛擬仿真技術(shù)，對國內(nèi)某土石壩水利樞紐場景進(jìn)行三維仿真建模，包括均質(zhì)土壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、發(fā)電引水洞、壩后電站等建筑物場景圖示講解，如圖2所示。滲流基本理論知識模塊主要與課堂教學(xué)銜接，明確知識點(diǎn)。課程團(tuán)隊(duì)依據(jù)知識點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)題目，學(xué)生自主學(xué)習(xí)并完成測試，系統(tǒng)會在題庫中隨機(jī)抽取10道客觀試題，當(dāng)學(xué)生完成試題并考核通過方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，如圖3所示。通過該模塊實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對樞紐建筑結(jié)構(gòu)和滲流理論有一個(gè)直觀且形象的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，夯實(shí)基礎(chǔ)。

（二）高土石壩穩(wěn)定/非穩(wěn)定滲流過程實(shí)驗(yàn)?zāi)K

該模塊實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)按照實(shí)際水利工程，涉及不同類型土石壩和實(shí)際運(yùn)行多工況狀態(tài)滲流演化過程，體現(xiàn)基礎(chǔ)性和高階性。穩(wěn)定滲流過程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目滿足本科生基本教學(xué)需求；非穩(wěn)定滲流實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目突出水工滲流方向?qū)W科優(yōu)勢，滿足本科生學(xué)術(shù)研究需求。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)了水庫初期建壩后蓄水、穩(wěn)定滲流、庫水位降落等參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇，進(jìn)行土石壩穩(wěn)定、非穩(wěn)定滲流過程模擬，觀測滲流場分布特征。土石壩滲流模塊選擇土石壩類型（均質(zhì)土壩、黏土心墻壩、斜墻壩、面板堆石壩）、土石料參數(shù)（黏土、粉質(zhì)黏土、砂土、土石混合料）、上下游特征水位等資料進(jìn)行土石壩滲流過程計(jì)算。學(xué)生可通過團(tuán)隊(duì)合作的方式改變各種相關(guān)參數(shù)，獲得相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；也可根據(jù)學(xué)習(xí)程度及興趣自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，掌握不同壩型的滲流現(xiàn)象，量測不同運(yùn)行工況下的滲流數(shù)據(jù)，并與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并對結(jié)果的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，如圖4所示。該模塊實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是土石壩滲流理論的核心，不僅解決了土石壩滲流多因素、多工況、多參數(shù)復(fù)雜邊界等實(shí)驗(yàn)條件不具備的問題，同時(shí)克服了實(shí)際實(shí)驗(yàn)成本高、周期長、滲流過程隱蔽等問題。學(xué)生通過自主參與設(shè)計(jì)方案，開展基礎(chǔ)性、高階性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等環(huán)節(jié)操作，改善被動學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，促進(jìn)對知識點(diǎn)的理解與創(chuàng)新。

（三）高土石壩滲透破壞及險(xiǎn)情處理實(shí)驗(yàn)?zāi)K

該模塊融合行業(yè)除險(xiǎn)加固前沿技術(shù)，突出專業(yè)特色。依據(jù)實(shí)際土石壩工程常見破壞形式，設(shè)計(jì)選擇土料性質(zhì)（黏土、粉質(zhì)黏土、砂土、土石混合料）、土粒級配（不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)）、水流條件等參數(shù)進(jìn)行土石壩滲透變形和滲透破壞觀測，使學(xué)生對土石壩不同破壞形式產(chǎn)生直觀而深刻的理解。如工程設(shè)計(jì)不合理，則進(jìn)入應(yīng)急搶險(xiǎn)演練，排除險(xiǎn)情后開展加固處理，使學(xué)生對實(shí)際土石壩滲透變形過程，以及滲透破壞出現(xiàn)后的加固措施有深入理解，并對壩基管涌險(xiǎn)情、壩體漏洞險(xiǎn)情預(yù)判和搶護(hù)要點(diǎn)精準(zhǔn)掌握，進(jìn)而合理設(shè)計(jì)防滲排水措施，如圖5所示。該模塊實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是對教學(xué)內(nèi)容的拓展練習(xí)，不僅可以提升學(xué)生對行業(yè)前沿知識的掌握，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜水利工程問題的能力，更能提升學(xué)生的家國情懷和社會責(zé)任感。

五、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)

在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

（一）教學(xué)實(shí)踐過程

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)為核心，重點(diǎn)突出土石壩水利樞紐工程滲流演進(jìn)，以及滲透破壞“蓄—穩(wěn)—降—破壞—除險(xiǎn)”的全過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，對所涉及的大型樞紐建筑物、滲流發(fā)展規(guī)律、滲透破壞、應(yīng)急險(xiǎn)情處理等知識點(diǎn)，以人機(jī)交互的方式生動準(zhǔn)確傳達(dá)給學(xué)生，讓學(xué)生從全局角度認(rèn)識土石壩滲流問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決復(fù)雜工程問題的能力。教學(xué)實(shí)踐過程包括：

1.課前實(shí)驗(yàn)方案擬定

課前實(shí)驗(yàn)方案擬定是實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利開展的基礎(chǔ)。學(xué)生通過課堂教學(xué)的理論學(xué)習(xí)，通過自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作微課視頻，結(jié)合實(shí)驗(yàn)手冊，初步了解實(shí)驗(yàn)背景和目的、實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容，或以獨(dú)立或分組的形式擬定實(shí)驗(yàn)方案。

2.課中實(shí)踐研討和探索

課中實(shí)踐研討和探索是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心，包括方案研討和分組探索兩部分。方案研討由實(shí)驗(yàn)教師引導(dǎo)學(xué)生自主講解方案設(shè)計(jì)，依據(jù)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行分組研討和實(shí)驗(yàn)分解，實(shí)驗(yàn)教師點(diǎn)評實(shí)驗(yàn)可行性和合理性，形成最終實(shí)驗(yàn)方案；分組探索是學(xué)生獨(dú)立開展探究式實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。該階段實(shí)驗(yàn)教師的主要職責(zé)是服務(wù)學(xué)生，依據(jù)每組學(xué)生擬定的不同實(shí)驗(yàn)方案，安排好實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作和分析過程中實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化，以達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

3.課后鞏固與提升

課后鞏固與提升是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的升華，包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫和匯報(bào)交流。實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫需要學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行內(nèi)化吸收，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)分報(bào)告；同時(shí)需要組內(nèi)每位學(xué)生對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行匯報(bào)交流，采用團(tuán)隊(duì)合作式研討形成分組報(bào)告。實(shí)驗(yàn)分報(bào)告考查了學(xué)生對知識點(diǎn)的把控能力；分組報(bào)告則不僅檢驗(yàn)了學(xué)生對理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)關(guān)系的理解能力，以及實(shí)驗(yàn)方案的整合能力，更培養(yǎng)了其對復(fù)雜水利工程問題分析探索和團(tuán)隊(duì)合作能力。

該教學(xué)實(shí)踐過程，改變了以往教師擬定實(shí)驗(yàn)方案、學(xué)生驗(yàn)證操作的常規(guī)模式，真正實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心的自主探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，將傳統(tǒng)以教為主的方式，轉(zhuǎn)換為師生互動、生生聯(lián)動的方式，讓每一位學(xué)生都能主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程，這樣才能全身心地參與到實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中。

（二）教學(xué)實(shí)踐考核

實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核是檢驗(yàn)學(xué)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效和教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)考核方法是通過學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試綜合得分，結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)作為考核結(jié)果。這種方法考核評價(jià)目標(biāo)單一，實(shí)驗(yàn)過程參與情況僅能通過實(shí)驗(yàn)教師觀察，主觀性強(qiáng)且實(shí)施困難，無法全面掌握和評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

基于虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，為過程性考核和自主學(xué)習(xí)能力評價(jià)提供了有效實(shí)施途徑，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析處理、問題解答等過程，均可在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中留下記錄。最終實(shí)驗(yàn)效果可以從以下幾個(gè)方面綜合評價(jià)：①預(yù)習(xí)成績（占實(shí)驗(yàn)考核成績5%），包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告完成情況、理論測試情況和設(shè)計(jì)方案擬定情況。②操作成績（占實(shí)驗(yàn)考核成績50%），包括實(shí)驗(yàn)操作是否清楚、規(guī)范，答題環(huán)節(jié)的答對率，計(jì)算數(shù)據(jù)是否正確，試驗(yàn)結(jié)果分析及得出的結(jié)論是否正確。③實(shí)驗(yàn)報(bào)告（占實(shí)驗(yàn)考核成績30%），包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否完整、數(shù)據(jù)分析處理是否正確、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論是否合理等。④教師評價(jià)報(bào)告（占實(shí)驗(yàn)考核成績15%），包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的自主探索能力方面，諸如系統(tǒng)內(nèi)設(shè)開放性思考題實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以及通過團(tuán)隊(duì)合作式方案整合分析中的表現(xiàn)等進(jìn)行綜合成績評定。

六、結(jié)語

本文基于虛擬仿真技術(shù)，對水利工程各專業(yè)的《水工建筑物》核心主干課程“土石壩滲流分析”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)容升級，依托學(xué)科優(yōu)勢和專業(yè)特色，提出了土石壩水利樞紐工程滲流演進(jìn)，以及滲透破壞“蓄—穩(wěn)—降—破壞—除險(xiǎn)”的全過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了理論測評、實(shí)驗(yàn)操作、方案研討和教師評價(jià)四位一體的實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系。課程教學(xué)重點(diǎn)突出以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的核心思想。教學(xué)實(shí)踐過程重自主能力培養(yǎng)輕講解、重工程實(shí)踐應(yīng)用輕理論、重專業(yè)價(jià)值塑造輕傳授，可以為數(shù)字化時(shí)代高等工程教育改革提供有力支撐。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)依托陜西省水利水電虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心平臺，服務(wù)于西安理工大學(xué)水利水電工程、工程管理、農(nóng)業(yè)水利工程等專業(yè)學(xué)生的課程實(shí)驗(yàn)，同時(shí)承擔(dān)疫情期間本科生科技競賽等多項(xiàng)教學(xué)任務(wù)，以及校外人員參觀、培訓(xùn)等任務(wù)，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]新華社.中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要[EB/OL].（2021-03-13）[2022-05-26].http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm.

[2]新華社.中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》[EB/OL].（2019-02-23）[2022-05-26].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/201902/t20190223_370857.html.

[3]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案的通知[EB/OL].（2015-10-24）[2022-05-26].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2015/content_ 2967215.htm.

[4]教育部辦公廳.教育部辦公廳關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知[EB/OL].（2020-03-21）[2022-05-26].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201803/t20180329_331767.html.

[5]教育部辦公廳.教育部辦公廳關(guān)于印發(fā)《全國工程教育專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)辦法》和《全國工程教育專業(yè)認(rèn)證專家委員會章程（暫行）》的通知[EB/OL].（2007-08-24）[2022-05-26].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_742/s3861/200708/t20070824_109633.html.

[6]教育部.教育部關(guān)于實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的若干意見[EB/OL].（2011-01-08）[2022-05-26].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_742/s3860/201101/t20110108_ 115066.html.

[7]熊宏齊.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)助推理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合改革與創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2020，37（5）：1-4.

[8]盧艷麗，董文強(qiáng)，王永欣，等.材料類專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（11）：153-157.

[9]魏娜，解建倉，羅軍剛，等.虛擬仿真在《水文預(yù)報(bào)》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育信息化，2019（24）：34-37.

[10]葛利玲，湯玉斐，鄒軍濤，等.基于虛擬仿真技術(shù)的“金屬塑性變形與再結(jié)晶”綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國教育信息化，2021（18）：34-38.

[11]吳偉，曹倩霞，龍科軍.基于VISSIM的交通類課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019，36（12）：113-116.

Experimental Teaching Reform and Practice Based on Virtual Simulation Technology

Ping XU1，2， Zengguang XU1，2， Lifeng WEN1，2， Jie REN1，2， Jing WANG1，2

（1.National Experimental Teaching Demonstration Center for Water Resources and Hydropower，

Xi’an University of Technology， Xi’an 710048， Shaanxi;

2.The State Key Laboratory of Ecological Water Conservancy in Northwest Arid Areas， Xi’an University of Technology，

Xi’an 710048， Shaanxi）

Abstract： With the development of national information education strategy and engineering education reform， virtual simulation technology has played an important role in student-centered intelligent teaching reform.In this paper， the experimental teaching scheme is designed for the key and difficult content of seepage analysis of earth-rockfill dam in the core main course of “Hydraulic Structures” of various water conservancy majors， and a complete set of information-based experimental teaching system for the whole process of seepage evolution and seepage damage “storage-stabilization-reduction-damage-danger elimination” of earth-rockfill dam water control project is put forward. The virtual simulation experiment teaching of this course relies on disciplines’ and professionals’ advantages and is jointly developed by school and enterprise， which solves many problems that traditional physical experiments can’t. It is of great significance to highlight the core idea of taking students as the main body and teachers as the leader in the teaching practice process， which promotes the cultivation of students’ engineering practice ability and innovative application ability.

Keywords： Steady/unsteady seepage analysis; Seepage failure; Seepage whole-process; Virtual simulation; Teaching practice

編輯：王曉明 " "校對：李曉萍

DOI： 10.3969/j.issn.1673-8454.2023.04.013

作者簡介：許萍，西安理工大學(xué)水電學(xué)院/水利水電國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心副教授、碩士生導(dǎo)師，博士（陜西西安710048）；許增光，西安理工大學(xué)水電學(xué)院/水利水電國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心教授、博士生導(dǎo)師，博士（陜西西安710048）；溫立峰，西安理工大學(xué)水電學(xué)院/水利水電國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心副教授、碩士生導(dǎo)師，博士（陜西西安710048）；任杰，西安理工大學(xué)水電學(xué)院/水利水電國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心教授、博士生導(dǎo)師，博士（陜西西安710048）；王璟，西安理工大學(xué)水電學(xué)院/水利水電國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心助教，碩士（陜西西安710048）

基金項(xiàng)目：2021國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“庫壩系統(tǒng)滲流計(jì)算中山側(cè)及排水孔邊界的水量交換機(jī)理與加載方法研究”（編號：52179143）；2022陜西省創(chuàng)新能力支撐計(jì)劃—水利工程滲流分析與控制創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（編號：2022TD-01）；2020年西安理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“新工科背景下《水電站》課程教學(xué)改革與建設(shè)”（編號：xjy2037）