馬蕓

摘 要：本文的主要研究方向是將工程的實(shí)例模型數(shù)據(jù)庫(kù)與計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，從而形成一套新的適用于土工工程教師的教學(xué)模式，在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)要分析了相比起傳統(tǒng)的教學(xué)模式此新型模式的主要優(yōu)勢(shì)，分析了此教學(xué)模式在教學(xué)過(guò)程中的可行性以及具體操作方法。該教學(xué)模式是在傳統(tǒng)的教學(xué)方法上發(fā)展與創(chuàng)新，根據(jù)相關(guān)實(shí)踐證明，該教學(xué)模式有很重要的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：土工工程；模擬實(shí)驗(yàn)；教學(xué)模式

土木工程（civil engineering）是一門在理論知識(shí)以及實(shí)踐結(jié)合上非常強(qiáng)的學(xué)科，其中還包括了二級(jí)的學(xué)科內(nèi)容[1]。隨著我國(guó)教育制度的不斷變革和發(fā)展，土木工程的相關(guān)案例也被逐漸設(shè)置到課本基礎(chǔ)內(nèi)容知識(shí)當(dāng)中去。但是，對(duì)于土木工程的具體案例仍然講述的不是特別清楚，學(xué)生對(duì)于部分知識(shí)的理解不容易掌握，因此，應(yīng)該結(jié)合相關(guān)實(shí)踐進(jìn)行深度的理解。

1 土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺點(diǎn)

1.時(shí)間以及空間的環(huán)境受限

由于土木工程的實(shí)驗(yàn)需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，對(duì)于相關(guān)周期的記錄也比較長(zhǎng)，因?yàn)橹挥虚L(zhǎng)時(shí)間的觀察以及記錄才能得到更精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然而學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間有限，因此，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)間難以得到滿足。舉例來(lái)說(shuō)，如果土木工程的教師想要給學(xué)生展示一棟建筑的建造過(guò)程，那么它的施工時(shí)間大概要一年左右，因此，想要給學(xué)生帶來(lái)深刻的現(xiàn)場(chǎng)感受那是不太現(xiàn)實(shí)的。土木工程的項(xiàng)目一般來(lái)說(shuō)，都是體積比較巨大，耗時(shí)比較長(zhǎng)久的一個(gè)項(xiàng)目，在進(jìn)行相關(guān)實(shí)踐的過(guò)程中具有非常大的困難以及復(fù)雜性，所以如果將實(shí)驗(yàn)安排在普通的實(shí)驗(yàn)室里，那么其空間受到了限制，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行帶來(lái)了一定的阻礙。舉例來(lái)說(shuō)，精力載荷實(shí)驗(yàn)以及動(dòng)力觸探實(shí)驗(yàn)等就不能順利的進(jìn)行。

2.部分實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)性比較差

由于有些實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)性比較差，因此導(dǎo)致土木工程的學(xué)生不能仔細(xì)地觀察到其中的變化以及具體的作用機(jī)理[2]。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)不同的建筑材料進(jìn)行加載受力的講解時(shí)，由于受到各種惡劣的環(huán)境（高溫以及高腐蝕）影響，對(duì)于其循環(huán)作用下的內(nèi)部基礎(chǔ)功能的結(jié)構(gòu)變化，土木工程的學(xué)生很難通過(guò)常規(guī)的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行深度的掌握和了解。

3.部分實(shí)驗(yàn)比較危險(xiǎn)

由于部分實(shí)驗(yàn)比較危險(xiǎn)，所以導(dǎo)致土木工程的學(xué)生不容易觀察。舉例來(lái)說(shuō)，在高層房屋的基本框架之下，地震作用的情況時(shí)，爆破的工作中，需要了解房屋的結(jié)構(gòu)以及承載能力的極限狀態(tài)，還要清楚掌握該結(jié)構(gòu)的部分元件的支撐極限狀態(tài)。上述所說(shuō)種種，很難通過(guò)一般的常規(guī)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明，再讓土木工程的學(xué)生進(jìn)行仔細(xì)的研究。

2 土木工程計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)

由于傳統(tǒng)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)很難對(duì)土木工程專業(yè)的學(xué)生起到比較大的作用，所以把計(jì)算機(jī)的技術(shù)應(yīng)用于模擬實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。因此，需要開發(fā)一個(gè)典型的工程案例的計(jì)算機(jī)模型數(shù)據(jù)庫(kù)以及全集成的計(jì)算機(jī)軟件分析系統(tǒng)。該模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)對(duì)各種教學(xué)要求的科學(xué)編輯和調(diào)試[3]，另外，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際物體與具有物體之間的力學(xué)性質(zhì)的換算，可以由計(jì)算機(jī)計(jì)算其模擬產(chǎn)生的作用和效果，從而能夠更加科學(xué)的展示在土木工程專業(yè)的學(xué)生和教師面前[4]。其主要的操作步驟是：首先，選擇計(jì)算機(jī)實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)中的具體實(shí)例，建立好符合現(xiàn)實(shí)需要的模擬實(shí)驗(yàn)的環(huán)境；其次，對(duì)虛擬的環(huán)境在材料方面，結(jié)構(gòu)特征方面以及力學(xué)數(shù)據(jù)方面進(jìn)行與現(xiàn)實(shí)需要的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的對(duì)比；最后，輸入相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，，將力、線壓力以及位移等初始數(shù)據(jù)在主程序前面預(yù)先設(shè)置定義好，再通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)值的設(shè)置。在接下來(lái)的虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓該實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生以及教師資源與信息充分交流，該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)生與教師在參與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中對(duì)相關(guān)方案的設(shè)計(jì)、參數(shù)的設(shè)置等全程參與，從而增加學(xué)生學(xué)習(xí)土木工程的興趣以及自信心。

3 工程的實(shí)例模型數(shù)據(jù)庫(kù)與計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合

首先，在工程的實(shí)例模型數(shù)據(jù)庫(kù)中選取與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的實(shí)例作為歷史背景，對(duì)于相關(guān)案例的選擇應(yīng)該要有代表性和綜合性，因此，土木工程的學(xué)生在日常的教學(xué)環(huán)境中比較難以順利進(jìn)行。其次，在分析如何選取工程實(shí)例以及教師教學(xué)所要達(dá)到的相關(guān)目標(biāo)之后，設(shè)置計(jì)算機(jī)模擬的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，再實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模型的數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)要求對(duì)計(jì)算機(jī)模型的參數(shù)進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)。最后，通過(guò)學(xué)生與教師之間的交流與溝通，從而以報(bào)告和練習(xí)的模式，讓學(xué)生能夠從中提煉出精煉的土木工程知識(shí)，提高土木工程專業(yè)學(xué)生的理性認(rèn)識(shí)。對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)的步驟應(yīng)該通過(guò)以下幾個(gè)階段來(lái)實(shí)現(xiàn)：其一，設(shè)計(jì)相關(guān)的土木工程環(huán)境階段；其二，分析操作的階段；其三，提煉知識(shí)階段；其四，應(yīng)用以及研究的階段。在設(shè)計(jì)相關(guān)的土木工程環(huán)境階段，以某明珠塔所示，教師應(yīng)該運(yùn)行相關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)的軟件，在選擇數(shù)據(jù)庫(kù)的經(jīng)典案例時(shí)應(yīng)該以符合實(shí)際情況的塔形結(jié)構(gòu)模式作為研究對(duì)象之一，與此同時(shí)還應(yīng)該選擇抗震有關(guān)的實(shí)驗(yàn)程序。在分析操作的階段，可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)于預(yù)先程序上的說(shuō)明應(yīng)該定義好相關(guān)類型的初值設(shè)置。舉例來(lái)說(shuō)，地下水的埋深。對(duì)于其結(jié)構(gòu)的高度以及類型方面，是一些基本的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)于該模型中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)要進(jìn)行仔細(xì)的分析。該分析軟件會(huì)根據(jù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)自動(dòng)分析出各個(gè)元件之間的性能。在提煉知識(shí)階段，土木工程的學(xué)生可以通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)來(lái)掌握該結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象，利用軟件來(lái)分析該結(jié)構(gòu)的應(yīng)變模式，從而能夠總結(jié)出地震的方式以及結(jié)構(gòu)的影響和作用。在應(yīng)用以及研究的階段，對(duì)于具體的房屋結(jié)構(gòu)，教師應(yīng)該積極主動(dòng)地引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)[5]。

4 新的教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)

一方面，土木工程實(shí)例的運(yùn)用，能夠讓學(xué)生充分的了解到所學(xué)的知識(shí)在實(shí)際工程中的應(yīng)用價(jià)值，從而讓學(xué)生能夠更加方便的掌握相關(guān)知識(shí)。另外，以土木工程實(shí)例為背景的教學(xué)模式，能夠根據(jù)土木工程學(xué)生的整個(gè)工程的設(shè)計(jì)過(guò)程，從而能夠讓學(xué)生進(jìn)一步的參與建設(shè)。另外一方面，模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃畲笙薅鹊臄U(kuò)大學(xué)生的視野，讓學(xué)生能夠有更多的機(jī)會(huì)參與建設(shè)那些在一般實(shí)驗(yàn)下難以實(shí)現(xiàn)的土木工程項(xiàng)目。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述：通過(guò)不斷建立以及不斷完善土木工程教學(xué)內(nèi)容中所需要的相關(guān)資料以及參考數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上遵循理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的基本原則，從而科學(xué)合理的建設(shè)工程實(shí)例的教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。除此之外，在建立相關(guān)工程數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上能夠生動(dòng)地還原再現(xiàn)土木工程的具體案例，還能夠相應(yīng)地完成對(duì)于土木工程模擬實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)教學(xué)任務(wù)和內(nèi)容的計(jì)算機(jī)虛擬模型。從而能夠更加科學(xué)合理的建設(shè)使用功能強(qiáng)大以及操作比較簡(jiǎn)單、靈活的計(jì)算機(jī)教學(xué)平臺(tái)，方便土工工程的老師與學(xué)習(xí)土木工程的學(xué)生能夠更加高效率的教學(xué)與學(xué)習(xí)。

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