楊建華， 姚 池， 劉成林， 蔣水華

(南昌大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 江西 南昌 330031)

《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要》(2006—2020年)強(qiáng)調(diào)了“水資源優(yōu)化配置與綜合開發(fā)利用”，2011年政府作出了關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定。新形勢下，我國水利行業(yè)正在從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展的水利轉(zhuǎn)變。資源節(jié)約、環(huán)境友好型的水利工程開發(fā)建設(shè)離不開大量基礎(chǔ)扎實(shí)、工程素養(yǎng)高、實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新能力強(qiáng)的高級工程技術(shù)人才。我國水利工程專業(yè)在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中普遍存在專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)條件缺乏、學(xué)生實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練不足等問題[1-3]。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已在水利工程的建設(shè)與管理領(lǐng)域逐步推進(jìn)[4-7]，結(jié)合高等教育信息化建設(shè)開展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)為緩解水利工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難的問題提供了一個(gè)重要途徑。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的主要問題

1.1 缺乏專業(yè)課綜合實(shí)驗(yàn)

國內(nèi)水利工程專業(yè)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多圍繞“水力學(xué)”“土力學(xué)”“建筑材料”等專業(yè)基礎(chǔ)課而設(shè)置，而與“水工建筑物”“水利工程施工”等專業(yè)課相關(guān)的綜合性實(shí)驗(yàn)，如重力壩斷面應(yīng)力模型實(shí)驗(yàn)、土石壩滲流模型實(shí)驗(yàn)和消力池消能防沖模型實(shí)驗(yàn)等則偏少，部分高校甚至完全沒有條件開展相關(guān)的綜合性實(shí)驗(yàn)，少數(shù)已開展的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也僅限于教師演示、學(xué)生觀看階段。

綜合性實(shí)驗(yàn)以實(shí)際工程問題為背景，是多門課程的有機(jī)結(jié)合，突出了各門課程知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。專業(yè)課綜合實(shí)驗(yàn)的缺乏致使學(xué)生的動(dòng)手操作能力、分析和解決實(shí)際工程問題的能力得不到應(yīng)有的鍛煉，在一定程度上影響了水利工程專業(yè)學(xué)生工程素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

1.2 缺乏開放的探索性實(shí)驗(yàn)

以本專業(yè)的“水力學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程為例，一般高校會(huì)設(shè)置畢托管測流速實(shí)驗(yàn)、文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)等10個(gè)左右的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中大多數(shù)是關(guān)于流體連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程等經(jīng)典理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少以學(xué)生為主體進(jìn)行設(shè)計(jì)的探索性實(shí)驗(yàn)。在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中規(guī)定的實(shí)驗(yàn)步驟完成簡單操作、記錄測量數(shù)據(jù)，而后通過一般性的計(jì)算處理驗(yàn)證相關(guān)理論的正確性即可。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)完成的是具有“普適性”的“規(guī)定動(dòng)作”，從而導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)地參與實(shí)驗(yàn)，缺乏對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和本質(zhì)的思考分析。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中無力改變實(shí)驗(yàn)的初始條件和邊界條件，極大地制約了學(xué)生個(gè)性化的設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)操作，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

1.3 實(shí)習(xí)以參觀為主

水利工程專業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)、動(dòng)手能力和解決實(shí)際工程問題能力的重要實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。由于高校招生人數(shù)增加、實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)短缺，并出于安全管理的需要，學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)間被嚴(yán)重壓縮，本該3～4周完成的生產(chǎn)(畢業(yè))實(shí)習(xí)被壓縮至3～4天。在如此短的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生熟悉水工建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工工藝尚且困難，更別提親身參與生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。此外，水利工程施工周期長，施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、危險(xiǎn)性高，企業(yè)基于生產(chǎn)任務(wù)和安全責(zé)任考慮，不愿意接受學(xué)生進(jìn)入施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)習(xí)。因此，大多數(shù)高校只能選擇已建成的水利工程進(jìn)行參觀式實(shí)習(xí)，且參觀地點(diǎn)僅限于工程表面，學(xué)生無法認(rèn)識(shí)地下廠房結(jié)構(gòu)、壩體內(nèi)部構(gòu)造等隱蔽工程。

整體上，目前我國水利工程專業(yè)的生產(chǎn)(畢業(yè))實(shí)習(xí)學(xué)生參觀多、參與少，聽講解多、討論少，遠(yuǎn)眺多、接觸少[1-3]。這種實(shí)習(xí)模式下，學(xué)生只能獲得感性上的膚淺認(rèn)識(shí)，不能直接接觸工程建設(shè)與管理中的實(shí)際問題，難于從深層次理解理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的生產(chǎn)過程，因而不能鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力，以及實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)概述

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)(室)于1989年由美國William Wolf教授最早提出，是指綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，通過構(gòu)建逼真的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對象，使學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而達(dá)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)效果。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，在涉及高危或極端環(huán)境、不可及或不可逆的操作，以及需要高成本、高消耗的大型或綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具有明顯的優(yōu)勢[8-14]。

近年來，虛擬仿真技術(shù)迅速發(fā)展，已在水利工程的勘測、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行與管理等環(huán)節(jié)中得以運(yùn)用，這為水利工程專業(yè)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了必要的技術(shù)條件支撐[4-7]。

2.2 虛擬仿真在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用和意義

虛擬仿真技術(shù)引入水利工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新意識(shí) (見圖1)。

圖1 虛擬仿真在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

2.2.1 降低實(shí)驗(yàn)成本

實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場地、經(jīng)費(fèi)等方面的不足是限制高校開展水利工程專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)的主要原因。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本沒有材料損耗，極大地降低了實(shí)驗(yàn)成本。學(xué)生可根據(jù)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求，利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算分析和優(yōu)化。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和場地的限制，學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)課時(shí)間之外進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)工況設(shè)計(jì)，反復(fù)操作，從而使學(xué)生在知識(shí)運(yùn)用能力、獨(dú)立解決問題能力等方面得到全面提升。

此外，將實(shí)際的水利工程項(xiàng)目轉(zhuǎn)化成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，通過“實(shí)戰(zhàn)型”項(xiàng)目演練，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，能夠?yàn)槠髽I(yè)輸送“來之能戰(zhàn)”的合格畢業(yè)生。

2.2.2 具備容錯(cuò)功能

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)資源有限及實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)控制，學(xué)生只能按照教師的演示或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書按部就班地進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)營造的安全虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，教師和學(xué)生不必?fù)?dān)心實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，學(xué)生可根據(jù)自身的理解和思考多次改變實(shí)驗(yàn)邊界條件進(jìn)行操作，抑或是重新設(shè)計(jì)符合要求的實(shí)驗(yàn)方案、靈活加入多種探索性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)而調(diào)動(dòng)起學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)的熱情，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和思維。

通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，通過科研項(xiàng)目訓(xùn)練向?qū)W生傳授科研理念、科研方法，使學(xué)生了解本領(lǐng)域的科技最新發(fā)展和學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)，從而激發(fā)學(xué)生科研興趣、啟發(fā)科研思維，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究和創(chuàng)新能力。

2.2.3 突破時(shí)空限制

針對傳統(tǒng)實(shí)習(xí)中學(xué)生不能多視角觀看水利樞紐布置、水工建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)造的問題，水利工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)沉浸式漫游功能和交互式操作功能，可徹底打破空間的限制。學(xué)生通過對鼠標(biāo)鍵盤的操控，將自己置身于虛擬的環(huán)境中，身臨其境地實(shí)現(xiàn)水利樞紐、大壩、廠房的全景、透視、自主參觀。針對傳統(tǒng)實(shí)習(xí)學(xué)生不能動(dòng)態(tài)了解水工結(jié)構(gòu)施工工藝和運(yùn)行原理的問題，水利工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可在短時(shí)間內(nèi)三維再現(xiàn)土石方開挖、大壩澆筑、機(jī)械設(shè)備安裝、電站運(yùn)行等過程。最為重要的是，學(xué)生可以自主動(dòng)手配置、調(diào)用虛擬的機(jī)械設(shè)備模擬土石方開挖、大壩澆筑等過程；也可以通過建立設(shè)備操作控制盤，對電廠設(shè)備的啟閉過程進(jìn)行操作演練，熟悉電站正常運(yùn)行、事故處理的方法、內(nèi)容和步驟等。這在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)習(xí)中學(xué)生不能親自參與工程建設(shè)與管理的問題，增強(qiáng)了學(xué)生解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容。為有效緩解水利工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難的問題，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新能力，我校在江西省高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心——水利工程實(shí)驗(yàn)中心的基礎(chǔ)上，目前正在建設(shè)水利工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(簡稱虛擬中心)。

3.1 建設(shè)理念與思路

我校在虛擬中心的籌備和建設(shè)過程中，以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新意識(shí)為宗旨，以緩解人才培養(yǎng)目標(biāo)與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式之間的矛盾為導(dǎo)向，堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，按照“頂層設(shè)計(jì)、以虛促實(shí)、開放共享”的理念，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理。

3.1.1 頂層設(shè)計(jì)

虛擬中心的建設(shè)主要是為本科教學(xué)服務(wù)，因此確立的建設(shè)思路是立足教學(xué)，按照水利工程專業(yè)培養(yǎng)大綱要求規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，虛實(shí)結(jié)合、科教融合、校企聯(lián)合，共同構(gòu)筑水利工程專業(yè)高層次人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

為適應(yīng)新的發(fā)展需求，我校水利工程專業(yè)2016年培養(yǎng)方案設(shè)置了4個(gè)專業(yè)方向:水資源規(guī)劃利用與流域治理、水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水利工程施工與建設(shè)管理、水利工程運(yùn)行與城市水務(wù)。水利工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)包括4個(gè)模塊對應(yīng)這4個(gè)專業(yè)方向，如圖2所示。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容主要定位于專業(yè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并獨(dú)立設(shè)置相應(yīng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程和學(xué)分，納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系。

圖2 水利工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系

3.1.2 以虛促實(shí)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)固然有其鮮明的特色和優(yōu)勢，但其缺點(diǎn)和不足也同樣突出，如它降低了學(xué)生對實(shí)物的認(rèn)識(shí)和感知、降低了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)誤差的分析能力等。以虛代實(shí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過多會(huì)造成學(xué)生避實(shí)就虛、眼高手低的弊端。因此，實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)不可完全替代，彌補(bǔ)、鞏固和促進(jìn)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展方向。

中心秉承“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則，在堅(jiān)持建設(shè)發(fā)展實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，將實(shí)體實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，或?qū)⑻摂M實(shí)驗(yàn)作為實(shí)體實(shí)驗(yàn)的預(yù)備項(xiàng)目，來提升實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。如對于大型綜合性實(shí)驗(yàn)，可以通過實(shí)體演示實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)合；對于實(shí)習(xí)，可先在虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行三維漫游和虛擬操作，而后帶著疑問與問題進(jìn)入工程現(xiàn)場實(shí)習(xí)，做到實(shí)習(xí)目的明確、有的放矢。

3.1.3 開放共享

虛擬中心的建設(shè)不可能一蹴而就，要在建設(shè)中使用、在使用中完善。虛擬中心的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容是開放的，教師可根據(jù)教學(xué)需要或結(jié)合自身的科研生產(chǎn)項(xiàng)目開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可結(jié)合參與的水利創(chuàng)新設(shè)計(jì)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目等設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的形式也是開放的，時(shí)間上，學(xué)生可以全天候預(yù)約選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間；空間上，學(xué)生可利用網(wǎng)上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在個(gè)人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作。

優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享是虛擬中心建設(shè)的核心。虛擬中心的建設(shè)將在滿足本校相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的同時(shí)，為校外師生、研究人員及相關(guān)企業(yè)人員提供實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程教學(xué)服務(wù)。虛擬中心的建設(shè)也要借助于其他單位提供的共享資源，特別是在建設(shè)的起步階段，為避免建設(shè)進(jìn)度慢而影響學(xué)生能力培養(yǎng)，暫時(shí)選擇有償使用其他高?；蚱髽I(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系建設(shè)

根據(jù)新形勢下水利工程專業(yè)的人才培養(yǎng)需求，中心確立了“立足教學(xué)、科教融合、面向工程”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，旨在將高水平科研成果和重大工程實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將工程理念與科學(xué)研究方法融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)訓(xùn)練中，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新意識(shí)。按照“先基礎(chǔ)、后綜合、再創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)規(guī)律，以及本專業(yè)的4個(gè)方向設(shè)置，形成了“三層次、四模塊”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系(見圖2)。

“三層次”是將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)訓(xùn)練型、綜合設(shè)計(jì)型和科研創(chuàng)新型。基礎(chǔ)訓(xùn)練層次主要包括專業(yè)課教學(xué)大綱所規(guī)定的基本型實(shí)驗(yàn)以及認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，目的在于加強(qiáng)學(xué)生對水利樞紐、水工建筑物的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化對基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解與掌握。綜合設(shè)計(jì)層次主要包括教學(xué)大綱中規(guī)定的綜合型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)(畢業(yè))實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等，該層次以實(shí)際工程問題為背景，著力進(jìn)行專業(yè)知識(shí)運(yùn)用于工程實(shí)驗(yàn)的技能訓(xùn)練。科研創(chuàng)新層次面向?qū)W科和行業(yè)發(fā)展前沿，讓部分學(xué)有余力的學(xué)生參與個(gè)性化創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)或科研項(xiàng)目訓(xùn)練，著力培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力，在加強(qiáng)面上培養(yǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)上突破。

不同層次、不同模塊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相互交叉、融合，形成多元化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，共同構(gòu)成水利工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，可滿足不同方向的學(xué)生從基礎(chǔ)技能訓(xùn)練、綜合技能訓(xùn)練到研究創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求，體現(xiàn)了專業(yè)工程實(shí)驗(yàn)型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

3.3 虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用

中心經(jīng)過第一階段的建設(shè)，已實(shí)現(xiàn)了水利工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的部分功能，如完成了水利工程關(guān)鍵施工過程的虛擬仿真。圖3為地下隧洞開挖過程仿真，學(xué)生在場景、聲音的引導(dǎo)下，熟悉地下隧洞鉆孔爆破、通風(fēng)灑水、出渣、噴錨支護(hù)、管線安裝等一系列施工作業(yè)。學(xué)生在赴現(xiàn)場實(shí)習(xí)前進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)訓(xùn)練，加深了學(xué)生對工程現(xiàn)場的認(rèn)識(shí)和理解。從近2年實(shí)施的情況來看，實(shí)習(xí)教學(xué)效果大幅提高。

圖3 地下隧洞開挖過程虛擬仿真

水利工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心現(xiàn)擁有Ansys、Abaqus、Midas、Pfc、Fluent等數(shù)值仿真軟件和可開展大型數(shù)值計(jì)算的服務(wù)器。近年來，學(xué)生基于這些大型

數(shù)值計(jì)算軟件，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行仿真分析和輔助設(shè)計(jì)，顯著提高了課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，并在仿真優(yōu)化分析的基礎(chǔ)上制作實(shí)體模型，參加各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，取得了優(yōu)異的成績。

4 結(jié)語

為了緩解傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐性不強(qiáng)的問題，更好地適應(yīng)新形勢下水利企業(yè)對實(shí)踐型、創(chuàng)新型人才的需求，我校水利工程專業(yè)將虛擬仿真技術(shù)引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，按照“頂層設(shè)計(jì)、以虛促實(shí)、開放共享”的理念，建設(shè)“層次化、模塊化、多元化”的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)體系和教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，以實(shí)現(xiàn)高校人才培養(yǎng)與企業(yè)人才需求之間的“無縫連接”。目前，我校水利工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心仍須大力發(fā)揮科教融合、校企聯(lián)合的優(yōu)勢，開發(fā)更多的實(shí)踐教學(xué)資源，同時(shí)須加強(qiáng)人才隊(duì)伍、運(yùn)行管理體制與服務(wù)體系的建設(shè)，以提高中心的建設(shè)水平。

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