韋慧 金嬌 張宇豪

摘 ?要：在大學實驗教學體系中，虛擬仿真實驗教學已經(jīng)成為了重要手段之一。大學課程門類眾多，不同課程的實驗教學培養(yǎng)目標也不同，將虛擬仿真實驗融入到實驗教學中，應結(jié)合專業(yè)的特點設置相應的模塊。該文結(jié)合現(xiàn)代道路工程特色及虛擬仿真技術，首先闡述開展道路工程虛擬仿真實驗的意義，結(jié)合專業(yè)特點再提出道路工程虛擬仿真實驗教學體系建設思路及模塊設計方案，對于提高教學質(zhì)量、促進人才培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：道路工程 ?虛擬仿真實驗 ?教學體系 ?模塊設計

中圖分類號：G642 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）06（c）-0055-02

目前，虛擬仿真實驗已在眾多高校得到廣泛應用，成為實驗教學示范中心建設和本科、研究生教育信息化建設的主要內(nèi)容。虛擬仿真實驗是一種借助數(shù)據(jù)庫、多媒體、人機交互、仿真和虛擬現(xiàn)實以及網(wǎng)絡通信等技術，模擬儀器設備、真實實驗場景操作流程和環(huán)節(jié)，實現(xiàn)傳統(tǒng)實驗操作軟硬件操作環(huán)境部分替代或全部替代的一種具有極具發(fā)展?jié)摿Φ默F(xiàn)代教育教學技術手段。近年來，虛擬實驗教學體系已成為教學改革的方向之一。因此，深入思考專業(yè)特點，挖掘其優(yōu)質(zhì)的教育資源，對道路工程虛擬仿真實驗教學體系進行設計，對于提高教學質(zhì)量、促進人才培養(yǎng)具有重要現(xiàn)實意義。

1 ?道路工程虛擬仿真實驗的意義

作為土木工程的一個分支，道路工程專業(yè)內(nèi)容涵蓋范圍極廣，包括：道路網(wǎng)規(guī)劃，路線勘測設計，路基、路面、給排水、橋涵、隧道工程、附屬設施工程的設計施工，運營養(yǎng)護階段的養(yǎng)護設計施工等。進行融入虛擬仿真實驗的道路工程實驗教學，具有重要意義。

（1）道路工程專業(yè)實驗綜合性較強、設備體量大、資源消耗大、試驗成本高，需要大量重復性試驗，材料消耗大，耗時長，不同類型試驗，試件規(guī)格不一致，難以反映其性能特征。

受到場地和實習時間的限制，還有一些與實際工程結(jié)合緊密的實驗無法在實驗室完成，傳統(tǒng)實驗教學要么靠教師通過粉筆+黑板、現(xiàn)場圖片進行講解，要么只能簡化試驗操作配以口頭講解完成教學過程，或者只能現(xiàn)場簡單參觀工程但無法通過實際操作了解整體工程的工藝流程，教學效果不良。通常，傳統(tǒng)實驗室無法完成的危險性、極端破壞性、試驗周期過長的實驗，往往可借助虛擬仿真實驗進行，將抽象的實驗過程生動、逼真、立體地表現(xiàn)出來，增強課堂趣味性，使學生樂于接受。

（2）道路工程專業(yè)許多實驗為大型綜合類實驗，相關教學實驗選課學生多且實驗安排難度較大、學生參與實驗的自主性不強，那么在虛擬實驗模塊下，學生可以不受課時和資源的限制，完成多個實驗，同時學生可以自主設計實驗方案，輕松改變實驗參數(shù)，實現(xiàn)不同條件下的實驗研究，隨機產(chǎn)生不同實驗結(jié)果并進行統(tǒng)計定量分析，這樣有助于學生對實驗的深入了解，有利于學生對問題的綜合分析，以及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

（3）同時，還可以借助虛擬實驗，引導學生進行課前預習和課后復習，從而培養(yǎng)學生主動學習能力。此外，在本科生課外創(chuàng)新和科研課題的訓練過程中，應用虛擬實驗對學生進行指導，以提高學生綜合素質(zhì)。

2 ?道路工程虛擬仿真實驗教學體系的建立

（1）建設理念。

結(jié)合學校人才培養(yǎng)方針，以道路工程行業(yè)發(fā)展需求為導向，堅持“虛實結(jié)合、相互補充”的建設原則，緊跟現(xiàn)代道路工程及虛擬仿真技術進展，充分發(fā)揮專業(yè)特色優(yōu)勢，加強學科交叉，構(gòu)建大數(shù)據(jù)、大平臺、跨專業(yè)共建平臺，以全面提高學生綜合素質(zhì)為目標，將能力培養(yǎng)和知識傳授進行融合，開展虛擬仿真實驗實踐教學形式改革，培養(yǎng)學生的探索精神、科學思維精神、創(chuàng)新能力、動手能力，以實現(xiàn)信息共享、教學創(chuàng)新、人才培養(yǎng)等目的。

（2）模塊設計。

不同高校的道路工程專業(yè)都具有各自的特色，在模塊的設計上不能生搬照抄，而是凸顯自身特色，取長補短，設立有利于拓寬教育改革和科學研究的虛擬仿真平臺和實驗教學課程體系。從大類上，道路工程專業(yè)虛擬仿真實驗教學可分為道路工程設計、交通基礎設施施工與檢測、交通基礎設施運維管理三大模塊。

道路工程設計模塊可下設道路勘測設計、工程測量、路基路面設計虛擬仿真實驗等。針對道路工程變形測量、健康監(jiān)測、路線選線、路基路面結(jié)構(gòu)和材料設計等實驗內(nèi)容存在無實際操作環(huán)境等的問題和難點，采用虛擬儀器、課件大師、Flash動畫及其他制作工具，向?qū)W生傳授基本測量、設計技能，分步驟展示實體工程全國過程測量和設計過程，引導學生生動地了解測量、設計的各個流程，達到為本科生理論學習聯(lián)系實際工程實踐提供過渡性平臺的目的和效果。

交通基礎設施施工與檢測模塊可下設土木工程材料、路基路面施工及檢測虛擬仿真實驗等。現(xiàn)有實驗儀器臺套數(shù)和場地條件有限，實驗過程消耗大，開展虛擬試驗。由于土木工程材料、路基路面施工及檢測實驗量大，實操性強，則模塊內(nèi)容可包括相應實驗的實驗原理、實驗目的、實驗規(guī)程、實驗視頻、虛擬實驗操作5個部分。要充分利用豐富的多媒體資源、圖像處理、數(shù)值計算技術，使虛擬實驗過程更加形象化。對于實驗操作特別需要注意的地方，設計一些常見操作錯誤的過程環(huán)節(jié)并進行糾錯及說明，使學生充分了解和掌握實驗過程。

交通基礎設施運維管理模塊可下設道路養(yǎng)護管理虛擬仿真實驗、交通流監(jiān)控及仿真實驗等。采用路面破損系統(tǒng)輔助識別系統(tǒng)、基于GIS的道路智能化養(yǎng)護管理系統(tǒng)軟件、交通流量監(jiān)測系統(tǒng)等先進技術手段，為學生提供仿真軟件操作平臺進行養(yǎng)護作業(yè)、交通流量監(jiān)測實踐，使學生熟練掌握道路養(yǎng)護過程中路面病害診斷與評價、路面性能預測、交通控制等的方法，培養(yǎng)學生的實踐技能。

此外，還可設立研究創(chuàng)新型實驗模塊，以學生自主選題為主，利用已有的虛擬實驗技術條件，學生可自行開發(fā)虛擬實驗項目，從實驗方案設計、實驗操作，到數(shù)據(jù)和圖形分析等，鍛煉學生的動手能力。

3 ?結(jié)語

在大學實驗教學體系中，虛擬仿真實驗教學已經(jīng)成為重要的教學手段之一。利用虛擬實驗教學，不僅能夠節(jié)約教學資源、減少實驗設備損耗、實現(xiàn)教師指導工作的高效化，還可以激發(fā)學生的學習興趣和主動性，彌補傳統(tǒng)實驗教學短板，其重要作用和現(xiàn)實意義不可估量。

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