張治國，陳有亮，饒平平，李 寧，倪 靜

(上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093)

0 引 言

隨著我國高等教育教學(xué)改革的不斷深入，高等教育綜合質(zhì)量的持續(xù)提高，教育教學(xué)信息化技術(shù)在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和工程實踐能力等方面顯得越發(fā)重要。虛擬仿真技術(shù)和數(shù)值建模手段是實現(xiàn)教育教學(xué)信息化的主要途徑，也是實驗教學(xué)數(shù)字化智能化中心建設(shè)的重要內(nèi)容[1-2]。

地下工程是土木工程學(xué)科重要分支之一，明顯具有施工周期長、施工隱蔽性強(qiáng)、以及施工環(huán)境惡劣等特點，故此虛擬仿真技術(shù)和數(shù)值建模手段聯(lián)動平臺的建設(shè)對于土木工程學(xué)科實驗教學(xué)，尤其是地下工程專業(yè)方向的實驗教學(xué)尤為重要。聯(lián)動平臺的實施要突出以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)理念，采用準(zhǔn)確適宜的實驗教學(xué)內(nèi)容，建立創(chuàng)新多樣的教學(xué)方式方法，研發(fā)先進(jìn)可靠的實驗技術(shù)，培養(yǎng)敬業(yè)專業(yè)的實驗教學(xué)隊伍，從而獲取較為顯著的實驗教學(xué)效果。

為了有效解決地下工程專業(yè)方向開展實驗教學(xué)遇到的信息化建設(shè)困難，培養(yǎng)大學(xué)生的工程操作和現(xiàn)場實踐能力，達(dá)到培養(yǎng)工程型、創(chuàng)新性、國際化高素質(zhì)人才的目的，我校土木工程系依托國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心——裝備制造虛擬仿真實驗教學(xué)中心[3]，利用多媒體高精度虛擬現(xiàn)實技術(shù)和三維數(shù)值模擬全過程仿真手段，積極構(gòu)建虛擬仿真和數(shù)值建模聯(lián)動平臺，不斷完善虛實結(jié)合、產(chǎn)教融合的虛擬仿真實驗教學(xué)綜合體建設(shè)，并進(jìn)行室內(nèi)授課方法、實驗教學(xué)技術(shù)、工程模擬效果等方面的改革探索與實踐。

1 地下工程實驗教學(xué)背景和基礎(chǔ)

地下工程是指地表以下修建各種類型的地下建筑物或結(jié)構(gòu)物的工程，包括城市地鐵、公路隧道、地下停車場、過街和穿越障礙的各種地下通道等交通設(shè)施，各類地下制作車間、電站、儲存庫房、商場、人防與市政地下工程等工業(yè)與民用地下建筑工程，以及文化、體育、娛樂與生活方面的地下聯(lián)合建筑體工程等。隨著我國城市地鐵和地下商業(yè)設(shè)施的快速發(fā)展，對地下工程專業(yè)方向人才的需求日益增加，全國各大高校相關(guān)專業(yè)的辦學(xué)規(guī)模也日益壯大。

自2002年中南大學(xué)開設(shè)城市地下空間工程專業(yè)以來，目前我國已有40余所高校開設(shè)了城市地下空間工程專業(yè)。但實際上，我國每年培養(yǎng)的該專業(yè)人才不足5 000人，而僅地鐵行業(yè)所需的工程技術(shù)人員就達(dá)到了11萬多人[4-6]?？梢?，地下工程專業(yè)人才的培養(yǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于我國工程建設(shè)的需要，地下工程專業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景，而同時也給地下工程專業(yè)方向的實驗教學(xué)提出了較高的要求和挑戰(zhàn)。

我校土木工程系于1996年開始招收土木工程專業(yè)本科生，現(xiàn)有土木工程一級學(xué)科碩士學(xué)位授予權(quán)和建筑與土木工程碩士學(xué)位授予權(quán)，包括結(jié)構(gòu)工程、巖土工程、橋梁與隧道工程、防災(zāi)減災(zāi)與工程防護(hù)工程、市政工程5個二級學(xué)科碩士點，其中地下工程方向?qū)儆跇蛄号c隧道工程專業(yè)分支。每年招收本科生150余名，碩士研究生60余名。2008年，與德國亞琛工業(yè)大學(xué)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)研究所簽署了聯(lián)合招收和培養(yǎng)博士研究生的協(xié)議(包含地下工程專業(yè)方向)；2012年，與動力學(xué)院共建了動力工程及工程熱物理學(xué)科下設(shè)的“能源與環(huán)境工程”博士點，包含能源與環(huán)境巖土工程方向，地下工程包含其中，并招收博士生；2014年，獲批上海市學(xué)位辦“上海理工大學(xué)土木工程專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)基地”；2016年，通過土木工程和建筑與土木工程碩士學(xué)位點評估；2017年，通過土木工程本科專業(yè)自主評估。

我校土木工程系現(xiàn)有教師26人，其中教授4人，副教授11人，具有博士學(xué)位的教師(含在讀博士)占教師總數(shù)的92%。近年來先后主持國家自然科學(xué)基金重點課題及面上課題14項，國家支撐計劃、教育部、上海市科委重點及人才計劃等縱向課題近20項，發(fā)表在國內(nèi)外期刊的論文被SCI、EI收錄60余篇，申請發(fā)明專利、實用新型專利20余項，獲得省部級二等獎以上科技獎項5項。土木工程系在教學(xué)改革方面取得了多項重要成果，工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、測量學(xué)、地下建筑結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等課程被列為上海市重點課程，鋼結(jié)構(gòu)獲上海市精品課程，已出版學(xué)術(shù)專著和教材13部。土木工程系獲得國家外國專家局和上海市高端外國專家項目批準(zhǔn)，聘請了多名國際知名教授擔(dān)任名譽(yù)教授，包括德國亞琛工業(yè)大學(xué)Rafig Azzam教授、澳大利亞臥龍崗大學(xué)Buddhima Indraratna教授，英國?？巳卮髮W(xué)Akbar Javadi教授等?，F(xiàn)有的軟硬件條件給土木工程專業(yè)實驗教學(xué)，尤其是地下工程分支方向?qū)嶒灲虒W(xué)奠定了較為堅實的基礎(chǔ)。

2 地下工程實驗教學(xué)短板和問題

我校土木工程實驗室經(jīng)過20余年的積累建設(shè)，已形成包括建筑材料實驗室、材料力學(xué)性能實驗室、土力學(xué)實驗室、建筑結(jié)構(gòu)實驗室、靜三軸實驗室、動三軸實驗室和結(jié)構(gòu)振動實驗室在內(nèi)的實驗體系，日常使用面積超過500 m2。現(xiàn)已配備了大型電液伺服多通道反復(fù)加載系統(tǒng)、MTS YAW4206萬能試驗機(jī)、SDT-10型微機(jī)控制電液伺服土動三軸試驗機(jī)、巖土應(yīng)力路徑三軸儀、WS-Z30精密振動臺、大型巖石流變儀、SR-6型雙壓力室土體蠕變?nèi)S儀、INV306多通道結(jié)構(gòu)動測系統(tǒng)和其他常規(guī)實驗設(shè)備。其中，地下工程實驗主要在土力學(xué)實驗室、建筑結(jié)構(gòu)實驗室以及靜動三軸實驗室進(jìn)行，現(xiàn)有的實驗室條件還不能完全滿足地下工程方向本科實驗教學(xué)要求。

實際上，與土木工程學(xué)科其他專業(yè)方向比較，地下工程專業(yè)方向在實驗教學(xué)中存在有明顯的技術(shù)短板和亟需解決的問題：①地下工程隱蔽性強(qiáng)。大部分施工環(huán)節(jié)在地下，建筑物部分埋藏于地下，構(gòu)筑物整體埋沒于土體中，施工步驟和環(huán)境影響很難完全通過實驗室設(shè)備實景再現(xiàn)，更較難讓本科生動手參與實驗。②地下工程施工周期長，涉及到的施工技術(shù)問題多。大部分地下工程整個施工環(huán)節(jié)不是幾個學(xué)時能夠完成的，一些復(fù)雜大型地下工程施工更是跨越幾年。因此，受到場地和施工進(jìn)度限制，一些大型地下工程實驗無法讓本科生動手參與。即使在專業(yè)認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生也只能進(jìn)行現(xiàn)場參觀，而無法通過實際操作了解地下工程整個施工環(huán)節(jié)。此外，地下工程需要解決的施工疑難問題頗多，簡單的實驗室室內(nèi)物理實驗難以全面模擬。如盾構(gòu)隧道施工涉及到開挖卸荷、注漿防堵、抗浮防漏、以及地表建筑物保護(hù)等諸多技術(shù)難點。③地下工程施工環(huán)境惡劣。由于地下工程在地下施工，還?？缭酱蠼蠛约懊舾械貙?，存在坍塌、涌水等施工風(fēng)險，本科生直接參與現(xiàn)場試驗存在較大風(fēng)險；而與常規(guī)模型試驗相比，地下工程實驗室室內(nèi)試驗也存在較大失敗風(fēng)險，實驗不能達(dá)到預(yù)期效果。

此外，我校土木工程系在地下工程專業(yè)實驗教學(xué)中還存在亟待解決的幾點問題：①實驗指導(dǎo)教師不足。土木工程系現(xiàn)有教師26人，而實驗指導(dǎo)教師非常有限，幾位實驗老師還要兼顧教學(xué)和科研。土木系每年招收本科生150余名，而每位實驗指導(dǎo)教師一般同時指導(dǎo)20名左右的學(xué)生完成試驗，工作量非常大，部分課程需要利用業(yè)余時間完成實驗輪換，故亟需引進(jìn)相關(guān)專業(yè)的實驗室專任教師。②實驗設(shè)施設(shè)備較為老舊。地下工程近20年發(fā)展迅速，施工技術(shù)日新月異，實驗室既有設(shè)備已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化實驗要求。目前軟土土性實驗設(shè)備較為齊備，但涉及到具體施工工法的模擬實驗裝置或設(shè)備還較為缺乏，如軟土盾構(gòu)小型便宜設(shè)備，注漿模擬設(shè)備等。③學(xué)生參與積極性差。傳統(tǒng)實驗室實驗教學(xué)手段單一，實驗顯示效果一般，不能吸引學(xué)生足夠的注意力和學(xué)習(xí)興趣；而且，部分實驗通過實驗設(shè)備不能完全再現(xiàn)施工細(xì)節(jié)，現(xiàn)場實驗效果較差，不能完全實現(xiàn)實驗?zāi)康?，?dǎo)致學(xué)生對室內(nèi)試驗的重視程度嚴(yán)重不足。

3 地下工程實驗教學(xué)虛擬仿真數(shù)值建模平臺建設(shè)

2018年，我校成為上海市“高水平地方高?！苯ㄔO(shè)試點單位，學(xué)校進(jìn)一步確立了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育在工程人才培養(yǎng)中的核心地位，進(jìn)一步建立起全程化、全覆蓋的“課堂教學(xué)-創(chuàng)新實驗-項目訓(xùn)練-企業(yè)孵化”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系?；诖?，在為研究生開設(shè)相關(guān)課程的同時，在全國率先為本科生開設(shè)了虛擬制造技術(shù)、虛擬樣機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)和計算機(jī)動態(tài)設(shè)計技術(shù)等課程，為虛擬仿真教學(xué)和虛擬仿真實驗室的深化建設(shè)打下堅實基礎(chǔ)[3]。

在國家建設(shè)“一流大學(xué)和一流學(xué)科”、上海市建設(shè)地方高水平大學(xué)的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，我校積極開展學(xué)科布局結(jié)構(gòu)調(diào)整，打破了原有的學(xué)院行政分割，按學(xué)科群統(tǒng)籌發(fā)展基地建設(shè)，構(gòu)筑工程型、創(chuàng)新型、國際化的高端工程技術(shù)人才培養(yǎng)的基地。在學(xué)科群的基礎(chǔ)上，學(xué)校將涉及機(jī)械類的所有專業(yè)構(gòu)筑為機(jī)械類學(xué)院，包括環(huán)境與建筑學(xué)院在內(nèi)的幾大學(xué)院形成制造科學(xué)工程學(xué)院(平臺)，并依托國家級裝備制造虛擬仿真實驗教學(xué)中心[3]。

目前，土木工程系正以國家級裝備制造虛擬仿真實驗教學(xué)中心硬件平臺為基礎(chǔ)，積極開展土木工程學(xué)科相關(guān)專業(yè)，尤其是地下工程專業(yè)方向?qū)嶒灲虒W(xué)的虛擬仿真數(shù)值建模平臺建設(shè)。

3.1 平臺搭建緊密結(jié)合地下工程數(shù)值分析模擬軟件

地下工程專業(yè)方向虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)基于Visual Studio、Adobe Flash、LabVIEW、WebBuilder等開發(fā)平臺[7-9]，并結(jié)合主流專業(yè)數(shù)值模擬軟件，包括FLAC、MIDAS、ANSYS、PLAXIS、ABAQUS等商用軟件,如圖1所示。利用數(shù)值模擬手段，可以設(shè)計一系列相關(guān)試驗工況，靈活加入多種設(shè)計性實驗內(nèi)容，這樣學(xué)生自己就能設(shè)計平行、對比以及交互實驗方案，獲得不同形式實驗結(jié)果，并可進(jìn)行對比分析。故通過完成虛擬仿真實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力[10]。

實際上，目前新儀器新設(shè)備層出不窮，更新?lián)Q代也非?？?，高校實驗室，尤其是地方高校實驗室，由于建設(shè)經(jīng)費等制約不可能及時增添大型嶄新工程實驗設(shè)備。因此，如何能讓高校本科生及時了解和掌握最新施工技術(shù)和建設(shè)技能顯得迫在眉睫，而基于數(shù)值建模分析的虛擬仿真實驗不僅可以基本滿足上述需求，且與工程實踐相比，數(shù)值建模仿真模擬具有提供更多施工工況、再現(xiàn)施工細(xì)節(jié)、節(jié)省實驗經(jīng)費等顯著優(yōu)點[10]。

以隧道工程穿越滑坡體為例說明。公路隧道地下工程開挖存在較大的施工風(fēng)險，如巖爆、瓦斯、突涌、支護(hù)失效等發(fā)生概率都較大，掘進(jìn)危險明顯大于其他地下工程施工，故相關(guān)現(xiàn)場實踐和室內(nèi)實驗室模擬都存在較大風(fēng)險，讓本科生直接參與需要進(jìn)行前期周密安排和施工預(yù)測預(yù)報，需要耗費大量人力物力。而采用數(shù)值建模仿真模擬，可以較為真切再現(xiàn)施工現(xiàn)場施工步驟和施工影響效應(yīng)。圖2所示為采用數(shù)值模擬方法對隧道穿越滑坡的多個工況進(jìn)行的實例模擬，包括隧道位于滑坡體上部和下部等兩類工況。圖3給出了隧道穿越滑坡體時，不同下穿距離工況下的主應(yīng)力等值線圖。實際上，通過數(shù)值建模仿真模擬，可以獲取隧道不同穿越位置，不同開挖進(jìn)尺時滑坡體的應(yīng)力場、位移場和塑性區(qū)等指標(biāo)的實時變化情況，學(xué)生可以直觀了解上述工況下施工環(huán)境影響效應(yīng)。

圖1 仿真實驗建設(shè)平臺示意圖

(a)隧道位于滑坡體上部

(b)隧道位于滑坡體下部

(a)穿越工況1

(b)穿越工況2

(c)穿越工況3

(d)穿越工況4

3.2 平臺搭建緊密依托地下工程三維可視化軟件

地下工程專業(yè)方向虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)緊密依托地下工程三維可視化軟件，如BIM核心建模軟件CATIA、Navisworks、Revit等。建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技術(shù)是以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合整個施工工程項目信息，構(gòu)建三維可視的信息模型，從勘查到設(shè)計、施工、運維，在工程全生命周期中發(fā)揮其相應(yīng)作用[10-14]。信息模型本身具有可視化、模擬性、優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性、可出圖性等5大優(yōu)點[10-14]。實際上，將BIM三維可視化技術(shù)引入地下工程中，可以在可視化施工模擬、設(shè)計方案優(yōu)化、碰撞檢查、多方協(xié)同工作等多方面充分發(fā)揮其優(yōu)勢，在保證施工工程質(zhì)量安全的同時，可以顯著提高地下工程方案設(shè)計變更和現(xiàn)場實施的效率。如圖4所示，國內(nèi)首個全面應(yīng)用BIM技術(shù)指導(dǎo)施工的綜合性水利地下樞紐工程-邕寧水利樞紐工程被水利部列為全國水利建設(shè)BIM應(yīng)用示范工程[15]。該項技術(shù)的應(yīng)用，為探索水利地下工程建設(shè)全流程BIM解決方案提供了寶貴的案例和數(shù)據(jù)支撐。如圖5所示，中國鐵路總公司主數(shù)據(jù)中心及陽大鐵路杏村隧道等多個重點鐵路項目、綜合地下交通樞紐建設(shè)應(yīng)用BIM技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用已覆蓋勘察設(shè)計、工程施工和維護(hù)全過程[16]。

圖4 BIM模擬實例-模型(邕寧水利樞紐地下工程)[15]

圖5 BIM模擬實例-模型(陽大鐵路杏村隧道) [16]

在利用CATIA軟件進(jìn)行地下工程三維可視化實驗教學(xué)平臺建設(shè)時，會發(fā)現(xiàn)目前BIM技術(shù)核心軟件缺乏與其他工程數(shù)值模擬軟件的數(shù)據(jù)接口，這導(dǎo)致BIM技術(shù)的應(yīng)用仍停留在三維可視化、工程算量、工程項目管理等層面上，難以與地下工程主流數(shù)值分析軟件FLAC、MIDAS等相結(jié)合，來驗證整體實驗教學(xué)方案的有效性[10-14]。實質(zhì)上，傳統(tǒng)的數(shù)值模擬分析軟件在工程細(xì)節(jié)建模方面還顯薄弱，如難以模擬如隧道布筋、襯砌螺栓、錨桿支護(hù)等局部結(jié)構(gòu)。因此，在虛擬仿真數(shù)值建模實驗教學(xué)中心平臺建設(shè)中，將BIM三維可視化技術(shù)與有限元或有限差分等數(shù)值軟件相結(jié)合，則既能發(fā)揮BIM軟件強(qiáng)大的三維可視化建模功能，又能運用數(shù)值模擬軟件來分析局部結(jié)構(gòu)的安全性能，最終保證高校本科生在獲得地下施工直觀視覺同時，了解相互作用力學(xué)機(jī)理演化過程，從而深化地下工程相關(guān)施工原理的理解。土木工程系于2017年引進(jìn)了BIM相關(guān)專業(yè)的2位老師，其中1位老師曾就職于華東建筑設(shè)計院，是資深BIM研究專家，目前正在積極創(chuàng)建BIM相關(guān)教學(xué)課程和實驗教學(xué)平臺。

3.3 平臺搭建緊密融合校企合作基地和實踐資源

堅持“自主研發(fā)”和“校企合作”相結(jié)合是我校建設(shè)裝備制造虛擬仿真實驗教學(xué)中心的基本思路，而虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容的主要支撐數(shù)據(jù)只能來源于實際生產(chǎn)企業(yè)。因此，實驗中心極為重視與國內(nèi)外大型企業(yè)和科研院所的合作，先后與上海電氣、中國商飛等30家大型企事業(yè)單位建立了產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，與210家相關(guān)知名企業(yè)建立了科研合作關(guān)系。并以自主研發(fā)為主，與相關(guān)合作單位合作研制了虛擬仿真實驗裝置12項、生產(chǎn)實際實驗教學(xué)內(nèi)容65項，以及上百項工程實踐虛擬仿真案例，工程實驗?zāi)Ｐ秃凸こ虜?shù)據(jù)達(dá)400 GB以上，為實驗教學(xué)中心的實用化、社會化發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)[3]。

土木工程系也正積極依托土木工程學(xué)科優(yōu)勢，包括地下工程專業(yè)方向特色，吸引相關(guān)勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理檢測企業(yè)公司參與實驗教學(xué)平臺建設(shè)。土木工程系合理利用合作企業(yè)公司的實踐資源優(yōu)勢和工程案例先導(dǎo)，正在發(fā)展“優(yōu)勢互補(bǔ)、資源共享”的實驗實踐教學(xué)方式，以實現(xiàn)土木工程系與企業(yè)公司和諧發(fā)展。以2018年校企合作為例，7月4日，環(huán)境與建筑學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)工作人員一行走訪了上海建工集團(tuán)總部，就開展深入合作事宜進(jìn)行了探討；9月20日環(huán)境與建筑學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)工作人員一行走訪了華東建筑設(shè)計研究總院，簽訂了校企合作協(xié)議。通過開展校企深度合作，可以建立協(xié)同培養(yǎng)機(jī)制，可以培育接近學(xué)生、貼近實際、靠近前沿的聯(lián)合培養(yǎng)載體和工程大數(shù)據(jù)實驗教學(xué)平臺，從而培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實踐的工程型、創(chuàng)新性、國際化高素質(zhì)人才，也可以豐富校企產(chǎn)學(xué)研合作內(nèi)涵，最終助力學(xué)校高水平大學(xué)建設(shè)。

實際上，在校企合作過程中，相關(guān)公司企業(yè)可以參與土木工程學(xué)科，包括地下工程專業(yè)方向的實踐實驗教學(xué)計劃制訂，為虛擬仿真數(shù)值建模實驗教學(xué)中心平臺建設(shè)提供各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工工藝、防護(hù)指標(biāo)和實用軟件，參與平臺技術(shù)研發(fā)工作、相關(guān)軟件維護(hù)升級工作，可以較好地確保實驗平臺運行狀態(tài)，以服務(wù)于地下工程專業(yè)人才培養(yǎng)。此外，通過簽署校企合作協(xié)議，建立學(xué)生校外實習(xí)或?qū)嵺`基地，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開設(shè)各類仿真實驗項目，實現(xiàn)校企聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生。參與該項目的本科生利用在學(xué)校里掌握的虛擬仿真知識，與公司企業(yè)施工實際相結(jié)合，可以更好地掌握相關(guān)理論知識和施工技能[17]。通過上述“課堂-實驗-現(xiàn)場”工程大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)平臺，可以創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，創(chuàng)新拔尖學(xué)生培養(yǎng)模式，也為學(xué)生優(yōu)質(zhì)畢業(yè)奠定前期基礎(chǔ)。圖6所示為上海深坑酒店施工實踐基地實景照片。上海深坑酒店地表下88 m，依附深坑崖壁而建，是世界首個建造在廢石坑內(nèi)的五星級酒店。該酒店建設(shè)過程中涉及較多地下工程方面的施工難題，是非常難得的校外實踐基地，學(xué)生也獲得了非常震撼的現(xiàn)場施工過程認(rèn)識。

圖6 上海深坑酒店現(xiàn)場施工實例(生產(chǎn)實踐實習(xí))

3.4 平臺搭建緊密貼合師資資源和實驗室隊伍建設(shè)

地下工程實驗教學(xué)虛擬仿真數(shù)值建模平臺的建設(shè)，還離不開一支核心骨干相對穩(wěn)定、科研學(xué)術(shù)水平高、教育教學(xué)經(jīng)驗豐富、勇于創(chuàng)新開拓的師資資源和實驗室隊伍。實驗室隊伍應(yīng)該層次梯隊分明，可以由主講教師、實驗技術(shù)人員和研究生助教三大類人員組成[17]。主講教師是這一梯隊中的核心，應(yīng)該具有豐富的科研教學(xué)經(jīng)歷，能夠推動實驗教學(xué)平臺的改進(jìn)與發(fā)展。在具體操作中，主講教師可以根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，合理設(shè)置實驗環(huán)節(jié)闖關(guān)關(guān)卡，增強(qiáng)虛擬仿真教學(xué)資源的互動趣味性，激發(fā)學(xué)生實驗操作和實驗理論學(xué)習(xí)的熱情，這一過程充分體現(xiàn)教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的實驗操作模式，充分培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主服務(wù)的意識與能力。

我校土木工程系現(xiàn)有實驗教學(xué)師資力量十分緊缺，在此前提下，除了通過師資招聘予以擴(kuò)充實驗技術(shù)人員外，還要充分發(fā)揮研究生助教這一梯隊人員的主觀能動性和內(nèi)在潛力。研究生助教來自科研工作的第一線，參加老師們的各種橫縱向科研課題，同時研究方向各不相同，這就為豐富和改革實驗教學(xué)內(nèi)容提供了良好條件，可以拓展教學(xué)實驗方案設(shè)計廣度和深度，此外研究生助教一般與學(xué)生交流更為順暢，從而可以充分體現(xiàn)教師與學(xué)生之間的內(nèi)在紐帶效果[17]。

4 結(jié) 語

地下工程實驗教學(xué)虛擬仿真數(shù)值建模平臺是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要載體，也是地下工程學(xué)科專業(yè)與多媒體信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，更是地下工程實驗教學(xué)的發(fā)展方向。該平臺的建立，可以促進(jìn)教學(xué)科研成果轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源，實現(xiàn)科研與教學(xué)的互動和對接，實現(xiàn)實驗室室內(nèi)模擬和現(xiàn)場工程施工的融合和互補(bǔ)，也有利于積極開展基于工程實踐項目的學(xué)習(xí)，推動實驗教學(xué)內(nèi)容和實驗教學(xué)方法的自我改革，促進(jìn)新時代人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新。隨著學(xué)校裝備制造虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的不斷深入，地下工程實驗教學(xué)虛擬仿真數(shù)值建模平臺建設(shè)的重要性將日益凸顯。通過虛擬仿真數(shù)值建模聯(lián)動機(jī)制的不斷研究與實踐，必將提升虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)成效，必將推進(jìn)土木工程系地下工程實驗教學(xué)信息化順暢快速發(fā)展。