金龍 蘇州科技大學(xué)土木工程實驗中心

一、實驗教學(xué)現(xiàn)狀

《土木工程材料》是土建類專業(yè)的一門實操性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，實驗教學(xué)通過水泥、混凝土、鋼筋、瀝青等實驗使學(xué)生掌握常用土木工程材料的實驗方法和質(zhì)量評定方法，同時加深對理論知識的理解，提高分析問題和解決問題的能力。土木工程材料種類繁多，由于養(yǎng)護(hù)需要等原因?qū)е聦嶒炛芷谳^長，學(xué)生不能全過程多角度深入感受和學(xué)習(xí)專業(yè)知識，缺乏實驗體驗。同時實驗內(nèi)容更新慢，限于實驗條件、組織管理等因素，現(xiàn)有實驗主要通過指導(dǎo)教師的現(xiàn)場講述和操作示范說明實驗內(nèi)容、方法及注意事項，然后學(xué)生分組進(jìn)行實驗，機(jī)械性地重復(fù)老師的操作，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、虛實結(jié)合，相互補(bǔ)充，能實不虛

為拓展實驗及實踐教學(xué)的深度和廣度，切實提高實驗教學(xué)質(zhì)量，國家教育部在2013年正式開展了國家級虛擬仿真實驗教學(xué)的教育中心建設(shè)，為土木工程專業(yè)教育帶來了重要影響，使得高校在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力時，能夠通過虛擬仿真實驗的方式與現(xiàn)場實踐進(jìn)行互補(bǔ)。利用計算機(jī)的虛擬情境，堅持“虛實結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實不虛”的原則，通過“虛”的模擬達(dá)到“實”的目的，將土木工程材料實驗進(jìn)行全過程演示及操作，并融入到學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后實踐的環(huán)節(jié)中，使學(xué)生得到實驗教學(xué)的直觀感受，加深對所學(xué)知識的理解記憶，有效地幫助學(xué)生建立起感性認(rèn)識，補(bǔ)充線下實驗教學(xué)的不足，提高教學(xué)質(zhì)量。2020年的新冠疫情更加凸顯了線上虛擬仿真實驗教學(xué)的重要性。

“虛”是指通過計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的線上實驗教學(xué)形式，它可以是交互式的，也可以是演示體驗式的，學(xué)生可以在逼真直觀的場景中開展實驗活動，達(dá)到學(xué)習(xí)目的。以混凝土實驗為例，可以借助計算機(jī)虛擬仿真，全過程實施實驗項目，免去了混凝土養(yǎng)護(hù)、拆模等周期長工作量大的步驟，提高了實驗教學(xué)的效率，盡可能減少了實驗成本和潛在的實驗危害。“實”則是通過線下真實實驗，借助設(shè)備、場地、材料等實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，通過實操性更強(qiáng)的線下實驗，學(xué)生可以親身感受實驗的每一個步驟，享受實驗的樂趣，同時會體驗線上實驗教學(xué)中可能不會出現(xiàn)的具體問題，如混凝土表面出現(xiàn)的麻面、蜂窩等缺陷，提高學(xué)習(xí)的深度和廣度，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力?！疤摗薄ⅰ皩崱倍呦嗷ソY(jié)合，形成了實體實驗內(nèi)容和虛擬實驗內(nèi)容的相互補(bǔ)充，保證了實驗內(nèi)容的完整性，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。二者不是相互的重復(fù)，如同一個實驗項目，可以做一個實體可實現(xiàn)項目，同時做一個虛擬實驗項目作為課外預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的內(nèi)容，相得益彰。

虛擬仿真實驗教學(xué)模式通過信息化平臺在原有實體實驗的基礎(chǔ)上，避免了土木工程專業(yè)實驗教學(xué)成本高、消耗多、可操作性低等問題，創(chuàng)新了教學(xué)思維和方式，彌補(bǔ)了實體實驗地點不可及、時間不可及、教學(xué)量不可及、成本不可及等難以解決的問題。但二者之間如何恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行比例調(diào)配仍是一個不斷動態(tài)變化的過程，應(yīng)該視實際需要和使用效果而定，結(jié)合地區(qū)發(fā)展水平、高校人才培養(yǎng)方案、課程性質(zhì)、行業(yè)發(fā)展特點等進(jìn)行調(diào)節(jié)，目前尚無一致的依據(jù)。

對于實驗教學(xué)項目來說，既要有實體實驗項目，又要有虛擬實驗項目，能夠做到實體體驗項目的盡量不做虛擬實驗。以土木工程材料實驗中的材料密度實驗為例，學(xué)生可以應(yīng)用簡單的李氏密度瓶就可以快速完成，該實驗不涉及危險操作且成本消耗也不大，亦不屬于大型或綜合性實驗項目，屬于能“實”的范疇，那么大可不必開展虛擬實驗，切勿因虛廢實。

三、存在的問題和思考

1.實驗教師是開展實驗教學(xué)的首要保障，目前高校實驗師作為教輔人員存在，關(guān)注度較低，學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)對實驗崗教師的人才隊伍建設(shè)，提高實驗崗教師待遇，形成穩(wěn)定、高質(zhì)量的實驗教學(xué)隊伍，保證虛擬仿真實驗教學(xué)的質(zhì)量。

2.高校應(yīng)根據(jù)教育部文件精神，結(jié)合自身學(xué)科特點，加強(qiáng)虛擬仿真實驗中心建設(shè)，建立相應(yīng)的教學(xué)資源，健全實驗室管理制度，加強(qiáng)校企合作。

3.高校應(yīng)促進(jìn)實驗教學(xué)改革，創(chuàng)建一批內(nèi)容新穎、工程意義突出、應(yīng)用背景明確的特色實驗項目，如土木工程材料實驗可結(jié)合工程實際，開展材料外加劑實驗、材料生態(tài)環(huán)保實驗。

4.定期召開實驗室技術(shù)人員教學(xué)經(jīng)驗交流會，不斷改進(jìn)實驗教學(xué)方法，加強(qiáng)與兄弟院校之間的交流聯(lián)系，實現(xiàn)資源共享，取長補(bǔ)短。

四、結(jié)論

虛擬仿真實驗教學(xué)促進(jìn)了土木工程專業(yè)傳統(tǒng)實驗教學(xué)理念、方法的變革，在實驗教學(xué)中具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，是對工程實際狀況的有益補(bǔ)充。其與線下實驗教學(xué)相結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生探索知識的興趣，強(qiáng)化了對學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。土木工程專業(yè)實驗教學(xué)應(yīng)堅持“虛實結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實不虛”原則，拓展實驗教學(xué)的深度和廣度，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。