張 輝

（河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450064）

從根本上講，在實(shí)際進(jìn)行土木工程課程教學(xué)的過(guò)程中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式可以從根本上將學(xué)生們自身的創(chuàng)新思維全面的激發(fā)出來(lái)，并且對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的拓展開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步提升學(xué)生們?cè)趯I(yè)技能方面的創(chuàng)新能力，在很大程度上涵養(yǎng)學(xué)生們的品格，使其在新的時(shí)代背景下為國(guó)家的進(jìn)步與發(fā)展貢獻(xiàn)出自己的一份力量，這些優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有任何一種教學(xué)的方式可以替代。從當(dāng)下我們國(guó)家的實(shí)際情況來(lái)看，國(guó)家方面正在持續(xù)的進(jìn)一步對(duì)教育教學(xué)的改革進(jìn)行深入的發(fā)展，在全國(guó)范圍內(nèi)加強(qiáng)高等學(xué)校教育的實(shí)際質(zhì)量，在這樣的時(shí)代背景之下教育行業(yè)之中對(duì)電子信息化技術(shù)的應(yīng)用在實(shí)際進(jìn)行教學(xué)工作開(kāi)展的過(guò)程中可以大幅度提升學(xué)生們自身的創(chuàng)新思維和意識(shí)，并且還可以在很大程度上起到加強(qiáng)學(xué)生們自身操作能力的重要作用，國(guó)家教育部門(mén)在二零一三年開(kāi)始正式的展開(kāi)了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教育中心建設(shè)，這一工作的開(kāi)展為土木工程的教育事業(yè)帶來(lái)了不可忽視的影響。本文通過(guò)對(duì)我們國(guó)家東南大學(xué)的實(shí)際案例進(jìn)行分析，來(lái)介紹這種新型虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式通過(guò)怎樣的方法在高等教育學(xué)校內(nèi)部的土木工程專業(yè)的教學(xué)過(guò)程之中全面的展現(xiàn)出其具體特點(diǎn)以及實(shí)際優(yōu)勢(shì)，并且還介紹了東南大學(xué)在建設(shè)土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心過(guò)程總所應(yīng)用的思路，旨在論述在高等教育學(xué)校的土木工程課程之中加入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新型教學(xué)方式對(duì)加強(qiáng)學(xué)生們自身實(shí)際操作能力以及創(chuàng)新思維方面所起到的積極推進(jìn)作用。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

教育部《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》中要求，全國(guó)要規(guī)劃建設(shè)3000門(mén)國(guó)家精品在線開(kāi)放課程，建設(shè)1000項(xiàng)左右國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。土木工程專業(yè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遇到了很多技術(shù)難題，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方法引入本科土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)于解決這些難題的重要作用表現(xiàn)在以下方面：

1）解決了實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜危險(xiǎn)、實(shí)驗(yàn)開(kāi)支較大、實(shí)驗(yàn)過(guò)程不可逆等難題，讓學(xué)生能夠深入?yún)⑴c在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計(jì)能力；

2）解決了由于時(shí)間和場(chǎng)地限制，學(xué)生無(wú)法熟悉整個(gè)工程施工過(guò)程的難題，提高了學(xué)生實(shí)踐實(shí)操能力；

3）將教師的教學(xué)工作和科研工作有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生培養(yǎng)和教師發(fā)展互利共贏，促進(jìn)學(xué)術(shù)水平高、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)多、創(chuàng)新能力強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的形成。

2 建設(shè)目標(biāo)

土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將傳承東南大學(xué)百年育人傳統(tǒng)，秉承“止於至善”的優(yōu)良校風(fēng)，遵循國(guó)際高等教育發(fā)展和現(xiàn)代人才培養(yǎng)的客觀規(guī)律，結(jié)合時(shí)代需要和學(xué)校特色，充分發(fā)揮重點(diǎn)學(xué)科和重點(diǎn)科研基地優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化校企聯(lián)合，以學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力培養(yǎng)為引領(lǐng)，以建設(shè)開(kāi)放度高、共享性好的優(yōu)質(zhì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為重點(diǎn)，堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合、互相補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則，以“立足教學(xué)、教研融合、面向工程、開(kāi)放共享”為教學(xué)理念，力爭(zhēng)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)、共享管理平臺(tái)建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理隊(duì)伍建設(shè)、管理體系建設(shè)等各方面取得全面突破和創(chuàng)新，構(gòu)建多層次、模塊化、全方位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，突出大工程人才培養(yǎng)特色，強(qiáng)化土建學(xué)科融合，打破時(shí)空限制，建立課內(nèi)課外一體化的人才培養(yǎng)體系，將土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)成為“教學(xué)資源豐富、管理機(jī)制完善、信息平臺(tái)功能全面、師資隊(duì)伍水平一流”的高水平的實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范基地。

3 建設(shè)思路

3.1 構(gòu)建立體化、多層次的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

依托東南大學(xué)國(guó)家級(jí)土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真系統(tǒng)，給學(xué)生提供理論認(rèn)知與動(dòng)手實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，全面提高實(shí)驗(yàn)效果，開(kāi)闊學(xué)生的思維視野，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的虛擬仿真課程實(shí)驗(yàn)及綜合訓(xùn)練項(xiàng)目跨越不同難度層次（由基本概念提高到研究創(chuàng)新等），覆蓋不同知識(shí)內(nèi)涵（包括建筑、結(jié)構(gòu)、施工、管理等），體現(xiàn)不同實(shí)現(xiàn)方式（包括認(rèn)知感受、動(dòng)手操作、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等）。

3.2 依靠科研基地，實(shí)現(xiàn)科研項(xiàng)目向教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化

依托國(guó)家預(yù)應(yīng)力工程技術(shù)研究中心、玄武巖纖維生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心、混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、城市與建筑遺產(chǎn)保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省工程力學(xué)分析高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等一大批重點(diǎn)科研基地，積極將科研團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目向教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化，開(kāi)發(fā)形成一系列虛實(shí)結(jié)合的綜合工程訓(xùn)練項(xiàng)目，將設(shè)計(jì)、虛擬和仿真融于一體，讓學(xué)生能夠基于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成設(shè)計(jì)、施工等綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)與科研的有機(jī)結(jié)合，為高端人才的培養(yǎng)提供了重要支撐。

3.3 聯(lián)合合作企業(yè)，構(gòu)建面向?qū)嶋H工程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

依托于中國(guó)建筑工程總公司、中鐵大橋局集團(tuán)有限公司、柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司、南京棲霞建設(shè)集團(tuán)等國(guó)內(nèi)土木行業(yè)知名企業(yè)，中心與其合作，將它們所完成的如港珠澳跨海大橋、滬通長(zhǎng)江大橋、深圳大運(yùn)會(huì)主體育館等大量國(guó)家重大工程項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為一系列面向工程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。讓學(xué)生能過(guò)通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，去體驗(yàn)、經(jīng)歷、完成重大工程的各個(gè)重要環(huán)節(jié)，親身體會(huì)工程實(shí)踐的重要性，為今后的實(shí)際工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.4 充分利用學(xué)校實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)

中心在優(yōu)化虛擬仿真教學(xué)資源的同時(shí)，注重師資隊(duì)伍建設(shè)和管理體系建設(shè)。建立了由包含國(guó)家級(jí)教學(xué)名師、國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)引領(lǐng)的專職教學(xué)團(tuán)隊(duì)，并引入企業(yè)教師隊(duì)伍，確保專業(yè)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)順利開(kāi)展，校內(nèi)師資與企業(yè)人員相互配合，內(nèi)引外聯(lián)，專兼結(jié)合，注重將專業(yè)科研以及虛擬仿真技術(shù)的成果應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)。在管理運(yùn)行方面，建立了時(shí)間、空間、內(nèi)容“三維”開(kāi)放的機(jī)制，以滿足不同個(gè)性、不同水平、不同專業(yè)學(xué)生的需求。

3.5 充分利用學(xué)校網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心為土木工程專業(yè)的學(xué)生提供了多樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供選擇，資源共享，打破了專業(yè)實(shí)驗(yàn)的限制，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。課程設(shè)置具有層次化、系列化、模塊化的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)體系連貫性強(qiáng)，可以擴(kuò)展學(xué)生的專業(yè)視野。這些教學(xué)和實(shí)踐項(xiàng)目讓“課堂成為實(shí)驗(yàn)室”、“課外成為施工現(xiàn)場(chǎng)”，對(duì)土建類專業(yè)學(xué)生加深學(xué)科知識(shí)理解，親自操作完成復(fù)雜性高、專業(yè)性強(qiáng)、危險(xiǎn)性高的專業(yè)技能提供了直觀、數(shù)字化、沉浸感的訓(xùn)練平臺(tái)。每年為全校土建類專業(yè)2700余名學(xué)生共享。使得教學(xué)與實(shí)踐得到更緊密的結(jié)合，對(duì)加速培養(yǎng)高質(zhì)量的工程技術(shù)人才和專業(yè)研究人員將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心不僅節(jié)約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，更重要的是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)理念、教學(xué)模式、教學(xué)方法和手段的深刻變革。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在土木工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源體現(xiàn)了“層次化、模塊化、體系化”的特點(diǎn)，按照學(xué)校培養(yǎng)大綱，并考慮工程實(shí)踐與行業(yè)需求，建設(shè)了“教學(xué)—科研”型教學(xué)團(tuán)隊(duì)，提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力、專業(yè)實(shí)踐能力、信息化應(yīng)用能力、綜合素質(zhì)和自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)興趣，提高了應(yīng)用型人才培養(yǎng)成效。