虛擬仿真實驗在建筑材料實驗教學中的應用

周昕　桑海濤

摘 要：分析了建筑材料虛擬仿真實驗系統的模塊和功能，在此基礎上闡述了如何在建筑材料實驗教學過程中應用虛擬仿真實驗系統，并對教學效果進行了分析研究。旨在為高職教學實驗建設提供新思路、新方法和新途徑。

關鍵詞：虛擬仿真;建筑材料實驗;實驗教學;應用效果

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.164

《教育部關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》中指出：“人才培養模式改革的重點是教學過程的實踐性、開放性和職業性，實驗，實訓，實習是三個關鍵環節?！盵1]《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010～2020年）》指出：“信息技術對教育發展具有革命性的影響，必須予以高度重視?！弊鳛樘岣邔W生職業技能的重要手段的實驗實訓教學，也必須應用現代信息技術加以改進，使之更適合于教學實施，提升教學質量。故虛擬仿真實驗得到了大力的發展與廣泛的應用。

在實驗實訓教學中應用虛擬仿真實驗，可以促進教學模式的改革，改變傳統的教學方法和手段;可以提升學生的實驗實訓學習興趣;可以有效緩解實驗場地、儀器設備不足引起的學生實際動手操作訓練不夠的矛盾;可以進一步推廣虛實結合的實驗實訓教學理念。

1 建筑材料虛擬仿真實驗系統簡介

建筑材料虛擬仿真實驗系統根據國家建筑材料試驗相關試驗規范、檢測標準，國家教育部發布的有關課程與行業標準，結合專業發展趨勢，完成建筑材料類課程仿真實訓方案，優化課程與實訓相結合的教學體系，開發仿真實訓項目，培養學生規范操作的職業意識，提高學生分析問題、解決問題的應用能力。

建筑材料虛擬仿真實驗軟件注重教學設計，以實驗活動為載體，以工作領域為學習范圍，以高交互為行為導向，貫徹取樣、實驗、分析處理的項目教學全過程，充分展現做中學，學中做的仿真情景式教學。

建筑材料虛擬仿真實驗系統主要功能見表1。

2 利用虛擬仿真實驗系統開展建筑材料實驗教學的實施方法

（1）堅持以建筑材料檢測實際動手操作為主，虛擬仿真實驗為輔。建筑材料課程作為建筑工程相關各專業的專業基礎課程，建筑材料的性能檢測是學生必須掌握的一項必備能力。通過建筑材料性能檢測試驗，使學生掌握建筑材料的驗收，儲存和運輸等方面的基本知識和方法;具有進行建筑材料試驗、檢驗及其質量評定的基本技能。

在建筑材料性能檢測試驗教學過程中，我們根據實驗課程的教學要求，堅持以學生實際動手操作進行試驗的傳統教學模式為主，以在計算機上進行虛擬仿真實驗為輔，采用虛實結合的實驗教學手段，以更好地實現教學效果。

（2）虛實結合開展建筑材料實驗教學的實踐。虛擬仿真教學屬于現代教學模式，與傳統教學模式不同。兩者的區別體現在教學指導思想、教學理論依據、教學著眼點和教學手段上。傳統教學模式是一種基于老師為中心的“傳遞—接受”模式，而虛擬仿真教學是一種基于學生為中心的“探究—發現”模式[2]。

課程教學的基本程序是課前預習（包括復習舊課）—課堂講授新知識—課后復習及練習檢測。傳統現場實操實驗教學和虛擬仿真實驗教學在這三個階段發揮的作用是各有優劣的。在進行課程教學設計時，不能為使用虛擬仿真教學而使用虛擬仿真教學，而應該充分考慮這兩種教學方法各自的優缺點，合理安排教學內容和教學方式，充分發揮兩種教學方法的優勢，提高教學質量。

1）課前預習階段。傳統的實驗教學環節中，往往只重視實驗過程的實際動手操作環節，而現實的建筑材料性能檢測不僅僅只包含動手實驗過程，還包括材料的現場取樣、送檢等重要環節，而這些環節在傳統課堂中基本無法呈現。故在課前預習階段，要求學生利用虛擬仿真實驗系統，通過動畫展示的虛擬情境，了解現場背景、現場取樣及送檢的實際情境，對建筑材料性能檢測的相關程序有一定了解。同時，要求學生在預習階段，必須通過虛擬仿真實驗系統，掌握本試驗的目的及試驗標準。利用虛擬仿真實驗系統豐富的圖文、動畫手段，初步了解所使用的實驗儀器設備，初步進行虛擬仿真操作，遇到問題可尋求老師的指導。

2）虛擬仿真課堂教學。在進行了課前預習的基礎上，由教師組織，利用計算機開展虛擬仿真的課堂教學。在老師的引導下，首先利用虛擬仿真實驗系統的演示功能，觀看整個實驗過程的開展情況，做到對實驗過程的初步認知。然后利用虛擬仿真實驗系統的操作功能，用互動式的三維動畫模式，進行互動的實驗操作，按規范要求，按步驟地進行虛擬操作，進一步加深對實驗過程的了解與掌握。在此過程中，教師通過巡視、觀看學生操作過程，了解學生對實驗的掌握程度。學生可在計算機上重復進行訓練，提高實驗操作的熟練度。完成虛擬仿真實驗操作后，在老師的指導下，利用虛擬仿真實驗系統展示真實的實驗報告，教會學生識讀實驗報告、填寫實驗報告。

3）實驗室實操教學。在進行虛擬仿真實驗教學完成的基礎上，利用實驗室進行實際動手操作教學。因為已經利用虛擬仿真實驗系統進行了課前預習及課堂仿真教學，故在實驗室實操教學中，對實驗設備的介紹、實驗過程的講解、老師演示等環節都可以大大節約教學時間，把更多的教學時間用來給學生進行實際動手操作。

4）課后復習。在完成傳統實驗教學需完成的實驗報告基礎上，可以利用虛擬仿真實驗系統，進行模擬考核，并可進行答題回顧，及時回看答題情況，查漏補缺。對在實際操作過程中不熟練甚至是錯誤操作，可以利用虛擬仿真實驗系統，反復進行虛擬操作，進一步提升操作能力。

3 虛擬仿真實驗系統的教學效果分析

利用虛擬仿真實驗系統，虛實結合開展建筑材料實驗教學，已經在工程造價、城市軌道交通工程技術等多個專業的建筑材料課程中實施。為檢驗教學效果，對隨機的100名學生進行了問卷調查。

通過對調查問卷進行整理分析，有如下結論：

24%的學生認為虛擬仿真實訓對實驗教學效果有很大幫助，73%的學生認為有一定幫助，2%的學生認為幫助不大，1%的學生認為沒有幫助。可以看出，絕大多數學生對虛擬仿真實驗的認可度還是比較高的。

在對虛擬仿真實驗系統的功能性調查中，86%的學生認為仿真實驗對實驗教學的作用更大，而只有14%的學生認為虛擬情境和模擬考核發揮更大作用。說明學生在實驗教學中，還是更看重與實驗過程的理解和掌握。

在針對實驗教學方式的有效性調查中，虛擬仿真實驗、教師現場演示、書本文本介紹三個選項中，92%的學生選擇了教師現場演示，8%的學生選擇了虛擬仿真實驗，沒有選擇書本文本介紹的。說明虛實結合開展實驗教學時，必須堅持以實際動手操作為主，虛擬仿真實驗為輔。

4 結語

虛擬仿真實驗系統對提高建筑材料實驗教學效果起到了積極的作用，對提高學生學習興趣、豐富實驗教學手段等方面都發揮著重要作用。在實驗教學開展過程中，需進一步完善虛實結合的方式與手段，以提高建筑材料實驗教學的教學質量和學生的動手實踐能力。

參考文獻：

[1]秦溱.論虛擬實訓的價值[J].高教論壇，2012（04）：92-93.

[2]李雄，孫路遙.虛擬仿真教學的內涵、設計及應用[J]，中國教育信息化，2019（03）：21-24.

作者簡介：周昕（1977-），男，江蘇宿遷人，碩士，講師，研究方向：建筑材料。