中職建筑材料仿真實驗教學研究

孫燕

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?在中職院校建筑材料教學中，仿真實驗教學是一種常用的教學手段，利用形象的仿真技術，將建筑材料實驗原理與規范以及材料性質測試融為一體，與實物實驗相比來說有獨特的優勢。傳統的中職建筑材料課程具有局限性，主要探討中職建筑材料仿真實驗教學的流程，詳細闡述仿真實驗的教學設計思路、系統的構成以及使用的效果，希望能夠有效提升中職建筑材料實驗課程的質量，給相關研究人員以借鑒和參考。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?中職教育;建筑材料;仿真教學

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2020）42-0022-02

建筑材料教學內容主要包括理論以及實驗兩部分。建筑材料實驗教學是重要的實踐環節，由于外部環境因素的影響，建筑材料實驗教學所占用的學時比較少，但是內容又比較多;部分中職院校資金不足，建筑材料所使用的儀器設備以及場地等資源比較有限，難以完成建筑材料實驗教學目標。同時中職院校招生規模不斷擴大，給建筑材料實驗教學帶來了更為突出的影響。因此可以將仿真實驗教學方式應用于建筑材料實驗中，能夠有效改變傳統的以灌輸式為主的建筑材料實驗的教學模式，有效促進建筑材料實驗教學的多元化，可以在較短的時間內讓學生掌握更多的建筑材料知識。

一、傳統中職建筑材料課程的局限性

（一）建筑材料實驗課程內容較為單一

受到課程時間以及投入的資源和資金的限制，建筑材料課程實驗教學內容比較單一，所得到的實驗數據量比較小，缺乏有效的對比性，與前期所學到的課堂知識難以形成融會貫通的效果，就無法與中職學生研究問題、發現問題、解決問題的能力相掛鉤，難以實現建筑材料課堂教學的多元化。

（二）教學模式基本為灌輸式的課堂教育模式

中職院校建筑材料實驗教學基本上以老師課堂上對實驗進行講解為主，在實驗課程上按照分組進行驗證性實驗，挫傷了學生的積極性與興趣。

（三）建筑材料教師教學的手段比較單一

在建筑材料實驗課堂上，老師基本上以實驗器材作為主要的道具進行簡單講述，其中重復性的勞動比較多，只是課堂的灌輸，乏味枯燥，師生之間也缺乏必要的互動。

在傳統建筑材料實驗課程中所存在的問題，需要引起研究人員的反思。如何借助現代化科技來有效提升學生在建筑材料實驗課程中的動手能力以及發現問題、解決問題的能力，使得中職院校學生成為全面的應用型人才，是擺在中職院校建筑材料老師面前一個非常重要的課題。

二、仿真實驗教學的優勢

為了有效克服傳統建筑材料實驗教學的弊端，在有限的資源條件下，建筑材料老師可以借助計算機來完成輔助性的實驗課程教學，可以將建筑材料將原來的實驗室搬到機房中，讓學生在電腦上完成中職院校建筑材料的基本實驗，包括水泥、鋼筋、混凝土、瀝青等，實現利用虛代替實，利用軟代替硬，然后再與實物實驗相結合，能夠達到事半功倍的目的，使得中職院校建筑材料實驗教學有著更高的效率。建筑材料仿真實驗教學與實物實驗相比之間相互配合，能夠揚長避短，更好地達到自身教學的目的。

（一）仿真實驗具有低耗高效性

建筑材料仿真實驗由計算機上實驗軟件來完成，每一個學生都有實驗的機會，這樣就解決了在傳統建筑材料實驗中學生多而實驗裝置比較少的問題，使得每一個學生都能夠參與到建筑材料實驗中來。傳統的實物實驗方法優點是學生較為直觀，但是也存在材料一次性利用、投入資金也比較大的問題。對于實驗的全過程以及局部實驗的現象難以進行直觀的展示，同時對實驗的過程也難以全過程了解。但是建筑材料仿真實驗的軟件可以直接在計算機上通過學生來完成實驗操作，這樣既不需要消耗實體的材料，對儀器也沒有損耗，同時對實驗也可以反復進行，有利于實驗結果的鞏固，同時仿真實驗減少了建筑材料老師前期的繁重的準備工作和對于設備的維護壓力，因此建筑材料仿真實驗具有低耗和高效性。

（二）仿真實驗具有較為生動形象的特點

利用圖文動畫，向學生形象生動地闡明某一材料的性質或者是在實踐中應該注意的問題，以動畫的形式展示整個實驗的全過程。學生在做實物實驗之前，就可以對整個建筑材料實驗的全過程進行全面的了解，有效提升學生進行實驗的積極性，對于比較重要的實驗現象進行重要的提醒，使得中職學生能夠重點關注這些內容。

（三）仿真實驗系統具有開放以及可開發性

建筑材料仿真實驗系統具有開放性，模塊系統打包之后成為可執行文件，在每個模塊中具有開放的接口，有效提升了軟件的適應性和可開發性。

（四）系統模塊結構具有與時俱進性

仿真實驗的內容并不是一成不變的，會隨著課程內容的改變而不斷有所增減，使用的技術更為先進，在測試中也能夠增加新的題目和實驗的內容。

三、仿真實驗教學的流程

（一）設計思路

在建筑材料實驗學習中，仿真實驗是學習的重點內容。部分中職學生理論水平不扎實，在進行建筑材料實驗時，由于沒有做好充分的準備，或者是知識上的欠缺，而導致手忙腳亂的現象發生。當實驗需要做出調整時，往往顯得手足無措，并沒有什么思路。在進行實物實驗之前，可以先利用軟件進行仿真模擬實驗，利用模擬實驗能夠讓學生清楚地明白實驗的重點難點內容，熟悉整個實驗的流程，明確實驗的目標要求。同時根據相應的規范要求計算好理論數據，在仿真實驗中錄入相關數據，利用實驗軟件驗證所得到的結果驗證是否正確。這樣就能夠有效避免由于理論計算錯誤而導致的實驗失敗現象。在仿真實驗中，可以將幾種常見的情況進行分類調整，學生針對不同的情景錄入相應的數據信息，得到不同的實驗結果，能夠靈活考驗學生應變的能力。

在建筑材料實驗仿真教學中，國家相關的標準以及規范主要以文本的形式附錄其中;實驗過程中的操作步驟可以以實際錄像的形式利用視頻加字幕展示給學生，然后以動畫的形式進行模擬，對數學模型進行仿真，并且通過對于控制材料數據庫調用來獲得和實物實驗相同的結果，對于結果自動進行數據處理，生成實驗操作記錄，并且繪制后期的曲線。仿真實驗基于Windows平臺，并且采用模塊化結構，提升了可開發性。

（二）系統構成以及功能

仿真系統包括原理規范、材料實驗的展示以及材料的模擬實驗，主要包含以下幾個方面的內容：第一部分是原理規范，主要介紹每一個建筑材料實驗的原理、實驗的依據以及操作的程序形式，可以以文本為主，主要讓學生熟悉操作的總體過程;第二部分是演示性操作，是在了解實驗原理的基礎上給學生一個可參考性的實驗步驟，采用圖文混合的形式有效分解實驗過程，使得初學者快速了解實驗的整體流程;第三部分是視頻演示，主要是采用相關實驗教學的錄像資料，錄像資料一般采用真實設備和實物材料進行實驗，以真實的圖像同步展示整個建筑材料實驗的全過程，主要用于輔助學生材料實驗;第四部分是模擬實驗。模擬實驗是整個仿真實驗教學的核心，主要包括中職建筑類專業所涉及的水泥、混凝土、鋼筋以及瀝青等材料的實驗。在進行模擬實驗過程中系統對實驗的步驟所發生的錯誤隨時進行指示，而且可以做到修正，利用相應的處理軟件對實際數據進行自動化處理，通過模擬實驗使得中職學生不但能夠掌握建筑材料實驗的全過程以及實驗的原理，同時也能夠有效把控實驗儀器的操作步驟。整體的實驗數據與實物數據相比具有真實性，數據處理更加規范，同時在模擬實驗教學中還設置了局部放大的功能，能夠讓學生較為清晰地觀察建筑材料在加載的過程中應力的變化。從這個意義上講，在進行模擬實驗教學時，其中一部分是優于實物實驗教學的。第五部分是線上及時交流功能，學生在操作過程中遇到的難點，可以隨時與老師進行交流，老師也可以通過測試題來檢驗學生對建筑材料實驗的掌握程度。

（三）使用效果分析

建筑材料實驗仿真教學能夠有效調動學生學習的主動性，同時也能夠緩解目前中職院校實驗經費及場地不足的難題。建筑材料仿真教學實驗能夠滿足學生的實驗教學需求，利用仿真軟件在計算機上進行操作，不再發生因為裝置設備少而使有的學生無法進行材料實驗。

建筑材料的仿真實驗過程能夠用生動形象的圖文形式向學生闡明，能夠局部放大實驗過程中的現象，也可以利用三維動畫的軟件對實驗過程進行描繪。在仿真實驗教學中，能夠使用的材料實驗組合也比較多，使用的量能根據學生自己的設定，因此實驗可以多次進行，改變了傳統實驗每進行一次量的改變都要重新做一次實驗的弊端。學生在做過一次實驗之后，也可以進行多次的仿真實驗，可以選擇形成不同的材料，得出不同的實驗數據，有助于學生進行探究性實驗。在一些傳統的實物實驗中，有些實驗記錄的時間比較長，同時僅僅是簡單重復的實驗操作，這種耗時較長同時操作比較簡單的都可以利用仿真實驗來替代，比如耗時比較長的混凝土的凝結時間測定實驗，就可以利用這個思路去進行仿真模擬，來達到相同的實驗效果，這樣就能夠有效提升學生學習的興趣，并且寓教于樂。

四、結束語

建筑材料實驗對實物資源消耗比較大，同時所占用的設備場地比較多，難以達到實驗教學目標。建筑材料的仿真實驗教學能夠有效滿足新課程教學改革的目標，打破傳統實驗課程所產生的弊端，將其應用于建筑材料實驗中，能夠有效促進建筑材料實驗教學的多元化，在較短的時間內能夠完成更多的建筑材料實驗教學內容，讓學生掌握更多的建筑材料知識，因此有著重要的現實意義。

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◎編輯 張 慧