虛擬仿真技術在土木工程教學的應用型人才培養模式構建及評價

任麗 朱輝

摘要：近年來，隨著科學技術的迅速發展以及土木工程綠色可持續發展概念的提出，新材料、新工藝、新技術逐漸被挖掘探索，對學生的專業能力提出了更高的要求。土木工程專業課程具有基礎性和實踐性強的特點，實驗教學是這些課程教學中必不可少的實踐性環節。虛擬仿真教學的應用可實現對傳統教學模式的轉變，為學生創設動態情境，進而達到學生自主學習、自主創新的目的。因資源、硬件條件等因素的限制，傳統測量學課程實驗教學的開展受到巨大限制，需通過擬仿真實驗教學平臺提升實驗教學效果，降低實驗教學成本大、時間長等弊端，確保測量學課程實驗教學的開展滿足專業應用型人才培養的需求。基于此，本篇文章對虛擬仿真技術在土木工程教學的應用型人才培養模式構建及評價進行研究，以供參考。

關鍵詞：虛擬仿真技術;土木工程教學;應用型人才培養模式;構建及評價

引言

當今世界經濟高速發展，虛擬仿真技術應用于各個領域，在土木工程中起著至關重要的作用，虛擬仿真技術也稱“模擬決策技術”。這是為了解決一些實際的問題而提出的，首先要進行建模然后進行實驗數據采集、匯總、分析得到想要的結果。土木工程承載著一個城市的經濟發展的生命，而我國對這一專業人才培養尤為重視，提高土木工程專業人才的專業性，可以解決實際中的許多方面的問題。土木工程專業的本科生需要依托虛擬仿真技術來模擬實驗，因為在專業人才培養中不可能所有的教學都進行實地驗證，開展的實驗類課程進行實地實驗有多方面的限制因素，比如成本太高，時間消耗，不安全性，不能一一照應到等，所以在專業人才培養的過程中虛擬仿真技術是不可或缺的一種教學模式，這種方式可以更直觀地讓學習者了解問題，簡單易懂。

一、虛擬仿真技術應用于土木工程實踐教學的必要性

自20世紀90年代以來，虛擬仿真技術因其強大的人機交互手段，與多媒體教學、網絡教育共同被看作是教學領域的重大創新，成為教育信息化研究和實踐教學應用的熱點方向。虛擬現實技術在教學上的應用，促進了教育手段的現代化、信息化。2018年，教育部發布《關于開展虛擬仿真實驗教學項目的建設工作》的通知，以進一步推進現代信息技術融入實驗教學項目、拓展實驗教學內容廣度和深度，延伸實驗教學時間和空間，虛擬仿真實驗教學對于高等教育教學質量提升具有重要意義。目前虛擬現實技術日趨成熟，并且已經逐步應用于教學領域中，具體包括虛擬仿真實訓系統的設計與開發、虛擬仿真實訓的教學模式研究等。

虛擬仿真教育技術的優勢：虛擬仿真實驗與傳統實踐教學形式相比，其優勢更加明顯：第一，虛擬仿真實驗的自主操作性強，有利于學生創新能力的培養;第二，虛擬仿真實驗能夠打破時間與空間的限制，靈活性強，受眾更多;第三，虛擬仿真實驗能夠實現高成本與不可逆的實踐操作;第四，虛擬仿真兼容性強，理論教學與實踐操作可同步實施，教學效果更加明顯;第五，虛擬仿真實驗可開放共享，解決教育資源分布不均，重復建設的問題。

二、虛擬仿真技術在土木工程教學的應用型人才培養模式構建及評價

（一）體系設計

我校通過不斷積累與創新，已具備豐富的仿真實驗教學基礎資源，并通過與相關企業的深度合作，秉持著虛實結合、實踐與理論結合的原則，立足于應用型、復合型人才培養的角度，面向土木類專業測量學構建三層次、三結合的實驗教學體系。三層次是指我校依托于專業人才培養規律，將測量學實驗教學課程劃分為三大類型，具體包括綜合型、基礎型以及專業型。三結合是指：其一，理論與實踐教學有機融合。教學體系設計包括專業核心課程知識、基礎理論知識等，針對虛擬仿真實驗及理論課程教學的開展，統籌安排教學計劃。學生依托于平臺實踐可以進行理論知識的內化，提高對理論知識學習的積極性;其二，實體實驗與虛擬仿真實驗有機結合。依托于虛擬仿真實驗平臺的構建，實現將測量學中相關實體實驗與虛擬實驗的充分結合，通過開展虛擬實驗彌補傳統實驗教學中存在的不足與弊端，并達到優化實驗教學形式與內容的目的，轉變學生對待測量學課程實驗教學的態度，利用虛擬仿真實驗平臺培養學生綜合能力與素質;其三，課外創新實驗與虛擬仿真實驗有機結合。學生可充分借助虛擬實驗平臺開展課外創新實驗，學生在教師指導下可視自身情況合理選題，借助虛擬仿真實驗平臺開展課外實驗工作。

（二）融合虛擬仿真技術、互聯網+技術的輔助教學模式

平臺打造互聯網+教學模式，基于互聯網的開放、實時、互動特點，構建了具有真實性、即時性、可視性、可操作性、可反復性、可交互性的虛擬仿真教學平臺。共享平臺的模式拓展了教育本來的物理空間，強調交互式學習，增強了師生間、學生間、學生與互聯網的互動。實現了教學資源的共享、提升了教學資源利用效率借助國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺（ILAB-X.com）的實驗教學項目進行線上實驗教學，提高了教學效率，達到“他山之石，可以攻玉”的效果。同時，針對一些真實實驗不具備或難以完成的實驗如環境復雜、操作不可逆、建設成本高、危險性和破壞性較大的實驗，研發具有高階性、創新性和挑戰度“兩性一度”的虛擬仿真實驗教學內容，嵌入土工實驗虛擬仿真教學平臺，拓展了實驗教學的維度。

（三）平臺搭建的可拓展性

平臺具有可拓展性，既適應了當前虛擬仿真實驗建設要求，又考慮到土木工程綠色可持續發展的要求，通過平臺的系統管理模塊及硬件的后續開發可實現后續實驗資料的添加與更新。基于土工實驗虛擬仿真教學平臺進行拓展性建設，可將平臺由面向土工測試實驗擴展到包含結構實驗和現場測試實驗的大土木意義上的虛擬仿真實驗平臺，可提高平臺研發的效能。

三、高新技術的融合發展及課堂未來發展趨勢

在土木工程專業傳統課堂上，老師一般是板書講解多一些，或結合PPT文稿演示。這種課堂對一些比較復雜的理論知識的講解顯得不是很直觀，會有一部分學生們也難以接受。學生在這一教學模式下只能是被動接受，不如實踐來的通俗易懂。所以在人才培養方面這種教學模式應該向著理論與實踐相結合的方向發展，通過模擬仿真技術來模擬一下場景，使課堂的氛圍變得活潑起來，學生們也能感受到學習的樂其。將土木工程與虛擬仿真技術相結合，并應用于企業發展中，實現共贏。在虛擬仿真技術與土木工程課程相結合下，通過一些直觀的案例，可以提高學生們獨立思考并解決問題的能力，以及在工作中的創新能力。

結束語

基于虛擬仿真技術的土木工程管理專業實踐課程體系與教學模式改革，優化了實踐教學環境，促進了教學成果轉化，提高了學生專業應用能力，包括專業核心能力、跨專業能力、職業能力、創新創業能力等。虛擬仿真實驗與互動式教學相互促進，與學科專業實踐能力大賽聯動，與校企合作項目互動，與學生創新創業和就業深度接軌，強有力支撐土木工程管理專業實踐改革。

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項目來源：山東省本科高校教學改革研究項目。項目名稱：新工科發展背景下土木工程專業應用型人才培養模式的研究。項目編號：M2018X265