建“虛實結合”實訓中心創新土木專業“五式”實踐教學

王曉琴　楊蕓　周楚兵

摘 ?要：以我院土木工程實訓基地為基礎，建立“虛實結合”實訓中心，運用現代信息技術，突破對實踐時間、空間和資源使用的限制，隨時隨地，達到實現只要有網絡的環境就可以進行虛擬仿真訓練的效果，同時將虛擬與現實有機結合作為一種信息化教育、教學手段在土木工程專業創新“五式”實踐教學體系，提高教學成效，提高學生的專注度，反饋度和自由度。

關鍵詞：虛實結合;創新;土木工程;“五式”實踐教學體系

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）07-0044-04

Abstract： On the basis of our civil engineering training base， we can establish a training center with the combination of the virtue and reality and use the modern information technology to breakthrough the limitation on the practice time， space and resource usage and can reach a effect of having a virtual simulation training as long as there is a network environment in anytime and anywhere， at the same time the organic combination virtue and reality， as a kind of information-based education， teaching means in the "five type" practice teaching system of civil engineering professional innovation and improve the teaching results， improve the students' concentration， degree of feedback and degree of freedom.

Keywords： combination of virtue and reality; innovation; civil engineering; "five types" practice teaching system

前言

“十一五”期間，我國高校建立了501個國家級實驗教學示范中心，涵蓋了33個學科;“十二五”期間，2011年有100個部屬院校建立國家級實驗教學示范中心，2012年有120個省屬院校建立國家級實驗教學示范中心。

2013年（教高司函〔2013〕94號），提出虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業與信息技術深度融合的產物。2017年高教司發布了《教育部辦公廳2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，明確統籌規劃到2020年認定1000項左右示范性虛擬仿真實驗室教學項目。

虛擬仿真實驗教學已經從“十二五”時期強調虛擬仿真實驗教學中心建設、商業化虛擬仿真實驗教學項目集成與局部應用共享為主的初始普及階段，進入到“十三五”時期強調具有自主知識產權的示范性虛擬仿真實驗教學項目建設與大規模在線開發共享為主的深入發展階段。

我院對土木工程專業的培養目標定位為實踐能力較強，有創新意識的應用型人才。但是建筑項目施工工藝復雜，工作過程在教學中難以描述， 學生理解困難;建筑施工周期長，時間與空間交錯，整體項目思維難以捋清，學生難以參觀或體驗整個周期。由于實驗場所局限性，實驗室資源不足，且實訓基地建設缺乏前沿設計和新穎思路，學生的實踐條件受時間和空間條件限制，因此培養應用型、創新型人才目標變得空洞起來。

一、虛實結合實驗室建設思路與實現模式

（一）現有實驗室條件

2015年建設了土木工程實訓基地包含構造展示區、安全體驗區、定型化設施展示區共28項。

1. 構造展示區：包括衛生間樣板、砌體樣板、抹灰樣板、樓梯樣板、主體支模、屋面樣板、主體實體、管道水井樣板。

2. 安全體驗區：包括緊急自救、安全防護裝備展示、綜合用電展示、鋼爬架、安全帶體驗區、洞口墜落體驗、移動式操作平臺、安全帽撞擊體驗、臨時通道體驗。

3. 定型化設施展示區：包括切割機防護罩、電焊機推車、原材料標識牌、電梯井防護門、乙炔推車、試塊振動平臺、箍筋吊籠、移動式圍欄、卸料平臺、二級箱防護棚。

（二）虛實結合實訓室建設思路

提高學生實踐能力和創新精神為核心，以現代信息技術為依托，以土木工程校級特色專業急需的實踐教學信息化為指向，以“土木工程施工”教學項目為基礎，利用三維仿真技術制作教學資源素材庫，利用虛擬仿真技術體驗建筑全生命周期，虛擬仿真搭建工作場景，通過角色扮演體驗管理過程，解決土木真實項目條件不具備，高成本，高消耗，不可逆操作，實踐又必須展現給學生的矛盾。

（三）虛實結合實訓室實現模式

“虛實結合，以虛補實”。以已建成的土木工程實訓基地28項實物包括構造展示、安全體驗等實物為基礎，利用互聯網技術搭建共享平臺，與時俱進，制作實物包含其施工要點，工藝等詳細內容的二維碼，虛實結合構建體驗式學習環境。

“先實后虛，虛實結合”。以已建成的實訓基地28項實物包括構造展示、安全體驗等實物和二維碼為基礎，利用現代3D、VR技術，開發斜拉橋、抹灰、衛生間施工、高層施工、高空墜落、安全帽撞擊等虛擬仿真實踐教學平臺。

“虛實結合，以虛代實”。建立智能檢測與虛擬現實創新中心，利用虛擬現實技術實現土木工程施工類課程的直觀呈現，利用開發的虛擬現實實踐教學平臺，形成“土木工程專業核心課-土木工程生產實訓——工程仿真實訓”的虛實結合的實踐教學體系。

“虛實結合，以虛驗實”。通過虛擬仿真實驗室的建設，開展探索性實驗;建立學生“客創中心”，提供VR創作資源平臺，幫助學生解決在創新創業中所遇到的問題，為學生提供更多的技術性支持和專業輔導，同時可以參加全國性或者全省性的VR技能大賽，提升學生創新創業的實踐能力。

二、創新“五式”實踐教學體系

將虛擬與現實有機結合作為一種信息化教育、教學手段在土木工程專業創新“模型式助學、任務式導學，項目式教學，沉浸式實訓，隨機式考評”的實踐教學體系，使學生“課前可認知，自主能學習，課堂有思考，課后能實踐，結課會考評”，開創虛實結合在我院土木工程專業實踐教學中應用的新局面，同時能與工程造價、工程管理、給排水工程、城鄉規劃等專業共享。

“模型式助學”。室外1：1實體模型+室內等比例模型，展示建筑構造、鋼筋節點、各種橋型構造、鋼結構焊接形式、融入了土木工程特色結構，剖析了施工工藝，巖石礦石，山川地貌、地形展示等，內容豐富，真實，很好的幫助學生直觀理解，實現教學做一體化。

“任務式導學”。用任務進行新知識的引入，針對每個知識點的特點，將文字精講、圖片、 視頻、模型、國家規范、試題巧妙的融為一體，幫助學生從多角度理解知識點，激發學生的學習動力。

“項目式教學”。以實際項目驅動教學，由學生親自進行項目設計、開發，讓學生在實踐中鞏固所學理論知識，提升學生實戰能力，激發學生職業意識。

“沉浸式實訓”。通過虛實有機結合的沉浸式、交互式，想象性實踐改變傳統實踐教學方法，誘導學生在虛擬實踐環境下的主動探索，提高教學成效，提高學生的專注度，反饋度和自由度，體現了“以學生為中心”的個性化教育。

“隨機式考評”。建立專業知識庫平臺，將數字資源庫、知識庫、數字教材、APP和教學管理集中在同一個系統下，通過邀請碼掃描、將實體樓知識點立體文章呈現在師生的手機端上。在線考核平臺、海量題庫自由組合 ，形成一體化、多功能、全方位實訓考評系統。

三、結束語

建立虛實結合實訓中心可以緩解作為校級特色專業的土木工程其實驗場地不足，建立土木工程的真實項目條件不具備，高成本，高消耗，不可逆操作等問題;將現實與虛擬有機結合，利用實物仿真技術重構施工場景，有利于推動土木工程專業虛擬技術與實踐教學的深度融合;拓展實驗教學內容廣度和深度、延伸教學時間和空間、提升實驗教學質量和水平。虛實有機結合實訓中心的建立，有利于啟發、誘導學生在虛擬實踐環境下的主動探索，體現了“以學生為中心”的個性化教育。

參考文獻：

[1]祖強，魏永軍.國家級示范性虛擬仿真實驗教學項目申報策略探討[J].實驗技術與管理，2018，35（09）：236-238.

[2]程躍珍.基于虛擬仿真技術的商務英語情景教學資源建設研究[J].海外英語，2017（08）：1-2+9.

[3]劉俐，劉平安，李玲，等.虛擬仿真實驗技術在醫學微生物學實驗教學中的應用研究[J].中國中醫藥現代遠程教育，2017，15（06）：1-2.

[4]周成義，周建洪，趙明，等.鋼鐵生產虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J].中國冶金教育，2016（05）：79-81.

[5]沈建華，李飛，程崇虎，等.通信與信息網絡國家級虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2015，34（01）：161-164.

[6]楊蕓.基于實訓基地的土木工程施工技術課程教學改革探討[J].中國房地產，2018（15）：96-97.

[7]教育部辦公廳關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知[Z].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201707/t20170721_309819.html.

[8]2013，我們共同見證[N].中國教育報，2014-01-16.

基金項目：2019年教育部“協同育人項目”“產學研協同視閾下土木工程專業智能檢測創新中心的建設”（編號：201901235008）;2019年湖北教育廳省教研項目“民辦高校土木工程特色專業基于虛擬與現實有機結合的實驗室建設與實踐”（編號：2008512）;2019年湖北省職業技術教育學會“高職院校建筑工程技術新工科人才培養模式改革和創新研究”（編號：ZJGA201904）

作者簡介：王曉琴（1978-），女，漢族，湖北荊門人，博士，副教授，系主任，研究方向：土木工程教育。