水利類虛擬仿真實驗線上教學實踐

鄧 斌*

（長沙理工大學水利工程學院 湖南·長沙 410114）

0 引言

2020年以來，伴隨著在線教學的推廣和全國各地高校教師的積極行動，理論和實踐的線上教學工作得到了廣泛的開展。教師運用了多種在線教學系統，采取了多種教學方案，取得了良好的教學效果，促進了教育的“信息化”“遠程化”發展[1]。虛擬仿真實驗是利用現代信息技術融合相關專業原理和數據信息，派生出來的教學形式[2]，是“新工科”建設的必然要求。

1 水利類虛擬仿真教學實踐的必要性

近幾年線上高校實現了線下教學到線上教學的快速轉變，移動互聯網等新媒體平臺提供了公開的現代網絡課程和教學環境，但線上教學也伴隨著諸多的困難與問題，比如存在教學平臺不統一，設備、網絡等外部干擾，還出現上課時間學生走神、不在線，作業任務繁重等問題[3]。如何更好的開展線上教學工作，深入探討并提升新形勢下高校教師線上教學的質量和大學生在線學習質量，解決在線上教學過程中面臨的挑戰變得尤為必要[3]。

水利專業教學中的實驗、實踐環節是培養學生動手能力和解決工程實際問題的重要手段，但是水利專業實驗操作過程復雜、設備建設成本高、難以重復進行，傳統實驗教學中學生參與感低、對實驗的理解不深刻，故實驗教學無法達到理想的效果。虛擬仿真實驗教學實現了信息技術和專業學科的深度融合，可以不受時空限制，全天候的進行信息化教學，可以實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能；由于虛擬仿真實驗具備仿真性、智能交互以及安全保障等多方面的優勢，受到了高校的大力推崇，是當前實驗教學的發展方向[4]。在水利類高校開展虛擬仿真教學實踐有助于增強實驗效果，培養卓越的水利創新人才，促進課堂改革。

2 新形勢下水利類虛擬仿真教學實踐

長沙理工大學水利工程學院通過整合現有虛擬仿真實驗教學平臺，結合虛擬仿真建設要點和專業人才培養的實際需求，推動了虛擬仿真實驗教學“信息化”和“遠程化”。通過構建“多元化、層次化、模塊化”虛擬仿真實驗教學體系，保證了新形勢下教學工作的順利進行，促進了師生之間的網絡互動，提高了實驗教學的運行效率。

2.1 課程體系建設

（1）“理論教學”模塊，這一模塊主要是針對理論教學，將理論教學過程中的重點知識內容和具有演示性的實驗課件項目進行虛擬化和仿真，加強學生對理論教學內容的理解和掌握；（2）“科研活動”模塊，這一模塊主要結合現代水利類重大項目、教師科研和學科建設項目，通過學生參與完成部分內容，使學生在科研方法和實驗技能上得到訓練；（3）“工程訓練”模塊，這一模塊主要是針對水利類工程現場施工流程進行仿真模擬實踐，強化訓練學生實際操作能力。

2.2 虛擬仿真實驗建設

（1）“創新與前沿仿真實驗”層次，該層次針對產品技術產業與學科的發展前沿，學生參與教師的科研工作，將研究成果轉化為虛擬仿真實驗的教學資源，從而為學生提供良好的科研資料；（2）“綜合與設計仿真實驗”的層次，這一層次主要是學生依靠虛擬仿真實驗平臺進行自由搭建和組合，加深對專業課程的了解；（3）“多系統、多維的演示仿真實驗”層次，這一層次主要通過演示性試驗，讓全體學生掌握水利類相關工程的基礎操作流程及常見問題解決辦法。

2.3 多元化實驗教學建設

實驗教學多元化主要是指不同需求層次、不同功能模塊彼此融合滲透、相互交叉，形成一個多元化的虛擬仿真實驗研究內容，共同構成水利類虛擬仿真實驗課堂教學管理體系。

3 在線虛擬仿真教學設計與效果

3.1 教學安排及規模

水利虛擬仿真實驗中心主要為5個專業（港口海岸及近海工程、水利水電工程、水文與水資源、給水排水工程、船舶與海洋工程）提供軟件支持，豐富了我校《港航工程實驗Ⅰ》《水工模型實驗》《工程流體實驗基礎》課程的內容。同時為我校港航專業認識實習、畢業實習、課程設計和畢業設計以及水電專業認識實習、畢業實習，船海專業CAD課程提供了良好的實踐平臺，有效解決了傳統教學實踐“不生動”“不直觀”的難題，受到了學院廣大師生的歡迎與推崇。

表1：水利類仿真實驗線上課程開設情況

3.2 考核方式

虛擬仿真實踐教學的考核分為實驗報告、平時表現兩部分，各占總成績的50%。學生通過觀看動畫與獨立的實踐操作，撰寫實驗報告，報告要求內容完整、分析合理、結論準確；教師再結合學生平時的考勤與實驗的態度、表現，對學生進行綜合的評分。

3.3 線上虛擬仿真實踐教學的效果

虛擬仿真平臺應用到水利學院大三和大四年級約600名學生的仿真實驗教學，適應了實踐教學的需要。同時，仿真實驗平臺還面向研究生和其他專業學生，為專業學習和創新實驗研究拓展途徑。通過虛擬仿真教學很大程度的擺脫了傳統教學的局限性，學生可以進行深入地理解教學研究內容，打破時空的約束完成相關實驗，通過學生自選實驗、組織實驗，摒棄了傳統教學的灌輸方式，充分發揮學生的主動性和想象力，使學生得到全面發展，提高學生的創新能力，激發學生的學習興趣。同時，整個實驗步驟和教學手段、方法的相互配合，滿足了學生自己最大限度地需要，調動了學生進行學習的積極性，保證了我校虛擬仿真實驗教學的效果[5]。

4 結語

我校組織開展的水利類虛擬仿真實驗課程，是一次嘗試和努力。這次搭建的虛擬仿真課程教學平臺，整合了全新課程資源，建立了全新的教學工作流程，提出了全新的學生績效考核方式，這些都將會成為未來我國高等院校教育理論與實踐及其改革中必不可少的組成部分。作為教學第一線工作人員，有義務、主動地推動其成為我國高等院校教育積極轉型的新時代起點。對水利類專業的老師們來說，需要重視虛擬仿真實驗教學，將實驗教學與科學研究有機結合，不斷提升學生的創新與實踐能力；需要認真思考如何將授課講學與現場實際的工程有機結合在一起，構建一個較為完善的虛擬仿真課堂教學整體，更好地推動課堂教學改革，實現高等教育的轉型。