土建虚拟仿真实验教学体系建设分析

彭海英

【摘要】文章针对现实教学需求，以“模块化、层次化”理念为根本指引，提出了虚拟仿真实验教学体系建设的总体思路及体系内容，以促进学生实践技能和创新能力的双重提升。

【关键词】土建虚拟仿真实验教学应用型人才

中图分类号：G642；TU-4文献标识码：A

土建专业作为高校设定的重要学科内容，对于学生实践能力培养有着较高的要求，对于虚拟仿真实验教学体系建设有着更迫切的需求。文章根据土建专业实验教学的特点，以“模块化、层次化”为总体建设思路，结合人才培养规律和现实需求，以虚拟实验与真实实验相互补充的形式，构建完成了“三层次、四模块、五结合”的教学体系，以此推进土建专业教学模式的深化变革。

“模块化、层次化”教学体系建设思路

1.以“多层次、模块化”为根本指引

虚拟仿真实验教学体系应该以人为核心，从学生理论与实践技能的仿真培训出发，根据不同难度层次、不同知识内容和不同实现方式，来构建“多层次、模块化”的教学体系，使其能够涵盖建筑设计、施工、监督及管理等多种理论知识与实验内容，并将基础概念、实验教学及科研创新有效融合在一起，以此为学生提供全面、多方位的实验教学环境，开拓其视野，激发其开拓创新精神，促进实践应用技能的加速提升。

2.依托科研项目，促进教学实践性的提升

土建教学中可能会涉及建筑施工技术、混凝土结构、地下建筑学、绿色建筑技术等多种科研项目的研究与实施，而依托现有的科研基地中的实验环境及设备，将设计、虚拟和仿真连接在一起，不但可以让学生切身体验和完成设计、施工、建设等综合工程训练项目，而且可以将研究的科研项目转化为真实的实验教学内容，虚实相互结合、相互补充，形成教学与科研的双向提升，据此构建的虚拟仿真实验教学体系将为培养高技术人才提供重要支撑。

3.强化校企合作，优化实验教學的基础

校企合作是土建专业实验教学的关键支撑，可借助土建行业知名企业在资金、设备及人力上的优势，整合校外实践教学资源和内容，突破传统教学模式在时空和地域上的限制，让学生深入到企业去了解、认知、体验和完成各重大工程项目的设计、施工及监管等多方面内容，并通过虚拟仿真实验平台去模拟与验证，同时还要积极引入企业教师队伍，并促进其与校内教师的深度融合和互补，内引外联、专兼结合，从而为虚拟仿真实验教学提供人力资源保障，优化土建实验教学的基础。

土建虚拟仿真实验教学体系的构建

虚拟仿真实验教学体系的构建过程在注重基础性课程与应用能力的前提下，秉承“虚实结合、教研融合、开放共享”的理念，将理论与实践教学、教学与科研、虚拟仿真与真实实验有效结合在一起，依托科研基地，将高水平的科研项目转换为实践教学内容，将校外企业重大工程实践融入实验教学之中，利用现代仿真技术、信息技术及网络通讯技术建设云资源库，实现教学资源与仿真实验的开放与共享，促进教师队伍的建设，进而实现学生创新能力和实践技能的双重提升，由此，构建了面向土建专业的“三层次、四模块、五结合”的教学体系，如图1所示。

“三层次”是依照学生认知规律和实践教学需求，将实验教学内容细分为基础演示仿真、综合与设计仿真、创新与前沿仿真等三个层次。

1.基础演示仿真是教师根据实践教学内容进行示范性演示，从而让学生对土建相关知识和实践内容有个基本的认知与了解。

2.综合与设计仿真则是在学生对基础概念和操作规则形成基本认知之后，根据实验教学内容自主选择实验设备和项目进行的综合性设计与实验。

3.创新与前沿仿真则是学生应用专业学科知识，融入个人创新理念，并结合学科发展前沿，参与的科研创新项目，并将之转化为虚拟仿真实验教学资源。

“四模块”是依据专业知识体系及工程实践规律所进行的教学体系划分，其包括土木工程设计、施工、监管与创新实践等四个模块。

1.土木工程设计：该模块是实验教学实施的基础和前提，能够帮助学生认识和掌握当前的主流工程技术、施工方法及绿色环保材料等土建知识内容，从而根据现实实践需求，预先做好工程规划、细化步骤，以为未来工程实践打好基础。

2.土木工程施工：土建专业知识繁杂而多样，对于实操性较强的机械设备、施工工艺及施工技术需要设定专门的实验模块进行预先仿真与实验，且专业材料的选择、施工场地的测量等，均需要有丰富的实践经验作为支撑，将这些融入虚拟仿真实验教学体系是有效对接人才培养需求的必然选择。

3.土木工程监管：工程质量是土建知识应用的根本与核心，设定监管模块可以帮助学生熟悉工程质量勘测、检验与管理等内容，并通过融入现代化、信息化技术方法，以计算机、网络系统为支撑，促进工程质量监控、测评及预警体系的研究与实验。

4.土木工程创新实践：虚拟实验教学应该紧跟社会发展需求，强化人才培养的时效性，土建知识更新速度快，工程实践中技术、材料和工艺的创新发展持续进行，仿真实验教学应该与时俱进，为培养学生的创新意识和实践操作能力提供实验平台。

“五结合”则是以土建实践知识内容获取路径为划分依据，将其与理论课程、实体实验、科研项目、实践工程及企业实践等相结合。

1.与理论课程相结合：土建基础知识与概念是虚拟仿真实验实现的必要前提，通过与理论课程相结合的仿真实验，能够让学生在实验操作的基础上，实现理论知识与内容的快速消化与吸收，便于形成完整的知识架构。

2.与实体实验相结合：在基础实验之外，土木工程结构分析、施工工艺、建筑材料及施工技术等土建知识的应用与实践离不开实体实验的支撑，将实体实验内容融入虚拟仿真实验教学体系中，能够更有效地整合多种实验教学资源，熟悉操作流程和规则，帮助学生提升创新应用能力和实践操作能力。

3.与科研项目相结合：科研项目是根据工程实践进行的创新研究，是从已知出发，通过理论或实验方法探索未知，其融合了现代化的施工技术、管理手段及建筑学理论的变革与发展，虚拟仿真实验中将最新科研成果转化为实验内容，能够更精准地把握土建学科未来发展方向、实践性、应用性等特点，从而提升实验教学的针对性和实效性。

4.与实际工程相结合：实践出真知这是不变的真理，虚拟仿真实验教学体系构建的根本目的在于培养学生的实际操作能力和应用技能，而这依存于工程实践经验的积累。为此，从课程设置、理论讲解至实验教学都应该充分与实际工程相结合，让学生在实践活动中体验和经历工程建设的各个环节内容，进而促进实践技能的提升。

5.与企业实践相结合：工程实践内容的繁杂性及工程方法的细化发展，增加了虚拟仿真实验教学的困难性，加之土建学科自身特点，仿真实验应用的工程环境和实验设备体量空间大且耗资大，现有教学条件无法满足仿真实验需求，而与企业实践相结合能够突破实验设备的限制，最大限度地解决理论与实践相脱节的问题，让学生更真切地体验工程实践操作过程，并针对具体问题提出有效解决措施，提升独立思考和解决问题的能力。

结束语

随着现代教育改革的深化推进，教育信息化建设已成为主流趋势，尤其是面对实践教学需求，虚拟仿真实验教学体系的建设迫在眉睫，而土建专业作为应用性较强的专业，势必要适应现代教学改革潮流，积极推进现有教学体系的改革与发展，而本文根据土建专业的学科特点，构建的“层次化、模块化”虚拟仿真实验教学体系，将仿真的教学内容融入教学之中，学生可自主选择实验内容和设备，且实现了教学资源的信息化管理，对于推进实践教学的顺利开展具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]王颖、杨志高、刘江龙、张贵、曹小玉：《森林防火虚拟仿真实验教学体系建设探索与实践》，《湖北农业科学》2017年第7期，第1351-1355页。

[2]马文顶、吴作武、万志军、屠世浩、张源：《采矿工程虚拟仿真实验教学体系建设与实践》，《实验技术与管理》2014年第9期，第14-18页。

作者单位：陕西职业技术学院陕西西安endprint