虚拟仿真技术在高校土木工程实验教学中的应用

2019-02-19郑卜源

城市建设理论研究（电子版） 2019年13期

郑卜源

华南理工大学广州学院广东广州 510800

一、虚拟仿真实验技术在土木工程实验教学中的应用价值

土木工程属于实践性比较强的专业。比如，混凝土结构设计原理、土木工程施工、工程概预算、钢结构基本原理等都考察着学生实践水平。为此，高校需要确保学生获得充足的实践锻炼。由于部分土工工程实验项目不能够直观地呈现出来，基于此，教师就会以图片、视频等方式为学生讲解课程。但是这种教学方式比较单调，不利于有效吸引学生注意力。土木工程实验教学质量可想而知。

虚拟仿真实验技术可以将现有条件实现不了的项目呈现出来。由于虚拟仿真实验技术呈现的逼真性、准确性，学生就可以更加容易地进行土木工程实验，进而提高对土木工程实验的理解能力。土木工程实验中不缺乏一些大型并且危险系数较高项目。应用真实的实验不仅浪费资金，而且会对学生人身安全产生威胁。不过，虚拟仿真实验技术则可以避免以上问题。主要表现在，虚拟仿真实验技术应用了信息技术、互联网技术、人机交互技术等，模拟了难度大的试验项目。加之，虚拟仿真实验技术具有可重复操作性特征，避免了传统土木工程实验材料浪费问题。

二、虚拟仿真技术在高校土木工程实验教学中的应用方式探究

（一）构建体系与建设平台，实现利用虚拟仿真技术的系统化

虚拟仿真实验教学中心是土木工程实验教学地点。为提高学生学习能力，高校需要加大虚拟仿真实验教学中心建设力度，保证学生更好地借助虚拟仿真技术，完成各项土木工程实验。土木工程实验教学体系乃是教学工作的重要组成部分。教师需要不断地总结实验教学经验，完善教学体系。与此同时，积极地构建实验学习模块，逐渐锻炼学生综合能力。虚拟仿真实验教学中心需要产生的实验效果包括以下内容。第一，帮助学生掌握的土木工程基础知识，比如，常规建筑类型、建筑中的力学知识、建筑实操知识、建筑材料应用知识等。第二，提高土木工程的物理仿真、结构数值计算与演示等水平。道路建设、桥梁建设等属于重要的建设事项。学生在日常实验中要认真研究建设方式。通过多次土木工程实验演示、计算等，获知建设精髓。第三，由于虚拟仿真技术呈现了各个实验环节，学生可以更好地把控建设全过程。也就是说，学生可以增强全局意识，深化理解建设架构。第四，施工安全和施工管理是土木工程专业学习重点。在虚拟仿真技术下，学生将会置身于相应的情境之下，进而逐渐增强施工安全意识，提高施工管理水平。

（二）改革课程建设，实现利用虚拟仿真技术的专业化

从构建房屋建筑学仿真实验系统角度来讲，一方面，加大多层砖混结构民用建筑构造仿真建设，另一方面，提高单层钢结构工业建筑构造仿真建设水平。

CAD、Revit等是房屋建筑学学习中常用的软件。教师需要让学生应用这些软件，开展一定的绘制工作。与此同时，教师需要应用虚拟仿真技术，鼓励学生亲自动完成组装工作。这样学生就可以全面了解建筑结构、受力与结构的关系、建筑要素之间的连接方式等。从构建工程测量仿真实验系统角度来讲，工程测量考验着学生的严谨性。学生需要认识到工程测量存在误差，将会对整个工程质量产生极大的影响。而教师则需要着重开展工程测量仿真实验活动。高差测量、高程测设、坐标测量等是测量的关键所在。教师可以针对性地构建测量实验。比如，应用三维技术，为学生呈现测量知识，同时要使用虚拟仿真技术，确保学生掌握测量技巧。以往，教师主要通过视频、图片的方法，为学生讲解知识。伴随着虚拟技术发展，高校可以应用虚拟技术为学生创设良好的建材与力学学习环境。在传统水泥终凝实验下，学生将会耗费大量的实验时间，同时也会消耗一定实验材料。不过，虚拟技术可以弥补传统土木工程实验中的不足之处。

（三）拓展技术的功能和应用，实现利用虚拟仿真技术复合性

一方面，构建虚拟实验模块。如虚拟设备库：模拟实际实验所需设备，并注重模拟细节。这样学生可以学习到土木工程实验项目涵盖的理论与实践知识。与此同时，高校需要加强虚拟设备库的建设。也就是说，根据课程发展，增加实验项目，逐渐地完善模拟材料建设。典型实验项目：该种项目可以帮助学生掌握重要知识，同时对学生深化知识具有重要的作用。项目背景介绍、实验设备、试件选择等都要包含在典型实验项目之中。教师可以用演示的方式，加快学生理解速度。风洞、地震台等实验都是可以成为所演示的项目。实验操作控制：强调培养学生自主操作、创新等能力。教师需要提供拟网络互动参数化的实验操作平台，提高学生综合学习素养。另一方面，引进虚拟仿真实验教学平台信息化设备。数字图像处理、多媒体技术、传感器技术是实验人机交互功能必须具备的技术。因此，高校需要引进先进的技术。高校除了加强软件建设之外，还要加强硬件建设，提高虚拟仿真实验教学水平。