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广西快乐双彩开奖公告彩票控:土木工程虛擬仿真實驗教學體系探索與構建

广西快乐双彩开奖果 www.kkuwu.com 來源:UC論文網2018-11-29 08:41

摘要:

  摘要:西安建筑科技大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心堅持以學生為主體,統籌協調理論教學和實驗教學、虛擬教學與實體教學、虛擬技術與現實技術的結合,構建多層次、立體化、開放式、虛實結合的虛擬仿真實驗教學...

  摘要:西安建筑科技大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心堅持以學生為主體,統籌協調理論教學和實驗教學、虛擬教學與實體教學、虛擬技術與現實技術的結合,構建多層次、立體化、開放式、虛實結合的虛擬仿真實驗教學體系。創新虛擬仿真實驗教學新理念,開拓虛擬仿真實驗教學的三維立體教學思路,促進了學生知識、能力、素質的全面發展,實現虛擬仿真實驗教學的新發展,為實驗教學的發展做出新的貢獻。


  關鍵詞:土木工程;虛擬仿真;實驗教學體系;


  作者簡介:李彬彬(1979-),男,西安建筑科技大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心工程師,博士,研究方向為實驗教學與技術;;蘇明周(1971-),男,西安建筑科技大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心主任,博士,研究方向為實驗教學與管理。


  一、引言


  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[1]。虛擬仿真實驗教學以全面提高高校學生創新精神和實踐能力為宗旨,以共享優質實驗教學資源為核心,以建設信息化實驗教學資源為重點,持續推進實驗教學信息化建設,推動高等學校實驗教學改革與創新[2]。


  西安建筑科技大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心堅持以學生為主體,全面促進學生知識、能力、素質協調發展,理論、實踐、創新全面提高,理論教學和實驗教學統籌協調,實驗教學環節突出基礎、突出綜合、突出開放、突出創新,突出課內課外一體教學,虛擬教學與實體教學相結合,虛擬對象與實體對象相結合,虛擬技術與現實技術相結合,形成以“基礎—綜合—研究創新”為主線的等多次、立體化、開放式、虛實結合的教學體系。


  二、虛擬仿真實驗教學體系內涵


  虛擬實驗教學旨在培養學生的實踐能力、研究能力、創新能力和綜合素質等方面,是學科專業與信息技術深度融合的產物,是高等院校培養高素質合格人才的重要實踐性環節。西安建筑科技大學土木工程虛擬仿真實驗教學中秉承“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”的理念,以共享優質實驗教學資源為核心,以建設信息化實驗教學資源為重點,持續推進實驗教學信息化建設,全面提升我校學生創新精神和實踐能力。


  1.基本概況


  西安建筑科技大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心成立于2010年6月,是在土木工程仿真實驗室(建于1982年)的基礎上建立的,依托于土木工程國家級實驗教學示范中心,結構工程與抗震教育部重點實驗室以及土木工程(一級學科)博士后流動站和土木工程一級學科博士點,“結構工程”國家重點學科,“土木工程”國家級特色專業、陜西省特色專業,“土木工程省級”人才培養模式創新實驗區等。同時作為國家級土木工程實驗教學示范中心的對外窗口,是西北地區土木工程實驗教學示范基地。


  中心現有專職實驗教學和技術管理人員31人,其中正高職稱9人,副高職稱9人;中心人員均具有碩士學位,其中具有博士學位19人;中心主任由國家級實驗教學示范中心主任兼任,全面負責中心的日常管理,中心實行校、院兩級管理,面向全校服務。中心下設有工程結構仿真教學室、土木工程管理仿真教學室,土木工程實驗技術仿真實驗室和智能建筑與信息技術實驗室,主要承擔土木工程及相關15個專業的虛擬仿真實驗教學任務。


  中心現有實驗教學及科研用房430余m2,儀器設備140余臺(套),總值500余萬元,其中配有價值上千萬元的美國CSI結構設計系列軟件SAP2000、ETABS及SAFE和SECTIONBUILDER等軟件;圖形工作站主機型號DELLT7400,配置:Intel(R)Xeon(R)E5405處理器,16GB內存,500GB硬盤,DELL液晶顯示器;數據手套5DTGlove14/W;位置跟蹤器AscensionFlockofBirds;虛擬現實仿真軟件EON6.0等;中心還配有目前國際最先進的混合仿真軟件OPENSEES等虛擬仿真教學系統,使中心的虛擬仿真實驗教學處于國內土木工程實驗教學領域領先水平。


  2.建設理念


  西安建筑科技大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心將緊貼學科發展的現實需求,全面開展“虛擬仿真實驗+校企合作實踐”模式的實踐教學形式改革,注重能力培養與社會需求相結合的教學內容改革[3]。要打破傳統實驗室的建設模式和思路,構建大平臺、大數據、跨專業共建、多學科協同創新的一體化實驗中心設計框架,通過跨專業共建與多學科協同創新,實現信息共享、數據互通、教學創新、技術領先、人才培養等目的。


  3.建設思路


  (1)土木工程虛擬仿真實驗教學中心通過提供全方位仿真性實驗提升多學科專業實驗室的服務能力,提升實驗教學的層次。著力將現有知識結構層次分為單項性知識點實驗、課程綜合實驗、專業綜合實驗、模擬實習等遞進層次,實現學生多視覺、多角度、多領域的掌握和學習專業知識。


  (2)土木工程虛擬仿真教學中心建設可以為教學、科研和實踐有機結合創建平臺,成為產學研結合的新形式,實現多學科、多專業的交叉融合與實踐。促使實驗室仿真實驗教學成為探索專業理論問題的重要手段,構成課堂教學與實習基地對接的橋梁。


  (3)全面提升土木工程虛擬仿真實驗平臺在土木工程、工程管理、工程力學、信息技術、計算機等專業領域的社會服務功能和開放實驗能力。通過模擬仿真性實驗可以為相關實體單位的從業人員提供崗前培訓教育與在職培訓以及信息化改革、新業務開拓提供前期實驗論證等工作,擴大其功能效用[4]。


  4.虛擬仿真實驗教學資源


  虛擬教學資源設置堅持“虛實結合、相互補充、能實不虛”的建設原則,充分發揮專業特色優勢,加強學科交叉,實現虛擬教學資源的特色與創新[5]。中心現設有實驗項目23項,基本涵蓋土木工程并涉及工程管理、工程力學等相關專業的實驗教學課。


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  本實驗??櫓饕攵醞聊竟こ套ㄒ悼緯討薪ㄖ峁構辜?梁、柱、節點等)的受力性能進行仿真。建筑結構構件(梁、柱、節點等)受力性能研究是土木工程專業的基本專業知識點,也是專業知識學習的基礎,具有非常重要的作用[6]。在目前的實驗教學中,由于土木工程專業教學的局限性,只能針對部分建筑結構構件或者部分性能進行實驗教學,不能完全實施專業課程中的全部知識點,這也成為專業課程講授的盲區和難點[7]。


  建筑結構構件受力性能仿真試驗實現對專業課程中的知識點進行虛擬仿真實驗教學,更為直觀明了全面地使學生對基本專業知識的掌握和理解,同時通過本實驗??櫚氖笛榻萄?,結合專業課程的教學,也方便學生對專業知識的拓展和延伸,促進了學生的創新能力。


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  本實驗??櫓饕么笮徒峁狗治鏨杓迫砑薪峁褂邢拊壤礪鄯治?,實現了對建筑結構特別是復雜結構、高層結構及超高層的受力性能、抗震性能等進行了理論分析,使學生更為系統化地掌握專業的理論知識,同時也為建筑結構的設計、抗震研究提供了重要理論支撐。


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  本實驗??櫓饕型聊竟こ萄Э頻拇笮徒峁棺詠峁狗掄媸匝?,實現大型結構子結構與虛擬原型結構結合的試驗方法。


  主要包括空間子結構混合仿真實驗、平面子結構混合仿真實驗;數字化振動臺模擬試驗將數字化地震模擬振動臺試驗系統應用在教學實踐中,有效地提高教學質量,降低實驗維護及耗材成本,實現高精尖設備的教學轉化[8];遠程協同子結構混合仿真試驗等試驗方法,其中遠程協同子結構混合實驗已經在我中心與新疆大學進行了聯合試驗,圓滿實現了我中心遠程協同控制的技術要求和目標,促進了試驗技術與遠程網絡實驗教學的新發展。


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  本實驗??櫓饕搶沒誆問畝凳狽掄婀湯囪菔就聊竟こ淌┕す毯凸こ探ㄉ柘钅抗芾砉?,使實驗執行者(參與者)易于融入整個施工過程和項目管理過程,通過實時調整實驗參數,實現對課程綜合知識的了解和掌握,實現基礎理論與過程仿真融合,為實驗執行者(參與者)呈現出基于有限資源調配的實時過程管理,形成基礎理論、過程仿真和有限資源互相耦合的三維教學體系[9]。


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  本實驗??櫓饕且越ㄖ胄畔⒓際醯慕岷?,依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術,構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象,學生在虛擬環境中開展實驗,達到教學大綱所要求的教學效果。利用虛擬實驗平臺可供學生自己動手配置、連接、調節和使用實驗儀器設備進行實驗;允許學生根據平臺上提供的器材自由搭建任意合理的典型實驗,或實驗案例,取代僅由教師設計實驗過程的。同時根據實際工程項目的施工現場管理的各項要求,在“虛擬實際工作現場”的工程項目中鍛煉現場管理的綜合能力,清楚施工現場管理的工作流程、實施要點、國家標準等。


  通過采用虛擬實驗教學系統,可以突破時間、地點和設備數量的限制。學生可以在一個更“安全”的環境下做實驗,顧慮更少,自由度更大。學生在實驗過程中更容易獲得相關知識,實驗結果更容易保存。對教師和管理人員來講,實驗教學過程更容易控制,實驗教學的指導效率更高。


  三、構建虛擬仿真實驗教學體系的意義


  1.實現土木工程實驗教學理念革新


  虛擬仿真實驗室在建設完成之后,在新的實驗室建設理念與運營模式下,實驗室將處于開放、非均衡狀態會不斷地與外界進行信息、物質的交換,從而通過不斷產生正反饋,改變原有依賴路徑,達到整體的不斷上升,可實現校內共享、校際交流、多方聯動的大平臺[10]。如:開放的教學實訓系統,用戶將不僅僅局限于本專業或本學院的學生,而是可以在多專業、多學科、多學院之間進行資源共享,最大化的發揮實驗室效用,成為微型社會運作的載體;科研平臺:科研平臺的搭建可以誘發出更多的升級需求,并可引入前沿性的技術成果;社會服務:社會服務是國家與社會反賦予學校的重要職責,而通過社會服務的參與,更能使實驗室直接接受社會的檢驗,并積累起升級發展的資金。因而,在升級需求的導向下,借助于自我資金的積累、外部資源的支撐,引進更新的技術與裝備,達到自我更新的目的。


  2.創新土木工程實驗教學與人才培養模式


  虛擬仿真實驗室在建設完成之后,在新的實驗室建設與運營模式下,實驗室將成為一個學校為社會提供服務的窗口[11],使其不僅僅是一個學校的大學,不僅僅是在校生實訓的場所,而是一個社會的大學,是全社會人員可以進行學習提升的基地。


  不斷創新合作方式與交流,建立西部地區土木工程虛擬仿真實驗教學中心示范基地,努力成為學校與企業的紐帶與橋梁,不斷實現新技術、新軟件與實驗教學的緊密結合,傳承企業的先進實踐經驗和實際需求,努力開展各種開放性教學實踐環節,培養高層次、工程型、復合型國際化人才[12]。


  四、構建虛擬仿真實驗教學體系的目標


  1.構建基于學生創新能力培養,循序漸進、全面系統的虛擬仿真實驗教學體系


  (1)虛擬教學實驗項目由構件到結構;由上部建筑結構到場地、地基;由設計到施工;由非智能化到智能化,整個教學體系全面、系統,循序漸進,利于學生快速、系統的掌握。


  (2)依托學科特色優勢和地域特點,開設與土木工程及相關專業密切聯系的虛擬教學實驗項目,拓寬學生思路、激發進行創新思維的動力,實現學生綜合素質與創新能力的培養。


  (3)利用科研成果轉化具有較高水準、融合多門專業課程內容的虛擬實驗項目,形成高起點、實踐性與設計性強、突出綜合能力與創新能力培養的虛擬實驗教學體系。


  2.創新校企合作模式,打造先進虛擬仿真實驗教學技術平臺


  (1)加強與國內外高水平信息技術公司的合作,共建合作研發技術培訓基地,創新校企合作模式,實現虛擬實驗教學的先進性和前沿發展。


  (2)實現新技術、新成果的即時轉化,加強校企實驗人才團隊建設和交流,打造多維虛擬實驗教學創新平臺。


  3.創新虛擬仿真實驗教學培養模式和發揮區域引領示范作用


  (1)積極開展多級科研訓練項目資助計劃,引導學生個性化學習和實踐,多方位培養學生的科研素質和創新能力。


  (2)立足西部,深挖潛力,不斷增強科技創新能力,推出高水平的虛擬實驗教學與科研成果,發揮特色,實現在土木工程虛擬仿真實驗教學與改革領域的示范作用。


  五、結論


  土木工程虛擬仿真實驗教學體系的構建服務更多的對象,更豐富的教學資源來源,更廣、更多層次人才的提供。在使用對象方面,開放型實驗室的使用對象將從單一專業學生,擴大為多專業,如:工程管理專業、信息技術專業、土木工程專業、計算機專業等等,從本校使用擴大到兄弟院校、企業人員等等;在教學資源配備方面,也突破了原有實驗室僅依靠教師的單一資源,而是整合了更多、更新的行業資源、學術資源等;最后,在人才培養方面,也覆蓋了操作層、管理層、戰略層在內的多方位人才輸出模式。


  總之,探索土木工程虛擬仿真實驗教學體系建設,深化實驗教學體系改革,對于提高教學質量、促進創新人才培養和建設創新型國家具有重要的作用和現實意義。同時不斷發揮窗口作用,引領在西部地區土木工程領域的輻射示范作用,創新虛擬仿真實驗教學新理念,開拓虛擬仿真實驗教學的三維立體教學思路,實現中心虛擬仿真實驗的新發展,為實驗教學的發展做出新的貢獻。

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