虚拟仿真教学资源建设

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虚拟仿真教学资源建设范文第1篇

关键词：虚拟仿真；教学资源；建设

中图分类号：TP202 文献标识码：B 文章编号：1673-8454(2012)13-0047-03

随着科学技术的迅猛发展，越来越多的新技术被应用到辅助教学中。虚拟仿真技术就是当今非常流行的新型教学媒体。我院自2007年建设应用电子技术专业国家级教学资源库时，便开始研究虚拟仿真资源在教学中的应用，通过几年的建设建成了“虚拟电子产品生产车间”， 虚拟现实技术实现对真实电子产品工厂生产过程的模拟重现，让学生不需到工厂就可在3D虚拟工厂体验到电子产品生产的元件预处理、元件插装、波峰焊等工序对应的工艺、技术及安全生产流程。学生可以任意漫游三维虚拟车间，体验并操作波峰焊接机等各种设备、学习（或熟悉）各种工艺的操作技巧等。还建设了“单片机技术应用”整套仿真项目学习包，按照从简单到复杂的顺序，系统性地设计了“LED电子显示屏项目录像和仿真”等5个项目的系统仿真，在虚拟仿真教学资源开发与利用及如何与原教学资源平台衔接方面，探索出一条发展之路。

一、虚拟资源及教学资源平台建设综述

学院重视教学资源建设，在2006年至2009年国家示范性高职院校建设及后示范建设期间先后建设精品专业资源库16个，其中国家精品专业1个，国家教改试点专业2个，湖南省精品专业7个，湖南省教改试点专业6个；建设精品课程资源库28门，其中国家精品课程12门，省级精品课程16门；2007年开始牵头“应用电子技术”国家教学资源库建设，2010年获教育部正式立项，从专业标准库、课程资源库、培训资源库、素材资源库、职业信息库、标志性资源库六大方面进行建设，目前建设工作已基本完成，资源库参加2011年6月教育部在天津举行示范4周年暨资源库展示，获得在场专家和社会各届的一致好评，而学院也初步建成以1个国家级教学资源库为核心，包括轨道交通专业群、电子信息技术专业群、软件技术专业群等3个院级教学资源库的资源库群。

配合应用电子国家级教学资源库的建设，学院于2010年成功申报了“应用电子技术专业教学仿真实训软件系统”、“电气自动化技术教学仿真软件开发”、“模具拆装与设计虚拟实训室软件的开发”3项湖南省教育厅立项的虚拟仿真实训软件的开发项目。软件开发完成后，与原有的仿真实训系统无缝结合，初步形成了从虚拟到真实的实训教学特色，有力地促进了学生实际操作能力和实践能力的提高。“应用电子技术专业教学仿真实训软件系统”在示范建设四周年进行了专题展示，得到教育部领导的认可。所有软件在世界大学城进行了专题展示，得到省内外各兄弟院校的高度评价。

学院在以虚拟资源为抓手，推动学院教学资源库平台建设的过程中积累了很多可贵的经验，也促使学院虚拟仿真资源得到更长远的发展。

二、以虚拟仿真资源建设为抓手，带动学院教育教学改革进行

1.创新基于虚拟仿真资源的“多向”教学模式

职业院校很多操作性强的教学不能由传统理论教学实现，并且由于各种成本、安全、操作资质等条件的限制难于在真实的设备、真实的环境中进行实践教学，借助于虚拟软件的教学打破了传统的封闭教学模式，改善了教学模式的结构和层次，应用虚拟软件组织教学时更加注重师与生、生与生、师生与资源等之间的“多向”交互协同，并依据学习者个人的学习习惯和特点，凭借现代信息技术的优势，生成相应的学习模式。学习者在学习过程中通过RPG、游戏等方式充分使用资源，学习兴趣与效率得以提高。基于虚拟软件的教学有助于启发学生思维，培养学生参与构建真实世界的能力和创新意识，更有利于在虚拟软件情景学习中锻炼学生的职业素质。

2.推动基于虚拟仿真资源为载体的课程改革

虚拟仿真实训教学软件，信息海量、内容新颖，再现了岗位、再现了现场、再现了岗位作业过程。鲜活的现场内容，逼真的现场环境，为职业教育课程改革提供了重要的支撑。目前，我院以职业能力为主线、以职业活动课程为主体，理论与实践相融合、教学内容与岗位需求相适应的注重综合素质培养的、信息化教学资源支撑的课程体系正在形成。信息化环境下反映当前科学技术先进水平和职业岗位资格要求，有利于学生就业、创业和未来职业生涯发展的课程资源和校本课程、校本教材的开发正在全面推进。信息化环境下的多种教材形态，因其内容海量、更新速度快、呈现形式丰富、冲击力强大，适应了职业教育职业、岗位、专业和设施设备及工艺方案、操作标准变化快的特殊需求，全面推动了职业教育课程改革。

3.以虚拟仿真教学系统为牵动，创新实训基地建设

科学合理的校内实训基地建设方案，应该是虚实结合、虚拟仿真与实际操作有效融合的建设方案，无论哪一种“能力形态的获得”，实操实训的现实作用都是不可替代的。虚实结合不仅解决了实操实训进不去、看不见、难再现、多污染、高消耗、不安全、设施设备不足、实训指导教师不足等众多难题，而且将趣味性、现场氛围、个性化导训、智能化考核、分层次实训等先进的教育思想融入其中，创造出智能化、信息化、现代化的实训环境。只有虚实结合、融入信息化要素的实训基地建设方案，才能实现智能化实训教学目的，才会符合职业教育教学技能获得规律，才能使学生提早了解工厂、了解岗位、了解自己毕业后的工作环境，才会给我们带来巨大的经济效益、社会效益及质量效益。

虚拟仿真教学资源建设范文第2篇

[关键词]现代信息技术 建筑教学改革

建筑专业课的知识面广、枯燥乏味，具有高度的抽象性，原理及结构复杂。以计算机为核心的多媒体教学方式和互联网资源为建筑专业教学改革提供大好舞台，将现代信息技术整合到建筑专业教学中，可以改变教学资源的形式和内容，扩展教学的空间，更新教学模式，营造一个图文并茂、动静结合、视听并用、模拟仿真的教学情境，激发学生学习兴趣，提高教学质量；利用信息技术开发的虚拟仿真技术开展建筑专业实践教学，不受空间、时间、场地和资金等限制，并且避免了学生在工程现场真实实训可能带来的安全问题，虚拟仿真实训是学生专业实践技能训练的一种有效手段，是对学生在真实环境下实践能力培养的一种有效补充，能较好地解决建筑专业实践教学中存在的问题。

1 运用现代信息技术，研究和开发基于工作过程的教学资源库

为加快我校课程建设与改革的步伐，推动优质教学资源共建共享，建设“随时随地”学习的数字化学习环境，提高办学效益和人才培养质量，我校启动教学资源库建设项目，将优质教学资源利用信息技术进行有效的存储和管理，构建共享型专业教学资源库。

1.1 资源库系统组成。共享型专业教学资源库包括：资源库平台和专业教学资源。资源库平台包括：资源库硬件系统和资源库管理（支撑）系统，专业资源库包括资源建设模块、网络课程模块、资源共享模块和自主学习模块，各模块包含的内容如图1所示。

1.2 资源库建设目标。建筑专业教学资源库的建设是在基于工作过程的课程开发的基础上整合专业优质资源，把岗位职业工作要求细化成教学要求，使教与学的内容贴近职业现场。通过科学系统设计、合作开发管理、持续有序更新的方式，建设一个突出职业特色、资源交互共享、内容丰富立体并可持续发展的专业教学资源库，打造学生、教师、企业和社会共同受益的资源平台。

1.3 资源库建设的内容。资源素材库是建筑工程技术专业资源库的核心，包括建筑材料、建筑结构与构造、建筑测量仪器、施工机具设备、脚手架、施工工艺、工程案例、现行建筑法规与技术标准等内容。素材形式包括文本素材、图片素材、视频素材、动画素材、虚拟素材。文本素材主要收集国家与地方现行的建筑法规、技术标准、岗位能力标准、规程、业务流程、作业规范；收集实际的施工案例、工程造价案例等；图片素材主要包括建筑材料、结构与构造、测量仪器、施工机具设备、脚手架、施工工艺、现行建筑法规与技术标准等十大类资源；视频素材主要包括基础工程施工、主体结构工程施工、屋面施工和装饰装修施工等分部工程的施工录像；动画素材主要包括施工工艺流程、工作原理、工作过程、工艺标准、内部结构等；虚拟素材主要包括使用施工虚拟仿真技术建设虚拟企业、虚拟场景、虚拟设备以及虚拟实训项目等。

2 构建基于现代信息技术的教学模式

2.1 自主探究教学模式。自主探究教学模式分四个阶段：创设情境、揭示课题、明确目标；任务驱动、探索新知、启发引导；协作讨论、深入质疑、探究指导；反思评价、巩固内化、点评提升。具体如图2所示：

3 利用虚拟仿真技术开展实训教学

基于建设项目生命全周期，运用三维可视化控制与数据库技术结合工程实际开发可教学、可操作、可考核的建筑工程仿真实训系统。运用虚拟仿真技术改革当前建筑专业的传统实践教学模式，提高实践教学的效果，促进学生专业技能的培养。仿真实训系统主要由施工技术仿真系统、工程实训考核系统和工程管理仿真系统等三部分组成。按照工程建设的内容和流程，每个仿真系统下面都设有若干个子模块，其中建筑工程仿真实训系统和施工实训场仿真系统的结构图如图3和图4所示。

虚拟仿真教学资源建设范文第3篇

关键词：虚拟仿真实验中心;建设;管理

中图分类号：G647 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）07-0220-03

当前，随着信息技术、工程技术的飞速发展，全球经济一体化进程加快，为了顺应国际发展趋势，适应国家发展需求，坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路，我国教育进入了前所未有的大发展时期。国家教育部确立教育信息化的战略地位，于2012年印发了《教育信息化十年发展规划（2011―2020）》，要求推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式，提出要利用先进网络和信息技术，整合资源，构建先进、高效、实用的高等教育信息基础设施，开发整合各类优质教育教学资源，建立高等教育资源共建共享机制，推进教学实验平台等信息化建设。各类地方高校及军队院校纷纷转变办学思路，调整人才培养方向和定位，积极参与高等教育信息化建设。

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号）精神，根据《教育信息化十年发展规划（2011―2020）》，教育部决定于2013年启动开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。这种新的实验教学方式采用开放的实验教学模式，以信息化技术为标志，以充分反映学科特点和要求为出发点，为实验教学注入新内容，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，是对传统实验教学的延伸和扩展。从实施的情况来看，虚拟实验教学尤其对实验室的管理水平和网络化共享平台要求甚高，因此迫切需要借助完善的实验室管理办法来维护。为了高效管理实验教学资源，实现校内外、本地区及更广范围内的实验资源共享，保证虚拟仿真实验教学中心的可持续发展，本文围绕虚拟仿真实验中心的建设与管理进行探讨，有利于更好地发挥虚拟仿真实验在信息化背景下创新人才培养中的作用，为实验教学的改革与创新提供参考。

一、虚拟仿真实验概述

虚拟实验（室）（Virtual Laboratory，VL），也称合作实验（Collaboratory Laboratory，CL），这个概念于1989年由美国William Wolf教授最早提出，Wolf教授形象的把虚拟实验室称为“没有围墙的研究中心”。虚拟实验是指借助于图形图像、仿真和虚拟现实等技术在计算机上所营造的，可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验操作各环节的相关软硬件操作环境[1]。虚拟实验是相对真实实验而言的，它没有以实物形态存在的实验设备与实验对象，实验过程主要是利用鼠标的点击、拖动来设置实验条件，采集实验数据，分析处理实验结果，从而完成整个实验。

虚拟仿真实验实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，成功地解决了硬件条件与学生学习需求不断提高之间的矛盾，利用计算机网络的便捷及软件模型的真实可靠，基于面向对象的思想，构建可视化的管理平台，实现在线模拟实验、虚拟设备实验、远程实验及在线帮助等功能，通过在线提交实验报告及在线帮助等模块使教师与学生的交互性更强，突出学生的主体地位。

用于教学的虚拟实验室大致可分为两种类型。

1.基于虚拟仪器的实验室。这是直接由各种虚拟仪器代替物理设备所构成的实验室。构建该类实验室较为简单，易于实现，如虚拟示波器、数字万用表、信号发生器等虚拟仪器构成的实验室，成本低，易于管理。

2.基于网络的远程虚拟实验室。这类实验室构成相对复杂些，所需技术较多，但由于其有广阔的应用前景，这种形式也是教育方式发展的一个趋势，且现今计算机技术、网络技术发展迅速为其提供了必要的物质技术条件。

二、虚拟仿真实验的本质特征

长期以来，在全国普通本科高校实验室数量、面积持续增长的前提下，实验教学的现状依然不能满足当下各学院的学科专业发展和实验教学质量的提高。虚拟实验室打破了传统实验教学以教师为中心的局限，依托信息化技术，如虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等其他重要的信息化技术，填补了传统实验平台不能实现的实验内容。在虚拟实验室内构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在这个环境中不必担心损坏仪器设备，可大胆地尝试各种设计性实验、综合性实验和探索性实验，并可将相应的网络资源进行整合，开发出新的实验内容。不但能开拓学生视野，提高学生兴趣，而且拓展了学生的创新能力和想象能力。虚拟仿真实验充分反映了各学科的要求和特点，形式灵活多样。功能上与教学内容相契合，为本科教学服务，满足教学大纲要求，既巩固基本理论与操作，又能适应新形势下人才培养的需要。信息化技术特征、高度仿真和满足教学要求三个方面构成虚拟仿真实验教学中心的本质特征。

三、虚拟仿真实验中心建设的必要性

随着信息化技术的迅猛发展和普及应用，高校实验室建设得到了国家、各大高校的高度重视，通过近几年的建设已经取得了大量卓越的成果。然而，在如何体现信息化核心教学理念方面仍缺少实质性的方案和实践，特别是实验内容和实验手段，难以满足实验教学对于各学科支撑作用的需求。

虚拟仿真实验教学资源作为整个高校教学资源的一部分，在高等教育实验教学框架下系统运行，虚拟仿真实验中心的建设弥补了传统实验不能实现的教学功能，为当下实验教学质量的提高提供了一个有效的问题解决方案，其必要性在于：首先，网络化虚拟实验室比传统实验室更具有开放性，有效地打破了时间和空间的界限，学生可以灵活安排自己的实验时间，也可以根据专业、兴趣、爱好自主选择实验内容，对自己完成的综合设计性实验方案进行实验，有效拓展了实践渠道，丰富课外学习内容。其次，大大节省了实验室建设中人力、物力、财力的投入，降低了实验教学成本。实验仪器、实验耗材都是通过虚拟技术实现，实验教学的改革、实验项目的调整、实验方案的优化再也不受实验设备性能的制约，有效解决了传统实验平台建设周期长、投入大、设备功能缺乏、性能老化、更新补充不到位等问题，保障了教学的正常开展。再次，针对实践性强的理工类学科，利用虚拟仿真技术可以做到紧跟科学技术的发展趋势，通过课题研究、技术开发、工程实验、成果转化、产业化等产学研一体化的创新活动，将前沿技术融入教学，实现科研活动与教学活动、科技创新与人才培养的完美结合。

同时，由于我国区域经济发展的不平衡，导致教育资源分布差异很大，一些地区短时间内难以建立良好的实验环境和优质的教学资源。因此，依托互联网的应用普及，虚实结合地开展虚拟仿真实验，将会极大地拓展课程受益面，成为一种非常迅速、有效、值得推广的教育资源辐射形式。

四、虚拟仿真实验中心的建设思路

（一）定位明确，特色鲜明

科学和技术发展离不开先进的研究手段，人才的培养更离不开先进的实习和实验条件。高等学校以培养人才为中心，同时承担着知识产出和社会服务的重要任务。因此，高校实验教学在人才培养中的地位和作用显而易见。虚拟仿真实验教学中心的建设以坚持信息化技术与教育教学深度融合为核心理念，以培养学生实践能力、创新能力和提高教学质量为宗旨，以实验资源开放共享为目标，坚持特点建设，创新管理机制，推动教学改革，带动实验教学水平的总体提升。

（二）制定规划，分期建设

首先对虚拟实验教学体系总体规划，对实验中心建设、组织机构、管理体系进行总体设计，特别强调进行“顶层设计”。既要避免实验室或某些实验功能的重复建设，又要考虑与其他地方院校实验室及研究机构、企业等组织上下、纵横结合。其次是对教学内容、课程设置和培养目标进行整体设计，像设计理论教学那样独立设计实验教学课程。各院系专业按自身教学结构设置实验室体系，注意将综合性实验室与专业实验室相结合。

要把虚拟实验室建设与教学（训练）基地建设统一规划，统一实施，把虚拟实验教学与基地化实验教学结合进行，并且要边建设边使用，边使用边完善。

（三）面向未来，开放发展

虚拟仿真实验中心是基于网络的全面开放发展的系统，具有较强的交互性。在前期整理思路、摸索经验的基础上，要建立起全方位的合作模式，产生良好的社会效益和经济效益，使资源共享可持续。某校开发的软件系统，既能为其他合作实验室和院校机构所使用，其他科研机构开发的系统也能为该校提供依据和帮助。

五、虚拟仿真实验中心的管理建设

（一）完善虚拟仿真实验中心的管理机制

1.理顺管理体制。从宏观层面上看，学校集中管理的同时，各学院具有一定的独立自。组织机构、设备管理、实验教学、信息技术平台、人员配置等机构各司其职，相互协作，建立信息化管理体制。各实验室的建设与升级由各院各实验教学中心统一时间节点，制定相应计划，做好预算，统一进行建设与管理，这样既有效地实现了有限资源的协调与共享，较好了节约资金，又能统一各实验室建设的进度及管理办法，全面推进各个学科虚拟实验室的建设与使用。

2.制定全面的管理制度。从微观层面上看，为了确保实验教学的顺利开展，制定一套统一的科学化的管理制度和工作规范，实现对虚拟实验中心管理、实验室资源分配、使用情况、实验实践教学及人员流动等全方位的管理。具体制度既包含传统的实验中心管理人员和教师岗位职责、实验中心工作规程、实验中心工作条例、实验室开放实施办法、实验教学工作条例等管理措施，还包含虚拟仿真实验特点的课题负责人责任制、登记实验室开发人员和管理人员名单、针对不同职责人员的培训计划和大型精密仪器设备开放共享管理办法。

3.建立项目申报常态机制，设立创新升级专项基金。从可持续发展层面上看，按照学科方向、课程内容应建立相应的实验项目申报机制。特别是创新实验建设，每学期组织一次项目申报，由每个教研中心按照课程实验教学目标及内容要求设计一定数量、切实可行、具有创新意义的仿真实验、设计性实验，填写《虚拟实验室项目申请表》，由学校审批后，将项目列表公布在校园网上，供学生选择。每个项目建立相应的项目情况登记表、项目进度表，由学院定期检查项目进展。

学校和学院设立实验中心创新升级专项基金，用于硬件设备的添置，软件系统升级维护等费用。精简行政审批手续，改变非专业人员决策的问题。组织专门的专家委员会定期评审，评审通过后由实验室相关人员实施采购、升级或委托专门的采购部门直接采购。同时，作为一种激励方式，为了鼓励教师和学生积极参与创新实验，基金可贴补津贴。

（二）建立虚拟仿真实验教学新体系

1.设置相应的学分，鼓励学生积极参加虚拟实验的学习。随着教学改革的进一步深化，课程总学时特别是专业基础课程学时数大幅度压缩，因此迫切需要课程体系进一步整合。在理论课时压缩的背景下，实验课程的比例需要适当的增加。根据理论知识的要求，开设一定数量、难度的虚拟实验，给予相应的学分，规定各专业本科生的最低实验学分。这样的学时安排给学生提供了更为充裕的时间发挥学习的主动性和创造性，培养学生的自我管理能力和动手操作能力，进一步促进理论知识的理解和应用。

2.优化实验教学资源，促进创新能力的培养。按照信息化条件下对新型人才的培养要求，在传统实验的基础上，删减陈旧过时或与新专业特点不符的实验内容，关注市场需求和学生兴趣点，将产学研相结合，通过引进或自主研发等方式丰富虚拟仿真实验教学资源，研讨论证虚拟实验内容，科学分配学时数。从内容上将实验分为基础实验、设计性实验和专题研究等几个层次。从性质上分为必选、任选和限选实验等。单独制定虚拟实验教学计划和教学大纲。坚持以反映新技术、新知识，注重培养创新能力为目的，使实验课程体系得到整合优化，突出专业特点，保证实验教学的系统、完整与科学。

（三）加强教师水平与实验教学水平建设

为了保障实验室的质量，各实验室负责人要求教学水平与科研水平兼备。以核心技术队伍建设为重点，带动实验技术队伍综合素质的整体提高。选拔骨干教师充实实验教学、管理队伍。根据工作需要和岗位规划，吸引不同学历、不同能力、不同技术特点的人才应聘不同岗位，优化实验教学中心人员组成结构。建立科学合理的青年教师培养计划，发扬传帮带的优良传统。确保实验室长期有序的建设与可持续发展。

（四）建立科学合理的虚拟仿真实验中心评价机制

围绕学生综合素质发展和创新能力提高这一目标，制定包含实验教学资源、信息平台、实验教学队伍、实验教学效果、管理保障的全方位、规范化的评价体系。实验教学资源中教学平台建设与信息平台是构建虚拟实验室的基础，科研成果转化为教学内容是特色建设及可持续发展的不竭动力。组织建设与规范管理是发展好实验室建设的有力保障。在评价的过程中，既要兼顾全面，也要突出重点。

（五）完善教学管理与共享平台

虚拟仿真实验教学系统是依托学校校园网的公共实验教学平台，要保证虚拟仿真实验教学资源的开放共享和充分使用，必须坚持“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想，结合学校办学理念和培养目标的特点，采用引进或自制的方式打造适应现代教育新发展的教学平台，建成包含实验室资产、设备维护、课程体系管理、实验室日常管理等内容的信息化管理平台，构筑教育信息化体系。

依托虚拟实验信息化管理平台建立实验室优质资源共享系统，通过激励机制，调动各级单位参与共享的积极性。一方面要推进区域内校际资源共享，另一方面要整合校内实验资源，促进院系间实验资源共享。

六、小结

总之，在传统教学不能满足信息化时代教学要求的背景下，建立基于计算机网络资源的虚拟仿真实验中心成为解决硬件设施不足、教学时空受限、实验内容与实际脱节等现实问题，提高教学质量的重要选择。目前虚拟仿真实验中心的建设得到了国家的重视和大力支持，在各高校及科研机构等组织中得到了不同程度的发展。不断推进虚拟仿真实验中心管理建设，提升管理水平将在未来的实践中证明是虚拟仿真实验中心建设的重要内容和保障。

参考文献：

[1]杨磊.虚拟实验及其教学管理平台的设计与研究[D].陕两师范大学，2006.

[2]李江全，等.虚拟仪器设计测控应用典型实例[M].北京：电子工业出版社，2010.

虚拟仿真教学资源建设范文第4篇

关键词：虚拟仿真实验；实验教学；土木工程；实验室建设

1土木工程专业的实验教学特点

土木工程专业的实验与实践教学具有行业的特殊性。

（1）空间体量巨大。土木工程的服务对象是建筑物、桥梁、隧道，一般体量巨大。现在世界最高的建筑物高度超过800m，桥梁的最大跨度达1991m，超高层建筑物的单根柱子、单根桩基的承载能力上万吨。进行这些结构或构件的实体实验几乎是不可能的，即使是缩尺实验，也存在实验构件及加载设备体量大、实验环境恶劣、实验费用高的问题，限制了学生的参与。

（2）施工周期长。土木工程的建设周期一般比较长，世界最高建筑物———迪拜塔的建设历时6年，通常一幢普通的住宅楼施工工期也需要1年以上。由于时间的限制，学生的认识实习和生产实习无法得到工程建设全过程的体验。

（3）工程参与方多。土木工程存在不同的建设参与方（建设方、设计方、施工方、监理方等），在学生认识实习和生产实习过程中，往往只能体验其中某一方的工作，无法从不同参与方的视角去感受和经历工程。

（4）危险性高。土木工程实验很多是破坏性试验，并且是脆性破坏，具有一定的突然性，学生在实验过程中的安全问题十分突出。同时，由于施工现场工序复杂、人员众多，而很多学生又缺乏施工经验和对危险源的判别能力，这使得很多施工单位在安排学生的认识实习和生产实习时存在顾虑。

（5）实验难度大。在土木工程的实验中，灾害环境（如台风、火灾、地震、滑坡和泥石流等）的模拟设备造价高（大型地震模拟振动台的造价上亿元、大型风洞的造价几千万元）。灾害环境实验难度大、危险性大、费用高。为解决土木工程传统理论教学与学生工程化培养之间的矛盾，拓展实验及实践教学的深度和广度，提高实验教学的实效，实现理论教学与实践教学的紧密结合，特别是进行灾害环境对土木工程影响的分析、解决重大工程的防灾问题，尽可能减少实验成本和潜在危害，东南大学在课堂理论教学、原有实体实验、认识实习和生产实习的基础上，利用专业的仿真软件，采用多媒体技术以及网络通信平台，构建了具有高度真实感、直观性和精确性的虚拟仿真实验教学平台，作为实体实验及实践教学的有益补充和创新［1－5］。

2实验教学资源建设

早在2005年“工程结构设计原理”与2006年“建筑结构设计”国家精品课程建设期间，东南大学就开始组建土木工程计算机辅助结构设计实验室，此后结合“土木工程施工”、“工程合同管理”、“结构力学”及“工程结构抗震与防灾”几门国家精品课程和其他相关课程的建设，又相继成立了土木工程施工虚拟仿真实验室、土木工程管理信息化等实验室。2013年通过资源整合，依托国家级土木工程实验教学示范中心，成立了东南大学土木工程虚拟仿真实验教学中心。中心面向土木工程、建筑学、交通工程及其他相关专业，形成了“三层次、四模块、五结合”的教学体系。（1）三层次：按照人才培养需求与教学规律，将实验教学内容划分为基础训练、提高训练和创新训练；（2）四模块：按专业知识体系与工程实践规律，搭建土木工程设计、施工、管理、创新实践4个虚拟仿真实验平台；（3）五结合：与理论课程相结合、与实体实验相结合、与科研项目相结合、与实际工程相结合、与企业实践相结合。其中，四模块的18门实验课程支撑8门专业主干课程与12门实体实验实践课程，辐射其他16门专业课程，基本覆盖了土木工程专业的主要专业课。

2．1土木工程结构分析与设计虚拟仿真模块

模块主要包括：（1）基本构件虚拟仿真、楼盖设计虚拟仿真及单层工业厂房设计虚拟仿真等基础训练层次的虚拟仿真实验项目；（2）建筑结构抗震虚拟仿真、高层建筑结构设计虚拟仿真、大跨空间结构设计虚拟仿真及桥梁结构设计虚拟仿真等提高训练层次的虚拟仿真实验项目；（3）复杂结构虚拟仿真、基于MTS混合实验、大跨桥梁抗风虚拟仿真、结构构件抗火虚拟仿真等创新训练层次的虚拟仿真实验项目，是“工程结构设计原理”、“建筑结构设计”与“工程结构抗震与防灾”这3门国家级精品资源共享课的重要建设内容。结构分析与设计虚拟仿真实验项目充分体现了CDIO（conceive－design－implement－operate）的工程教育理念［6－7］，是从工程的构思到概念设计，再进行仿真分析，根据仿真分析结果对概念设计进行优化调整，最后按优化后结构进行施工图设计的全过程虚拟仿真实验，实现虚实结合的实践教学。以特色实验项目“基于MTS系统混合模拟实验平台”为例，传统的建筑物抗震防灾实验大多数是对整个结构进行的，由于整体实验成本较高且实验项目较多，导致实验场地和实验时间安排紧张。为了提高实验项目的实际效果和设备的有效利用，将结构的大部分替换为数值子结构并采用计算机进行仿真，而只有小部分结构在实验室进行足尺实验（见图1）。仿真实验具有参数可调、实验方案可扩展、不存在硬件损耗的特点，能够加深学生对实验的理解；实体实验具有真实可靠、直观性强的特点，能够提高学生的动手能力和观察能力。采用计算机仿真实验与实体实验相结合的手段，可以有效提高学生综合应用所学知识的能力。同时，实时混合实验作为目前最先进的抗震防灾实验手段之一，有助于培养学生的创新意识，提高学术水平。

2．2土木工程施工虚拟仿真模块

该模块主要包含基本施工技术虚拟仿真、复杂工程施工技术虚拟仿真及关键施工技术仿真分析3部分。基本施工技术虚拟仿真主要包括土方、桩基础、模板、钢筋工程等施工过程的虚拟仿真，是模块的基础训练部分；复杂工程施工技术虚拟仿真主要是针对超高层建筑结构、大跨空间结构、大跨桥梁结构等典型工程施工全过程的虚拟仿真，向学生介绍最新的施工技术和复杂工程的施工组织，它是模块的提高训练部分；关键施工技术仿真分析部分主要针对全新的施工技术，通过对施工过程中关键部分的仿真分析，确保施工的顺利和安全，它是模块的创新训练部分。以典型实验项目“大跨桥梁结构施工虚拟仿真”为例，该实验项目以铜陵长江大桥工程为案例，与中铁大桥局集团和柳州欧维姆机械股份有限公司合作完成。对该工程的施工全过程进行了虚拟仿真，包含桩基础施工、沉井施工、主塔施工、钢桁梁吊装施工、斜拉索施工等子系统（见图2）。通过该项目的学习，学生可以了解大跨斜拉桥施工的主要步骤、施工工艺、技术措施等。

2．3土木工程管理虚拟仿真模块

该模块包含工程项目管理、工程造价管理、工程合同管理和工程管理BIM综合4个部分。传统的信息技术类课程教学模式比较注重信息系统管理知识的介绍和基础软件操作，但是存在信息技术类知识体系在不同部分之间的割裂问题，使学生难以形成结构化、模块化的专业信息技术能力和素质。土木工程管理虚拟仿真实验平台对传统课程设置模式进行了改革，根据多学科对信息技术的应用需求，注重学生专业核心能力的培养，形成信息技术类实验课程平台。以典型实验项目“工程管理BIM综合虚拟仿真”为例，该项目根据给定的工程项目设计（包括建筑、结构、设备等）方案、相应的城市规划条件以及有关的地理环境数据，从施工单位、设计单位或咨询单位的角度进行项目建筑设计方案的多维可视化仿真（见图3），并利用BIM模型进行辅助施工管理，包括项目的日照分析、建筑能耗分析、绿色建筑评价、建筑体量计算等。

2．4土木工程创新实践虚拟仿真模块

本模块主要分为基于创新训练计划的虚拟仿真和基于学生参加科技竞赛的虚拟仿真两部分，以满足学生课外研学课程的需要，在实验项目的设计上充分体现CDIO的工程教育理念。学生根据项目的要求，利用已学的专业知识，对结构进行概念设计，然后运用仿真分析软件进行模型计算分析，根据仿真分析结果对模型设计进行优化，完成实体模型的制作，将制作好的模型进行加载或让其完成特定功能。通过本模块实验项目的训练，可以加深学生对各类结构体系、设计分析的理解和认识，使学生在知识运用能力、创新能力、动手能力、团队协作精神等方面得到全面提升［8－9］。以典型实验项目“创新结构体系虚拟仿真实验”为例（见图4），要求学生设计并制作创新结构模型，以反映学生的力学概念、结构概念和创新思维。实验项目鼓励节能减排、循环经济的创新思路，旨在通过指导学生对结构概念设计、基本构件受力状态、空间结构体系及特点、典型工程案例分析等内容的学习，培养学生勤于观察与思考，并动手制作结构模型的能力，使学生能够从结构整体上把握建筑物的结构体系及受力特点，并通过学习报告、制作模型及加载体验的方式提高学生的动手实践能力和创新意识。

3教学特色

3．1依托优质教学资源建设虚拟仿真实验平台

土木工程虚拟仿真实验教学中心长期坚持实体实验项目建设和虚拟仿真项目建设相结合，通过国家级教学团队的规划，完善了实验教学体系，并将学生实验训练的学时数比例由总学时的19％增加到25％。中心依托国家级土木工程实验教学示范中心，与理论教学紧密结合，进行虚实结合的实验教学资源建设，有力地支撑了6门国家精品课程、5门国家级精品资源共享课程和1门国家级视频公开课的建设，提升了课程建设和专业建设的水平。2013年，土木工程专业以优秀成绩第4次通过住建部高等教育土木工程专业评估委员会的评估，在2012年的全国学科评估中，东南大学土木工程学科名列全国第三。

3．2来源于科研项目，面向创新能力培养

中心依托“国家预应力工程技术中心”、“混凝土与预应力混凝土教育部重点实验室”等国家和部省级科研基地，不断地将最新科研成果转化为虚拟仿真实验项目。通过把科研成果转化为实验教学内容，把科研方法融入实验教学活动，向学生传授科研理念、科研文化、科研价值，使学生了解科技最新发展和学术前沿动态，激发科研兴趣，启发科研思维，培养科研道德，提升学生科学研究和科技创新能力。

3．3来源于工程实践，面向工程实践能力培养

中心的大量虚拟仿真实验项目来自于真实的工程实例，是以实际工程为背景，解决工程实际问题为目标的“实战型”项目。通过真实项目的演练，指导学生综合运用专业知识，进一步培养学生的工程素质和实践能力，为社会输送合格的“来之能战”的毕业生。已将典型重大工程转化为实验项目的实例有：（1）山东博物馆屋盖薄壁箱型结构虚拟仿真；（2）广州南站大跨空间结构温度应力虚拟仿真；（3）广州白云机场复杂铸钢节点虚拟仿真；（4）润扬长江大桥大跨桥梁抗风虚拟仿真；（5）深圳大运会体育馆钢结构安装施工虚拟仿真；（6）沪通长江大桥桥梁沉井施工全过程虚拟仿真。

3．4面向防灾减灾，开展灾害虚拟仿真

现代土木工程的最大威胁来自于各种自然灾害和人为灾害———地震、台风、海啸、火灾、爆炸、泥石流等。各种灾害因其巨大的时空尺度而难以再现，因其复杂的生成原因而无法重复，所以要借助现代虚拟仿真技术进行演示。中心依托云计算中心每秒37万亿次峰值浮点计算能力，运用大型虚拟仿真分析软件，开展地震、台风、火灾及爆炸等灾害的模拟，提升学生防灾意识和减灾水平。

4结束语

通过多年的建设，东南大学土木工程虚拟仿真实验教学中心已经成为由国家级教学团队及国家级教学名师负责规划和建设，面向土木工程、工程管理2个国家级高等教育特色专业和其他相关专业的实验实践教学基地，为“结构力学”、“工程结构设计原理”、“建筑结构设计”、“工程结构抗震与防灾”、“土木工程施工”、“工程合同管理”等6门国家级精品课程和其他相关课程开展虚拟仿真实验教学，面向7个专业的学生开展创新训练。2014年，该中心获批为国家级土木工程虚拟仿真实验教学中心。

参考文献（References）

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［2］石松泉，沈红，梁伟，等．虚实结合的电工电子实验教学体系的设计［J］．实验技术与管理，2008，25（8）：184－186．

［3］蔡卫国．虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用［J］．实验技术与管理，2011，28（8）：76－78．

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［5］王卫国．虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议［J］．实验室研究与探索，2013，32（12）：5－8．

［6］李平，毛昌杰，徐进．开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平［J］．实验室研究与探索，2013，32（11）：5－8．

［7］李亮亮，赵玉珍，李正操，等．材料科学与工程虚拟仿真实验教学中心的建设［J］．实验技术与管理，2014，31（2）：5－8．

［8］胡文龙．基于CDIO的工科探究式教学改革研究［J］．高等工程教育研究，2014（1）：163－168．

虚拟仿真教学资源建设范文第5篇

一、规划的重要性。虚拟仿真实训技术是建立在虚拟现实与网络技术基础之上的，多感知性、沉浸性、互动性和构想性决定了其高技术、高难度、高投入，这就需要站在全局的基础上，发挥教学指导委员会与行业指导委员会的作用，做好总体规划。搞清楚哪些专业、哪些课程适合搞，哪些不适合搞。防止无序的低水平重复建设，使有限的资金用在刀刃上。

二、选题的必要性。辽宁省总结要选择实操实训存在的“三高（高投入、高危险、高污染）、四难（难进入、难看见、难运行、难再现）”现象进行开发，要具有不可或缺性，要有所为有所不为。否则，将大大增加教学成本，搞不好还会弄巧成拙。

三、作品的科学性。仿真实训围绕着实操实训做资源，在现场的真实性、项目的典型性、工艺的先进性、动作的示范性、准确性等方面对设计者都有很高的要求，对现场不够精通的教师是很难胜任的。因此，仿真要真，就要吸收行业专家加入创作与指导队伍，还要吸收教育技术专家参加设计，选择有教育背景的软件企业一起开发制作，否则会误导学生，不仅无利，反而有害。

四、标准的紧迫性。虚拟仿真实训基地建设在职业教育信息化领域技术含量最高，需要标准先行。所包括的项目选题、教学设计、开发流程、稿本与脚本编写、电脑制作、产品合成包装、产品验收、评价等各个环节既有电脑制作与作品验收方面的技术问题，也有仿真实训软件的设计理念方面的问题。有人推崇将游戏软件作为教育软件，我们理解教师想用游戏软件把职校学生拉回课堂的主观意愿，但二者在开发目的、表现形式、教学策略、教学设计、技术路线及学习效果上有很大的不同。我们强调教师主导与学生主体的统一，而前者重视了学生的主体性，却忽略了教师的主导性。

五、与“课”的整合性。虚拟仿真实训资源的开发是手段，教学应用才是目的，要特别注重仿真实训资源与专业、课程的整合与创新。多年来，我们在课程改革的方向上是没有错的，项目教学、任务驱动、理实一体化等。但是，成效似乎不如想象的那样大，究其原因，我们缺少一个抓手，这个抓手就是虚拟仿真实训资源的支撑。以教材与数字化资源的关系为例。过去，是“书配盘”，先有书，后有盘（书后配备的数字化教学资源光盘），光盘只是书的附属物，真正理实一体化的好教材并不多见。现在是否能来个观念创新——“盘配书”呢？换言之，我们先从仿真实训教学资源抓起，有了好用的资源，教材的编写是否就更有的放矢、更有水平、更加便捷？理实一体化（先课堂仿真演示教学，后学生交互自主仿真学习，再实操实训）是否就可以落到了实处？有了仿真实训数字化资源，往前可用于课堂演示教学，往后可用于实操实训的导训，还可以用于课程与专业的实践环节以及职业技能应知应会的考核。这样一来，信息技术对教学的支撑作用就可以显现，信息技术对教学内容的整合，对教学方法、内容、模式的创新作用就可以凸显，职业教育进入内涵建设时代就有了方向，有了抓手。