土木工程教学实践和成就探讨论文(共3篇)

作者:检测猫     发表时间:2022-03-28 01:13:11   浏览次数:29



  随着现在我国经济的不断发展,人们的生活水平也得到了提升,同时在一些生活理念上也有的一些微妙的变化,土木工程就是随着人们的需求而产生的,下面小编就整理了关于土木工程的相关论文,来供大家参考借鉴。


  第1篇:中国土木工程集团有限公司主要科技创新成果


  中国土木工程集团有限公司(以下简称中土集团)自1979年创立,海外市场持续经营近40年,在海外承揽并修建了坦赞铁路、安伊高铁、亚吉铁路等多项著名工程,依托这些项目进行科技攻关,解决了大量技术难题,取得了众多科技成果,其中有代表性的科技创新成果主要有:


  成果1双层桥面预应力混凝土斜拉桥建造技术


  本成果获得国家科学技术进步奖二等奖。澳门西湾大桥是连接澳门半岛与凼仔岛的第三座跨海大桥,第一次解决了澳门台风时段交通阻断问题,保证了澳门本岛和离岛间的全天候交通,对澳门经济腾飞具有重要意义。该桥是世界上第一座上、下层通车的双层双主梁预应力混凝土箱型斜拉桥,主跨180m,是当时世界上双层通车混凝土桥梁的最大跨度。由于箱梁内通车净空的限制,箱梁内不设加劲横梁,设计上采用将两幅分开的形式,在同类桥梁设计方面达到了世界先进水平。西湾大桥的建成,为双层通车预应力混凝土斜拉桥的设计及施工开创了先例并积累了经验,提高了我国桥梁设计施工的综合水平。全桥在建造过程中采用了多项新的施工技术、材料及新工艺,并经过精心设计比选。西湾大桥采用了特别设计的超大型减震隔震橡胶支座,其直径为132cm,承载能力1300t,此型式新型特制减震桥梁支座在国内首次采用,达到世界先进水平。本桥主塔M型设计,解决了分离式主塔刚度不足的问题,同时很好地将澳门地方文化与大桥的造型融合一起。


  成果2地中海泥灰岩地质条件下隧道施工技术


  中土集团承建的甘塔斯隧道项目位于阿尔及利亚首都阿尔及尔以西100km,是阿尔及利亚北方干线铁路的控制性工程,该隧道设计为分离式双洞单线隧道,左洞长7346m,右洞长7335m。隧道围岩主要以膨胀性的泥灰岩为主,间杂页岩等软岩,总体地质条件较差,围岩膨胀变形大,围岩变化比较频繁,施工难度大。经过技术攻关和多次组织召开专家会研讨设计方案和施工技术,最终解决了强膨胀泥灰岩地质的相关问题,填补了国内设计和施工技术在该地质条件下应用的空白,是中国技术在环地中海泥灰岩条件下的重大成果,证明了中国公司完全可以适应欧标体系的要求。


  成果3非洲铁路网规划研究


  本课题是落实国务院“关于与非洲共享中国铁路建设经验、分享中国成熟技术”指示精神的具体行动,旨在推动中国铁路“走出去”,促进铁路、轨道交通工程技术、建筑施工、装备制造等优势产能的输出。本课题全面、系统地对非洲各国的既有铁路现状及规划线路情况进行了研究,对非洲铁路网的规划和形成提供了初步分析和建议,为详细规划的建立提供初步依据,提出了“四纵六横”主路网通道。研究成果与国家发改委、中国进出口银行等机构交流汇报后,引起高度关注,得到充分肯定。


  成果4高精度机载激光雷达技术在亚吉铁路勘测中的应用研究


  针对亚吉铁路项目地形较平坦、植被稀疏及野外勘察作业安全风险高的特点,通过对机载激光雷达航飞数据获取、机载激光雷达数据处理等关键技术的研究,在gps/IMU联合数据处理、点云数据滤波与分类、点云数据分块与海量三角网生成、横断面测绘、航测地形图质检等方面有所创新。该研究成果首次在非洲铁路领域应用,取得了良好效果,具有较好的推广应用前景,具备创新性、实用性,社会经济效益显著,达到国际先进水平。


  成果5非洲地区供水工程建设研究


  中土集团承建的坦桑尼亚维多利亚湖供水项目采用压力波动预止阀+泵后快闭止回阀+高效管道双向空气阀+专用补气通道等组合作为水锤消除系统,技术含量高,施工难度巨大,是当时非洲地区处理能力最大、现代化程度最高的供水项目之一,也是我国供水设计技术与国际设计标准接轨的成功范例之一,项目的成功实施为在赞比亚、几内亚、坦桑尼亚等国家实施后续供水项目创造了条件,为中非合作互利共赢增添了光彩。


  第2篇:土木工程制图课程中“主动学习”教学模式实践


  何蕊,高岱,栾英艳(哈尔滨工业大学工程图学部,黑龙江哈尔滨150001)


  摘要:根据土木工程制图的内容及教学要求,修订教学计划,调整教学内容。在课程体系中增加构型设计和行业先进技术建筑信息模型(BIM)技术,尝试以学生为中心的教学方法,以项目学习为驱动,在实际教学中培养学生学习主动性并提高学习效率。普通班与试验班教学效果评估及评教结果显示,新的教学模式较有效的调动学生学习主动性有一定积极作用。


  关键词:土木工程制图;主动学习;建筑信息模型;项目学习


  近年来,高等教育正在积极推进以教为主转为以学为主,即以学生为中心。学生成为学习活动的主体。如何在讲授中引导学生提高学习兴趣,培养自主学习能力,使被动学习转变为主动学习,是现阶段高校教师应积极思考并付诸实践的。


  自从美国心理学家Rogers提出了以学生为中心的教育思想后,美国等国家已经实施了几十年,证实了方法的有效性并获得了宝贵的经验[1-3]。与此同时,中国高校也在积极推动从教为主向以学为主的转变,并在教学活动中作出了很多有益尝试。文献[4]设计了6个环节组成的教学模式,并进行了尝试与探讨;文献[5]研究了主动学习在《临床检验基础》课程实验教学中的运用,给出了有意义的结果及展望。


  1教学内容的改革


  土木工程制图课程是针对土木类大一学生开设的专业基础课,内容包括土木画法几何、专业制图及计算机辅助设计部分。本课程在土木类专业中起到先修课的作用,学习结果直接关系到其他专业课的学习。在教学过程中引入主动学习教学方法,如课堂互动、小组讨论、项目作业等,并在班级中随机选取教学班实施新教学方法。


  以教学为中心的方式易出现不及时更新教学内容的情况,使得有些教学内容陈旧、与实际相脱节,学生认为所学内容与自身的职业发展无关,易对学习失去兴趣。教师在开课初始,应让学生了解本课程体系与未来职业发展的关系,并及时更新教学设计及教学内容。科技前沿技术与课程相关的内容如能及时补充,不但对学生的职业发展有帮助,也会使学生产生学习兴趣。


  近年来在美英等国家兴起的建筑信息模型(buildinginformationmodeling,BIM)技术是建筑行业的领先技术,该技术将原始的二维设计转为三维设计,并将建筑生命周期中的相关参数数据赋予模型,使建筑模型在设计、施工、运维等各个阶段达到数据共享,实现全专业数据共享,可降低成本、缩短工期、避免或减少现场变更。目前,中国也在积极推动该项技术在国内建筑领域的发展,由于是新技术引进时间不长,在用人市场上BIM方向人才呈现短缺现象[6-9]。在这一契机下,本课程体系将建筑行业近年来兴起的BIM技术增加至原有的课程体系中的计算机辅助绘图部分,使计算机辅设计部分变为集二维设计与三维设计于一体的新体系。


  同时增加了构型设计内容,旨在培养学生空间思维能力和创新能力,新技术核心内容的引入可引起学生对本专业前沿技术的兴趣,调动其学习热情和积极性。


  2教学方法的改革


  2.1课堂互动


  以学生为中心,培养学生由被动学习转为主动学习,教师的作用至关重要。教师在教学过程中要体现出学术性及专业性,但课堂教学不应仅仅是单纯的讲授,而是要设计出有学生互动参与的课堂。明确提出对学生的参与要求,比如鼓励学生积极参与互动,积极提出问题,用批判性思维学习课程内容,同时教师与同学之间要积极互动。


  在授课过程中比较常用的互动方式是Think-Pair-Share,即教师提出问题,学生先自己思考90s,然后两人一组讨论互相补充得出结果,再分享给全班同学。在讲授土木工程制图课程的过程中,教师在每周设计一个小问题在授课过程中提出,并用Think-Pair-Share的方式得出答案。由于是大一开设的课程,学生们之间还不很熟悉,不是很适应。所以在初期,学生并不能很快进入角色,这时就需要授课教师加以引导,帮忙分配搭档。几周后,学生慢慢适应后可比较快地进入讨论。除了授课内容的讨论,教师还布置针对所学内容的题目设计及解题,以小组为单位,讨论出与所学内容相关的题目并给出答案,同学们积极参与,设计出富有创造力和新思路的习题。


  在组合体部分结束后,增加了构型设计内容,是对学生们8周课程学习的检验,同时也是学生们对所学知识的运用。两周的时间,学生们自由设计、自行发挥,通过对所学的简单形体之间的堆积、切割,组合在一起,设计出形状各异的房屋模型。同时要求学生们用海报的形式将自己的作品展示出来并加以介绍。同时学生们从创新性、准确性、合理性等环节评选出优秀作品,海报环节锻炼了学生的创新能力和表达能力,受到学生的欢迎。图1为部分构型作业作品。


  2.2课外支持


  教学过程不仅限于课堂教学,教师应给予一定的课外支持,学生有疑问及时提出并及时解决,也是主动学习提高学生积极性的重要方式。每学期在每个开课班级均建立QQ群,可以相对及时地收到学生有关学习方面的返馈并对所提问题进行答疑,此形式已坚持了4年。


  线上线下有益结合,对于学生课堂上没有解决的问题得以有效地解决。由于学生水平存在差异,有些学生在课堂上不能完全理解,在线答疑有效地解决了这一点,在学习新知识前解决现有的问题,学生压力减小,学习积极性也得到提高。


  在信息时代下,MOOCs,SPOCs都是对于教学环节的有益补充,相关MOOC课程已在中国大学慕课网站同时以MOOCs和SPOCs形式运行。


  2.3项目学习


  本课程在计算机辅助设计环节中引入建筑行业近年来兴起的新技术——BIM技术,将原有的AutoCAD二维设计变为集AutoCAD二维设计与Revit三维设计于一体,通过完成项目作业,使同学们在项目学习中体会团队合作与创新精神。2周的项目学习任务中,同学们自由分组,利用课下时间查阅资料,分工合作,完成项目并以小组答辩的形式进行作业展示。各不相同的项目任务与组内匿名互评制度最大程度避免了抄袭和个别组员逃避工作现象。图2为部分学生BIM项目作业。


  学生在结课后仍可以根据兴趣跟随授课教师进行BIM方向的学习,目前,仍有研究生继续参加学习及QQ群内的答疑,以提升自身的能力,形成了良性循环。


  授课教师为结课学生仍继续提供专业知识的支持,已有4组同学以土木工程制图课程及BIM技术为背景参加大一创新训练计划及创新、创业训练计划,其中2组拿到国家级经费资助。目前,4组均已结题并获得校级创新创业项目评选一等奖一项,二等奖两项。


  3教学评估


  连续两年随机挑选实验班与普通班各一个班进行同一张考卷的测试,表1显示实验班通过率及优秀率都稍高于普通班,新的教学形式可激发学生的学习兴趣并可提高学习效果。


  4结束语


  教师在教学过程中如何以学生作为学习主体,拒绝一味地灌输知识,而是从学习目标、学习方法、教学方法上培养学生主动学习欲望及在获取知识的过程中,培养学生独立思考、团队合作及创新精神,是每一个教师在从教过程中需认真思考并付诸实践的。


  第3篇:应用型地方高校土木工程虚拟仿真实验教学中心建设探索


  蒋建清,曹国辉,陈东海,贺冉,何敏(湖南城市学院土木工程学院,湖南益阳413000)


  摘要:虚拟仿真实验技术应用于土木工程教学领域,可以解决传统土木工程实践教学与现代应用型人才培养之间的一些突出矛盾。结合地方高校对接产业发展和行业需求、面向工程实践培养应用型人才的现实需要,论述了应用型地方高校土木工程虚拟仿真实验教学中心的建设理念和土木工程虚拟仿真实验教学体系的构建思路,分析了土木工程虚拟仿真实验教学资源平台的功能和组构模式。实践表明,为提升学生的创新意识、工程实践能力、信息化应用能力、综合素质和自主实验的学习兴趣,提高土木工程应用型人才培养成效,地方高校应校企合作开发“层次化、模块化、体系化”的土木工程虚拟仿真实验教学资源,建立“高度仿真、虚实结合、开放共享”的应用型虚拟仿真实验系统,积极开展土木工程虚拟仿真实验教学。


  关键词:虚拟仿真实验;实验教学中心;土木工程;应用型;地方高校


  0引言


  应用型本科是以培养高层次应用型和技能型人才为目标的高等教育形式。从20世纪60年代开始,基于德国“双元制”应用技术大学教育理念,国外各高校陆续实施了重视和强化应用型人才培养的模式,我国应用型高校是在20世纪90年代末随着高校扩招和适应市场对应用型人才需求而发展起来的[1]。在我国新型城镇化发展的新形势下,培养熟练掌握建筑业生产一线实践技能并具备创新意识的土木工程高素质应用型人才显得非常迫切[2-4]。实验教学对于激发学生的创新应用意识和增长学生的工程实践技能,是其他教学形式难以替代的;实验教学是学生将理论知识在实践中运用的重要环节,在应用型土木工程人才培养中处于重要地位。


  目前,应用型地方高校在土木工程实验教学中遇到了一些技术和管理难题,例如:①土木工程实验综合性强、资源消耗大、设备体积大、成本高,而国内土木工程建设活动呈现建筑结构往超高层、桥梁朝大跨度、地下空间向复杂地层发展的趋势,但校内实验受土木工程实验教学设备、现场安全、教学经费等条件制约,使一些高危、大型、复杂但与工程实践结合紧密的现场实体实验难以在实验室进行;②相关专业实验选课学生多、实验操作复杂、教学任务繁重,且土木工程实体实验耗材开支大、实验场地和设备安排难度大;③土木工程建造周期长,但学生现场实验实训时间有限,在专业认识实习、生产实习和毕业实习等实验实训环节中,学生很难在实际项目的全部岗位和所有工程实施环节中受到完整地实践能力训练,难以满足土木工程高素质应用型人才工程实践能力培养的需求;④学生参与实验的自主性不强,传统的实验教学方式已难以提高当代大学生的实验兴趣[5-11]。


  虚拟实验技术是以计算机为基础的虚拟现实技术在实验教学领域应用的一种现代教育教学技术,通过计算机软件和配套的硬件设备模拟实体实验的场景、仪器设备、实验现象、操作流程,可以克服实体实验周期长、危险性大、材料消耗多等诸多缺点,实现低成本、全天候的土木工程实验教学。基于虚拟实验技术构建的虚拟仿真实验平台,可以较好地解决土木工程实验实践教学环节中的技术和管理难题,是现场实验实习及室内实体实验教学的弥补和创新,有助于学生创新意识、工程实践能力、自主学习能力及信息化技术运用能力的培养[12-15]。


  本文论述了应用型地方高校土木工程虚拟仿真实验教学中心的建设理念、思路和虚拟仿真实验教学平台功能,提出“多层次、模块化”的应用型土木工程虚拟仿真实验教学体系和资源平台,可为同类院校土木工程虚拟仿真实验教学中心提供参考。


  1建设理念和思路


  根据实验教学规律和应用型人才成长规律,中心紧密结合建筑行业发展趋势,培养适应国家工程建设需要,适应社会科技进步,能胜任土木工程项目施工、检测、设计、管理等工作,具有社会责任感和较强技术应用能力、继续学习能力、创新意识、组织协调能力和团队精神的高素质应用型专门人才[16],开展土木工程虚拟仿真实验教学,开发和丰富土木工程虚拟仿真实验教学资源,形成与现有实体实验“相互补充、虚实结合、优势互补”的土木工程实验教学平台。


  (1)依据应用型土木工程人才培养方案,以学生工程执业能力培养为核心,突出创新应用意识培养,紧密依托校内和校企合作实验实践教学基地、结合“纵向、横向”项目,校企合作开发面向工程实际的“多层次、立体化、模块化”的虚实结合虚拟仿真教学资源体系。


  (2)大力推动现代信息技术与实践教学融合,依托土木工程国家级实验教学中心、省基础课示范实验室、普通高校特色专业、普通高校优秀教学团队、大学生创新训练中心、校企合作人才培养示范基地等平台,利用多媒体虚拟现实技术和数值仿真技术,构建“高度仿真、虚实结合、开放共享”的虚拟仿真实验系统,全面改善实验条件,并进行教学方法、实验手段等方面的改革研究与实践探索,开拓学生专业学识视野,激发学生创新意识和培养学生工程执业能力。


  (3)充分利用学校现有实验实践教学条件,注重师资队伍建设,不断优化师资队伍结构和水平,建设一支“双师双能型”虚拟仿真实验管理与教学团队,并与国内大型建筑企业加强合作,引入合作企业的设计、施工、管理等兼职教师,组织虚拟仿真实验教学和管理人员到合作企业交流学习、合作开发虚拟仿真实验,不定期进行信息化应用技能培训,更新教学与管理理念,提高业务水平,确保虚拟仿真实验教学顺利开展。


  (4)依托数字化校园网络,结合虚拟仿真实验教学平台的开放共享机制,构建高度信息化的虚拟仿真实验管理体系,实现虚拟仿真实验资源最优配置。完善中心的组织机构和开放运行模式;健全实验室管理制度、岗位职责、工作绩效考核办法等一系列规章制度,保障虚拟仿真实验教学的安全高效运行;通过校内外双系统质量分析评价机制,建立“学生、企业、社会三满意”实验教学质量评价机制和实验教学跟踪监控机制,提高虚拟仿真实验教学质量;通过实验教学开放、信息发布规范、交流及时、信息远程共享,达到虚拟仿真实验教学资源配置的最优化。


  2虚拟仿真实验教学体系


  中心经过多年的实验教学和创新积累,不断丰富虚拟仿真实验教学资源,逐步加大校企合作力度和广度,秉承“理论与实践融合、虚实结合、能实不虚”的基本原则,以培养学生工程执业能力和创新意识为核心,面向土木工程、城市地下空间工程、交通工程、水利水电工程、工程造价与管理及其它相关专业等大土木类专业,构建“三结合、三层次、十二模块”的“3+3+12”虚拟仿真实验教学体系。


  其中,“3个层次”即按照应用型人才成长和培养规律,将实验教学内容划分为基础型、专业型及综合型。“12模块”即按专业知识体系把各层次实验细分为材料与力学、工程测量、土工、建筑工程、桥梁工程、岩土及地下空间、道路工程、交通工程、水利水电工程、大学生创新性、BIM技术应用虚拟、大学生学科竞赛等虚拟仿真实验模块。“3个结合”为:①虚拟仿真实验教学与理论教学相结合—“虚、理结合”。虚拟仿真实验与专业基础理论课程、专业核心理论课程、专业综合训练课程配套,教学计划中对理论课程和虚拟仿真实验课程作统筹安排,使学生在掌握理论知识后通过虚拟仿真实验进一步掌握其应用的领域和方法,提高学习兴趣和增强知识运用能力。②虚拟仿真实验与实体实验(含校外工程实践实验)相结合—“虚、实结合”。依托中心各个实体实验平台(包括校企合作现场工程实践实验基地),将虚拟仿真实验与土建类实验课程中的实体实验相结合,弥补实体实验教学局限性,丰富实验教学手段,提高学生的综合实践技能。③虚拟仿真实验教学与课外创新实验相结合—“虚、创结合”。依托综合训练平台、“产、学、研”结合应用平台等本科生课外创新实验平台,中心开设综合型虚拟仿真实验项目,在科研能力强的教师悉心指导下,学生可以根据实际情况自主选题,应用虚拟仿真实验平台开展创新性的实验研究工作。


  3虚拟仿真实验资源平台


  中心虚拟仿真教学资源遵循跨越不同训练层次(由专业基础应用能力提高到综合创新能力培养)、覆盖大土木学科知识(包括建筑工程、桥梁及道路交通工程、岩土及地下空间工程、水利水电工程等领域的知识)、体现不同实施方式(包括认知感受、操作技能、施工、设计、管理仿真等)的开发思路,紧密联系土木工程规范中提到的专业实验,并积极将科研团队的“纵向、横向”科研项目向虚拟仿真教学内容转化,将实际的土木工程设计、施工、工程管理等项目实验实操过程和虚拟仿真实验项目融于一体,校企合作开发形成一系列虚拟仿真实验训练项目,模拟土建类工程设计、施工管理、工程造价等建筑行业一线职业岗位工作环境,训练复杂性高、专业性强、危险性高的专业实践技能,为土建类专业学生提供多样化的实验方式,让学生能够基于虚拟仿真实验平台完成土木工程设计、施工和管理等综合性实践环节,并结合虚拟仿真技术指导学生参加各类学科竞赛,为土木工程高素质应用型人才的创新意识培养提供重要支撑。


  3.1基础型虚拟仿真实验资源平台


  基础型虚拟仿真实验教学平台主要面向低年级本科生的基础课程学习,并模拟工程现场的材料检测、地基验收和施工测量等工程实践项目,加强学生基础知识在工程实践中应用的能力。该平台包括3个模块,即:材料与力学虚拟仿真实验模块、工程测量模块及土工虚拟仿真实验模块。


  材料与力学虚拟仿真实验模块主要针对土木工程等土建类相关专业材料力学、弹性力学、理论力学、结构力学、土木工程材料等课程相关实验内容,可设置:钢材力学特性虚拟仿真实验、钢筋混凝土简支梁力学性能虚拟仿真实验、沥青性能虚拟仿真实验、混凝土抗压强度虚拟仿真实验等实验项目。


  工程测量虚拟仿真实验模块主要针对土木工程等土建类相关专业工程测量实习和工程检测环节,可设置:测量仪器认知学习虚拟仿真实验、导线控制测量虚拟仿真实验、道路(房建、桥梁等)施工测量虚拟仿真实验等实验项目。


  土工虚拟仿真实验模块主要针对土木工程等土建类相关专业土力学实验、岩体力学实验和相关项目原位测试试验,可设置:地基载荷虚拟仿真实验、旁压虚拟仿真实验、基桩静载虚拟仿真实验、击实虚拟仿真实验、锚杆抗拔虚拟仿真实验、静(动)三轴虚拟仿真实验等实验项目。


  3.2专业型虚拟仿真实验资源平台


  专业型虚拟仿真实验教学平台主要面向高年级本科生的专业课程和实践课程学习,该平台主要目标在于拓展学生专业视野、激发学生兴趣,引导学生知识库的更新和优化,使学生能熟练运用多种专业数值仿真实验软件(如Midas桥梁模拟分析、YJK房屋结构仿真分析、MidasGTSNX岩土工程仿真分析、VISSIM交通仿真分析等),提升学生从事大型工程施工、设计、管理的应用能力和对大型工程技术问题的综合解决能力。该平台包括6个模块,即:桥梁工程虚拟仿真实验模块、建筑工程虚拟仿真实验模块、道路工程虚拟仿真实验模块、岩土与地下工程虚拟仿真实验模块、交通工程虚拟仿真实验模块、水利水电虚拟仿真实验模块。


  (1)桥梁工程虚拟仿真实验模块。桥梁静载试验虚拟仿真实验、桥梁动载试验虚拟仿真实验、大跨径桥梁施工控制虚拟仿真实验、桥梁结构设计虚拟仿真实验、桥梁施工支架安全稳定性虚拟仿真实验和桥梁施工过程虚拟仿真实验等实验项目。


  (2)建筑工程虚拟仿真实验模块。多层混凝土框架结构设计虚拟仿真实验、多层钢框架结构设计虚拟仿真实验、装配式建筑结构设计虚拟仿真实验、建筑工程施工工艺实训虚拟仿真实验、建筑工程项目造价管理虚拟仿真实验和建筑工程三维可视化安全管理虚拟仿真实验等实验项目。


  (3)岩土与地下工程虚拟仿真实验模块。三维边坡稳定分析虚拟仿真实验、二维隧道衬砌分析虚拟仿真实验、三维桥台基础施工虚拟仿真实验、三维基坑施工虚拟仿真实验、三维隧道盾构掘进施工虚拟仿真实验等实验项目。


  (4)道路工程虚拟仿真实验模块。公路挡土墙设计仿真实验、公路路基路面造价虚拟仿真实验和道路工程施工虚拟仿真实验等实验项目。


  (5)交通工程虚拟仿真实验模块。交通基本路段虚拟仿真实验、交叉口非机动车和行人虚拟仿真实验、信号控制交叉口虚拟仿真实验、立体交叉口虚拟仿真、城市干道信号协调虚拟仿真实验及公交优先控制虚拟仿真实验等实验项目。


  (6)水利水电虚拟仿真实验模块。溢流坝泄流模型三维虚拟仿真实验、水轮机模型效率三维虚拟仿真实验、压力管道水击三维虚拟仿真实验及水电站调压室水力学三维虚拟仿真实验等实验项目。


  3.3综合型虚拟仿真实验平台


  综合型虚拟仿真实验平台主要引导高年级本科生充分利用各种数值仿真实验技术进行实体实验和项目管理前期方案优化和参数研究,延伸实体实验范畴,为拓展学生视野、培养创新意识和工程实践创新应用能力提供新途径。综合型虚拟仿真实验平台包括3个模块:大学生创新项目虚拟仿真实验模块、大学生学科竞赛虚拟仿真实验模块及BIM技术应用虚拟仿真实验模块。


  (1)大学生创新项目虚拟仿真实验模块。该模块主要引导学生充分利用数值仿真实验建立以“项目和课题”为核心的学习模式,倡导以学生为主体的创新性实验改革,调动学生在实验学习中的主动性、积极性和创造性,激发其创新思维,提高其面对工程技术难题的创新解决能力,可面向开放性试验、大学生创新训练试验及科研成果转化等项目中的仿真分析建立虚拟仿真实验项目。


  (2)大学生学科竞赛虚拟仿真实验模块。该模块是服务大学生学科竞赛的虚拟仿真平台,基于学科竞赛中有关实体实验项目“实验面广、耗费大、高危险、不可逆”,用以辅助学科竞赛活动中实体实验的部分或全部任务,与实体实验形成优势互补,充分发挥实体实验和虚拟仿真实验各自的优势。比如,服务于土木工程结构模型竞赛,开发了竹制结构创新设计虚拟仿真实验、空间桁架桥梁结构创新设计虚拟仿真实验、两跨渡槽结构创新设计虚拟仿真实验、冲击荷载下薄壳容器结构创新设计虚拟仿真实验、单跨空间木质结构创新设计虚拟仿真实验及大跨度空间竹质结构创新设计虚拟仿真实验等(典型的实验成果见图3)。


  (3)BIM技术应用虚拟仿真模块。该模块主要将BIM技术应用于土木工程毕业设计综合训练及土木工程复杂结构的综合认知训练,实现对常规综合实训中难以完成的建筑环境认知、建造模拟、构造分解及项目管理等项目的有效替代和拓展,提高学生熟练运用BIM虚拟仿真技术进行工程设计优化、协同施工、虚拟建造、工程量计算、创新工程项目管理应用的能力,培养和锻炼学生的沟通能力、团队协同创新能力,可设置如下实验:①BIM协同应用虚拟仿真实验。基于产学研合作项目,学生利用BIM软件,进行土建模型翻模、形成钢筋工程计算文件、土建工程量计算文件和土建招标控制价文件;利用BIM施工现场布置软件,设计基础、主体、装饰三个阶段的虚拟三维现场布置;利用BIM模板、脚手架设计软件,设计工程项目模板、脚手架的虚拟搭设实验;利用BIM进度计划编制软件,编制施工进度计划表,虚拟实现工程进度管理;基于BIM5D平台,开展项目施工虚拟建造实验和碰撞规避虚拟实验;最终形成涵盖建筑设计、工程量计算、工程项目施工招(投)标、协同施工、虚拟建造和工程造价管理的BIM协同应用虚拟仿真实验平台。②土木工程复杂结构BIM模型综合认知仿真实验。建立土木工程复杂结构的BIM虚拟信息模型,剖析其内部的各个系统,学生可以在虚拟环境中完成工程结构进行拆解和组装等实际动手操作训练,从而认知包括建筑结构、电力、给排水、暖通等各个专业工程的系统构成原理,并提高应用BIM工具进行辅助设计的能力。


  4中心发展历程与教学成效


  土木工程虚拟仿真实验教学中心发展始于1984年开始招生的工业与民用建筑专业实验室;1991年组建土木建筑系实验室;2003年,整合原有的建材、力学、土工等实验室,成立土木工程实验教学中心,由建筑工程实验室、结构工程实验室和道路交通工程实验室等建制实验室组成;2006年建筑工程实验室批准为湖南省普通高校基础课示范实验室,2009年通过评估验收;2015年1月获批国家级土木工程实验教学示范中心;2016年9月获批省级虚拟仿真实验教学中心。通过近年的建设和改革,中心主要教学成效如下:


  (1)提升了学生的创新能力、专业实践能力、信息化应用能力和综合素质。近年来,土建类学生依托中心各个教学平台完成“大学生研究性学习与创新性实验计划”国家级项目10多个,省级项目60多个,校级项目100多个;参加省级以上竞赛获奖150多项,其中,在国家级竞赛中获奖20多次、省级竞赛中获奖120多次;学生参与教师的横向课题和工程实践项目200多项,累计合同金额2000多万元;学生署名发表学术论文30多篇(EI、CSCD收录多篇);参与仪器制作或专利设计多项;大部分学生获各类执业技能证书,基于土木工程虚拟仿真分析的常用软件(如Midas、YJK、PKPM、VISSIM、ANSYS等)进行辅助设计、结构计算和项目管理的工程实践能力得到增强。


  (2)整合实验教学资源,提供良好实验教学平台,构建“基础型、专业型及综合型”虚拟仿真教学资源体系,覆盖建筑工程、道路桥梁工程、城市地下空间工程、岩土工程、交通工程及水利水电工程等土建类专业,克服实体实验的诸多限制,提高了实验教学质量,给学生提供从工程认知学习到专业实践、综合应用训练多层次能力提升路径,有效提升了学生的工程执业能力。


  (3)借助虚拟仿真实验教学中心网络管理平台及高速的校园网络条件,土木工程虚拟仿真实验教学可覆盖到校园内的教室、学生宿舍、图书馆及校外等网络终端,将实验教学拓展到无限的网络实验空间,实现虚拟仿真教学和校外实习教学的互补,提高了土建类专业校外实习的质量,升华了实验教学理念和实验教学效果,丰富了实验教学手段,完善了实验教学体系,提高了学生自主实验学习的兴趣和解决工程实际问题的能力,拓宽了学生的专业视野;逐步形成“理论教学、实体实验教学和虚拟仿真实验教学相结合”的立体化实验教学模式,促进了实验教学管理体系的改革和实验教学队伍信息化水平的提高。


  (4)提升了专业建设和社会服务水平,促进应用型人才培养,毕业生“学得好”“用得上”“下得去”“干得好”“留得住”。多家国有大中型企业主动与学校建立长期的用人关系,学生就业率高达97%以上,土建类专业办学现已形成应用型特色与品牌,被授予湖南省普通高等学校毕业生就业工作“一把手”工程优秀单位和“全国毕业生就业典型经验高校”;近年来承担20多项教学改革与质量工程项目建设工作,获得国家级教学成果二等奖1项,湖南省教学成果一等奖1项,湖南省教学成果二等奖2项;参与企业重大技术难题攻关多项,产生良好的经济及社会效益。


  5结语


  虚拟仿真实验教学是应用型人才培养与现代信息技术深度融合的产物。实践表明,虚拟仿真实验教学应用于土木工程人才培养,可以解决传统土木工程实践教学与现代应用型人才培养之间的一些突出矛盾。应用型高校应紧密对接产业发展和行业需求、找准学校人才培养定位、面向工程实践,校企合作开发“层次化、模块化、体系化”的土木工程虚拟仿真实验教学资源,构建“高度仿真、虚实结合、开放共享”的应用型虚拟仿真实验系统,建设“专兼结合”的“双师双能型”虚拟仿真实验管理与教学团队,依托虚拟仿真实验网络管理平台及信息化校园条件,积极开展土木工程虚拟仿真实验教学,提升学生的创新能力、专业实践能力、信息化应用能力、综合素质和自主实验学习的兴趣,提高应用型人才培养成效。

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