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虛擬仿真教學資源建設范文第1篇

關鍵詞：虛擬仿真；教學資源；建設

中圖分類號：TP202 文獻標識碼：B 文章編號：1673-8454(2012)13-0047-03

隨著科學技術的迅猛發展，越來越多的新技術被應用到輔助教學中。虛擬仿真技術就是當今非常流行的新型教學媒體。我院自2007年建設應用電子技術專業國家級教學資源庫時，便開始研究虛擬仿真資源在教學中的應用，通過幾年的建設建成了“虛擬電子產品生產車間”， 虛擬現實技術實現對真實電子產品工廠生產過程的模擬重現，讓學生不需到工廠就可在3D虛擬工廠體驗到電子產品生產的元件預處理、元件插裝、波峰焊等工序對應的工藝、技術及安全生產流程。學生可以任意漫游三維虛擬車間，體驗并操作波峰焊接機等各種設備、學習（或熟悉）各種工藝的操作技巧等。還建設了“單片機技術應用”整套仿真項目學習包，按照從簡單到復雜的順序，系統性地設計了“LED電子顯示屏項目錄像和仿真”等5個項目的系統仿真，在虛擬仿真教學資源開發與利用及如何與原教學資源平臺銜接方面，探索出一條發展之路。

一、虛擬資源及教學資源平臺建設綜述

學院重視教學資源建設，在2006年至2009年國家示范性高職院校建設及后示范建設期間先后建設精品專業資源庫16個，其中國家精品專業1個，國家教改試點專業2個，湖南省精品專業7個，湖南省教改試點專業6個；建設精品課程資源庫28門，其中國家精品課程12門，省級精品課程16門；2007年開始牽頭“應用電子技術”國家教學資源庫建設，2010年獲教育部正式立項，從專業標準庫、課程資源庫、培訓資源庫、素材資源庫、職業信息庫、標志性資源庫六大方面進行建設，目前建設工作已基本完成，資源庫參加2011年6月教育部在天津舉行示范4周年暨資源庫展示，獲得在場專家和社會各屆的一致好評，而學院也初步建成以1個國家級教學資源庫為核心，包括軌道交通專業群、電子信息技術專業群、軟件技術專業群等3個院級教學資源庫的資源庫群。

配合應用電子國家級教學資源庫的建設，學院于2010年成功申報了“應用電子技術專業教學仿真實訓軟件系統”、“電氣自動化技術教學仿真軟件開發”、“模具拆裝與設計虛擬實訓室軟件的開發”3項湖南省教育廳立項的虛擬仿真實訓軟件的開發項目。軟件開發完成后，與原有的仿真實訓系統無縫結合，初步形成了從虛擬到真實的實訓教學特色，有力地促進了學生實際操作能力和實踐能力的提高。“應用電子技術專業教學仿真實訓軟件系統”在示范建設四周年進行了專題展示，得到教育部領導的認可。所有軟件在世界大學城進行了專題展示，得到省內外各兄弟院校的高度評價。

學院在以虛擬資源為抓手，推動學院教學資源庫平臺建設的過程中積累了很多可貴的經驗，也促使學院虛擬仿真資源得到更長遠的發展。

二、以虛擬仿真資源建設為抓手，帶動學院教育教學改革進行

1.創新基于虛擬仿真資源的“多向”教學模式

職業院校很多操作性強的教學不能由傳統理論教學實現，并且由于各種成本、安全、操作資質等條件的限制難于在真實的設備、真實的環境中進行實踐教學，借助于虛擬軟件的教學打破了傳統的封閉教學模式，改善了教學模式的結構和層次，應用虛擬軟件組織教學時更加注重師與生、生與生、師生與資源等之間的“多向”交互協同，并依據學習者個人的學習習慣和特點，憑借現代信息技術的優勢，生成相應的學習模式。學習者在學習過程中通過RPG、游戲等方式充分使用資源，學習興趣與效率得以提高。基于虛擬軟件的教學有助于啟發學生思維，培養學生參與構建真實世界的能力和創新意識，更有利于在虛擬軟件情景學習中鍛煉學生的職業素質。

2.推動基于虛擬仿真資源為載體的課程改革

虛擬仿真實訓教學軟件，信息海量、內容新穎，再現了崗位、再現了現場、再現了崗位作業過程。鮮活的現場內容，逼真的現場環境，為職業教育課程改革提供了重要的支撐。目前，我院以職業能力為主線、以職業活動課程為主體，理論與實踐相融合、教學內容與崗位需求相適應的注重綜合素質培養的、信息化教學資源支撐的課程體系正在形成。信息化環境下反映當前科學技術先進水平和職業崗位資格要求，有利于學生就業、創業和未來職業生涯發展的課程資源和校本課程、校本教材的開發正在全面推進。信息化環境下的多種教材形態，因其內容海量、更新速度快、呈現形式豐富、沖擊力強大，適應了職業教育職業、崗位、專業和設施設備及工藝方案、操作標準變化快的特殊需求，全面推動了職業教育課程改革。

3.以虛擬仿真教學系統為牽動，創新實訓基地建設

科學合理的校內實訓基地建設方案，應該是虛實結合、虛擬仿真與實際操作有效融合的建設方案，無論哪一種“能力形態的獲得”，實操實訓的現實作用都是不可替代的。虛實結合不僅解決了實操實訓進不去、看不見、難再現、多污染、高消耗、不安全、設施設備不足、實訓指導教師不足等眾多難題，而且將趣味性、現場氛圍、個性化導訓、智能化考核、分層次實訓等先進的教育思想融入其中，創造出智能化、信息化、現代化的實訓環境。只有虛實結合、融入信息化要素的實訓基地建設方案，才能實現智能化實訓教學目的，才會符合職業教育教學技能獲得規律，才能使學生提早了解工廠、了解崗位、了解自己畢業后的工作環境，才會給我們帶來巨大的經濟效益、社會效益及質量效益。

虛擬仿真教學資源建設范文第2篇

[關鍵詞]現代信息技術 建筑教學改革

建筑專業課的知識面廣、枯燥乏味，具有高度的抽象性，原理及結構復雜。以計算機為核心的多媒體教學方式和互聯網資源為建筑專業教學改革提供大好舞臺，將現代信息技術整合到建筑專業教學中，可以改變教學資源的形式和內容，擴展教學的空間，更新教學模式，營造一個圖文并茂、動靜結合、視聽并用、模擬仿真的教學情境，激發學生學習興趣，提高教學質量；利用信息技術開發的虛擬仿真技術開展建筑專業實踐教學，不受空間、時間、場地和資金等限制，并且避免了學生在工程現場真實實訓可能帶來的安全問題，虛擬仿真實訓是學生專業實踐技能訓練的一種有效手段，是對學生在真實環境下實踐能力培養的一種有效補充，能較好地解決建筑專業實踐教學中存在的問題。

1 運用現代信息技術，研究和開發基于工作過程的教學資源庫

為加快我校課程建設與改革的步伐，推動優質教學資源共建共享，建設“隨時隨地”學習的數字化學習環境，提高辦學效益和人才培養質量，我校啟動教學資源庫建設項目，將優質教學資源利用信息技術進行有效的存儲和管理，構建共享型專業教學資源庫。

1.1 資源庫系統組成。共享型專業教學資源庫包括：資源庫平臺和專業教學資源。資源庫平臺包括：資源庫硬件系統和資源庫管理（支撐）系統，專業資源庫包括資源建設模塊、網絡課程模塊、資源共享模塊和自主學習模塊，各模塊包含的內容如圖1所示。

1.2 資源庫建設目標。建筑專業教學資源庫的建設是在基于工作過程的課程開發的基礎上整合專業優質資源，把崗位職業工作要求細化成教學要求，使教與學的內容貼近職業現場。通過科學系統設計、合作開發管理、持續有序更新的方式，建設一個突出職業特色、資源交互共享、內容豐富立體并可持續發展的專業教學資源庫，打造學生、教師、企業和社會共同受益的資源平臺。

1.3 資源庫建設的內容。資源素材庫是建筑工程技術專業資源庫的核心，包括建筑材料、建筑結構與構造、建筑測量儀器、施工機具設備、腳手架、施工工藝、工程案例、現行建筑法規與技術標準等內容。素材形式包括文本素材、圖片素材、視頻素材、動畫素材、虛擬素材。文本素材主要收集國家與地方現行的建筑法規、技術標準、崗位能力標準、規程、業務流程、作業規范；收集實際的施工案例、工程造價案例等；圖片素材主要包括建筑材料、結構與構造、測量儀器、施工機具設備、腳手架、施工工藝、現行建筑法規與技術標準等十大類資源；視頻素材主要包括基礎工程施工、主體結構工程施工、屋面施工和裝飾裝修施工等分部工程的施工錄像；動畫素材主要包括施工工藝流程、工作原理、工作過程、工藝標準、內部結構等；虛擬素材主要包括使用施工虛擬仿真技術建設虛擬企業、虛擬場景、虛擬設備以及虛擬實訓項目等。

2 構建基于現代信息技術的教學模式

2.1 自主探究教學模式。自主探究教學模式分四個階段：創設情境、揭示課題、明確目標；任務驅動、探索新知、啟發引導；協作討論、深入質疑、探究指導；反思評價、鞏固內化、點評提升。具體如圖2所示：

3 利用虛擬仿真技術開展實訓教學

基于建設項目生命全周期，運用三維可視化控制與數據庫技術結合工程實際開發可教學、可操作、可考核的建筑工程仿真實訓系統。運用虛擬仿真技術改革當前建筑專業的傳統實踐教學模式，提高實踐教學的效果，促進學生專業技能的培養。仿真實訓系統主要由施工技術仿真系統、工程實訓考核系統和工程管理仿真系統等三部分組成。按照工程建設的內容和流程，每個仿真系統下面都設有若干個子模塊，其中建筑工程仿真實訓系統和施工實訓場仿真系統的結構圖如圖3和圖4所示。

虛擬仿真教學資源建設范文第3篇

關鍵詞：虛擬仿真實驗中心;建設;管理

中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）07-0220-03

當前，隨著信息技術、工程技術的飛速發展，全球經濟一體化進程加快，為了順應國際發展趨勢，適應國家發展需求，堅持走中國特色新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化道路，我國教育進入了前所未有的大發展時期。國家教育部確立教育信息化的戰略地位，于2012年印發了《教育信息化十年發展規劃（2011―2020）》，要求推動信息技術與高等教育深度融合，創新人才培養模式，提出要利用先進網絡和信息技術，整合資源，構建先進、高效、實用的高等教育信息基礎設施，開發整合各類優質教育教學資源，建立高等教育資源共建共享機制，推進教學實驗平臺等信息化建設。各類地方高校及軍隊院校紛紛轉變辦學思路，調整人才培養方向和定位，積極參與高等教育信息化建設。

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。為貫徹落實《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》（教高[2012]4號）精神，根據《教育信息化十年發展規劃（2011―2020）》，教育部決定于2013年啟動開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作。這種新的實驗教學方式采用開放的實驗教學模式，以信息化技術為標志，以充分反映學科特點和要求為出發點，為實驗教學注入新內容，實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能，是對傳統實驗教學的延伸和擴展。從實施的情況來看，虛擬實驗教學尤其對實驗室的管理水平和網絡化共享平臺要求甚高，因此迫切需要借助完善的實驗室管理辦法來維護。為了高效管理實驗教學資源，實現校內外、本地區及更廣范圍內的實驗資源共享，保證虛擬仿真實驗教學中心的可持續發展，本文圍繞虛擬仿真實驗中心的建設與管理進行探討，有利于更好地發揮虛擬仿真實驗在信息化背景下創新人才培養中的作用，為實驗教學的改革與創新提供參考。

一、虛擬仿真實驗概述

虛擬實驗（室）（Virtual Laboratory，VL），也稱合作實驗（Collaboratory Laboratory，CL），這個概念于1989年由美國William Wolf教授最早提出，Wolf教授形象的把虛擬實驗室稱為“沒有圍墻的研究中心”。虛擬實驗是指借助于圖形圖像、仿真和虛擬現實等技術在計算機上所營造的，可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗操作各環節的相關軟硬件操作環境[1]。虛擬實驗是相對真實實驗而言的，它沒有以實物形態存在的實驗設備與實驗對象，實驗過程主要是利用鼠標的點擊、拖動來設置實驗條件，采集實驗數據，分析處理實驗結果，從而完成整個實驗。

虛擬仿真實驗實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能，成功地解決了硬件條件與學生學習需求不斷提高之間的矛盾，利用計算機網絡的便捷及軟件模型的真實可靠，基于面向對象的思想，構建可視化的管理平臺，實現在線模擬實驗、虛擬設備實驗、遠程實驗及在線幫助等功能，通過在線提交實驗報告及在線幫助等模塊使教師與學生的交互性更強，突出學生的主體地位。

用于教學的虛擬實驗室大致可分為兩種類型。

1.基于虛擬儀器的實驗室。這是直接由各種虛擬儀器代替物理設備所構成的實驗室。構建該類實驗室較為簡單，易于實現，如虛擬示波器、數字萬用表、信號發生器等虛擬儀器構成的實驗室，成本低，易于管理。

2.基于網絡的遠程虛擬實驗室。這類實驗室構成相對復雜些，所需技術較多，但由于其有廣闊的應用前景，這種形式也是教育方式發展的一個趨勢，且現今計算機技術、網絡技術發展迅速為其提供了必要的物質技術條件。

二、虛擬仿真實驗的本質特征

長期以來，在全國普通本科高校實驗室數量、面積持續增長的前提下，實驗教學的現狀依然不能滿足當下各學院的學科專業發展和實驗教學質量的提高。虛擬實驗室打破了傳統實驗教學以教師為中心的局限，依托信息化技術，如虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等其他重要的信息化技術，填補了傳統實驗平臺不能實現的實驗內容。在虛擬實驗室內構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生在這個環境中不必擔心損壞儀器設備，可大膽地嘗試各種設計性實驗、綜合性實驗和探索性實驗，并可將相應的網絡資源進行整合，開發出新的實驗內容。不但能開拓學生視野，提高學生興趣，而且拓展了學生的創新能力和想象能力。虛擬仿真實驗充分反映了各學科的要求和特點，形式靈活多樣。功能上與教學內容相契合，為本科教學服務，滿足教學大綱要求，既鞏固基本理論與操作，又能適應新形勢下人才培養的需要。信息化技術特征、高度仿真和滿足教學要求三個方面構成虛擬仿真實驗教學中心的本質特征。

三、虛擬仿真實驗中心建設的必要性

隨著信息化技術的迅猛發展和普及應用，高校實驗室建設得到了國家、各大高校的高度重視，通過近幾年的建設已經取得了大量卓越的成果。然而，在如何體現信息化核心教學理念方面仍缺少實質性的方案和實踐，特別是實驗內容和實驗手段，難以滿足實驗教學對于各學科支撐作用的需求。

虛擬仿真實驗教學資源作為整個高校教學資源的一部分，在高等教育實驗教學框架下系統運行，虛擬仿真實驗中心的建設彌補了傳統實驗不能實現的教學功能，為當下實驗教學質量的提高提供了一個有效的問題解決方案，其必要性在于：首先，網絡化虛擬實驗室比傳統實驗室更具有開放性，有效地打破了時間和空間的界限，學生可以靈活安排自己的實驗時間，也可以根據專業、興趣、愛好自主選擇實驗內容，對自己完成的綜合設計性實驗方案進行實驗，有效拓展了實踐渠道，豐富課外學習內容。其次，大大節省了實驗室建設中人力、物力、財力的投入，降低了實驗教學成本。實驗儀器、實驗耗材都是通過虛擬技術實現，實驗教學的改革、實驗項目的調整、實驗方案的優化再也不受實驗設備性能的制約，有效解決了傳統實驗平臺建設周期長、投入大、設備功能缺乏、性能老化、更新補充不到位等問題，保障了教學的正常開展。再次，針對實踐性強的理工類學科，利用虛擬仿真技術可以做到緊跟科學技術的發展趨勢，通過課題研究、技術開發、工程實驗、成果轉化、產業化等產學研一體化的創新活動，將前沿技術融入教學，實現科研活動與教學活動、科技創新與人才培養的完美結合。

同時，由于我國區域經濟發展的不平衡，導致教育資源分布差異很大，一些地區短時間內難以建立良好的實驗環境和優質的教學資源。因此，依托互聯網的應用普及，虛實結合地開展虛擬仿真實驗，將會極大地拓展課程受益面，成為一種非常迅速、有效、值得推廣的教育資源輻射形式。

四、虛擬仿真實驗中心的建設思路

（一）定位明確，特色鮮明

科學和技術發展離不開先進的研究手段，人才的培養更離不開先進的實習和實驗條件。高等學校以培養人才為中心，同時承擔著知識產出和社會服務的重要任務。因此，高校實驗教學在人才培養中的地位和作用顯而易見。虛擬仿真實驗教學中心的建設以堅持信息化技術與教育教學深度融合為核心理念，以培養學生實踐能力、創新能力和提高教學質量為宗旨，以實驗資源開放共享為目標，堅持特點建設，創新管理機制，推動教學改革，帶動實驗教學水平的總體提升。

（二）制定規劃，分期建設

首先對虛擬實驗教學體系總體規劃，對實驗中心建設、組織機構、管理體系進行總體設計，特別強調進行“頂層設計”。既要避免實驗室或某些實驗功能的重復建設，又要考慮與其他地方院校實驗室及研究機構、企業等組織上下、縱橫結合。其次是對教學內容、課程設置和培養目標進行整體設計，像設計理論教學那樣獨立設計實驗教學課程。各院系專業按自身教學結構設置實驗室體系，注意將綜合性實驗室與專業實驗室相結合。

要把虛擬實驗室建設與教學（訓練）基地建設統一規劃，統一實施，把虛擬實驗教學與基地化實驗教學結合進行，并且要邊建設邊使用，邊使用邊完善。

（三）面向未來，開放發展

虛擬仿真實驗中心是基于網絡的全面開放發展的系統，具有較強的交互性。在前期整理思路、摸索經驗的基礎上，要建立起全方位的合作模式，產生良好的社會效益和經濟效益，使資源共享可持續。某校開發的軟件系統，既能為其他合作實驗室和院校機構所使用，其他科研機構開發的系統也能為該校提供依據和幫助。

五、虛擬仿真實驗中心的管理建設

（一）完善虛擬仿真實驗中心的管理機制

1.理順管理體制。從宏觀層面上看，學校集中管理的同時，各學院具有一定的獨立自。組織機構、設備管理、實驗教學、信息技術平臺、人員配置等機構各司其職，相互協作，建立信息化管理體制。各實驗室的建設與升級由各院各實驗教學中心統一時間節點，制定相應計劃，做好預算，統一進行建設與管理，這樣既有效地實現了有限資源的協調與共享，較好了節約資金，又能統一各實驗室建設的進度及管理辦法，全面推進各個學科虛擬實驗室的建設與使用。

2.制定全面的管理制度。從微觀層面上看，為了確保實驗教學的順利開展，制定一套統一的科學化的管理制度和工作規范，實現對虛擬實驗中心管理、實驗室資源分配、使用情況、實驗實踐教學及人員流動等全方位的管理。具體制度既包含傳統的實驗中心管理人員和教師崗位職責、實驗中心工作規程、實驗中心工作條例、實驗室開放實施辦法、實驗教學工作條例等管理措施，還包含虛擬仿真實驗特點的課題負責人責任制、登記實驗室開發人員和管理人員名單、針對不同職責人員的培訓計劃和大型精密儀器設備開放共享管理辦法。

3.建立項目申報常態機制，設立創新升級專項基金。從可持續發展層面上看，按照學科方向、課程內容應建立相應的實驗項目申報機制。特別是創新實驗建設，每學期組織一次項目申報，由每個教研中心按照課程實驗教學目標及內容要求設計一定數量、切實可行、具有創新意義的仿真實驗、設計性實驗，填寫《虛擬實驗室項目申請表》，由學校審批后，將項目列表公布在校園網上，供學生選擇。每個項目建立相應的項目情況登記表、項目進度表，由學院定期檢查項目進展。

學校和學院設立實驗中心創新升級專項基金，用于硬件設備的添置，軟件系統升級維護等費用。精簡行政審批手續，改變非專業人員決策的問題。組織專門的專家委員會定期評審，評審通過后由實驗室相關人員實施采購、升級或委托專門的采購部門直接采購。同時，作為一種激勵方式，為了鼓勵教師和學生積極參與創新實驗，基金可貼補津貼。

（二）建立虛擬仿真實驗教學新體系

1.設置相應的學分，鼓勵學生積極參加虛擬實驗的學習。隨著教學改革的進一步深化，課程總學時特別是專業基礎課程學時數大幅度壓縮，因此迫切需要課程體系進一步整合。在理論課時壓縮的背景下，實驗課程的比例需要適當的增加。根據理論知識的要求，開設一定數量、難度的虛擬實驗，給予相應的學分，規定各專業本科生的最低實驗學分。這樣的學時安排給學生提供了更為充裕的時間發揮學習的主動性和創造性，培養學生的自我管理能力和動手操作能力，進一步促進理論知識的理解和應用。

2.優化實驗教學資源，促進創新能力的培養。按照信息化條件下對新型人才的培養要求，在傳統實驗的基礎上，刪減陳舊過時或與新專業特點不符的實驗內容，關注市場需求和學生興趣點，將產學研相結合，通過引進或自主研發等方式豐富虛擬仿真實驗教學資源，研討論證虛擬實驗內容，科學分配學時數。從內容上將實驗分為基礎實驗、設計性實驗和專題研究等幾個層次。從性質上分為必選、任選和限選實驗等。單獨制定虛擬實驗教學計劃和教學大綱。堅持以反映新技術、新知識，注重培養創新能力為目的，使實驗課程體系得到整合優化，突出專業特點，保證實驗教學的系統、完整與科學。

（三）加強教師水平與實驗教學水平建設

為了保障實驗室的質量，各實驗室負責人要求教學水平與科研水平兼備。以核心技術隊伍建設為重點，帶動實驗技術隊伍綜合素質的整體提高。選拔骨干教師充實實驗教學、管理隊伍。根據工作需要和崗位規劃，吸引不同學歷、不同能力、不同技術特點的人才應聘不同崗位，優化實驗教學中心人員組成結構。建立科學合理的青年教師培養計劃，發揚傳幫帶的優良傳統。確保實驗室長期有序的建設與可持續發展。

（四）建立科學合理的虛擬仿真實驗中心評價機制

圍繞學生綜合素質發展和創新能力提高這一目標，制定包含實驗教學資源、信息平臺、實驗教學隊伍、實驗教學效果、管理保障的全方位、規范化的評價體系。實驗教學資源中教學平臺建設與信息平臺是構建虛擬實驗室的基礎，科研成果轉化為教學內容是特色建設及可持續發展的不竭動力。組織建設與規范管理是發展好實驗室建設的有力保障。在評價的過程中，既要兼顧全面，也要突出重點。

（五）完善教學管理與共享平臺

虛擬仿真實驗教學系統是依托學校校園網的公共實驗教學平臺，要保證虛擬仿真實驗教學資源的開放共享和充分使用，必須堅持“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”的指導思想，結合學校辦學理念和培養目標的特點，采用引進或自制的方式打造適應現代教育新發展的教學平臺，建成包含實驗室資產、設備維護、課程體系管理、實驗室日常管理等內容的信息化管理平臺，構筑教育信息化體系。

依托虛擬實驗信息化管理平臺建立實驗室優質資源共享系統，通過激勵機制，調動各級單位參與共享的積極性。一方面要推進區域內校際資源共享，另一方面要整合校內實驗資源，促進院系間實驗資源共享。

六、小結

總之，在傳統教學不能滿足信息化時代教學要求的背景下，建立基于計算機網絡資源的虛擬仿真實驗中心成為解決硬件設施不足、教學時空受限、實驗內容與實際脫節等現實問題，提高教學質量的重要選擇。目前虛擬仿真實驗中心的建設得到了國家的重視和大力支持，在各高校及科研機構等組織中得到了不同程度的發展。不斷推進虛擬仿真實驗中心管理建設，提升管理水平將在未來的實踐中證明是虛擬仿真實驗中心建設的重要內容和保障。

參考文獻：

[1]楊磊.虛擬實驗及其教學管理平臺的設計與研究[D].陜兩師范大學，2006.

[2]李江全，等.虛擬儀器設計測控應用典型實例[M].北京：電子工業出版社，2010.

虛擬仿真教學資源建設范文第4篇

關鍵詞：虛擬仿真實驗；實驗教學；土木工程；實驗室建設

1土木工程專業的實驗教學特點

土木工程專業的實驗與實踐教學具有行業的特殊性。

（1）空間體量巨大。土木工程的服務對象是建筑物、橋梁、隧道，一般體量巨大。現在世界最高的建筑物高度超過800m，橋梁的最大跨度達1991m，超高層建筑物的單根柱子、單根樁基的承載能力上萬噸。進行這些結構或構件的實體實驗幾乎是不可能的，即使是縮尺實驗，也存在實驗構件及加載設備體量大、實驗環境惡劣、實驗費用高的問題，限制了學生的參與。

（2）施工周期長。土木工程的建設周期一般比較長，世界最高建筑物———迪拜塔的建設歷時6年，通常一幢普通的住宅樓施工工期也需要1年以上。由于時間的限制，學生的認識實習和生產實習無法得到工程建設全過程的體驗。

（3）工程參與方多。土木工程存在不同的建設參與方（建設方、設計方、施工方、監理方等），在學生認識實習和生產實習過程中，往往只能體驗其中某一方的工作，無法從不同參與方的視角去感受和經歷工程。

（4）危險性高。土木工程實驗很多是破壞性試驗，并且是脆性破壞，具有一定的突然性，學生在實驗過程中的安全問題十分突出。同時，由于施工現場工序復雜、人員眾多，而很多學生又缺乏施工經驗和對危險源的判別能力，這使得很多施工單位在安排學生的認識實習和生產實習時存在顧慮。

（5）實驗難度大。在土木工程的實驗中，災害環境（如臺風、火災、地震、滑坡和泥石流等）的模擬設備造價高（大型地震模擬振動臺的造價上億元、大型風洞的造價幾千萬元）。災害環境實驗難度大、危險性大、費用高。為解決土木工程傳統理論教學與學生工程化培養之間的矛盾，拓展實驗及實踐教學的深度和廣度，提高實驗教學的實效，實現理論教學與實踐教學的緊密結合，特別是進行災害環境對土木工程影響的分析、解決重大工程的防災問題，盡可能減少實驗成本和潛在危害，東南大學在課堂理論教學、原有實體實驗、認識實習和生產實習的基礎上，利用專業的仿真軟件，采用多媒體技術以及網絡通信平臺，構建了具有高度真實感、直觀性和精確性的虛擬仿真實驗教學平臺，作為實體實驗及實踐教學的有益補充和創新［1－5］。

2實驗教學資源建設

早在2005年“工程結構設計原理”與2006年“建筑結構設計”國家精品課程建設期間，東南大學就開始組建土木工程計算機輔助結構設計實驗室，此后結合“土木工程施工”、“工程合同管理”、“結構力學”及“工程結構抗震與防災”幾門國家精品課程和其他相關課程的建設，又相繼成立了土木工程施工虛擬仿真實驗室、土木工程管理信息化等實驗室。2013年通過資源整合，依托國家級土木工程實驗教學示范中心，成立了東南大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心。中心面向土木工程、建筑學、交通工程及其他相關專業，形成了“三層次、四模塊、五結合”的教學體系。（1）三層次：按照人才培養需求與教學規律，將實驗教學內容劃分為基礎訓練、提高訓練和創新訓練；（2）四模塊：按專業知識體系與工程實踐規律，搭建土木工程設計、施工、管理、創新實踐4個虛擬仿真實驗平臺；（3）五結合：與理論課程相結合、與實體實驗相結合、與科研項目相結合、與實際工程相結合、與企業實踐相結合。其中，四模塊的18門實驗課程支撐8門專業主干課程與12門實體實驗實踐課程，輻射其他16門專業課程，基本覆蓋了土木工程專業的主要專業課。

2．1土木工程結構分析與設計虛擬仿真模塊

模塊主要包括：（1）基本構件虛擬仿真、樓蓋設計虛擬仿真及單層工業廠房設計虛擬仿真等基礎訓練層次的虛擬仿真實驗項目；（2）建筑結構抗震虛擬仿真、高層建筑結構設計虛擬仿真、大跨空間結構設計虛擬仿真及橋梁結構設計虛擬仿真等提高訓練層次的虛擬仿真實驗項目；（3）復雜結構虛擬仿真、基于MTS混合實驗、大跨橋梁抗風虛擬仿真、結構構件抗火虛擬仿真等創新訓練層次的虛擬仿真實驗項目，是“工程結構設計原理”、“建筑結構設計”與“工程結構抗震與防災”這3門國家級精品資源共享課的重要建設內容。結構分析與設計虛擬仿真實驗項目充分體現了CDIO（conceive－design－implement－operate）的工程教育理念［6－7］，是從工程的構思到概念設計，再進行仿真分析，根據仿真分析結果對概念設計進行優化調整，最后按優化后結構進行施工圖設計的全過程虛擬仿真實驗，實現虛實結合的實踐教學。以特色實驗項目“基于MTS系統混合模擬實驗平臺”為例，傳統的建筑物抗震防災實驗大多數是對整個結構進行的，由于整體實驗成本較高且實驗項目較多，導致實驗場地和實驗時間安排緊張。為了提高實驗項目的實際效果和設備的有效利用，將結構的大部分替換為數值子結構并采用計算機進行仿真，而只有小部分結構在實驗室進行足尺實驗（見圖1）。仿真實驗具有參數可調、實驗方案可擴展、不存在硬件損耗的特點，能夠加深學生對實驗的理解；實體實驗具有真實可靠、直觀性強的特點，能夠提高學生的動手能力和觀察能力。采用計算機仿真實驗與實體實驗相結合的手段，可以有效提高學生綜合應用所學知識的能力。同時，實時混合實驗作為目前最先進的抗震防災實驗手段之一，有助于培養學生的創新意識，提高學術水平。

2．2土木工程施工虛擬仿真模塊

該模塊主要包含基本施工技術虛擬仿真、復雜工程施工技術虛擬仿真及關鍵施工技術仿真分析3部分。基本施工技術虛擬仿真主要包括土方、樁基礎、模板、鋼筋工程等施工過程的虛擬仿真，是模塊的基礎訓練部分；復雜工程施工技術虛擬仿真主要是針對超高層建筑結構、大跨空間結構、大跨橋梁結構等典型工程施工全過程的虛擬仿真，向學生介紹最新的施工技術和復雜工程的施工組織，它是模塊的提高訓練部分；關鍵施工技術仿真分析部分主要針對全新的施工技術，通過對施工過程中關鍵部分的仿真分析，確保施工的順利和安全，它是模塊的創新訓練部分。以典型實驗項目“大跨橋梁結構施工虛擬仿真”為例，該實驗項目以銅陵長江大橋工程為案例，與中鐵大橋局集團和柳州歐維姆機械股份有限公司合作完成。對該工程的施工全過程進行了虛擬仿真，包含樁基礎施工、沉井施工、主塔施工、鋼桁梁吊裝施工、斜拉索施工等子系統（見圖2）。通過該項目的學習，學生可以了解大跨斜拉橋施工的主要步驟、施工工藝、技術措施等。

2．3土木工程管理虛擬仿真模塊

該模塊包含工程項目管理、工程造價管理、工程合同管理和工程管理BIM綜合4個部分。傳統的信息技術類課程教學模式比較注重信息系統管理知識的介紹和基礎軟件操作，但是存在信息技術類知識體系在不同部分之間的割裂問題，使學生難以形成結構化、模塊化的專業信息技術能力和素質。土木工程管理虛擬仿真實驗平臺對傳統課程設置模式進行了改革，根據多學科對信息技術的應用需求，注重學生專業核心能力的培養，形成信息技術類實驗課程平臺。以典型實驗項目“工程管理BIM綜合虛擬仿真”為例，該項目根據給定的工程項目設計（包括建筑、結構、設備等）方案、相應的城市規劃條件以及有關的地理環境數據，從施工單位、設計單位或咨詢單位的角度進行項目建筑設計方案的多維可視化仿真（見圖3），并利用BIM模型進行輔助施工管理，包括項目的日照分析、建筑能耗分析、綠色建筑評價、建筑體量計算等。

2．4土木工程創新實踐虛擬仿真模塊

本模塊主要分為基于創新訓練計劃的虛擬仿真和基于學生參加科技競賽的虛擬仿真兩部分，以滿足學生課外研學課程的需要，在實驗項目的設計上充分體現CDIO的工程教育理念。學生根據項目的要求，利用已學的專業知識，對結構進行概念設計，然后運用仿真分析軟件進行模型計算分析，根據仿真分析結果對模型設計進行優化，完成實體模型的制作，將制作好的模型進行加載或讓其完成特定功能。通過本模塊實驗項目的訓練，可以加深學生對各類結構體系、設計分析的理解和認識，使學生在知識運用能力、創新能力、動手能力、團隊協作精神等方面得到全面提升［8－9］。以典型實驗項目“創新結構體系虛擬仿真實驗”為例（見圖4），要求學生設計并制作創新結構模型，以反映學生的力學概念、結構概念和創新思維。實驗項目鼓勵節能減排、循環經濟的創新思路，旨在通過指導學生對結構概念設計、基本構件受力狀態、空間結構體系及特點、典型工程案例分析等內容的學習，培養學生勤于觀察與思考，并動手制作結構模型的能力，使學生能夠從結構整體上把握建筑物的結構體系及受力特點，并通過學習報告、制作模型及加載體驗的方式提高學生的動手實踐能力和創新意識。

3教學特色

3．1依托優質教學資源建設虛擬仿真實驗平臺

土木工程虛擬仿真實驗教學中心長期堅持實體實驗項目建設和虛擬仿真項目建設相結合，通過國家級教學團隊的規劃，完善了實驗教學體系，并將學生實驗訓練的學時數比例由總學時的19％增加到25％。中心依托國家級土木工程實驗教學示范中心，與理論教學緊密結合，進行虛實結合的實驗教學資源建設，有力地支撐了6門國家精品課程、5門國家級精品資源共享課程和1門國家級視頻公開課的建設，提升了課程建設和專業建設的水平。2013年，土木工程專業以優秀成績第4次通過住建部高等教育土木工程專業評估委員會的評估，在2012年的全國學科評估中，東南大學土木工程學科名列全國第三。

3．2來源于科研項目，面向創新能力培養

中心依托“國家預應力工程技術中心”、“混凝土與預應力混凝土教育部重點實驗室”等國家和部省級科研基地，不斷地將最新科研成果轉化為虛擬仿真實驗項目。通過把科研成果轉化為實驗教學內容，把科研方法融入實驗教學活動，向學生傳授科研理念、科研文化、科研價值，使學生了解科技最新發展和學術前沿動態，激發科研興趣，啟發科研思維，培養科研道德，提升學生科學研究和科技創新能力。

3．3來源于工程實踐，面向工程實踐能力培養

中心的大量虛擬仿真實驗項目來自于真實的工程實例，是以實際工程為背景，解決工程實際問題為目標的“實戰型”項目。通過真實項目的演練，指導學生綜合運用專業知識，進一步培養學生的工程素質和實踐能力，為社會輸送合格的“來之能戰”的畢業生。已將典型重大工程轉化為實驗項目的實例有：（1）山東博物館屋蓋薄壁箱型結構虛擬仿真；（2）廣州南站大跨空間結構溫度應力虛擬仿真；（3）廣州白云機場復雜鑄鋼節點虛擬仿真；（4）潤揚長江大橋大跨橋梁抗風虛擬仿真；（5）深圳大運會體育館鋼結構安裝施工虛擬仿真；（6）滬通長江大橋橋梁沉井施工全過程虛擬仿真。

3．4面向防災減災，開展災害虛擬仿真

現代土木工程的最大威脅來自于各種自然災害和人為災害———地震、臺風、海嘯、火災、爆炸、泥石流等。各種災害因其巨大的時空尺度而難以再現，因其復雜的生成原因而無法重復，所以要借助現代虛擬仿真技術進行演示。中心依托云計算中心每秒37萬億次峰值浮點計算能力，運用大型虛擬仿真分析軟件，開展地震、臺風、火災及爆炸等災害的模擬，提升學生防災意識和減災水平。

4結束語

通過多年的建設，東南大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心已經成為由國家級教學團隊及國家級教學名師負責規劃和建設，面向土木工程、工程管理2個國家級高等教育特色專業和其他相關專業的實驗實踐教學基地，為“結構力學”、“工程結構設計原理”、“建筑結構設計”、“工程結構抗震與防災”、“土木工程施工”、“工程合同管理”等6門國家級精品課程和其他相關課程開展虛擬仿真實驗教學，面向7個專業的學生開展創新訓練。2014年，該中心獲批為國家級土木工程虛擬仿真實驗教學中心。

參考文獻（References）

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［2］石松泉，沈紅，梁偉，等．虛實結合的電工電子實驗教學體系的設計［J］．實驗技術與管理，2008，25（8）：184－186．

［3］蔡衛國．虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用［J］．實驗技術與管理，2011，28（8）：76－78．

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［5］王衛國．虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議［J］．實驗室研究與探索，2013，32（12）：5－8．

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［7］李亮亮，趙玉珍，李正操，等．材料科學與工程虛擬仿真實驗教學中心的建設［J］．實驗技術與管理，2014，31（2）：5－8．

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

虛擬仿真教學資源建設范文第5篇

一、規劃的重要性。虛擬仿真實訓技術是建立在虛擬現實與網絡技術基礎之上的，多感知性、沉浸性、互動性和構想性決定了其高技術、高難度、高投入，這就需要站在全局的基礎上，發揮教學指導委員會與行業指導委員會的作用，做好總體規劃。搞清楚哪些專業、哪些課程適合搞，哪些不適合搞。防止無序的低水平重復建設，使有限的資金用在刀刃上。

二、選題的必要性。遼寧省總結要選擇實操實訓存在的“三高（高投入、高危險、高污染）、四難（難進入、難看見、難運行、難再現）”現象進行開發，要具有不可或缺性，要有所為有所不為。否則，將大大增加教學成本，搞不好還會弄巧成拙。

三、作品的科學性。仿真實訓圍繞著實操實訓做資源，在現場的真實性、項目的典型性、工藝的先進性、動作的示范性、準確性等方面對設計者都有很高的要求，對現場不夠精通的教師是很難勝任的。因此，仿真要真，就要吸收行業專家加入創作與指導隊伍，還要吸收教育技術專家參加設計，選擇有教育背景的軟件企業一起開發制作，否則會誤導學生，不僅無利，反而有害。

四、標準的緊迫性。虛擬仿真實訓基地建設在職業教育信息化領域技術含量最高，需要標準先行。所包括的項目選題、教學設計、開發流程、稿本與腳本編寫、電腦制作、產品合成包裝、產品驗收、評價等各個環節既有電腦制作與作品驗收方面的技術問題，也有仿真實訓軟件的設計理念方面的問題。有人推崇將游戲軟件作為教育軟件，我們理解教師想用游戲軟件把職校學生拉回課堂的主觀意愿，但二者在開發目的、表現形式、教學策略、教學設計、技術路線及學習效果上有很大的不同。我們強調教師主導與學生主體的統一，而前者重視了學生的主體性，卻忽略了教師的主導性。

五、與“課”的整合性。虛擬仿真實訓資源的開發是手段，教學應用才是目的，要特別注重仿真實訓資源與專業、課程的整合與創新。多年來，我們在課程改革的方向上是沒有錯的，項目教學、任務驅動、理實一體化等。但是，成效似乎不如想象的那樣大，究其原因，我們缺少一個抓手，這個抓手就是虛擬仿真實訓資源的支撐。以教材與數字化資源的關系為例。過去，是“書配盤”，先有書，后有盤（書后配備的數字化教學資源光盤），光盤只是書的附屬物，真正理實一體化的好教材并不多見。現在是否能來個觀念創新——“盤配書”呢？換言之，我們先從仿真實訓教學資源抓起，有了好用的資源，教材的編寫是否就更有的放矢、更有水平、更加便捷？理實一體化（先課堂仿真演示教學，后學生交互自主仿真學習，再實操實訓）是否就可以落到了實處？有了仿真實訓數字化資源，往前可用于課堂演示教學，往后可用于實操實訓的導訓，還可以用于課程與專業的實踐環節以及職業技能應知應會的考核。這樣一來，信息技術對教學的支撐作用就可以顯現，信息技術對教學內容的整合，對教學方法、內容、模式的創新作用就可以凸顯，職業教育進入內涵建設時代就有了方向，有了抓手。