基于虚拟仿真试验的公路工程检测技术课程教学改革

基于虚拟仿真 试验的公路工程检测技术课程 教学改革

赵瑜隆

山东交通学院 交通土建工程学院，山东 济南 250357

摘要：随着科技的发展，公路工程检测技术不断革新，对高校相关教学工作也提出新的挑战。借助科技发展，信息化也在逐步融入教学设计。由于高校学生参与现场或者室内试验存在诸多不便，虚拟仿真试验逐渐参与实践教学。本研究首先分析了虚拟仿真试验在公路工程检测技术课程应用的必要性；其次，根据学生学习的需求，分析了公路工程检测技术虚拟仿真试验系统应该具有的功能；再次，探讨了公路工程检测技术虚拟仿真试验系统的运行要求。

关键词：虚拟仿真；公路工程检测技术；教学改革

0 前言

随着科学技术的快速发展，高校教育也需要与时俱进，积极采用新技术辅助教学，推进教育信息化建设。这项改革不仅可以提升教学质量，还可以开阔学生的视野，提升学生学习的兴趣。土木工程专业肩负培养工程建设者的重任。由于工程的复杂性，对于刚刚接触专业课程的学生，工程结构和施工是不容易理解和想象的^[1-3]。例如，在学生没有见过实际情形的情况下，很难想象桥梁的部分结构，更无法理解检测的过程。虚拟仿真试验就是将理性的试验检测过程采用可视化的方式展示出来，学生可以看到三维的试验过程，将理论实体化，学生会有如临其境的感受，可以激发学生的学习兴趣，提升教学效果^[4-5]。

公路工程检测技术课程包含理论和试验两个部分，主要讲授道路、桥梁工程所涉及的主要试验，包括试验目的、原理、数据处理和报告书写等。学生在进行试验操作前，主要由试验课老师讲解试验步骤和过程，非常抽象，学生听过讲解后需要进行尝试，由于仪器的有限性，操作效果较差。因此，在开展实际试验前，有必须要让学生参与虚拟仿真试验，了解试验的宏观过程。

1 虚拟仿真试验用于公路工程检测技术课程的必要性分析

公路工程检测技术课程主要是培养学生参与工程质量检测的能力，因此，除了要了解检测原理外，还要学习检测的仪器、方法、过程和数据处理知识。本门课程对于学生操作能力的培养是非常重要的，因为试验检测方法的学习效果体现在实际操作，也为未来就业奠定基础。本门课程是在大四上学期讲授，由于学校实习和上课的时间安排，这个学期学生是无法去现场的。而且，大三的学生实习也存在的一定的问题：（1）学生的实习不能与本门课程联系起来；（2）由于学生安全的考虑，学生参与检测的机会比较少；（3）由于新冠疫情，学生参与实习的时间比较少，很难接触多个试验检测项目。

目前，高校在逐步推进虚拟仿真试验，将信息化技术与教学结合起来，提升学生学习的效果。虚拟仿真试验可以真实、直观地展示试验过程，便于学生理解和学习。公路工程检测技术课程虚拟仿真试验将最新检测技术、常规检测技术和数据处理等结合起来，融合多种新技术，让学生不用去现场就可以学试验、做试验。

2 公路工程检测技术课程虚拟仿真试验系统

根据公路工程检测技术课程试验的特点，为提升学生的学习效果，融合虚拟仿真技术和网络技术，建立公路工程检测技术课程虚拟仿真试验系统。系统主要包括权限管理板块、虚拟试验板块、交流板块和评价板块等。具体内容和功能为：

1. 权限管理板块：该板块主要用于权限管理以及教学管理。例如，角色设置、注册设置、学习时长统计和学习要求等。

2. 虚拟试验板块：根据公路工程检测技术课程试验项目的类别，设置对应的虚拟试验项目，给出对应试验的原理、方法和数据处理说明，并设置虚拟试验的动画，能够展示试验的过程、结果、数据处理和要求等。

（3）交流板块：学生和老师在试验过程中，遇到问题，可以及时进行交流。学生试验学习过程可能会遇到试验问题、使用问题，需要咨询教师，及时解决。

（4）评价板块：根据这个板块，学生和老师可以及时反馈平台运行和设置的问题，以便及时完善虚拟仿真试验平台。

3 虚拟仿真试验平台应用

在教师讲授一试验项目结束后，就可以对应地学习虚拟仿真试验，以便了解实际的检测过程。利用虚拟仿真平台进行教学的过程主要包括：学习任务下发、虚拟试验操作学习、讨论与交流、试验报告书写、成绩评定和教学总结等。

（1）学习任务下发

在进行虚拟试验之前，教师应该下发学习任务。学生应该再次熟悉试验的原理、过程、数据处理和报告编写的要求。学生应该明确哪些知识还未学会，知道自己的不足，在虚拟试验过程如何解答。

（2）虚拟试验操作

根据本次虚拟试验项目，学生应该带着问题去学习。了解试验的目的、试验仪器的参数设置、如何操作仪器、如何开展试验、如何记录数据、如何处理数据以及如何编制数据等。学生应该对试样有直观的认识，能够理论联系实际。学生在试验过程，应该记录遇到的问题，试验前的问题是否已经解决。

3. 讨论与交流

在虚拟试验操作完成后，可以在讨论交流区，询问自己遇到的难题，不能理解的地方等。这样，可以锻炼学生自我表达和分析解决问题的能力。学生也可以回答其他同学的问题，在交流中不断深化所学的知识。学生遇到的很多问题也是工程检测过程中可能会遇到的问题。教师应该汇总学生遇到的问题，集中或者针对性解决这些问题，激发学生学习的兴趣，培养参与问题解决的能力。

（4）试验报告书写

在虚拟试验操作、数据记录完成后，需要编制试验报告。教师应该提醒学生编制试验报告的注意事项，并提供试验报告编制规则与案例，方便学生学习。

（5）学生成绩评定

根据学生参与学习的时长、问题讨论情况和报告编制情况，综合地评估学生的成绩。这部分成绩所占的权重应该和期末考试、平时成绩结合起来。应该突出学生实际操作试验的能力以及解决复杂问题的水平。

6. 教学总结

通过学生成绩评定、虚拟试验过程学习和师生交流，寻找虚拟试验过程中存在的问题，包括教学设计、平台使用情况和教学内容的更新等。通过不断的优化，逐步提升虚拟仿真试验的教学效果。

参考文献

[1] 顾展飞,孙庆珍,甘春景. 虚拟仿真技术在土木工程测量实验教学中的应用研究[J]. 现代商贸工业,2021,42(11):164-166.

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[4] 徐明,刘艳,陆金钰,等. 土木工程虚拟仿真实验教学资源的建设[J]. 实验技术与管理,2015,32(12):116-119.

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