中心建设必要性

       土木工程实验设备体量大、资源消耗大、危险性高的特点,以及信息社会条件下学生学习方式的转变,决定了虚拟仿真实验教学必将成为未来人才培养的重要教学方式和手段,因此有必要在原有的模拟实验教学中心基础上,建设相应的虚拟仿真实验教学中心。

 

       ⑴ 土木工程虚拟仿真实验教学突破了模拟实验教学的技术难题和功能缺憾,完成其所不能。实验教学对学生理解知识、提升能力至关重要,但土木工程实验教学中往往存在一些困难,包括:①空间受限性大(实验空间范围广、设备体量大,大型复杂实验无法在实验室内让本科生深度参与),②时间受限性大(工程建造周期长,无法通过实际操作了解整体建造与运行),③安全性差(工程尺度实验,环境恶劣、危险性高),④经济性差(实验复杂、项目开设成本高,混凝土试件浇筑等资源消耗大),⑤交互性差(或因经济条件限制,实验台套数少、实验变换参数少,或因过程限制,学生难以身临其境)。而虚拟仿真实验经济省钱、生动直观、安全可靠、情景再现、精确无误、客观真实、信息共享的优越特性为上述问题的解决提供了一条新思路。

 

       ⑵ 土木工程虚拟仿真实验教学顺应了数字化信息条件下学生学习方式的转变,有利于学生提高学习兴趣、提升创新能力。数字化和网络化环境中成长的一代人,习惯于三维情景的知识学习,习惯于从固定老师、固定班级、固定内容、固定速度的单向学习转为互联网下的随时随地学习。土木工程虚拟仿真实验教学可以有效地顺应于此,并达到教学目标:①虚拟仿真实验能够创设出声像结合、图文并茂、三维显现的土木工程设计、安装、建造、实验情境,使学生有身临其境之感,增强感性认识、增强学习兴趣和学习效率;②虚拟仿真实验可以通过虚实结合、虚拟仿真等方式突破传统实验的限制,极大地扩充实验教学资源,使学生能够自主掌控学习方式、内容选取、学习进度,进行实验预习、实验回顾,提高学习的自主性和能动性;③基于网络技术、多媒体、数据库等技术构建的土木工程虚拟仿真实验可以无限地变换实验参数、再现模拟实验无法完成的复杂工程问题及其求解路径,从而启迪学生的思维,培养其分析和解决问题能力、培养其创新意识和创新能力。

 

       ⑶ 土木工程虚拟仿真实验教学是传统模拟实验教学的必然发展方向,二者有机组合在一起,构建一个系统、完整地实验教学中心。教学发展的趋势是在可控的范围内强化学生的实践与亲身体验。从关注学生感性认识、实践能力的的模拟实验教学,到关注学生情境感受、创新能力的虚拟仿真实验教学,可以低成本、高效能地实现培养未来人才的目标。尤其对于学科排名居于首位的同济大学土木工程专业,在已有的颇具前瞻性、示范性、辐射性的国家级土木工程实验教学示范中心基础上,有必要构建一个智能化、互动式、开放性的虚拟仿真实验平台,通过计算机网络向校内外和社会共享实验教学资源,进一步发挥同济大学土木工程专业的学科引领作用,并在国际上抢占学科建设和人才培养的制高点。