在原有的基于课堂教学的计算机辅助教学系统、基于教学实验的虚拟实验系统、基于科教协同的复杂结构数值仿真系统基础上,充分考虑土木工程学科和专业特点、学生的认知过程和能力提升要点、虚拟仿真系统开发平台和信息技术现状,统筹规划、重组资源,形成了夯实基础、面向应用、培养创新三个层次,虚拟现实、虚实结合、虚拟仿真三大类别,科研平台、技术平台、校企合作三大支撑的土木工程虚拟仿真实验教学资源架构(图1)。这一资源架构本着“虚实结合、相互补充、能实不虚”原则,着力提升原有的土木工程实验教学中心功能,从面向专业基础为主的虚拟现实类实验(3个模块,计19个实验项目)、到面向专业应用的虚实结合类实验(10个模块,计29个实验项目)、最后至面向研究创新的结构性态仿真类实验(7个模块,计13个实验项目),虚实互补、层层推进,贯穿于学生从专业认知、到专业学习、再至迈向工程和科研的人才成长全过程(图2)。
虚拟现实类实验紧密结合建筑业工程实际,开发了虚拟建造模块、虚拟实训模块、虚拟体验等3个模块,包含有“盾构施工过程”、“岩矿识别实训”、“工程建造体验”等19个虚拟仿真实验教学项目。
虚实结合类实验对应于土木工程实验教学平台,在实物实验之上进行多参数的虚拟仿真实验。目前开发了结构体系与概念、土木工程材料、测量学、工程地质、土力学、混凝土结构、钢结构、土木工程施工、工程抗震、结构试验等10个教学实验模块,计29个虚实结合实验项目。
结构性态仿真类实验对应于专业实验、对学生进行工程和科学研究引导。中心不断将科学研究和重大工程建设等优质成果转化为虚拟仿真实验教学资源,丰富实验教学内容,提升学生工程能力和学术视野。目前建设有建筑结构、桥梁结构、岩土工程、隧道与地下建筑、水利工程、工程结构防灾、远程实验系统等7个性态仿真模块,计13个实验项目。
每个虚拟仿真实验项目中除具有动态化随点随学的功能外,还配置了各种相关的辅助学习功能模块,便于对实验内容的完整学习和训练。这些辅助学习功能模块可根据各种实验项目的需要进行舍取组合。
图1 土木工程虚拟仿真实验教学资源架构