1、模擬實驗室建設(shè)的必要性

　　化解實驗硬件不足與實驗課時之間的矛盾：學(xué)校的實驗室數(shù)量或者實驗設(shè)備數(shù)量不足，不能滿足教學(xué)實驗課時的需要，利用模擬實驗室，可以采用多種手段：計算機(jī)仿真技術(shù)、視頻、實物，以彌補(bǔ)實驗室硬件缺少的不足，在滿足學(xué)生實驗課時的同時減少實驗室的經(jīng)費投入；
　　學(xué)生的實習(xí)受時間和環(huán)境條件的限制：學(xué)校教學(xué)和社會實踐在時間上不能協(xié)調(diào)好，學(xué)生不能將理論知識和生產(chǎn)實踐相結(jié)合，影響教學(xué)效果；
　　傳統(tǒng)教學(xué)缺少學(xué)生綜合實踐的場所：傳統(tǒng)的實驗和教學(xué)手段是針對一個具體的課程，而不能將有關(guān)課程進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，模擬實驗室提供了一個有效的綜合實驗的工具，可以讓學(xué)生將所學(xué)的課程進(jìn)行綜合集成實驗。

2、模擬實驗室建設(shè)的意義

   改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式：利用計算機(jī)仿真技術(shù)充分調(diào)動學(xué)生的積極性，真正做到“寓教于樂”，分角色的設(shè)計實驗提高了學(xué)生的創(chuàng)新和應(yīng)變能力；
    培養(yǎng)學(xué)生利用工具軟件的能力：使得學(xué)生能在一個仿真的工作環(huán)境中進(jìn)行實驗實習(xí)，為畢業(yè)后進(jìn)入工作角色提供條件；

    加強(qiáng)理論與實踐的結(jié)合：能使學(xué)生隨著教學(xué)進(jìn)度能感性理解教學(xué)內(nèi)容，克服理論與實踐脫節(jié)的問題。

3、模擬實驗室的建設(shè)思路

    實驗室的建設(shè)思路是：“工程管理基礎(chǔ)實驗室”包括硬件平臺和軟件平臺兩個層次，硬件平臺按照大平臺、單元化的總體思路，力爭實現(xiàn)現(xiàn)實與虛擬互動，建造以“土木實驗”為中心的實驗環(huán)境和以“工程造價” 的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為一體的硬件平臺；軟件平臺主要是指實驗課程體系的構(gòu)建，也包括實驗室運(yùn)行制度與機(jī)制的設(shè)計。初步設(shè)想是構(gòu)建一個面向工程管理、工程造價和工程保險本科專業(yè)的實驗平臺體系，實現(xiàn)專業(yè)建設(shè)、學(xué)科建設(shè)與實驗室建設(shè)的良性互動。

    人才培養(yǎng)思路：加強(qiáng)基礎(chǔ)與增強(qiáng)適應(yīng)性結(jié)合；培養(yǎng)適任、敬業(yè)為特色的高級應(yīng)用人才；畢業(yè)生要有三種能力：創(chuàng)新設(shè)計能力、工程實踐能力、通用管理能力。
    通過以上兩者的互相結(jié)合，達(dá)到良好的人才培養(yǎng)效果。

5、模擬實驗室試驗類型設(shè)置

    認(rèn)知型實驗：按照實驗要求，準(zhǔn)備一系列圖片、文字、動畫等實驗素材供學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，最后以單項選擇題的方式對學(xué)生進(jìn)行考核，以上素材和考核題目均由相關(guān)教師準(zhǔn)備。系統(tǒng)提示學(xué)生按正確的步驟進(jìn)行，并最后對學(xué)生的考核情況自動給出分?jǐn)?shù)，反饋給教師，例如“構(gòu)件的認(rèn)知實驗”。
交互型實驗：開發(fā)相關(guān)的人機(jī)交互模擬軟件程序，學(xué)生模擬實際實驗情況，進(jìn)行操作，最后由系統(tǒng)記錄其操作并自動生成實驗報告（doc等格式），教師審閱后給出分?jǐn)?shù)，例如“混凝土梁的彎曲實驗”。
    設(shè)計型實驗：根據(jù)某知識領(lǐng)域的相關(guān)知識和課堂內(nèi)容，教師指定設(shè)計題目，學(xué)生自行設(shè)計，最后提交電子形式的設(shè)計報告，上傳至系統(tǒng)。教師需要準(zhǔn)備設(shè)計題目，審閱學(xué)生的設(shè)計報告并打分，例如“房屋建筑學(xué)課程設(shè)計”。
    操作型實驗：不需要實驗報告（或者不以電子形式提交的設(shè)計報告），學(xué)生按照指定實驗的要求，進(jìn)行操作或者演習(xí)。教師需要準(zhǔn)備實驗題目，并根據(jù)學(xué)生的實際表現(xiàn)進(jìn)行考核，例如“招投標(biāo)管理實驗”。

6、模擬實驗室系統(tǒng)功能介紹

土木工程模擬實驗單元
    該單元主要結(jié)合學(xué)生的專業(yè)課進(jìn)行設(shè)計。與該單元相關(guān)的專業(yè)課程有：房屋建筑學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、建筑施工等。通過該單元的設(shè)計，使學(xué)生能獲得直觀的學(xué)習(xí)效果。
    在建筑構(gòu)件認(rèn)知中，根據(jù)不同的工程類別對建筑構(gòu)件進(jìn)行分解，在分解的過程中能顯示建筑構(gòu)件的名稱，使得學(xué)生能非常直觀的掌握某一構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的位置，同時，系統(tǒng)還根據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，按照不同的部位提供各種構(gòu)件的三維模型，讓學(xué)生了解各種構(gòu)件的受力特點和具體的使用條件。
    系統(tǒng)提供繪圖功能，使學(xué)生在經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)以后，能根據(jù)教師布置的作業(yè)要求，完成相應(yīng)的作業(yè)或者課程設(shè)計，并能實現(xiàn)在網(wǎng)上提交給教師評閱，減少以往圖版繪圖的工作量，同時培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代管理工具的能力。
    鋼筋混凝土梁的受彎試驗克服以往提前預(yù)制試驗構(gòu)件的困難，隨時都能為學(xué)生提供試驗環(huán)境。學(xué)生只要輸入構(gòu)件的幾何尺寸和混凝土標(biāo)號以及鋼筋的布置，系統(tǒng)即可進(jìn)行仿真試驗，能顯示裂縫的變化和撓度的變化，使得試驗更直觀，試驗結(jié)果可以和學(xué)生在試驗前的計算結(jié)果進(jìn)行對比，這培養(yǎng)了學(xué)生現(xiàn)代科研的能力，同時也降低了學(xué)校開設(shè)傳統(tǒng)試驗課程的費用成本。
    系統(tǒng)能通過動畫、錄像等形式進(jìn)行施工技術(shù)的教學(xué)，克服傳統(tǒng)的靜態(tài)圖片教學(xué)的弊端，使學(xué)生能快速、直觀的進(jìn)行施工技術(shù)的學(xué)習(xí)，為以后的實際工作打下良好的基礎(chǔ)。
    在力學(xué)教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)手段只是讓學(xué)生了解和掌握單構(gòu)件在荷載作用下的變形情況，而對結(jié)構(gòu)的整體變形學(xué)生沒有整體的概念。本系統(tǒng)中，我們采用真實的案例，根據(jù)計算結(jié)果，將結(jié)構(gòu)在不同荷載下的變形情況通過錄像的形式表現(xiàn)，使得學(xué)生對結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形有感性的認(rèn)識。

工程力學(xué)模擬實驗單元
    本單元提供了金屬的拉伸試驗、壓縮試驗、彎曲正應(yīng)力試驗以及彈性模量的測定試驗。這些虛擬試驗，提供了從試驗設(shè)備操作、試驗各步驟的操作，試驗結(jié)果分析等各個過程，學(xué)生通過這些虛擬試驗，能感受到真實試驗的環(huán)境，克服了傳統(tǒng)試驗中多個學(xué)生一組，不能每個人都進(jìn)行操作的弊端。
建材模擬實驗單元
    建材試驗單元提供水泥和混凝土的試驗步驟演示。通過動畫和錄像的結(jié)合，讓學(xué)生掌握真實的水泥和混凝土的試驗步驟，有條件的學(xué)校還可以輔以簡單的試驗設(shè)備，軟硬結(jié)合，達(dá)到良好的教學(xué)效果。
工程造價模擬實驗單元
    按照教學(xué)要求，系統(tǒng)根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，能提供工程量的計算和定額計價的試驗，學(xué)生可以將教師布置的作業(yè)圖紙通過軟件錄入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)輸入的圖紙，根據(jù)學(xué)生輸入的計算部位，進(jìn)行工程量的計算，同時學(xué)生也能掌握工程量的計算規(guī)則。在工程量的計算基礎(chǔ)上，學(xué)生還能進(jìn)一步的選擇需要的定額，進(jìn)行工程造價的計算。針對學(xué)生的課程設(shè)計和畢業(yè)班的畢業(yè)設(shè)計，系統(tǒng)提供全過程的量價計算，讓學(xué)生進(jìn)行工程造價全過程的模擬實驗。
工程過程管理模擬實驗單元
    該試驗單元提供項目可研分析、招投標(biāo)管理、進(jìn)度管理等功能，能讓學(xué)生通過系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)投資指標(biāo)的計算，也能在系統(tǒng)中根據(jù)教師的布置，完成招標(biāo)投標(biāo)的全過程的試驗?zāi)�擬，并能回答教師提問的問題，進(jìn)行知識點的考核。
    同時系統(tǒng)中還提供三維現(xiàn)場施工布置圖的設(shè)計軟件。學(xué)生能進(jìn)行施工現(xiàn)場的布置，并且能根據(jù)一定的要求完成有關(guān)施工現(xiàn)場布置的說明文檔，并將文檔和布置圖從網(wǎng)上提交給教師進(jìn)行審批。

7、模擬實驗室系統(tǒng)的角色設(shè)置

    系統(tǒng)提供三種角色：管理員、教師和學(xué)生。
    管理員：對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，對參與試驗的教師進(jìn)行授權(quán)，使教師能順利的進(jìn)入系統(tǒng)，完成教學(xué)任務(wù)。
    教師：教師根據(jù)管理員的授權(quán)，進(jìn)入系統(tǒng)，完成試驗任務(wù)的布置和有關(guān)試驗學(xué)生的授權(quán)，同時還能在系統(tǒng)中與學(xué)生進(jìn)行互動交流。
    學(xué)生：在系統(tǒng)中完成相關(guān)的試驗任務(wù)，提交試驗報告，對于與學(xué)習(xí)中遇到的問題，能在系統(tǒng)中同教師進(jìn)行交流。

中國建筑科學(xué)研究院  建筑工程軟件研究所

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