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高校类

工程综合模拟实验室

1、模拟实验室建设的必要性

  化解实验硬件不足与实验课时之间的矛盾:学校的实验室数量或者实验设备数量不足,不能满足教学实验课时的需要,利用模拟实验室,可以采用多种手段:计算机仿真技术、视频、实物,以弥补实验室硬件缺少的不足,在满足学生实验课时的同时减少实验室的经费投入;
  学生的实习受时间和环境条件的限制:学校教学和社会实践在时间上不能协调好,学生不能将理论知识和生产实践相结合,影响教学效果;
  传统教学缺少学生综合实践的场所:传统的实验和教学手段是针对一个具体的课程,而不能将有关课程进行有机的结合,模拟实验室提供了一个有效的综合实验的工具,可以让学生将所学的课程进行综合集成实验。

2、模拟实验室建设的意义

    改变传统的教学模式:利用计算机仿真技术充分调动学生的积极性,真正做到“寓教于乐”,分角色的设计实验提高了学生的创新和应变能力;
    培养学生利用工具软件的能力:使得学生能在一个仿真的工作环境中进行实验实习,为毕业后进入工作角色提供条件;

    加强理论与实践的结合:能使学生随着教学进度能感性理解教学内容,克服理论与实践脱节的问题。

3、模拟实验室的建设思路

    实验室的建设思路是:“工程管理基础实验室”包括硬件平台和软件平台两个层次,硬件平台按照大平台、单元化的总体思路,力争实现现实与虚拟互动,建造以“土木实验”为中心的实验环境和以“工程造价” 的网络环境为一体的硬件平台;软件平台主要是指实验课程体系的构建,也包括实验室运行制度与机制的设计。初步设想是构建一个面向工程管理、工程造价和工程保险本科专业的实验平台体系,实现专业建设、学科建设与实验室建设的良性互动。

    人才培养思路:加强基础与增强适应性结合;培养适任、敬业为特色的高级应用人才;毕业生要有三种能力:创新设计能力、工程实践能力、通用管理能力。
    通过以上两者的互相结合,达到良好的人才培养效果。

  

5、模拟实验室试验类型设置

    认知型实验:按照实验要求,准备一系列图片、文字、动画等实验素材供学生进行学习,最后以单项选择题的方式对学生进行考核,以上素材和考核题目均由相关教师准备。系统提示学生按正确的步骤进行,并最后对学生的考核情况自动给出分数,反馈给教师,例如“构件的认知实验”。
交互型实验:开发相关的人机交互模拟软件程序,学生模拟实际实验情况,进行操作,最后由系统记录其操作并自动生成实验报告(doc等格式),教师审阅后给出分数,例如“混凝土梁的弯曲实验”。
    设计型实验:根据某知识领域的相关知识和课堂内容,教师指定设计题目,学生自行设计,最后提交电子形式的设计报告,上传至系统。教师需要准备设计题目,审阅学生的设计报告并打分,例如“房屋建筑学课程设计”。
    操作型实验:不需要实验报告(或者不以电子形式提交的设计报告),学生按照指定实验的要求,进行操作或者演习。教师需要准备实验题目,并根据学生的实际表现进行考核,例如“招投标管理实验”。

6、模拟实验室系统功能介绍

土木工程模拟实验单元
    该单元主要结合学生的专业课进行设计。与该单元相关的专业课程有:房屋建筑学、钢筋混凝土结构、建筑施工等。通过该单元的设计,使学生能获得直观的学习效果。
    在建筑构件认知中,根据不同的工程类别对建筑构件进行分解,在分解的过程中能显示建筑构件的名称,使得学生能非常直观的掌握某一构件在结构中的位置,同时,系统还根据结构的构成,按照不同的部位提供各种构件的三维模型,让学生了解各种构件的受力特点和具体的使用条件。
    系统提供绘图功能,使学生在经过一段时间的学习以后,能根据教师布置的作业要求,完成相应的作业或者课程设计,并能实现在网上提交给教师评阅,减少以往图版绘图的工作量,同时培养学生使用现代管理工具的能力。
    钢筋混凝土梁的受弯试验克服以往提前预制试验构件的困难,随时都能为学生提供试验环境。学生只要输入构件的几何尺寸和混凝土标号以及钢筋的布置,系统即可进行仿真试验,能显示裂缝的变化和挠度的变化,使得试验更直观,试验结果可以和学生在试验前的计算结果进行对比,这培养了学生现代科研的能力,同时也降低了学校开设传统试验课程的费用成本。
    系统能通过动画、录像等形式进行施工技术的教学,克服传统的静态图片教学的弊端,使学生能快速、直观的进行施工技术的学习,为以后的实际工作打下良好的基础。
    在力学教学中,传统的教学手段只是让学生了解和掌握单构件在荷载作用下的变形情况,而对结构的整体变形学生没有整体的概念。本系统中,我们采用真实的案例,根据计算结果,将结构在不同荷载下的变形情况通过录像的形式表现,使得学生对结构在荷载作用下的变形有感性的认识。

 

工程力学模拟实验单元
    本单元提供了金属的拉伸试验、压缩试验、弯曲正应力试验以及弹性模量的测定试验。这些虚拟试验,提供了从试验设备操作、试验各步骤的操作,试验结果分析等各个过程,学生通过这些虚拟试验,能感受到真实试验的环境,克服了传统试验中多个学生一组,不能每个人都进行操作的弊端。
建材模拟实验单元
    建材试验单元提供水泥和混凝土的试验步骤演示。通过动画和录像的结合,让学生掌握真实的水泥和混凝土的试验步骤,有条件的学校还可以辅以简单的试验设备,软硬结合,达到良好的教学效果。
工程造价模拟实验单元
    按照教学要求,系统根据教学进度,能提供工程量的计算和定额计价的试验,学生可以将教师布置的作业图纸通过软件录入到系统中,系统根据输入的图纸,根据学生输入的计算部位,进行工程量的计算,同时学生也能掌握工程量的计算规则。在工程量的计算基础上,学生还能进一步的选择需要的定额,进行工程造价的计算。针对学生的课程设计和毕业班的毕业设计,系统提供全过程的量价计算,让学生进行工程造价全过程的模拟实验。
工程过程管理模拟实验单元
    该试验单元提供项目可研分析、招投标管理、进度管理等功能,能让学生通过系统进行有关投资指标的计算,也能在系统中根据教师的布置,完成招标投标的全过程的试验模拟,并能回答教师提问的问题,进行知识点的考核。
    同时系统中还提供三维现场施工布置图的设计软件。学生能进行施工现场的布置,并且能根据一定的要求完成有关施工现场布置的说明文档,并将文档和布置图从网上提交给教师进行审批。

7、模拟实验室系统的角色设置

    系统提供三种角色:管理员、教师和学生。
    管理员:对系统进行维护,对参与试验的教师进行授权,使教师能顺利的进入系统,完成教学任务。
    教师:教师根据管理员的授权,进入系统,完成试验任务的布置和有关试验学生的授权,同时还能在系统中与学生进行互动交流。
    学生:在系统中完成相关的试验任务,提交试验报告,对于与学习中遇到的问题,能在系统中同教师进行交流。

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