仿真技术在土木工程专业实习教学中应用

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1、仿真技术在土木工程专业实习教学中应用　　摘要：本文总结了土木工程专业实习存在的问题，介绍了仿真教学的概念，探讨了土木工程专业仿真教学的层次定位及发展方向。关键词：仿真技术土木工程实践教学实习中图分类号：TP337文献标识码：A文章编号：实践能力的培养在土木工程专业教学中具有重要的地位。实践能力培养主要通过各类实验、实习(认识、生产和毕业实习等)、课程设计及毕业设计等实践性教学环节来实现。其中，实习教学是土木工程专业最为活跃的实践教学环节，是实施专业知识教育、获得感性认识、提高实践能力和创新意识的有效途径，在高素质的土木工程人才综合培

2、养中具有不可替代的重要作用。因此，如何有效地开展实习教学，保证实习环节的教学质量，切实提高学生的实践动手能力成为众多高校土木工程专业人才培养面临的一个重要课题。1土木工程专业实习存在的问题6土木工程专业实习具有其自身特点，一是实习地点多为工程施工现场，环境复杂，具有一定安全隐患；二是工程进度受工程规模和气候影响较大，学生实习期间一般只能观察到某一项静态工程或工程的部分施工环节，不可能是全部施工工程；三是由于教学计划安排上的要求和人员组织上的需要，实习一般具有集中性，即时间集中、人员集中；四是实习地点一般较为分散。由于以上特点，土木工

3、程实习长期以来存在以下问题[1-3]：一是实习安排常与实习内容脱节。按照教学计划，专业实习一般均集中安排在学期初、学期末或某一集中时间段，这种时间上的集中安排，无力考虑工程的实际进度状况，施工现场条件往往与教学大纲的要求存在偏差。而且由于施工过程一般较长，在集中安排的实习时间内仅能观摩到几个分项工程的施工过程，无法掌握项目施工的全部过程。二是实习手段落后、教学模式单一。长期以来，实习教学模式多为教师统一指导下的集体行动，教师讲、学生听，只观摩、无实践的现象较为普遍。三是实习经费不足、条件受限。近年来，高校招生规模不断扩大，办学经费日

4、趋紧张，在实习地点的选择上受到极大限制。而且由于学生人数增多，真正动手及细致观察的机会大大减少，大大降低了实习效果。四是施工企业接待实习热情不高。企业一般更多顾及管理上和生产上的问题，不愿接待学生实习，即使勉强接受，也很少安排学生亲自动手操作，也极大地影响了实习效果。6五是指导教师缺乏实践经验。高校教师尤其是青年教师，多数是从普通高校毕业直接进入高校任教，他们理论水平虽然较高，但从校门到校门的工作经历使得实践经验普遍缺乏。再加之很多学校师资有限，实习学生多，指导教师少，很难保证对学生的有效指导。针对上述问题，各高校采取了各种措施以期

5、解决学生实践能力培养的问题，如加大实践教学学时、改变组织形式或在实践内容上做局部调整等等，但问题并未得到根本解决。2仿真教学的概念仿真也称为模拟，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，是用计算机生成一个虚拟世界，使用户借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。仿真科学与技术是人类继理论、实验之后的一种全新的认识、改造和创造客观世界的重要手段。仿真教学是一种多通道综合作用的教学方法，是仿真技术在教学实践中的具体应用，是教育信息化建设的具体化。通过将学员置身于仿真环境之中，从而充分调动其感觉通道、运动通道和思维

6、通道的学习机能，大幅提高接受知识的效率。研究资料已经表明，对采用仿真和传统的教学方法对比教学后，学员记忆内容前者约为后者的二倍以上[4]。仿真教学相比于传统的教学方法，具有节约成本、安全无风险、不受时空限制、形象直观等优点，能够为学生提供生动、逼真的虚拟学习环境，从而加速和巩固学生学习知识的过程。63土木工程专业仿真教学的层次及定位仿真技术对于软、硬件的要求较高，限于目前的研究水平和资金支持状况，不同领域对于仿真的程度有不同的要求。根据用户参与仿真的不同形式以及沉浸的程度不同，一般可以把仿真划分为四个层次。1)桌面式:桌面仿真以计算

7、机的屏幕作为用户观察虚拟境界的窗口，一般通过各种外部设备(如鼠标、追踪球、力矩球等)来驾驭虚拟环境。参与者利用计算机屏幕观察虚拟环境，并操纵其中的物体，但由于周围现实环境的干扰，参与者并不能完全投入虚拟环境中。这种仿真尽管缺乏完全投入的功能，但是相对容易实现，成本相对较低，因而，应用面比较广。2)沉浸式:高级仿真系统提供完全投入的功能，使用户有置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产

8、生一种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。3)增强式:增强式不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便感知的感受。64)分布式:分布式虚拟现实系统就是多个