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項目特色

項目特色

(1)實驗方案設計思路:

1橋梁荷載試驗是本專業核心專業課程的課堂教學和實踐環節所必需的教學內容,由于橋梁荷載試驗規模巨大、加載復雜,難以在實驗室再現其試驗的全過程,所以構建橋梁動靜載虛擬仿真系統是必要的。

橋梁荷載試驗需要大量的測試及加載設備,成本耗費大,對實驗室條件要求極高,很難在實驗室進行完整重現。由于測試內容和對象的特殊性,必須關閉正常交通。實踐教學面臨試驗周期長、現場情況復雜、危險性高等困難。即使部分學生能有幸參與橋梁動靜載現場試驗,也只是參與部分試驗內容的測試,學生很難通過實踐環節全面掌握橋梁荷載試驗的知識。由于受到上述試驗條件和成本的限制,學生很難對荷載試驗有直觀、深入的理解。

因此,開展貼近實際過程的橋梁動靜載虛擬仿真實驗,進行全過程、系統化的教學,對于培養熟練掌握橋梁荷載試驗相關知識和具備相關實踐技能的土木工程專業人才非常必要。

2)采用Unity三維軟件及三維動畫,在項目中強調加載過程的設計,采用互動式、探索式、啟發式等實驗教學方法,本虛擬仿真實驗項目是先進性的。

·該虛擬仿真項目基于教學與工程項目的積累,仿真度高、內容全面

橋梁動靜載虛擬仿真實驗以連續梁橋為研究對象,基于真實工程項目中積累的設計資料及實測數據,通過對真實橋梁動靜載試驗流程及技術環節的虛擬仿真,輔以大量交互練習及操作,強化學生對荷載試驗各技術環節相關知識點的理解,使學生對橋梁動靜載試驗的方案編制、儀器安裝、數據采集以及試驗結果整理等有全面深入的理解和掌握。

通過采用Unity三維軟件及三維動畫,將現實中的橋梁動靜載試驗進行仿真模擬;軟件的設計結構采用“試驗準備-方案設計-仿真操作”,在實驗過程中對學生操作進行實時引導、評價和打分,并將所有的流程步驟進行記錄,得出試驗結論,最終完成荷載試驗各階段的學習。具有“能實不虛、虛實結合”的鮮明特色,讓學生能夠“身臨其境”地觀察到橋梁荷載試驗中測試系統布置、車輛加卸載等核心流程,實現了“以虛補實、理實融合、深度參與、創新發展”的教學效果,彌補了傳統實驗及實習教學中整體性不強,無法參與方案設計和完整觀測的缺陷,解決了荷載試驗夜間進行與課時設置之間的矛盾,克服荷載試驗所需加載測試設備昂貴、現場情況復雜的困難,消除了試驗操作中的各項安全隱患。

·虛實結合,培養學生實踐創新能力及團隊合作能力

虛實結合開展基于橋梁動靜載虛擬仿真實驗系統,以及橋梁縮尺模型、測試儀器等硬件設備的橋梁荷載試驗綜合教學平臺。學生主導試驗全過程。引導學生綜合應用多門課程知識,自主發現問題、解決問題,培養學生的培養學生實踐創新能力及團隊合作能力。

·以學生為中心,構思遞進式實驗模塊

本實驗項目注重對學生社會責任感、創新精神、實踐能力、終身學習能力的綜合培養,注重基礎知識傳授、能力培養、素質提高的協同實施。本項目團隊抓住加載測試設備、方案設計、組織實施流程等一系列核心問題,經過精心設計,依據教學大綱、凝練整合出適合大學生操作實踐的若干子任務,遵循從“試驗認知”、“方案設計”、“儀器布設”、“組織實施”、“數據整理”的認知和學習規律。按照學生知識、能力的訓練要求由淺入深,循序漸進。

·以新工科人才培養要求為導向,虛擬仿真成果引領示范作用

強化該實驗項目的開放性,允許學生大膽嘗試多種測試儀器,熟悉其特點及適用范圍,利用軟件操作環境進行試運行,允許學生試錯并分析結果,滿足了學生“深度參與”學習需求,有效鍛煉和培養學生分析和解決復雜工程問題的能力,提升其“創新發展”素質。

·教學與實際工程協同

通過實驗團隊多次參與或實施的荷載試驗檢測項目,累積了大量工程實踐設計資料、實測數據與多媒體素材,為本虛擬仿真項目的實施提供了有力的理論和實踐支撐。通過本虛擬仿真實驗,學生能夠完整了解實際橋梁荷載試驗的核心技術環節,掌握所需的理論知識和基本技能,豐富了實驗教學內容,提升了學生工程實踐能力。通過研究性、創新型實踐教學,調動了學生參與實驗項目的積極性和主動性,激發學生的學習興趣和潛能,增強了學生創新創造能力。

(2)教學方法創新:

橋梁動靜載虛擬仿真實驗以學生為中心,學生主導試驗過程,全程參與結構計算、方案編制、儀器布設、組織實施、數據整理等工作,培養學生發現問題、解決問題的能力,增強學生對知識的獲取興趣和能力。學生可以在虛擬仿真實驗室、圖書館以及寢室遠程登錄虛擬仿真教學平臺,突破時空限制進行在線預習、仿真練習及課前測試。教師根據預習及課前測試情況對關鍵技術環節進行理論講解,根據需要在實驗過程中加以指導和引導,啟發學生創新意識,調動學生學習的積極性。同時在實驗中,教師通過提問、質疑等方式激發學生充分發揮想象,發掘學生的創造潛能,引導學生提高解決實際問題的綜合能力。形成了啟發-引導-探索式教學方法。

(3)評價體系創新:

本虛擬仿真項目采用多層次考核對學生實驗效果進行評價,主要由理論測試、實驗操作考核和實驗報告三部分組成??己诵问讲捎每陀^題、主觀題、過程考核和設計考核等多種方式相結合。實驗預習中的理論測試考核是判斷學生是否已完成試驗準備模塊的知識學習,是否有足夠的知識儲備進行橋梁動靜載虛擬仿真實驗,以選擇題和填空題為主。實驗操作是判斷學生是否能夠進行滿足規范要求的試驗方案設計、是否掌握測試儀器的布設位置及數目,是否對組織實施流程有完整清晰的認識。理論測試及實驗操作考核采用過程考核和習題考核相結合的方式,在最終考核中占90%。實驗報告考核是檢查學生是否對實驗操作過程有清晰的認識,是否對試驗方案設計有準確的掌握,以及對項目軟件使用感受、評價和建議。采用綜合性主觀題考核的方式,在最終考核中占10%。

橋梁動靜載虛擬仿真實驗能夠對參加實驗學生的全過程進行記錄,并能夠隨時進行實驗指導,對于學生預習效果、實驗步驟以及實驗成績評價都具備完善的評價標準,提高評價的公正性。平臺建立完善的反饋機制,對參加實驗學生各方面的建議、評價與反饋信息,進行全面系統的統計分析,為指導教師改進和完善實驗提供參考,提高教學效果。

(4)傳統教學的延伸與拓展:

土木工程(橋梁工程專業方向)、道路橋梁及渡河工程專業具有極強的工程實踐性特點,相關專業基礎課和專業理論課課程對實踐教學要求較高。然而,橋梁荷載試驗過程復雜、成本高、危險性大。對實驗室條件要求極高,很難在實驗室進行完整重現。由于測試內容和對象的特殊性,必須關閉正常交通,一般均在夜間進行。實踐教學面臨試驗周期長、現場情況復雜、危險性高等困難。即使部分學生能有幸參與橋梁動靜載現場試驗,也只是參與部分試驗內容的測試,很難通過實踐環節全面掌握橋梁荷載試驗的知識。由于試驗內容較為復雜,傳統的教學往往偏于簡單或僅能關注部分內容。橋梁動靜載虛擬項目的建設,將教學內容從簡單片面提升到完整呈現所有核心技術環節。

本項目采用虛擬仿真的方式進行橋梁荷載試驗的教學,是學科發展的必然趨勢。橋梁動靜載虛擬仿真實驗不僅能夠單機穩定可靠運行,并可置于基于Internet開放教學管理平臺上。試驗方法從觀看圖片和影像到真實試驗虛擬環境中模擬的過渡。橋梁動靜載虛擬仿真實驗以連續梁橋為研究對象,通過對真實橋梁動靜載試驗流程及技術環節的虛擬仿真,輔以大量交互練習及操作,使學生充分理解與掌握橋梁動靜載試驗各技術環節相關的理論知識,掌握開展實際橋梁結構動靜載試驗所需的基本技能,將傳統教學的理論知識融入到虛擬仿真實驗當中。教學方法從基于黑板、PPT到“啟發-引導-探索式”教學方法的過渡。



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