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项目特色

项目特色

(1)实验方案设计思路:

1桥梁荷载试验是本专业核心专业课程的课堂教学和实践环节所必需的教学内容,由于桥梁荷载试验规模巨大、加载复杂,难以在实验室再现其试验的全过程,所以构建桥梁动静载虚拟仿真系统是必要的。

桥梁荷载试验需要大量的测试及加载设备,成本耗费大,对实验室条件要求极高,很难在实验室进行完整重现。由于测试内容和对象的特殊性,必须关闭正常交通。实践教学面临试验周期长、现场情况复杂、危险性高等困难。即使部分学生能有幸参与桥梁动静载现场试验,也只是参与部分试验内容的测试,学生很难通过实践环节全面掌握桥梁荷载试验的知识。由于受到上述试验条件和成本的限制,学生很难对荷载试验有直观、深入的理解。

因此,开展贴近实际过程的桥梁动静载虚拟仿真实验,进行全过程、系统化的教学,对于培养熟练掌握桥梁荷载试验相关知识和具备相关实践技能的土木工程专业人才非常必要。

2)采用Unity三维软件及三维动画,在项目中强调加载过程的设计,采用互动式、探索式、启发式等实验教学方法,本虚拟仿真实验项目是先进性的。

·该虚拟仿真项目基于教学与工程项目的积累,仿真度高、内容全面

桥梁动静载虚拟仿真实验以连续梁桥为研究对象,基于真实工程项目中积累的设计资料及实测数据,通过对真实桥梁动静载试验流程及技术环节的虚拟仿真,辅以大量交互练习及操作,强化学生对荷载试验各技术环节相关知识点的理解,使学生对桥梁动静载试验的方案编制、仪器安装、数据采集以及试验结果整理等有全面深入的理解和掌握。

通过采用Unity三维软件及三维动画,将现实中的桥梁动静载试验进行仿真模拟;软件的设计结构采用“试验准备-方案设计-仿真操作”,在实验过程中对学生操作进行实时引导、评价和打分,并将所有的流程步骤进行记录,得出试验结论,最终完成荷载试验各阶段的学习。具有“能实不虚、虚实结合”的鲜明特色,让学生能够“身临其境”地观察到桥梁荷载试验中测试系统布置、车辆加卸载等核心流程,实现了“以虚补实、理实融合、深度参与、创新发展”的教学效果,弥补了传统实验及实习教学中整体性不强,无法参与方案设计和完整观测的缺陷,解决了荷载试验夜间进行与课时设置之间的矛盾,克服荷载试验所需加载测试设备昂贵、现场情况复杂的困难,消除了试验操作中的各项安全隐患。

·虚实结合,培养学生实践创新能力及团队合作能力

虚实结合开展基于桥梁动静载虚拟仿真实验系统,以及桥梁缩尺模型、测试仪器等硬件设备的桥梁荷载试验综合教学平台。学生主导试验全过程。引导学生综合应用多门课程知识,自主发现问题、解决问题,培养学生的培养学生实践创新能力及团队合作能力。

·以学生为中心,构思递进式实验???/strong>

本实验项目注重对学生社会责任感、创新精神、实践能力、终身学习能力的综合培养,注重基础知识传授、能力培养、素质提高的协同实施。本项目团队抓住加载测试设备、方案设计、组织实施流程等一系列核心问题,经过精心设计,依据教学大纲、凝练整合出适合大学生操作实践的若干子任务,遵循从“试验认知”、“方案设计”、“仪器布设”、“组织实施”、“数据整理”的认知和学习规律。按照学生知识、能力的训练要求由浅入深,循序渐进。

·以新工科人才培养要求为导向,虚拟仿真成果引领示范作用

强化该实验项目的开放性,允许学生大胆尝试多种测试仪器,熟悉其特点及适用范围,利用软件操作环境进行试运行,允许学生试错并分析结果,满足了学生“深度参与”学习需求,有效锻炼和培养学生分析和解决复杂工程问题的能力,提升其“创新发展”素质。

·教学与实际工程协同

通过实验团队多次参与或实施的荷载试验检测项目,累积了大量工程实践设计资料、实测数据与多媒体素材,为本虚拟仿真项目的实施提供了有力的理论和实践支撑。通过本虚拟仿真实验,学生能够完整了解实际桥梁荷载试验的核心技术环节,掌握所需的理论知识和基本技能,丰富了实验教学内容,提升了学生工程实践能力。通过研究性、创新型实践教学,调动了学生参与实验项目的积极性和主动性,激发学生的学习兴趣和潜能,增强了学生创新创造能力。

(2)教学方法创新:

桥梁动静载虚拟仿真实验以学生为中心,学生主导试验过程,全程参与结构计算、方案编制、仪器布设、组织实施、数据整理等工作,培养学生发现问题、解决问题的能力,增强学生对知识的获取兴趣和能力。学生可以在虚拟仿真实验室、图书馆以及寝室远程登录虚拟仿真教学平台,突破时空限制进行在线预习、仿真练习及课前测试。教师根据预习及课前测试情况对关键技术环节进行理论讲解,根据需要在实验过程中加以指导和引导,启发学生创新意识,调动学生学习的积极性。同时在实验中,教师通过提问、质疑等方式激发学生充分发挥想象,发掘学生的创造潜能,引导学生提高解决实际问题的综合能力。形成了启发-引导-探索式教学方法。

(3)评价体系创新:

本虚拟仿真项目采用多层次考核对学生实验效果进行评价,主要由理论测试、实验操作考核和实验报告三部分组成??己诵问讲捎每凸厶?、主观题、过程考核和设计考核等多种方式相结合。实验预习中的理论测试考核是判断学生是否已完成试验准备??榈闹堆?,是否有足够的知识储备进行桥梁动静载虚拟仿真实验,以选择题和填空题为主。实验操作是判断学生是否能够进行满足规范要求的试验方案设计、是否掌握测试仪器的布设位置及数目,是否对组织实施流程有完整清晰的认识。理论测试及实验操作考核采用过程考核和习题考核相结合的方式,在最终考核中占90%。实验报告考核是检查学生是否对实验操作过程有清晰的认识,是否对试验方案设计有准确的掌握,以及对项目软件使用感受、评价和建议。采用综合性主观题考核的方式,在最终考核中占10%。

桥梁动静载虚拟仿真实验能够对参加实验学生的全过程进行记录,并能够随时进行实验指导,对于学生预习效果、实验步骤以及实验成绩评价都具备完善的评价标准,提高评价的公正性。平台建立完善的反馈机制,对参加实验学生各方面的建议、评价与反馈信息,进行全面系统的统计分析,为指导教师改进和完善实验提供参考,提高教学效果。

(4)传统教学的延伸与拓展:

土木工程(桥梁工程专业方向)、道路桥梁及渡河工程专业具有极强的工程实践性特点,相关专业基础课和专业理论课课程对实践教学要求较高。然而,桥梁荷载试验过程复杂、成本高、危险性大。对实验室条件要求极高,很难在实验室进行完整重现。由于测试内容和对象的特殊性,必须关闭正常交通,一般均在夜间进行。实践教学面临试验周期长、现场情况复杂、危险性高等困难。即使部分学生能有幸参与桥梁动静载现场试验,也只是参与部分试验内容的测试,很难通过实践环节全面掌握桥梁荷载试验的知识。由于试验内容较为复杂,传统的教学往往偏于简单或仅能关注部分内容。桥梁动静载虚拟项目的建设,将教学内容从简单片面提升到完整呈现所有核心技术环节。

本项目采用虚拟仿真的方式进行桥梁荷载试验的教学,是学科发展的必然趋势。桥梁动静载虚拟仿真实验不仅能够单机稳定可靠运行,并可置于基于Internet开放教学管理平台上。试验方法从观看图片和影像到真实试验虚拟环境中模拟的过渡。桥梁动静载虚拟仿真实验以连续梁桥为研究对象,通过对真实桥梁动静载试验流程及技术环节的虚拟仿真,辅以大量交互练习及操作,使学生充分理解与掌握桥梁动静载试验各技术环节相关的理论知识,掌握开展实际桥梁结构动静载试验所需的基本技能,将传统教学的理论知识融入到虚拟仿真实验当中。教学方法从基于黑板、PPT到“启发-引导-探索式”教学方法的过渡。



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