1、模擬實驗室建設的必要性

　　化解實驗硬件不足與實驗課時之間的矛盾：學校的實驗室數量或者實驗設備數量不足，不能滿足教學實驗課時的需要，利用模擬實驗室，可以采用多種手段：計算機仿真技術、視頻、實物，以彌補實驗室硬件缺少的不足，在滿足學生實驗課時的同時減少實驗室的經費投入；
　　學生的實習受時間和環境條件的限制：學校教學和社會實踐在時間上不能協調好，學生不能將理論知識和生產實踐相結合，影響教學效果；
　　傳統教學缺少學生綜合實踐的場所：傳統的實驗和教學手段是針對一個具體的課程，而不能將有關課程進行有機的結合，模擬實驗室提供了一個有效的綜合實驗的工具，可以讓學生將所學的課程進行綜合集成實驗。

2、模擬實驗室建設的意義

   改變傳統的教學模式：利用計算機仿真技術充分調動學生的積極性，真正做到“寓教于樂”，分角色的設計實驗提高了學生的創新和應變能力；
    培養學生利用工具軟件的能力：使得學生能在一個仿真的工作環境中進行實驗實習，為畢業后進入工作角色提供條件；

    加強理論與實踐的結合：能使學生隨著教學進度能感性理解教學內容，克服理論與實踐脫節的問題。

3、模擬實驗室的建設思路

    實驗室的建設思路是：“工程管理基礎實驗室”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，力爭實現現實與虛擬互動，建造以“土木實驗”為中心的實驗環境和以“工程造價” 的網絡環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建，也包括實驗室運行制度與機制的設計。初步設想是構建一個面向工程管理、工程造價和工程保險本科專業的實驗平臺體系，實現專業建設、學科建設與實驗室建設的良性互動。

    人才培養思路：加強基礎與增強適應性結合；培養適任、敬業為特色的高級應用人才；畢業生要有三種能力：創新設計能力、工程實踐能力、通用管理能力。
    通過以上兩者的互相結合，達到良好的人才培養效果。

5、模擬實驗室試驗類型設置

    認知型實驗：按照實驗要求，準備一系列圖片、文字、動畫等實驗素材供學生進行學習，最后以單項選擇題的方式對學生進行考核，以上素材和考核題目均由相關教師準備。系統提示學生按正確的步驟進行，并最后對學生的考核情況自動給出分數，反饋給教師，例如“構件的認知實驗”。
交互型實驗：開發相關的人機交互模擬軟件程序，學生模擬實際實驗情況，進行操作，最后由系統記錄其操作并自動生成實驗報告（doc等格式），教師審閱后給出分數，例如“混凝土梁的彎曲實驗”。
    設計型實驗：根據某知識領域的相關知識和課堂內容，教師指定設計題目，學生自行設計，最后提交電子形式的設計報告，上傳至系統。教師需要準備設計題目，審閱學生的設計報告并打分，例如“房屋建筑學課程設計”。
    操作型實驗：不需要實驗報告（或者不以電子形式提交的設計報告），學生按照指定實驗的要求，進行操作或者演習。教師需要準備實驗題目，并根據學生的實際表現進行考核，例如“招投標管理實驗”。

6、模擬實驗室系統功能介紹

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

工程力學模擬實驗單元
    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，提供了從試驗設備操作、試驗各步驟的操作，試驗結果分析等各個過程，學生通過這些虛擬試驗，能感受到真實試驗的環境，克服了傳統試驗中多個學生一組，不能每個人都進行操作的弊端。
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合，讓學生掌握真實的水泥和混凝土的試驗步驟，有條件的學校還可以輔以簡單的試驗設備，軟硬結合，達到良好的教學效果。
工程造價模擬實驗單元
    按照教學要求，系統根據教學進度，能提供工程量的計算和定額計價的試驗，學生可以將教師布置的作業圖紙通過軟件錄入到系統中，系統根據輸入的圖紙，根據學生輸入的計算部位，進行工程量的計算，同時學生也能掌握工程量的計算規則。在工程量的計算基礎上，學生還能進一步的選擇需要的定額，進行工程造價的計算。針對學生的課程設計和畢業班的畢業設計，系統提供全過程的量價計算，讓學生進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、招投標管理、進度管理等功能，能讓學生通過系統進行有關投資指標的計算，也能在系統中根據教師的布置，完成招標投標的全過程的試驗模擬，并能回答教師提問的問題，進行知識點的考核。
    同時系統中還提供三維現場施工布置圖的設計軟件。學生能進行施工現場的布置，并且能根據一定的要求完成有關施工現場布置的說明文檔，并將文檔和布置圖從網上提交給教師進行審批。

7、模擬實驗室系統的角色設置

    系統提供三種角色：管理員、教師和學生。
    管理員：對系統進行維護，對參與試驗的教師進行授權，使教師能順利的進入系統，完成教學任務。
    教師：教師根據管理員的授權，進入系統，完成試驗任務的布置和有關試驗學生的授權，同時還能在系統中與學生進行互動交流。
    學生：在系統中完成相關的試驗任務，提交試驗報告，對于與學習中遇到的問題，能在系統中同教師進行交流。

中國建筑科學研究院  建筑工程軟件研究所

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