互联网+虚拟仿真在土力学实验教学中的应用

互联网+虚拟仿真在土力学实验教学中的应用

刘伟民

（华北水利水电大学，河南省郑州市450046）

摘要：土力学是土木工程专业重要专业基础课程，而实验教学又是土力学教学中必不可少的实践性环节，对学生更好地理解、掌握土力学的基本理论知识至关重要。实验教学在土力教学中是非常重要的实践性环节，但是现在的实践教学条件很难同时满足大量学生同时上机进行实践操作的需求，只能是将学生进行分组来解决同时上机难的问题。从而也让很多的学生只是观察实验，而没有真正的操作实验，不利于实验教学的发展。所以，“互联网+”虚拟仿真土力教学实验教学平台的出现，缓解了大量学生同时上机的问题。学生通过该技术，进行虚拟常规性和设计性的实验，借助该程序中的实验数据进行处理，完成作业，与此同时，实验指导教师还能同构后台数据来准确的掌握每一名学生的实际操作情况，大大的提升了学生的实现教学效率。本文首先分析了现有的实验教学条件存在的问题，接下来详细阐述了互联网+虚拟仿真在土力学实验教学中的应用措施，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：“互联网+”；虚拟仿真；土力学实验教学；实验

引言

学生只有通过足够的验证性实验和大量综合性实验，才能更透彻地理解和掌握该学科的理论知识，才能培养实际动手能力。因此，有必要进一步增开综合性实验项目，不断改革实验教学方法。土力学理论教学中，穿插进土工实验学习可以帮助学生深入了解土力学基本概念、基本原理为今后从事土木工程专业技术工作打下基础。

1现有的实验教学条件存在的问题

1.1学生的实验仪器多，设备少

现有的实验教学条件存在的问题之一是学生的实验仪器多，设备少。实验的仪器设备室顺利开展试验的基础，实验质量的好坏也受到实验仪器的影响，所以学校在购买实验仪器的时候应该选择质量好的仪器设备。另一方面，为满足实验需要，还需要保障实验的空间是宽敞明亮的。虽然高职院校每年在投建实验室的资金上逐年增多，但是高职院校也在不断地扩招学生人数，学生多和仪器设备少的矛盾依然存在。很多高职院校为了缓解这一矛盾多是采用增加课外课时来减少实验人数的目的，但实际会使学生很难真正的实现自己独立完成实验的目的，学生不能独立完成实验，导教师很难将每一名学生的实际学习情况了解到位。

1.2实验教学内容和方法的系统性有待加强

现有的实验教学条件存在的问题之二是实验教学内容和方法的系统性有待加强。土工实验项目穿插于土力学课程间，与土力学知识形成一个综合、有机的整体，每个实验项目之间环环相扣，自成体系。但目前大多土工实验教学内容相对独立，且安排在理论教学后，初学的本科生较难发现每个实验之间的内在联系，因此，处于被动学习的状态，没有全局观。另外，对于传统的演示型、验证性实验教学项目，形式刻板、教学方法单一，难以满足本专业理论教学、实践教学、行业发展和学生自主创新的需求，而且很难激发学生学习的兴趣和主动性。

1.3考核制度不够完善，

现有的实验教学条件存在的问题之三是考核制度不够完善，。对于该项课内实验的考核方式主要以实验报告为评定依据，而忽视了学生在实验过程中的表现，这直接导致了部分学生在实验中不积极主动参与，实验中每组只有个别同学或部分同学完成的现象。

2互联网+虚拟仿真在土力学实验教学中的应用措施

2.1改变实验的考核方式

互联网+虚拟仿真在土力学实验教学中的应用措施之一是改变实验的考核方式。实验总成绩由课前预习、实验操作及实验报告等三个部分组成，每一项都由任课教师和实验教师共同打分，表现好即可加分奖励；课前预习主要查看书面的资料及实验内容的讲解两个部分，每组由一个同学不合格会影响到全组的成绩；实验操作主要考核实验中的表现如何，实验报告评阅中着重查看数据处理的结果和问题的分析，对于有创新思维的同学可给以加分的奖励，实验报告不得雷同；通过这种方式即可充分调动学生的积极性，即使是后进学生，也会由同组的学生进行督促学习；在下一次实验前由老师进行点评，可以让学生之间进行相互学习。

2.2实验考核

互联网+虚拟仿真在土力学实验教学中的应用措施之二是实验考核。将单一的依据提交实验报告考核的模式变为多样化考核模式。实验考核目的是让学生掌握基本的实验技能及实验数据分析处理方法，而不是简单地给出成绩。本次教改将土力学实验主要分为虚拟仿真实验和基础综合实验，因此实验考核也相应地由传统的实验报告考核改为两部分:虚拟仿真实验结果的提交，以及基础综合实验完成后以班级为单位，各小组进行现场答辩、讨论，并提交小组实验结论及个人的实验心得。虚拟仿真实验阶段的成果依据各实验内容进行，直接由教师给出成绩，这一部分可以考核学生的实验预习情况。基础综合实验考核是实验成绩获得的主要来源。由于基础综合实验分组进行，实验小组应根据实验参数的要求来配备实验材料，并以此进行实验。由于参数各不相同，每组实验数据的获得也各不相同，避免了实验数据互相借鉴。但是，由于参数之间的相关性，实验结果之间有一定的联系，各个小组得出结果后，应在现场答辩中对实验现象和实验结果进行阐述，并与同类组之间、不同大组之间进行分析对比，相互进行交流，教师引导学生将实验数据的对比与理论相互对照，学生对土体性质就有了深入的认识，学习理论的兴趣进一步加大。通过实际操作实验、班级讨论和答辩，学生的成绩分为小组成绩和个人成绩:由教师给出个人成绩和其他各组学生共同给出小组的成绩，个人成绩占70%，小组的成绩占30%，这样的考核方式体现了科研团体的重要性，从而增加了学生的集体凝聚力，并突出了个人表现。在实验答辩结束后，各小组根据实验现象、实验结论和现场答辩问题执笔实验心得，得出自己的认识，实验心得由教师给出成绩。

2.3基础综合实验

互联网+虚拟仿真在土力学实验教学中的应用措施之三是基础综合实验。基础综合实验先要确定好学生组数。在学生班级为整体的基础之上，预先按照实验材料分为黏土和砂土两大类而将学生分成两大组，在此两大组的基础上使用改变土体相关参数如含水量、密度等的方法再分为若干小组，每组2～3人，任务相同，均为测定相应实验材料的物理、力学性能。学生自由组合，选择相应的实验材料。这种实验模式称为基础综合实验，也是必做实验。这种实验模式与理论教学的进度基本无关，可以促使学生认真思考、研究土力学实验，将单一孤立的实验融合在一起，并可以通过实验比较土体类别、各参数改变所导致土相关特性的改变，对土体特性以及理论有了进一步的了解。由于采用了将班级变为小组的形式，小组成员可以在网上选择实验时间，通过控制实验组数，从而避免了多个小组实验同时进行，减少了实验仪器的需求量。

结语

总而言之，基于互联网+的思维以及虚拟仿真新技术，对土力学实验的教学方法进行了探索，跨学科合作，探索人才培养新模式。初步搭建了土力学实验虚拟仿真平台，解决了教学中的难题，降低了教学成本，提高了学生学习兴趣，提升了教学质量。

参考文献

[1]高磊.土力学实验教学中存在的问题与改革建议.实验技术与管理，2017（07）：200-202.

[2]温淑莲.土力学综合性实验教学改革研究.实验室科学，2016（08）:142-144.

[3]孙华飞.土木工程专业土力学实验教学中的问题和改革措施，2014（01）:117-119.

作者简介：刘伟民，北京市平谷区南独乐河镇人职称：学生，单位：华北水利水电大学，专业：水利水电工程。