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土木工程实验仿真实训教学资源

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》关于“建立数字图书馆和虚拟实验室”的精神,结合国家级虚拟仿真实验教学中心试点建设的总体要求,目前需要大力加强开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台的建设,进一步增强学生实验实践能力的培养,提升土木类院校数字资源建设的水平。
       针对土木工程实验教学中心的管理需求,采用先进的设计理念和教育技术,研究开发和部署开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台,提供国内一流的数字化网上实验教学环境,随着信息技术的发展,作为传统实验教学的一种有效的补充,虚拟实验教学已经成为加强实践教学、提高教学质量的重要手段,它不仅可以在一定程度上代替传统的实验教学,而且可以克服传统实验的各种制约和弊端,从而有效地解决目前实验教学中存在的诸多问题。将虚拟实验教学融入现有教学体系,能够节约实验成本,提高学生素质。

   开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台的建设应能满足一下要求:

  1. 满足学校开设具有独立学分的虚拟实验课程;
  2. 能够为教师提供网上布置安排预习、实验和报告等教学环节,系统提供智能指导、自动批改和一键式成绩分析汇总;
  3. 能够为学生在网上提供选择开课、选择实验、进行实验相关的基础知识测试、在系统智能指导下进行验证性实验、利用系统提供的虚拟设备和器材完成自主设计实验以及填写实验报告的功能;
  4. 能够为教师提供虚拟设备、工具和器材,供教师设计实验并补充、完善、共享实验库;
  5. 能够为教师提供部分器材的设计工具,供教师设计新的器材,补充、完善器材库;
  6. 能够支持“虚拟实验+实物实验”融合的教学模式并提供一体化的教学过程管理。学生在理论学习之后利用虚拟实验进行实验预习、操作训练,然后再进入实验室现场进行实验;
  7. 通过与学校现有的教务教学平台进行无缝连接为师生提供单点登录服务,管理人员、教师和学生通过学校教务系统认证后可直接进入本系统完成相应课程的实验教学任务;
  8. 提供各类实验仿真系统或演示程序的接口标准,将符合标准的实验台软件集成到本系统中,迅速扩大虚拟实验所满足的课程门数;
  9. 提供智能指导与自动批改的接口标准,使符合标准的实验具备智能指导和自动批改的能力,提升实验教学的智能化水平;
  10. 支持学生实验报告网上撰写、提交和教师实验报告辅助自动批改功能;
  11. 支持学生网上自主选课和课内自主选择实验;
  12. 为学校现有网上课程提供引入式虚拟实验台,供学生在网上自学过程中进行典型虚拟实验场景下的实验操作,观察和分析实验现象;
  13. 为学校管理人员查看实验教学过程提供监控界面,包括学生实验的安排情况,实验结果、实验报告的提交情况,教师指导和批改的情况,学生的问题和反馈意见;
  14. 提供网上多媒体答疑室功能;
  15. 突破时间和空间上的限制,学生不再局限于只能到真实实验室才能开展实验;
  16. 能提供充分自主的操作空间,可以开展更多真实实验室无法开展的实验,有利于学生创新能力的培养;
  17. 理论教学与实践教学可以同步实施,虚拟实验可作为实物实验的课前预习和课后复习工具,可以有效地提高教学质量;
  18. 资金投入少、损耗小、投入产出高、能够有效地降低教育成本;
  19. 可以模拟实际上难以实施或实施成本高、破坏性强的实验;
  20. 对实际实验的流程进行了模拟,能够大大缩短规划周期,实验过程效率高;
  21. 软件升级容易、易于扩展、生命周期长。

 

为解决传统教学模式中的枯燥的填鸭和复杂解说,以三维交互技术为核心,结合三维及二维动画、视频、图片、文字等多媒体表现形式带来一种全新的学习方式。能够极大的提高学生学习的兴趣,增强学生对于知识的学习和理解,提高学习效率和教学效果。

三维虚拟仿真实验的优点如下:

1)更直观的知识信息表现形式。通过三维精确建模,重现真实外观,可自由进行缩放、旋转、查看图文介绍等操作,改变了只能通过现场设备讲解的传统教学方式。

2)具有构想性。教学内容数字化技术应具有广阔的可想象空间,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

3)更便捷的学习通道。通过三维交互的学习方式,可以极大的提高学习效率,教师进行知识讲解时更加方便快捷,学生也更容易理解接受。

4)降低学习成本。抛弃以住的实体实验环境,节省了时间和空间的成本。

该系统三维部分支持互联网上的应用,不受空间及场地限制,更有利于知识的传播。

 

土力学三维虚拟实验教学系统

本系统是针对《土力学》实验课程配套开发的可在网上开展的虚拟实验。系统模拟实验中用到的器材和设备,可对直剪仪、三轴压缩仪等仪器进行操作,提供与真实实验相似的实验环境,还原真实实验中测量仪器的基本操作。

根据实验要求,仿真模拟实验操作过程,对实验原理及相关知识进行展示,直观形象的带动学生的实验积极性。该软件分为学习模式和考核模式,学习模式下可以帮助学生进行实验的练习,提供实验过程的相关指导,学生能够一步一步根据提示进行操作,操作错误会有提示。考核模式下作为实验的考试,不提供指导,学生操作错误,会进行扣分。

该软件系统以三维虚拟仿真引擎工具为技术开发平台,结合3D建模、计算机网络、动画模拟、人机交互等手段,以二维和三维结合的方式,形象、生动、有趣地展示教学实验中涉及到的实验前准备、实验过程、结果检测等内容,体验感和交互性强,可以身临其境地以互动方式了实验细节,同时以三维实体模型动画给出形象的操作演示,并且不受时间和空间的限制,能够反复进行实验和学习。课程模拟真实实验中用到的器材和设备,提供与真实实验相似的实验环境。

三轴压缩实验

本实验主要用于三轴压缩实验过程进行仿真实验,使学生对三轴压缩实验的流程、注意事项、等相关影响因素均能有直观的认识和了解,并掌握各个参数对三轴压缩实验的影响规律,加深对三轴压缩实验的基本原理课程相应知识点的理解,加深对三轴压缩实验操作流程的理解。

  

 

实验项目清单

课程类别

序号

实验项目

施工工程三维虚拟实验教学系统

1

柱钢筋绑扎实验

2

梁钢筋绑扎实验

3

板钢筋绑扎实验

4

后浇带实验

5

预制管桩(静压力)实验

6

钻孔灌注桩实验

7

钢筋混凝土梁板结构施工与承载虚拟仿真实验

8

装配式建筑施工工艺虚拟仿真实验

课程

序号

实验项目

土力学三维虚拟实验教学系统

9

三轴压缩实验

10

直剪实验

11

土的压缩固结试验

12

土水特征曲线量测

13

土柱降雨入渗实验

14

非饱和土三轴试验

课程

序号

实验项目

岩土力学三维虚拟实验教学系统

15

工程地质构造虚拟实验

16

单桩竖向载荷虚拟仿真实验

17

天然地基静载荷虚拟仿真实验

18

桥梁-土-桩基系统近断层弹塑性地震响应分析

19

复合地基离散元虚拟仿真

20

原位十字板剪切(电测式)虚拟仿真实验

21

工程地质勘察

22

动力触探虚拟仿真实验

23

现场直剪虚拟仿真实验

24

静载荷试验虚拟仿真实验

25

桩基静载虚拟仿真实验

课程

序号

实验项目

岩体力学三维虚拟实验教学系统

26

岩石声波测试实验

27

岩体应力测试虚拟仿真实验

28

水压致裂虚拟仿真实验

29

千斤顶法荷载虚拟仿真实验

课程

序号

实验项目

建筑力学三维虚拟实验教学系统

30

高温下混凝土材料力学性能虚拟仿真实验

31

高温下钢筋力学性能虚拟仿真实验

32

混凝土受荷破坏分析

33

混凝土材料水分传输虚拟实验

34

纯弯曲梁电测实验

35

组合变形电测实验

36

SBS改性沥青显微形态与性能模拟

课程

序号

实验项目

建筑材料三维虚拟实验教学系统

37

密度试验

38

表观密度试验

39

软化系数试验

40

普通混凝土拌和方法:(人工拌和)

41

普通混凝土拌和物和易性测定

42

普通混凝土抗压强度试验

课程

序号

实验项目

混凝土结构三维虚拟实验教学系统

43

钢筋混凝土梁受弯虚拟仿真实验

44

钢筋混凝土梁受剪虚拟仿真实验

45

钢筋混凝土梁受扭虚拟仿真实验

46

钢筋混凝土柱受压虚拟仿真实验

47

钢筋混凝土柱偏心受压承载力模拟

48

新型钢筋混凝土复合梁受弯性能模拟

49

剪力墙静力推覆虚拟仿真实验

50

8层钢筋混凝土框架结构地震反应分析

51

型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱组合框架节点受力性能试验模拟

52

型钢混凝土梁-角钢混凝土柱组合框架节点受力性能试验模拟

53

常温及高温下钢筋混凝土适筋梁受弯破坏虚拟仿真实验

54

常温及高温下钢筋混凝土柱受压破坏虚拟仿真实验

55

混凝土受压实验- 混凝土棱柱体一次受压应力--应变全曲线实验

56

混凝土受压实验- 混凝土的静力抗压弹性模量实验

57

混凝土受压实验-混凝土轴心抗压强度(棱柱体强度)实验

58

混凝土抗海水侵蚀性能分析虚拟仿真实验

59

混凝土抗冻融循环性能虚拟仿真实验

60

构件中腐蚀钢筋-混凝土粘结力虚拟测试试验

61

短肢剪力墙拟静力实验

62

装配式建筑构件损伤评估虚拟仿真实验

63

耐火耐候钢楼板的耐火性能实验

课程

序号

实验项目

钢结构学三维虚拟实验教学系统

64

钢结构轴心受压构件失稳实验

65

钢梁整体失稳实验

66

钢结构梁柱连接节点破坏虚拟仿真实验

67

高温下钢结构轴心受压构件失稳虚拟仿真实验

68

钢桁架静载试验

课程

序号

实验项目

路基路面工程三维虚拟实验教学系统

69

道路弯沉值仿真实验

70

路基路面回弹模量虚拟仿真实验

71

沥青路面温度分布实验

72

沥青路面车辙变形细观结构虚拟仿真

73

拌合站实验

课程

序号

实验项目

桥梁工程三维虚拟实验教学系统

74

连续梁挂篮施工综合仿真实验

75

连续桥梁仿真荷载实验

76

刚构桥实验

77

粘贴法加固施工仿真实验

78

增大截面加固施工仿真实验

79

桥梁施工、监测过程三维虚拟仿真实验

80

桥梁静载虚拟仿真实验

81

桥梁动载虚拟仿真实验

82

桥梁荷载横向分布系数计算原理虚拟仿真实验

83

车辆过桥及桥梁冲击试验动力仿真实验

84

钢管混凝土拱桁斜拉扣挂悬拼施工虚拟仿真实验

课程

序号

实验项目

交通工程三维虚拟实验教学系统

85

道路铁道工程实习现场VR

86

交通工程虚拟仿真实验

课程

序号

实验项目

工程爆破三维虚拟实验教学系统

87

电雷管的认识和电爆网路实验

88

导爆管雷管的加工与网路连接实验

89

导爆索法测定炸药的爆速

90

炸药的爆破漏斗实验

91

炸药的殉爆实验

课程

序号

实验项目

暖通工程三维虚拟实验教学系统

92

安装与调试暖通空调系统虚拟仿真实验

地下空间工程三维虚拟实验教学系统

93

地铁车站设计虚拟仿真实验

94

隧道+地铁典型施工工法

课程

序号

实验项目

防灾减灾工程三维虚拟实验教学系统

95

事故现场还原-三丰百货大楼

96

质量调谐阻尼器振动控制原理虚拟仿真实验

97

数字化抗震虚拟仿真实验

98

数字化风洞虚拟仿真实验

99

生命线工程地震灾害及二次灾害

100

地球内部构造与地震成因虚拟仿真实验

101

地震过程模拟虚拟仿真实验

102

振动台实验原理仿真模拟虚拟仿真实验

103

典型结构振动台试验模拟虚拟仿真实验

104

郴州某钢结构厂房雪灾事故还原虚拟仿真实验

105

工程结构动力灾害模拟仿真试验

106

大跨度屋盖结构与超高层结构绕流风场模拟

课程

序号

实验项目

钢结构工程三维虚拟实验教学系统

107

钢结构工程实训软件-单层结构

108

钢结构工程实训软件-多层结构

109

钢结构工程实训软件-钢网架结构制作与安装

课程

序号

实验项目

预应力混凝土施工工程三维虚拟实验教学系统

1

预应力混凝土施工工程仿真实训软件-先张法施工

2

预应力混凝土施工工程仿真实训软件-后张法施工

课程

序号

实验项目

古建筑三维虚拟实验教学系统

1

木质楼阁建筑(应县木塔)虚拟展示和结构识别实验

2

木质楼阁建筑(真武阁)虚拟展示和结构识别实验

3

木质楼阁建筑(观音阁)虚拟展示和结构识别实验

4

木质楼阁建筑(保和殿)虚拟展示和结构识别实验

5

木质楼阁建筑(故宫箭亭)虚拟展示和结构识别实验

5

木质楼阁建筑(古家具)虚拟展示和结构识别实验

6

木质楼阁建筑(风雨桥)虚拟展示和结构识别实验

7

木质楼阁建筑(祈年殿)虚拟展示和结构识别实验

服务课程

序号

实验项目名称

建筑构造三维虚拟实验教学系统

1

装配式建筑构造模拟系统

2

建筑构件隔声性能虚拟仿真实验

3

历史街区微经营空间活力评价

4

古建筑还原虚拟仿真实验

服务课程

序号

实验项目名称

测量仪器三维虚拟实验教学系统

1

水准仪的使用实验

2

全站仪的使用实验

 

 

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