趙美霞，楊 寧，劉 娟，于明旭

（1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院；2.江蘇建筑節(jié)能與建造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 徐州 221116）

建筑材料與檢測課是高職建筑工程技術(shù)專業(yè)（群）開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程的主要任務(wù)是使學生掌握建筑材料的基本知識、技術(shù)性能，會進行材料的選擇并掌握特定的檢測技術(shù)和方法等。該課程既有課堂教學環(huán)節(jié)，也有實驗室教學環(huán)節(jié)。教室和實驗室是這門課程學習的兩個陣地，互為補充，相得益彰。然而近年來隨著高職招生規(guī)模的不斷擴大，一些高職院校的實驗室場地、實驗儀器及師資嚴重不足，加上建筑材料與檢測課內(nèi)實驗課時明顯減少，導(dǎo)致實驗教學質(zhì)量堪憂。為了解決這一矛盾，我院（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院）考慮通過立項建設(shè)更多的實驗室以滿足實驗的需要，但是由于學校場地有限、財力不足，以及建設(shè)實驗場地及其配套設(shè)施周期較長等原因，這一矛盾一直沒有得到順利解決。而隨著計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，虛擬實驗的出現(xiàn)為解決上述問題提供了途徑[1-5]。本文在傳統(tǒng)場地實驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)了虛擬實驗的優(yōu)勢，分析構(gòu)建虛擬實驗平臺的必要性，提出虛擬實驗平臺構(gòu)建的思路，以便為建筑材料與檢測課程的教學實驗改革提供參考。

一、虛擬實驗的優(yōu)勢

虛擬實驗簡單地說就是借助計算機及互聯(lián)網(wǎng)等構(gòu)建一種虛擬仿真的實驗環(huán)境，學生通過計算機設(shè)備模擬操作實驗的全過程，從而達到實驗的目的和要求[6-8]。虛擬實驗是計算機技術(shù)飛速進步和發(fā)展的一種產(chǎn)物，其需要一定的信息技術(shù)做支撐[9-10]。虛擬實驗作為場地實驗的一種補充和嶄新的模式具有如下優(yōu)點。

（一）虛擬實驗具有高逼真性及仿真性

當學生開展虛擬實驗的時候，借助生成的實時的、具有三維信息的虛擬仿真實驗環(huán)境，學生可以沉浸其中產(chǎn)生逼真的身臨其境的感受，并能夠在虛擬環(huán)境中按照真實實驗的步驟和要求進行各項預(yù)定的實驗操作，所取得學習效果不低于實際實驗。

（二）虛擬實驗可以完成場地實驗不能完成或不便完成的實驗

有些實驗花費太高而學校經(jīng)費有限、或者花費巨大但實驗效果卻不一定理想，有些實驗過程需要經(jīng)歷幾個月甚至幾年的時間而沒條件開展，有些實驗因為毒性或危險性太大不適宜開展群體性的場地實驗，有些實驗無法在場地觀察和再現(xiàn)，這些情形均可以借助虛擬實驗來完成。

（三）虛擬實驗可以重復(fù)進行而不會增加額外的成本，可以突破場地實驗的時空限制

虛擬實驗具有可重復(fù)及不增加成本的特性，能夠方便學生反復(fù)演練，直到搞清楚實驗過程中所有的難點或疑惑，也方便教師重復(fù)強調(diào)實驗過程中的重難點。這一點是場地實驗無法做到的。另外，其突破時空的特性有利于操作者提前預(yù)習實驗，改變了實驗無法預(yù)習操作的現(xiàn)狀，有利于提高實驗教學的質(zhì)量。

（四）虛擬實驗的交互性好

借助于網(wǎng)絡(luò)，虛擬實驗便于線上交流互動，實現(xiàn)了教與學的雙向交流，有利于及時解答疑問。這是場地實驗所不具備的。

（五）虛擬實驗有利于保證實驗的教學質(zhì)量

虛擬實驗不占用已有課時，在當下實驗課時明顯不足的情況下，有利于保證實驗的教學質(zhì)量。

（六）虛擬實驗在降低成本花費方面效果顯著

虛擬實驗作為場地實驗的補充，可以明顯降低實驗材料費、人工費、實驗維修費、設(shè)備損耗費、管理費等。

（七）虛擬實驗作為一種較新的實驗方式，有利于轉(zhuǎn)變學生被動的學習狀態(tài)

虛擬實驗方式較新，有利于激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識，轉(zhuǎn)變學生的學習態(tài)度，變被動學習為主動探索，提高學習效率。

二、虛擬實驗平臺的構(gòu)建的必要性

鑒于虛擬實驗的諸多優(yōu)勢，因此開展建筑材料與檢測課程虛擬實驗平臺的構(gòu)建非常必要。

（一）構(gòu)建虛擬實驗平臺是教育信息化建設(shè)需要

國家及地方教育主管部門一直非常重視教育的信息化建設(shè)，出臺了很多政策鼓勵高校將信息技術(shù)與教育教學深度融合。虛擬實驗是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，虛擬實驗平臺的構(gòu)建對于推動職業(yè)教育信息化的快速發(fā)展，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式至關(guān)重要。

（二）構(gòu)建虛擬實驗平臺是當下實驗教學改革的迫切需要

當前大多高職院校的狀況是學生多、場地少、設(shè)備老、儀器缺、實驗教學課時少。虛擬實驗對于彌補場地實驗的不足，提升實驗的教學質(zhì)量具有重要作用。構(gòu)建虛擬實驗平臺是解決實驗教學中現(xiàn)實矛盾的迫切需要。

（三）構(gòu)建虛擬實驗平臺是當下高職學生學情的迫切需要

高職學生的知識基礎(chǔ)相對薄弱，對于理論學習興趣不濃，學習比較被動，而對新事物、新技術(shù)興趣濃厚，喜歡探究。虛擬實驗正好迎合了高職學生的這種學情，給他們提供了一種新的學習方式。構(gòu)建虛擬實驗平臺對于提升他們的學習主動性，激發(fā)他們的學習熱情，培養(yǎng)他們的自信心具有重要作用。

三、虛擬實驗平臺的構(gòu)建思路

本課程虛擬實驗平臺構(gòu)建的目標是使學生能夠基于網(wǎng)絡(luò)平臺隨時隨地體驗水泥、石子、砂、混凝土、鋼筋等相關(guān)的虛擬材料實驗，教師能夠隨時隨地與學生互動，指導(dǎo)學生，發(fā)布任務(wù)及要求，最大程度提高學生的實驗?zāi)芰?。虛擬實驗平臺的設(shè)計要符合學習者的認知特點和認知規(guī)律，要保證實驗的直觀性和便捷性，要注重實驗的互動性。虛擬實驗平臺的內(nèi)容建設(shè)以專任教師為主，技術(shù)建設(shè)以合作的技術(shù)服務(wù)公司為主，各司其職，各盡其責。本文主要論述內(nèi)容建設(shè)部分。根據(jù)需要將虛擬實驗平臺以版塊的形式進行構(gòu)建，可分為用戶版塊、虛擬實驗版塊、在線交流版塊及反饋評價版塊。

（一）用戶版塊

用戶版塊主要涉及管理員用戶、教師用戶、學生用戶、游客用戶，主要包括用戶注冊、登陸、用戶信息維護及修改、用戶權(quán)限等功能。用戶的所有操作均可以通過訪問特定網(wǎng)頁實現(xiàn)。不同用戶具有不同的權(quán)限和訪問限制。

管理員用戶擁有最高的權(quán)限，可以對教師、學生及游客進行各種權(quán)限的管理。

教師用戶有以下權(quán)限：對學生身份進行審核及添加或刪除學生名單，設(shè)置各種虛擬儀器、設(shè)備及使用說明供學生操作使用，對實驗所需要的虛擬軟件或其他軟件提供下載，上傳實驗的原理、目的、要求、操作步驟、演示視頻、三維動畫等學習內(nèi)容，查閱學生提交的實驗報告，針對學生的實驗完成情況進行評閱，給予評價意見和分數(shù)，在線提問和回答學生的問題，查看和統(tǒng)計學生用戶的訪問軌跡、實驗完成情況，對虛擬平臺提出改進意見等。

學生用戶有以下權(quán)限：通過注冊登錄平臺訪問學生資源，在平臺使用各種虛擬儀器，下載教師上傳的虛擬軟件等，在線閱讀教師上傳的實驗要求、操作步驟、演示視頻、動畫等學習內(nèi)容，針對疑惑在線提問，提交實驗報告，查閱綜合成績評定結(jié)果，對虛擬平臺提出建議和意見等。

游客用戶只能觀看部分演示內(nèi)容，操作部分開放性的模擬實驗。

（二）虛擬實驗版塊

虛擬實驗版塊是平臺的核心部分，可以劃分為實驗基本知識區(qū)、實驗儀器區(qū)、實驗操作區(qū)、實驗報告區(qū)、實驗完成評價區(qū)，囊括了課程的主要實驗。課程的主要實驗包括水泥標準稠度用水量測定、水泥安定性實驗、水泥強度實驗、砂篩分析實驗、砂的表觀密度實驗、砂的松散堆積密度實驗、石子的表觀密度實驗、石子的松散堆積密度實驗、瀝青針入度實驗、瀝青延度實驗、瀝青軟化度實驗、混凝土拌合物和易性的測定、混凝土拌合物表觀密度的測定、混凝土立方體抗壓強度實驗、混凝土配合比設(shè)計實驗、混凝土耐久性實驗、外加劑的性能及其評價實驗、鋼筋的拉伸性能實驗、彎曲性能試驗等。

在實驗基本知識區(qū)，以文本的形式分別列出了上述實驗有關(guān)的規(guī)范、標準和實驗原理，需要的實驗儀器及其配圖、實驗儀器的各種型號和參數(shù)、儀器的使用說明、注意事項及儀器的保養(yǎng)知識；在實驗儀器區(qū)，分別列出了上述實驗所需要的全部虛擬儀器和設(shè)備。這些虛擬儀器和設(shè)備由合作的技術(shù)開發(fā)公司進行三維模型的構(gòu)建，模型中包含著儀器的全部參數(shù)信息和功能特性。當學習者將鼠標放到對應(yīng)儀器的旁邊時，會出現(xiàn)對儀器功能、作用及如何使用的提示和說明。學習者確定選用所需要的儀器時，只需用鼠標左鍵點擊即可。實驗操作區(qū)是學習者開展三維虛擬實驗的區(qū)域，學習者可以通過實驗儀器區(qū)選擇和調(diào)用需要的實驗儀器和設(shè)備，再根據(jù)實驗基本知識區(qū)關(guān)于實驗的操作步驟和要求開始模擬實驗。實驗過程要注意儀器的調(diào)用順序，儀器之間的連接規(guī)則。當學習者感覺操作有困難或有疑惑時，可以在此區(qū)域內(nèi)觀看實驗的演示視頻和動畫。

學習者在實驗操作的過程中系統(tǒng)會全程錄屏并提示操作者是否進行保存和上傳，以便后臺對實驗操作過程和完成情況進行綜合評價和打分，此項占據(jù)總分數(shù)的40%。在實驗報告區(qū)設(shè)計了上述實驗對應(yīng)的實驗報告模板，鑒于每個實驗的特殊性，每一個實驗的實驗報告模板均有所不同。學習者可以在實驗操作區(qū)完成模擬實驗的基礎(chǔ)上，基于實驗報告的模板撰寫完成實驗報告，系統(tǒng)會根據(jù)實驗報告撰寫的完整度、準確度等給予綜合評價和打分，此項占據(jù)總分數(shù)的40%。實驗完成評價區(qū)是在學習者實驗操作得分及實驗報告得分的基礎(chǔ)上，結(jié)合教師給予的總分數(shù)20%的評價得分得到總評成績。此總評不僅包括總評的分數(shù)，還包括對學習者實驗操作過程和實驗報告完成情況不足之處的完整說明，并提出了改進的措施和建議。

（三）在線交流版塊

在線交流版塊包括師生交流區(qū)、提問留言區(qū)和自由討論區(qū)三塊內(nèi)容。

在師生交流區(qū)，學生可以針對實驗中遇到的問題、疑惑與老師交流和互動，也可以針對實驗中的一些想法和思路向老師請教。教師負責啟迪、引導(dǎo)學生去思考和解決疑難問題，老師最終給出標準答案。師生交流區(qū)的不足之處在于，當學生提出問題時教師需要在線才能及時互動，如果教師上線不及時，會因為交流區(qū)聊天內(nèi)容的增多而將提問問題覆蓋，并且交流過程中提問和回答的內(nèi)容也會因為聊天內(nèi)容的增多被覆蓋，不易被后來上線的同學看到。

在提問留言區(qū)，學生對于一些不需要互動或是不需要著急知道答案的疑問進行留言，教師和所有同學都可以查看留言，都可以在閑暇時間對提問進行回復(fù)，不需要做出及時答復(fù)。留言區(qū)的設(shè)置方便了后來同學對問題的查看，有利于知識的傳承，避免了重復(fù)問題的重復(fù)回答。

在自由討論區(qū)，學生之間可以自由討論實驗操作過程中的心得，可以對實驗中的困惑各抒己見，在討論中互相促進，共同提高，在知識的交流中增加感情，加深友誼。

（四）反饋評價版塊

學生和教師在使用虛擬實驗平臺過程中的一些建議和意見，可以在反饋評價版塊進行留言，促使平臺更加完善。

總之，虛擬實驗是教育信息化發(fā)展的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)場地實驗的補充。在建筑材料與檢測課程引入虛擬實驗對于解決學生多、場地少、設(shè)備老、儀器缺、實驗教學課時少的問題具有重要意義，對于提高學生的學習積極性，激發(fā)學生的學習興趣具有重要作用。同時需要認識到：虛擬實驗平臺的構(gòu)建是技術(shù)構(gòu)建和內(nèi)容構(gòu)建的結(jié)合；虛擬實驗平臺中虛擬實驗版塊處于核心地位，對于平臺的構(gòu)建至關(guān)重要。虛擬實驗平臺的構(gòu)建不是一蹴而就的，需通過反饋評價版塊不斷收集意見和建議來不斷完善。