1.实验教学方法

开展网络虚拟仿真实验是适应互联网时代发展的需要，也是解决实体实验场地缺乏、节约实验用地、提高实验效率的有效途径。同时，开展网络虚拟仿真实验可以大大推动工程教育的受众面，通过网络共享充分利用高校教育资源，增强办学效益。将构建的虚拟场景与以学生为主体的实验教学方法有机结合，充分发挥学生的主观能动性，调动学生的参与积极性，促进学生积极思考，提高学生的专业素质和实践动手能力。

《大跨桥梁全寿命安全监测中的应变监测仿真实验项目》能够完整呈现斜拉桥全生命周期整个阶段应力应变测试的所有环节，完整涵盖了从斜拉桥施工、竣工验收及运营阶段全过程中的测试方案设计、荷载施加及数据采集，直至最后的实验数据处理分析及桥梁安全性能评定的整个流程。项目用搭建的虚拟仿真实验教学平台，拓展实验教学空间，跨越时空限制进行在线预习、仿真训练及课前测试，提供虚拟仿真和虚实结合的线上线下服务，实现由“认知性学习”向“体验性学习”“探索性学习”和“挖掘性学习”的转变。实施过程包括：

（1）认知性学习：学生在虚拟仿真实验教学平台上预习传感器工作原理及大型斜拉桥施工方法的相关知识，熟悉实验全过程及其技术环节，进行课前测评，教师根据预习及课前测评情况进行理论讲解，以认知性学习为主。

（2）体验性学习：学生在虚拟的真实项目场景下（结合梁大跨度斜拉桥-昂船洲大桥），根据桥梁所处的不同阶段设置的测试工况选择不同类型的传感器，安装在测试截面的所有测点要求自主实践完成“方案编制--数据测试--分析处理--结果评价”等桥梁应变检测的各个环节的工作，以体验性学习为主。

（3）探索性学习：教师根据实践要求进行关键环节的讲解，对学生未掌握的内容给予必要的指导，加深学生对这些关键环节的理解；同时，在实践教学过程中设置一些与结果偏离的环节，组织学生探讨，引导学生探究原因，给出纠偏建议措施，完成实践教学，以探索性学习为主。

（4）挖掘性学习：学有余力的学生可进行实验项目和研究内容的开发，自行拼装大型斜拉桥模型并进行传感器的制作与安装，虚实结合开展学习，验证所安装传感器测量数据的精确性和安装方式方法的合理性。开展桥梁损伤识别、车桥耦合振动等创新性试验研究，以探索性和挖掘性学习为主。

（5）通用性学习：本平台不存在专业性壁垒。例如桥梁结构知识，适合所有斜拉桥课题和部分大跨结构的讲解；传感器部分，本平台虽只针对桥梁方向的使用，但是所应用部位全部为建筑结构通用的混凝土、钢筋和钢结构材料上。因此针对相似课题具备通用性。

学生可以在实验室、教室、图书馆以及寝室远程登陆虚拟仿真教学平台，自主完成学习；也可以结合实验室模型、测试系统以虚实结合的方式开展实践训练。基于开放的虚拟实验平台，学生可以反复演练，让学生可以掌握关键环节的重要知识点，将现场难以组织开展的大型试验安全、高效地缩到课堂教学中，学生主动学习兴趣浓厚，实践能力创新能力及团队协作精神得到提高。

通过虚拟仿真实验，学生能够全面了解和掌握大跨斜拉桥应力应变测试的全过程，充分体会应力应变测试在斜拉桥各个阶段中所起的重要作用，将《桥梁工程》、《土木工程材料》、《桥梁工程施工》及《桥梁试验检测技术》等课程有机地结合在一起，实现从理性认识到感性认识的转变，完成从观看演示到自己动手实验的质变。

图6 教学方法

实施过程：

在本仿真实验平台上，虚拟仿真实验教学一共设置了基础知识、传感器认知、测点布置、三大阶段和考核等五个部分

各部分的功能如下：

基础知识：对于斜拉桥的结构体系，受力特性，分析原理；斜拉桥应变监测项目，斜拉桥全寿命周期检测等相关知识进行介绍和普及，让学生能够建立起对斜拉桥的基本认知，为后续的学习提供理论支持

图7 操作界面

传感器认知：熟悉几种常用的传感器和应变片，能够判断种类，并区分其适用范围，使用阶段，使用对象和掌握其使用方法

测点布置：在提示和帮助下，熟悉和掌握传感器的布置方式和应变片的粘贴步骤，实现人机交互，为后续实验奠定基础；

三大实验阶段：学生根据时间顺序，依次对桥梁的施工阶段，竣工验收阶段以及运营阶段进行相应的实验操作，包括应变片和传感器的布置，载荷的合理选取和施加，数据的采集和分析以及对桥梁的评估等。

考核系统：实验结束后，进入考核模式，对学生各部分的掌握情况进行考察，旨在帮助学生对于理论和实操的多方面知识进行回忆和巩固，以及对所采集数据合理性和物理意义进行判断分析。

考核内容包括基础理论知识，传感器相关知识，传感器和应变片布置注意事项，实验操作步骤正确性，实验结果正确性以及实验报告

学习过程如下：

图8 学习操作过程图示

 

注：由于实验操作内容较多，知识复杂，所以我们每一个阶段采用两个课时，第一课时介绍相应阶段的桥梁知识和该阶段所需要运用的传感器应变片等知识。

第二课时为实际操作和考核，并编写实验报告。

如此循环，直至完成所有学习任务。

四、实施效果：

目前在本校展开了该实验项目的教学，服务学生人次总共1500余次，在示范教学过程中，强调测试关键步骤和重要知识点，理论与技术并重。由于教学活动的重点放在实验操作过程和实验结果评定上，有利于学生掌握知识同时将所学的知识运用到真实的桥梁应变监测中去，解决桥梁监测检测的实际问题，知行合一。学生通过完成教学项目，能有效调动学习的积极性，既掌握实践技能，又掌握相关理论知识，既学习了课程，又学习了检测监测方法帮助解决问题，而且通过探索性和挖掘性学习充分发挥学生的创造潜能，提高了学生解决实际问题的综合能力，提升了土木工程本科实验教学质量和水平。

在项目建设过程中，各个老师与学生积极参与，积累了众多优秀的成果，为项目的开展奠定了坚实的基础。目前，大连海事大学交通运输工程学院土木工程系教师团队已获得各级教学成果6项，教育部产学研结合协同育人项目10项，大创国家级立项15项，省级立项20项，积极参加国家级、省级等各类科创竞赛，荣获全国大学生交通科技大赛二等奖、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖、“茅以升”公益桥设计竞赛二等奖、辽宁省“互联网+”大学生创新创业大赛金奖等优异的成绩。

图4国家级教改项目10项

图5各类教学成果奖项

图6各类竞赛奖项

图7与各企业协同育人协议

 

图8国家级大创项目证书

图9参加各类科创竞赛