天大金课 | 《梁式构件受力全过程虚拟仿真实验》

课程目标

梁式构件受力全过程实验是土木工程实验教学中最基础的实验，同时也是专业核心课《混凝土结构原理》和《钢结构设计原理》的核心内容，本项目采用3D仿真和虚拟现实技术，真实再现了钢筋混凝土梁和钢梁构件的受弯破坏全过程。通过设计钢筋混凝土梁及钢梁构件的实验参数，获得钢筋混凝土梁和钢梁构件的不同破坏模式，使学生深刻理解梁式构件的受弯特性和破坏特征，引导学生自主探究学习，培养学生实践创新能力。

课程团队情况简介

本项目由天津大学建筑工程学院党委书记、院长，国家“万人计划”科技创新领军人才，“国家杰出青年科学基金”获得者，享受国务院特殊津贴专家—韩庆华教授负责，由天津大学、北京润尼尔网络科技有限公司共同参与完成。项目团队主要成员张晋元副教授、谢剑教授、芦燕副教授、徐杰副教授等长期从事一线教学、科研和实践工作，具有丰富的经验。

课程建设情况

本项目基于项目团队各位教师在长期教育实践过程中所积累的宝贵经验，结合3D仿真和虚拟现实技术，真实再现了钢筋混凝土梁和钢梁的多种破坏模式。项目于2018年4月面向天津大学和社会同步开放服务。项目自开放以来，已累积服务校内外学生超10000人次。项目先后获得天津市虚拟仿真实验教学项目、国家虚拟仿真实验教学项目的认定。项目被认定后将先在与我校签订共建共享协议的兄弟高校中推广应用。依托本项目进一步扩大全国开放使用力度，未来5年计划推广高校不少于20个，预计服务人数500人/年。积极探索高校间合作机制，探索并建立高校间土木工程学科梁式构件受力全过程相关实验成绩互认、学分转换机制，进一步发挥天津大学在土木工程领域的示范引领作用。

课程特色与创新

项目主要包括“4个层次+2个模式+12个交互操作步骤”。其中4个层次分别为仪器认知、实验操作、数据分析及设计合理性评定，2个模式分别为学习模式和考核模式，12个交互操作步骤主要包括钢筋混凝土梁和钢梁的试件参数设计、实验加载系统及数据采集系统的搭建、实验加载及数据采集等。具有以下特色：

（1）“多参数”+“多工况”的创新型实验设计

在传统实验的基础之上，100%真实还原了钢筋混凝土梁和钢梁受弯破坏全过程，帮助学生更深层次理解整个实验的实验原理及相关知识。

（2）“实际操作”+“理论学习”紧密结合的新型教学方法

一改传统以老师为中心、以教材为中心的课堂模式。通过课上、课下相结合的方式，使得单一枯燥的课堂教学变得生动有趣，极大调动了学生的积极性与主动性。

（3）“客观评价为主、主观评价为辅”+“反思式”的新型评价体系

从学生在线构件设计、在线实验操作、随堂考核以及实验报告整理四个部分进行成绩的评定，自动反馈学生错误集中的地方，针对性改进教学计划。

（4）“传统教材”+“科研成果”的教学拓展与延伸

增设了钢梁受弯全过程实验，帮助学生全方位理解梁式构件的多种破坏模式，融合现有的一些科研成果和先进仪器，拓展和延伸课堂教学知识。

项目自上线以来，受到校内外学生和老师们的一致好评。在国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台中，项目的评分高达5.0分。

学生评价

学生甲评价：梁式构件受力全过程虚拟仿真实验体验真是太棒了。整个实验还原度高，操作性强。不仅帮助我巩固了书本上所学的知识，让我知道整个实验的操作流程和所需测量的数据，更是让我真正了解到了不同的实验仪器及其用途。

学生乙评价：实验逼真，画质清晰，操作流畅，现在可以随时随地打开电脑做实验，太方便了。通过线上、线下相结合的学习方式，不仅巩固了所学的理论知识，还接触到了较为前沿的科学研究，给建工学院点赞。