“双一流建设”｜国家级虚拟仿真实验教学一流课程《多种环境下混凝土材料性能虚拟仿真实验

  曲成平（负责顶层设计与策划），男，1963年1月出生，现为青岛理工大学土木工程学院党总支书记（原任教学副院长），管理学博士，教授。中国建筑节能协会工程改造与加固分会专家，青岛市建筑产业现代化专家委员会专家，青岛市土木建筑工程学会施工专业委员会副主任委员，青岛市土木建筑学会专家委员会常务副主任委员。主要研究方向为实施工程技术、工程经济、工程建设项目管理。

  承担山东省名校建设工程建设项目1项、青岛理工大学教改教研项目3项；主编教材1部。获青岛市科学技术进步奖一等奖1项；获山东省教学成果特等奖1项、二等奖2项；全国高等院校学生“斯维尔杯”建筑信息模型（BIM）应用技能大赛优秀指导奖1项；山东省优秀学士学位论文指导教师奖1项；第五届“挑战杯”山东省大学生创业计划竞赛三等奖优秀指导教师；青岛理工大学第三届十大师德标兵。

  主讲本科《钢结构基础原理》、《钢结构设计》、及研究生课程《结构的非线性分析》等课程。国家精品课程、国家共享资源精品课程、国家视频公开课主讲教师，主编教材1部，翻译教材1部，一带一路暨金砖国家技能发展与技术创新大赛首届虚拟现实（VR）产品设计与开发大赛三等奖指导教师，山东省优秀学士学位论文指导教师，获得山东省教学成果特等奖1项，获山东省高校科研成果二等奖1项。

  主持2020年山东省高等学校在线开放课程“材料科学基础”，青岛理工大学本科在线数字化建设项目“材料科学基础”。作为第二负责人参与山东省研究生导师指导能力提升项目“基于OBE的材料类专业研究生培养方案与质量监控改革研究”。2018年指导学生获第十一届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛，获得二等奖，个人获得优秀指导教师称号。

  李晓东（负责项目开发和教学实践），男，1976年3月生，副教授，博士。青岛市安全生产监督管理局第一、二届安全生产专家组专家，青岛市人力资源社会保障局专业方面技术职务评审专家，青岛市应急管理专家库专家，青岛市行政复议社会和专家委员会成员-安全生产类专家，青岛市城镇老旧小区改造专家库专家。主要研究方向为建筑结构火灾行为及灾后处理、BIM技术等。

  本虚拟仿真实验课程以拓展学生知识结构、启迪学生科学思维和创新意识为目标，面向土木工程专业、材料科学与工程专业以及工程管理专业、建筑学专业、城市地下空间工程专业等有关专业，在土木工程材料、混凝土结构耐久性、材料测试与分析技术、建筑结构实验、混凝土基础原理等课程中，有效运用该虚拟仿真实验课程。

  强调学习与兴趣相结合，理论知识与技能操作并重。以影响混凝土材料服役性能的腐蚀、冻融及高温环境为背景，设计出含五个子实验的综合性虚拟仿真实验。将虚拟现实技术、互动多媒体技术等先进的技术有效地应用于实验教学和课堂教学中，营造高度仿真的实验环境，体现基础与前沿的有机结合，以培育学生分析、处理问题能力及科技创新能力。

  混凝土材料性能可调，耐久性较高，是现代土木工程中用量最大，应用最广泛的材料。然而，在特殊环境下服役过程中，受到海水侵蚀、冻融循环及高温等作用，混凝土性能会产生劣化。这些特殊环境下的相关材料性能测定非常重要，但是这些实验或由于投入高、高端技术无法在普通试验室开展，难以让本科生广泛、深入的参与。

  本虚拟仿真实验课程本着“虚实结合、能实不虚”的原则，借助虚拟现实技术高度仿真中子成像、海水侵蚀或冻融、火灾炉高温等先进的科研实验装置，虚拟再现多种环境下混凝土劣化过程，引导学生自主学习和掌握多种实验方法以及混凝土材料的劣化机理，培养学生动手操作能力、分析问题、解决问题能力和科技创新能力，切实提高教学实效。

  坚持以学生为中心，注重教与学相结合，侧重培育学生的专业兴趣，提高学生动手操作能力和创新精神。虚拟仿真实验各项教学内容之间的相互关系以及教学目的整体关系如图6所示。为学生提供多种组合方式的学习方案：1）混凝土材料水分传输+混凝土抗海水侵蚀性能，主要让学生充分理解和掌握我国沿海环境下混凝土工程的劣化基础知识及其原理；2）混凝土材料水分传输+抗冻融循环性能，主要让学生理解和掌握我国北方地区混凝土材料的冻融破坏过程及其机理；3）混凝土抗海水侵蚀性能+海水锈蚀钢筋与混凝土粘接性能，主要让学生理解和掌握由海水侵蚀引起的材料性能劣化现象；4）抗冻融循环性能（混凝土抗海水侵蚀性能）+高温环境混凝土受压性能，主要让学生理解和掌握“冰火（水火）”环境下混凝土材料的抗住压力的强度的变化规律，具备实际耦合环境下的创新实验能力。

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