水利工程结构复杂、体积庞大、建设过程不可逆，尤其在东北地区，受冬季气温低、水资源量少等自然环境影响，在建工程更是少之又少，致使学生无法及时认识、了解、掌握工程项目的设计、施工、管理过程。
为了解决这一问题，本教学项目借助虚拟仿真技术，将施工现场还原到高校，通过真实的仿真实操、实训、考核三位一体的方式，实现真正的实践与教学环节结合，减少施工现场实训的难度和强度，从根本上杜绝施工现场实习的安全隐患问题。降低实验教学成本、提高实验教学效率、模拟施工过程，使学生短时间内高效率地掌握大型水利工程结构组成及施工工艺流程。
（1） 明晰水利工程结构组成。
通过三维视角，直观了解水利工程的结构组成，如水闸的底板、闸墩、胸墙、排架、工作桥、启闭机房、闸门、启闭机、交通桥、检修便桥。
（2） 了解施工项目管理、安全管理内容。
教学项目以现行规范、标准、规定为依据，结合先进的施工方法，内容准确，符合施工现场的验收规定，不仅考虑技术层的知识要求，同时加入了管理层、应用层的知识点，并与图纸匹配。要求学生对质量管理、验收要求、文明施工、安全管理的知识内容均有所了解。
（3） 掌握水利工程施工工艺、施工流程及关键技术指标
掌握施工现场施工工艺、管理流程为核心要点，强调对施工工艺顺序的精准掌握、施工工艺的规范操作、施工管理的岗位衔接、施工过程的资料管理和质量控制等，旨在培养质量、技术、管理方面的专业技术人员。通过教学、仿真、考评三种模式，促进学生掌握水利工程施工机械的选择，施工的先后顺序，施工的技术参数要求。
如渠系建筑物渡槽的施工工艺流程：
槽址的选择—渡槽结构型式的确定—槽身断面的选择—支撑结构的选择—支座型式的选择—渡槽地基与基础处理—构件的预制—渡槽的吊装—验收
2、实验原理：
本项目采用虚拟仿真技术模拟水利工程施工工艺，保证学生能够随时学习水利工程施工工艺，掌握复杂的施工过程，短时间内对水工建筑物形成强烈的感官认识，同时提升实验教学的效果、提高实验教学的效率。
本项目所对应的知识点主要是水利工程施工的内容：
知识点：共4 个
（1）水利工程施工中常用施工机械的主要组成部分、工作原理、主要性能及适用条件；挖掘机、骨料破碎机、筛分机、混凝土搅拌机、自卸汽车、吊车等机械的选用原则、主要性能，培养学生自主选择合适的施工机械的能力。
（2）施工组织设计的内容和施工组织与管理方面的基本知识；
了解水利工程基本建设程序，熟悉施工组织设计包括的内容与施工总进度的编制方法，培养学生进行工程总体布置及安排进度计划的能力。
（3）施工导流的基本方法，爆破工程的基本理论和方法；
掌握两种常见导流方法，围堰的基本形式及构造，截流的基本方法，导流工程与主体工程施工的进度关系，培养学生根据不同工程条件，制定适宜的导截流方案的能力。
（4）水闸、渡槽、渠道防渗、河道治理、输水管道工程等，具有代表性的水工建筑施工特点、施工程序、机械化施工方案。
掌握典型水利工程施工工艺与流程，如：采用混凝土进行渠道防渗时，预制混凝土及现浇混凝土的施工方案。
3、实验仪器设备（装置或软件等）：
硬件环境：计算机、网络
软件：浏览器（客户端）、大型水利工程施工工艺虚拟仿真系统（服务器端）。
4、实验材料（或预设参数等）：
进行实验需要设置的参数或者使用的材料，是虚拟实验所需要的耗材，而非施工现场所用到的设备和材料。
项目包含教学、仿真、考评三种模式，各个模式之间可自由切换。考评模式包含理论考试和实务操作考核两部分，系统自动记录成绩。
系统的服务器提供工程图纸、交底、工作记录、工具、材料、设备等，以便学生在不同模式下开展学习探索。
5、实验教学方法：（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）
以装配式渡槽规划与施工为例进行说明
（1）使用目的
若采用实际工程进行现场教学，在教学环节要求的时间内，省内很难寻找到在建工程，同时整个工程建设周期需要1-2 年时间，学生短时间内无法了解工程完整的实施过程，另外，工程具有不可逆性，学生的学习过程只有一次，无法进行反复练习。
因此，本实验项目拟依托虚拟仿真技术，融合工作过程系统化课程改革理念，采用教师讲授+学生练习+结课测评的教学方法。第一轮以教师为主，学生为辅，教授学生装配式渡槽如何进行规划与施工；第二轮以学生为主，教师为辅的，由学生自主探究，教师给予正确引导；第三轮，由教师组织，学生独立完成，以检测学生的学习效果。最终保障每位同学能够掌握装配式渡槽的规划与施工完整的施工工艺流程。
（2）实施过程
① 教师演示装配式渡槽规划与施工虚拟仿真系统的使用方法、介绍虚拟仿真系统的主要模块与具体内容。
② 学生进行网上练习，自主探究虚拟仿真系统的使用方法和具体功能，主动地、自由地、 创造性地进行学习、训练与自我考核。
③ 虚拟仿真系统会根据学生的用户信息累计每个学生的在线时长、项目完成次数，作为平时成绩的一部分。
④ 学生划分小组，每个小组抽取一个实验模块，在考核模式下完成施工过程，考核成绩作为最终成绩的一部分。
（3）实施效果
① 激发了自主学习的动力。
新工科建设背景下，水利水电工程专业一直积极探索专业创新发展路径，采用信息化手段，三维动画展示的方式开展实验教学，激发了学生的学习兴趣，依托重点工程案例，开展互动式、研讨式教学，大力提升了学生自主学习能力，提高了实验教学质量。
② 提高了实验教学的效率。
以子项目“装配式渡槽规划与施工”为例，实验时间由原来的1周降至12 学时即可完成；同时，单次实验人数上限由现场试验的50 人提升至在线实验的数百人。
③ 降低了实验教学的成本。
每一次工程现场实验教学，都需耗费大量车费、住宿费、餐费、企业指导费等，修建实体物理模型费用更需数百万，且实体模型不可逆，很多实验过程仅能展示一次，而通过虚拟仿真系统进行自主实验教学，所需累积成本最多为50 万元。
④ 保障了实验学生的安全。
水利工程现场大多处于野外，环境条件比较恶劣，施工工地存在一些安全隐患，对学生的人身安全存在威胁。采用虚拟仿真实验教学完全避免了这一问题。
6、实验方法与步骤要求：
（1）实验方法描述：
① 学生通过学号在系统上进行注册，掌握该系统的注册及登录方法、导航栏和菜单栏的具体功能、三种学习模式的选取方法。
② 通过系统中的实训任务书学习各功能模块的使用方法。
③ 以“装配式渡槽规划与施工”子项目为例，按照“槽址的选择—渡槽结构型式的确定—槽身断面的选择—支撑结构的选择—支座型式的选择—渡槽地基与基础处理—构件的预制—渡槽的吊装”施工过程逐项进行。在教学模式下，学生通过单击鼠标的方式可以观看正确的施工方法；在练习模式下，学生自由选择方案、机械，自主安排进度，方案出现矛盾或错误将会有提示，无法进行下一步，学生可以通过系统或教材寻找错误的原因，并更改为正确的方式；在考核模式下，学生在教师设定的时间内完成指定项目的实验过程，中间没有任何提示，学生提交试卷后，系统自动打分，并标注错误的步骤或方法，以便学生及时自己的不足。
