编者按
太阳成集团tyc1050始终把本科教育放在核心地位，高度重视课程建设工作，将课程建设作为提高人才培养质量的重要抓手，积极推进“一流课程”建设，不断更新教育理念，创新教学模式，着力打造具有高阶性、创新性和挑战度的一流课程。在教育部公布的第二批国家级一流本科课程中，学校共有4门课程获批认定。为进一步提升课程建设质量，分享一流课程建设经验，学校公众号将陆续推出一流课程介绍的系列推文，让我们一起走进这些“金课”课堂吧！
本期金课
国家级虚拟仿真实验教学一流课程
地下结构抗震虚拟仿真实验
一、课程简介
地下空间开发是实现城市环境友好型、集约化发展的重要途径。21世纪以来，我国以地下轨道交通、综合管廊、地下停车场为主导的城市地下空间开发利用呈现规模化快速发展态势。地下工程抗震安全对韧性城市建设意义重大。地下结构抗震实验受振动台设备昂贵、测试费用高、设备操作复杂等因素制约而常常无法开展。基于以上原因，本课程团队依托实践性较强的专业课“地下结构抗震原理”，根据动三轴实验、振动台试验的试验原理和方法，以操作简便、效果真实、图像清晰为设计理念，开发了一个拥有深度交互体验、高真实度的地下结构抗震虚拟仿真实验系统，以此开展地下结构抗震仿真实验教学，使广大学生及国际留学生掌握地下结构震害规律及抗震实验方法，提高工程抗震设计水平、创新能力和防震减灾社会责任感。
二、课程负责人及团队情况
课程负责人刘中宪教授，于2019年度入选教育部青年长江学者，近年来承担省部级教改课题2项、校级教改重点项目1项，建设“基础工程”“结构动力学”两门校级课程思政示范课程；编著英文教材《Seismic Design of Building Structures》，参编《土力学》教材1部；工程结构抗震原理获批教育部课程思政示范课程、教学名师和团队（排名第2）；天津市本科教学成果奖一等奖1项（排名第5）、研究生教学成果奖1项（排名第2）；指导2项国家级大学生创新项目、1项天津市研究生创新项目；近五年主持省部级以上纵向项目9项（其中国家自然科学基金项目4项、天津市自然基金杰青项目1项），在科学出版社出版专著1部，在国内外重要期刊发表论文130余篇，其中SCI检索论文82篇。
近年来，课程团队承担地下结构抗震原理、土动力学、土力学、基础工程、工程地质学等课程教学近3000课时，教学效果良好，获批市级一流课程1门、校级一流课程2门，主持或参与教改项目6项，获省部级教学成果奖2项、校级教学成果奖3项，发表教改论文10余篇。
三、课程建设情况
课程团队成员具有多年的工程抗震教学经验积累，因此开发系统时非常注重教学设计的合理性和专业性。教学设计合理性主要体现在以下四个方面：
01教学目标明确
本实验以地下结构振动台实验为核心，辅助土动三轴实验，旨在加深学生对地下结构抗震、土体地震反应规律等基础理论知识的理解，培养学生的地下结构抗震实验设计、实际操作和数据处理能力，增强学生对专业知识的应用能力，增加学生处理工程问题的实际经验。
02教学内容丰富、层次分明
本实验覆盖土动力学、地下结构抗震原理、建筑结构抗震、结构动力学、土力学试验、建筑结构试验等多门课程的核心知识点，涵盖从土动力特性到场地地震动再到土-地下结构相互作用等基础知识和部分前沿研究成果，实验内容安排由简单到复杂层层递进，层次分明。
03教学方法形式多样、教学过程循序渐进
本实验紧密结合课堂教学、现场体验、视频展示等多种教学方式开展教学。通过课堂学习理论知识，现场体验动三轴仪、振动台、剪切土箱等设备，视频展示实验过程，再通过本虚拟实验亲身体验整个实验过程，利用这种循序渐进的教学过程，使学生全面掌握土动三轴实验、地下结构振动台实验以及地下结构震害特点。
04教学评价体系完备
本实验可以从理论知识水平、实验操作技能、实验报告三个方面综合评价学生是否熟练掌握实验，达到实验目的要求。通过以上三方面的评价，督促学生加深对重要知识点的理解，培养学生实验设计、实验操作能力以及实验结果分析的能力。
四、课程特色与创新
本实验旨在利用虚拟仿真技术构建一个交互式体验、高真实感的地下结构抗震虚拟仿真实验系统，使广大学生及国际留学生能够通过仿真实验，真正掌握地下结构抗震理论知识和实验技术，理解地下结构抗震设计基本原则和构造措施。本实验在教学方面主要存在以下特色和优势：
01科教融合，融入前沿科技
团队承担了国家重点研发计划课题、国家自然基金等多项相关科研项目，实验设计融入最新科研成果，包括两项天津市科技进步奖中关于复杂场地反应和地下结构抗震方面的创新性技术，使学生了解地下工程抗震前沿科技，如大型地下交通枢纽抗震、装配式地下结构防灾等。
02虚实结合，再现地震灾变过程
通过三维实体建模、精细化有限元分析及实际实验图像、视频等，提高地下结构地震破坏过程模拟的真实度和学生的沉浸感。
03中英双语，服务“一带一路”
“一带一路”沿线高烈度地震区域众多，基础设施面临强地震风险。虚拟仿真实验系统支持中英双语，面向国内学生、工程技术人员及广大留学生，具有广阔的适用范围。此外，国内学生使用英文版本可以接触专业术语的英语表达，培养工程抗震专业英语应用能力，为以后参与“一带一路”等国际工程建设奠定基础。
五、未来建设计划
未来5年内，团队将从更新实验项目内容、改进实验教学形式与不断完善数据库、改进实验项目管理几个方面进行实验平台与实验项目的持续建设与更新。主要更新内容包括：
01
更新实验项目内容。以虚拟仿真实验平台为依托，以地下结构抗震原理课程、地下空间工程新兴专业、土木工程一级学科为大背景，增加不同种类地下结构振动台实验进入平台，力求创造出一批具有“创新性、实践性、可行性和发展性”为特点的开放实验项目，体现出虚拟仿真实验的灵活性与探索性以及实验研究的延续性和发展性，初步计划涉及多层地下车站、地铁隧道、城市综合管廊、山岭隧道、越江跨海隧道等地下结构。同时补充近断层复杂场地条件下地下结构抗震仿真案例。
02
改进实验教学形式。在现有实验平台基础上，继续深化创新，以培养学生热爱思考、主动参与、勤于动手、勇于创新、敢于探索的精神为目的，有计划继续开发平台，支持学生自主设计实验；和国家大学生创新创业项目结合，开展虚拟仿真实验比赛、知识考试等多种类教学模式，以学生为主体，评比考核、提高学生的动手能力和实验兴趣，调动其参与实验教学的积极主动性，激发学生潜能，从本质上改变单向输入模式的传统教学及死板记忆被动参与的状态。
03
完善实验项目管理。本实验平台的建设过程包括上线初期-软件系统技术故障-修复完善-数据内容不完整—补充和调整，目前正在提高系统的流畅性以应对大访问量，未来还要做好系统维护体系和数据持续更新及日常管理工作。在技术手段上，还需与时俱进，借助先进的实验研发技术，创建稳定的开放运营环境；在教学内容设计上，真正做到以学生为中心，重视学生要求。
