基于数字孪生技术的土木实践教学新模式探讨
近年来，随着信息技术的迅猛发展和应用范围的不断扩大，数字孪生技术作为新兴技术逐渐受到关注[1]。数字孪生技术是指通过数学模型、计算机仿真等手段将物理世界中的实体或系统数字化，并建立相应的虚拟模型，实现现实世界和虚拟世界的循环交互，以达到对实体或系统的全面分析、设计、优化、维护等目的。因此，在土木工程领域，数字孪生技术可应用范围十分广泛，例如可实现对结构、材料、施工过程等方面进行精准的预测、模拟和优化[2]。
传统的土木实践教学依赖于教师授课、学生实验等方式，存在着资源和环境限制、安全风险、实验效果不稳定等问题[3]。而基于数字孪生技术的土木实践教学模式，可以将实际物理实验转化为数字模拟实验，有效解决了传统教学存在的种种问题，进而为学生提供更加实际和综合的学习体验。因此，本文旨在探讨数字孪生技术在土木实践教学中的应用及其与传统教学的区别和优势，并尝试构建一种基于数字孪生技术的土木实践教学新模式，以期为现代化、高质量的土木实践教育提供一些新思路和参考。1数字孪生技术概述
数字孪生技术最早起源于航空航天领域的模拟仿真技术，随着计算机技术的发展和高性能计算平台的
出现，数字孪生技术在汽车、工业制造、建筑等领域逐
渐得到了应用[4-5]。数字孪生技术是一种将现实世界中的物理对象或过程与数字模型相结合的技术（图1），可通过模拟和仿真来提供对物理对象的全面理解和分析，其主要特点包括数据采集、模型构建、虚拟验证和优化应用等。
数字孪生技术具有精度高、效率快、操作简便、成本低等优势。首先，数字孪生技术可以通过虚拟仿真的方式，实现对实体或系统的无损分析和研究，从而避免了实际操作可能带来的安全风险和资源浪费；其次，数字孪生技术可以通过数学模型的构建和计算机仿真的方法，快速获得实体或系统的参数和性能数据，并在
*基金项目：陕西省教育厅一般专项科学研究计划（20JK0501）；国家“双高计划”建设学校课程思政研究与实践课
题（SGKCSZ2020-374）资助
基于数字孪生技术的土木实践教学新模式探讨*
赵春晨1,2钱若霖1
（1.陕西工业职业技术学院土木工程学院，陕西咸阳712000；2.咸阳市数字城市与地理空间大数据技术重点实验室，陕西咸阳712000）
摘要：探讨了基于数字孪生技术的土木实践教学新模式的构建与应用。通过分析数字孪生技术在土木
实践教育中的应用前景和发展空间，以及基于数字孪生技术的新模式在土木实践教学流程、教学方法和教学手段等方面的优化和创新，总结了该新模式在提高学生实践能力和创新能力方面的应用效果与实践经验。最后，指出了未来数字孪生技术在土木工程领域的应用前景，并强调了进一步推广和应用该模式的重要性，以便更好地培养高素质的土木工程人才。关键词：土木工程；数字孪生；实践教学；教学模式
中图分类号：G642
文献标识码：A
文章编号：1001-6945（2023）07-167-02
图1
数字孪生技术示意图
此基础上进行优化和改进；最后，数字孪生技术可以实现对实体或系统的可视化展示，使人们更加直观地了解实体或系统的组成、结构、功能等。
数字孪生技术在土木工程领域的应用主要体现在结构健康监测、施工仿真、材料性能预测、环境影响评估等方面。数字孪生技术可以通过与传感器、测量仪器等设备结合，实现对结构物的实时监测和预警。此外，数字孪生技术还可以对土木工程建设与运营过程进行全流程模拟和优化，以提高工程质量，降低施工成本。
2数字孪生技术在土木实践教学中的应用
数字孪生技术在土木实践教学中的应用可以为传统的教学模式提供强有力的支持和补充，帮助学生更加深入地理解土木工程中的各种概念和知识，提升其工程实践能力和创新能力。首先，数字孪生技术可以通过虚拟仿真的方式，将实际物理试验转化为数字模拟实验，从而避免了传统教学中存在的资源和环境限制、安全风险等问题；其次，数字孪生技术可以实现对实体或系统的精准分析和预测，从而为学生提供更加直观、高效的学习体验和学习经验。
教育技术学就业方向及前景
在土木实践教学中的具体应用包括虚拟现实建模、虚拟现实体验、结构仿真、施工过程模拟、数据分析与监测等。例如，在结构分析中，数字孪生技术可以通过建立数学模型和计算机仿真的方法，实现对结构的负载、变形、应力等参数的预测和优化；在施工实践中，数字孪生技术可以通过虚拟建模与
仿真方法，实现对施工过程的模拟和调整，从而提高施工效率和质量；在数据分析与监测中，数字孪生技术可以通过各种物理、力学、数学手段，实现对材料的力学性能、损伤机理、耐久性等方面的测试和分析。因此，在土木实践教学中应用数字孪生技术具有如下优点：提供了更加直观、高效的学习体验；实现了对实体或系统的无损分析和研究；避免了实际操作可能带来的安全风险和资源浪费；提高了教学效果和学生满意度。学生通过虚拟现实设备进入数字孪生环境中，与模型进行实践互动，帮助学生更好地理解土木工程的实际应用。
3基于数字孪生技术的土木实践教学新模式探讨
3.1新模式的构建和实施
基于数字孪生技术的土木实践教学新模式的构建和实施需要依据实际情况和需求，灵活选择数字孪生技术应用案例和实验平台，并注重教师和学生的培训和指导，如图2所示。
（1）应用案例筛选和设计。根据实践教育的重点和目标，选择合适的数字孪生技术应用案例，并进行案例设计和分析。例如，在结构分析方面，可以选取桥梁、隧道等工程项目进行结构负载、变形、应力等参数的预测和优化；在施工仿真方面，可以选取钢筋混凝土构建模型、挖掘机等设备进行施工过程的模拟和调整。
（2）实验平台搭建和优化。根据应用案例的需求，搭建数字孪生技术实验平台，并进行优化和改进。例如，可以采用虚拟现实技术、高性能计算平台等手段，提高数字孪生技术的运算速度和精度，以便更好地满足实践教育的需求。
（3）教师和学生的培训和指导。为了保证新模式的顺利实施，需要加强教师和学生的培训和指导。教师需要具备数字孪生技术的理论知识和实践经验，能够熟练操作各种数字孪生技术工具和软件，从而对学生进行有效的指导和培养。学生需要具备一定的计算机、数学以及专业基础，能够熟练操作数字孪生技术工具和软件，并能够根据实验需求进行设计和分析。
（4）应用效果的评估和分析。为了进一步探究新模式的应用效果，需要对应用效果进行评估和分析。可以采用问卷调查、实验数据分析等手段，了解学生对于新模式的满意度以及教学效果、资源利用等方面的情况。通过评估和分析，进一步完善和优化新模式的实施方案，提高教学质量和效率。
3.2教学流程、教学方法和教学手段的改进和创新
在数字孪生技术的基础上，可以重新设计和优化传统的教学流程，使之更加贴近实际工程项目的操作流程和工作方式。例如，在结构分析方面，可以通过数字孪生技术对结构进行预测和优化，然后将优化后的方案应用到实际工程中进行验证。
可以融合多媒体、网络课程、远程教育以及数字孪生空间等方式，丰富教学方法，提高教学效率和互动性。例如，可以利用虚拟现实技术创建虚拟实验室，让学生在虚拟环境下进行实验操作，学生变得更加主动，从而达到更好的学习效果。
在数字孪生技术的支持下，可以采用更加先进的教学手段，如智能化、自适应化等，提高教学质量和效果。例如，可以利用人工智能技术对学(下转第172页)图2
基于数字孪生技术的土木实践教学新模式探讨
技术的应用和运用，以更好地培养职业本科学生的实践能力和就业竞争力。
通过教学实践，本文认为基于BIM的职业本科建筑制图与识图课程教学改革具有以下优势：
一是符合时代要求，提高学生就业竞争力。随着建筑业的快速发展，BIM技术已经成为建筑行业不可或缺的工具和技能，本文所提出的基于BIM的课程教学改革将有助于学生更好地适应建筑行业的发展，提高其就业竞争力。
二是提高学生的实践能力和创新能力。通过BIM 技术的应用，学生能够更好地掌握建筑制图和识图技能，并在实践中不断探索和创新，提高其实践能力和创新能力。
三是增强学生的团队合作意识和沟通能力。在基于BIM的课程教学中，学生需要与其他团队成员密切合作，协同完成项目，这不仅可以增强学生的团队合作意识，还可以提高其沟通能力和协作能力。
综上所述，基于BIM的职业本科建筑制图与识图课程教学改革是非常有必要的。随着建筑行业的快速发展，需要及时调整教学内容和教学方法，培养符合市场需求的建筑专业人才。未来，需要进一步深入探讨如何将BIM技术与建筑专业教育更好地结合起来，为建筑行业的发展和建筑人才的培养做出更大的贡献。参考文献：
[1]万里，周峰.职业本科“专职融合教育"研究[J].教育
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[3]张天琪.“1+X”BIM证书制度下职业教育BIM课
程改革研究[J].科技风,2023,522(10):125-127. [4]胡仕婷.基于BIM技术的工程造价专业实训课程
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[5]刘晓艳.1+X证书制度下“暖通施工图识读”课程
改革[J].安徽建筑,2023,30(03):106-108.
收稿日期：2023-5-21作者简介：张杰，出生于1996年，女，硕士，主要从事BIM技术应用研究。
(上接第168页)生的学习情况进行监测和分析，根据学生的学习特点和需求，制定个性化的教学方案。
3.3应用效果与经验总结
基于数字孪生技术的土木实践教学新模式需要进行应用效果与实践经验的总结和归纳，以便更好地推广和应用。具体来说，可从以下4个方面进行总结。
（1）教学效果。通过学生的学业成绩、实际操作能力等方面的评估，了解新模式在提高学生实践能力方面的效果。
（2）学生满意度。通过问卷调查等方式，了解学生对新模式的使用感受和评价，以便进一步完善和改进新模式的实施方案。
（3）教师评价。通过教师的反馈和评价，了解新模式在教学过程中的优势和不足之处，并结合实际情况进一步完善和改进新模式。
（4）资源利用。通过对新模式下的资源利用效率进行评估，了解资源利用的状况，并提高资源利用效率。
4结语
通过对该领域的研究可以看到，数字孪生技术在土木实践教育中具有广泛的应用前景和发展空间，应用数字孪生技术可以有效提高学生的实际操作能力和创新能力，同时也可以提高教师的教学效率和质量。这种基于数字孪生技术的新模式正是符合现代化、高质量的土木实践教育的发展趋势，同时也符合我国高等教育“质量立校”的基本要求。
在未来发展中，需要进一步探索和创新基于数字孪生技术的土木实践教学新模式，不断优化和改进教学流程、方法和手段，同时，也需要注重对实践效果和经验的总结和归纳，以便更好地推广和应用。
参考文献：
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[2]张栋樑，王永志，廖少明，等.土木工程数字孪生建
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收稿日期：2023-5-30作者简介：赵春晨，出生于1987年4月，男，陕西咸阳人，博士研究生，高级工程师，研究方向为层序地层、沉积储层以及地质工程。

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