一、实验的必要性及实用性
(1)教学需求分析
农田水利灌溉工程是农业发展的命脉,是农业经济发展的基础性设施,加强对农田水利灌溉工程建设的重视,保障农业生产过程中水资源的优化配置,有效推进节水灌溉技术,增强农田的抗自然灾害能力,是促进农业生产高质量发展,促进农业经济可持续发展的重要环节。农田水利工程设计的人才培养成为和人民农业经济命脉密切相关的重要任务。
当前农田管道灌溉是农田水利的重要组成部分,尤其对于气候较为干旱的黄土高原地区,在节约水资源、节约农田水利工程能耗、输水快及省时省力方面发挥越来越重要的作用,同时也对农田管道灌溉工程设计领域的专门技术人才提出了更高的要求。国家和地方也出台了一系列政策和相关的规划设计方案编制规程、技术标准等,掌握相应的设计规范和技术标准,结合项目区实际进行科学合理的规划设计,是有效保证农田管道灌溉工程设计成果质量和工程建设质量的关键基础,因此,农田管道灌溉工程设计实验教学对土地整治和农田水利相关人才培养具有重大意义,特别是针对本科生的基础教学尤其重要。
(2)实验的必要性分析
《土地整治学》、《灌溉排水工程学》、《土地整治工程规划设计》是土地资源管理专业、土地整治工程专业的核心课程,课程要求学生掌握农田管道灌溉规划设计的程序、设计方法和技术要求。而灌溉与排水技术涉及课程知识很多,包括水利工程测量、水工建筑物、水泵与水泵站、水利工程施工技术、农田管道灌溉等方面,其中农田管道灌溉是灌溉与排水技术中占较大比重的一个子项目,也是最重要的一部分。单纯的理论讲解不能完全达到教学目标,需要通过实践观摩体验来加深理解。
而目前农田管道灌溉工程设计实验教学存在的困难是:
一是实验耗时长。根据人才培养方案,《土地整理课程设计》集中实践时间0.5周,按学时本实验部分2学时,而实际上2学时很难完成本实验外业实地观察以及规划设计,时效性差。
二是实验成本高。当前由于学生人数较多,受实习经费、时间安排、学生安全尤其近两年疫情影响,以及土地整治项目区交通条件等因素影响,在教学期间组织进行完整内容的现场实习成本较高。
三是空间尺度大。学生无法直观的观摩灌溉工程构件及一整套施工流程。现实中工程内容比较全面、标准的设计项目很难找到,以往实习时只能从不同的项目来了解不同的工程设计,时空限制影响较大。
通过虚拟仿真实验技术,更新教学手段,可以极大弥补教学过程中实验耗时长、实验成本高、难于开出专业综合实验等教学过程中的不足。
(3)实验的实用性
①可以满足基础实验教学需求
仿真实验具有巨大优势,一是实验过程安全、可控;二是实验场景真实有效;三是虚拟仿真实验参数的优化和实验流程的组合,可以开展具有探索性和综合性的实验;四是便于推广,提高学生对理论知识的理解和应用能力。
② 可以满足探索型实验教学需求
学生利用虚拟仿真三维交互技术在虚拟的真实环境中动手操作实践,通过不同模块的虚拟仿真熟悉农田管道灌溉的系统认知、管网布置、水力计算以及整个施工步骤,基于本实验掌握的基本知识与技能,可以在不同区域、地形、实际需求条件下进行农田灌溉工程设计、节水灌溉技术等相关探索性实验学习。
二、教学设计的合理性
本虚拟仿真实验平台将网络信息技术与实验教学深度融合,利用仿真建模、 人机交互、多媒体等技术使学生身临其境,虚拟实验场景中进行灌溉系统构成的认知,熟悉机井、大口井、蓄水池的构成及适用条件,识别水泵、井房、给水栓及保护装置、弯头、三通、四通、闸阀、空气阀、止回阀、消力池等构件,依据《灌溉与排水工程设计标准》(GB50288-2018)进行项目区灌溉管网规划布置,结合项目区地形实际情况,进行灌溉水力计算,合理确定灌溉构件的型号及数量,参考当地最大冻土深度,开挖管道沟槽,并进行泵管和管件的安装,沟槽回填后完成管道工程施工。
本项目虚拟仿真实验根据真实的管道灌溉设备、建筑物以及管件等基本结构及项目场景建立三维虚拟模型,基于土地整治项目规划设计规范、灌溉与排水工程设计标准、农田水力计算基本原理和实际实验结果得到设计模型与参数等作为有效且准确的数据支撑。
三、实验系统的先进性
本虚拟仿真实验项目采用 unity3D图像设计技术、微透镜阵列显真实绘制技术、三维虚拟声音技术、语音合成技术、三维全景技术等生成三维逼真的虚拟环境,还原各设备、建筑物以及管件等基本结构,解剖其构造和工作原理、生产等基本理论知识,实现实际的管道规划设计、管槽开挖、管道连接及管件安装、管槽回填的操作场景,实现高的沉浸性,让学生有身临其境的感受。 学生利用键盘、鼠标等输入设备,便可以进入虚拟实验空间,成为虚拟实验环境的一员,通过语音播放,图文并茂以及对应三维模型的展示,进行实时交互,感知和操作虚拟实验环境中的各种设备、材料、部件和系统, 从而获得身临其境的感受和体会。
本实验设计了丰富的操作显示界面,同时每个步骤有提示问答来强化基础知识,完成设计后可以导出设计成果图,教师可以有根据的与学生交流实验过程和结果,从而达到实践教学目的。同时,通过虚拟仿真实验参数的优化和实验材料的组合,方便学生自主开展具有探索性和综合性的实验,提高学生对理论知识的理解和应用能力。
本虚拟仿真实验是基于unity3D开发,界面简洁大方,兼容PC端,通过鼠标键盘与虚拟模型行交互,以虚拟仿真的方式进行交互使用,同时软件可以通过web端部署到学校本地服务器且和学校教务管理系统实现联通。通过本虚拟仿真实验的操作学习,可以提高学生在农田管道灌溉工程设计、施工安装与运行维护等方面的综合性实践与创新能力,提高学生分析问题、解决问题的能力,以及培育团队合作、安全意识、心理素质等方面的职业素养。
四、实验的思政教育内涵
农田灌溉工程对于农业生产以及三农发展意义重大,特别是工程设计不合理带来的低效益、高耗能甚至返工损耗影响严重,因此,科学合理的工程设计具有长远的战略意义。本实验是面向培养土地管理、土地整治、农田水利的人才培养基础工作,通过本实验可以有效提升学生农田管道灌溉规划设计的专业基础知识水平。在教学过程中把 “严格遵循设计规范”与“密切联系项目实际”紧密结合,对学生进行节水意识和节水型社会建设教育,指引学生掌握科学严谨的工作态度与理论联系实际的工作作风,领会习总书记的“绿水青山就是金山银山”、“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”、“山水林田湖草是生命共同体”等思想,鼓励学生夯实专业基础知识、积极学习先进实验技术,坚定专业学术自信,强化师生的爱国情感、责任意识、节水观念、以及精益求精的工匠精神。
本课程依托土地资源管理山西省品牌专业、国家级一流本科专业建设点,融合了农业资源与环境国家级实验教学中心(土地利用信息技术方向)、资源环境虚拟仿真实验教学中心以及土地信息技术实验室的科研成果,自主研发农田管道灌溉工程设计虚拟仿真实验。实验坚持立德树人,体现以学生发展为中心,通过三维模拟人机交互式操作改善传统教学或教具的不足,使学生更好地熟悉、理解、掌握农田管道灌溉工程设计的原则、程序和方法,在模拟情景中进行体验式学习与训练,打破时空限制,大幅降低成本,达到“以虚补实、能实不虚、虚实结合”的教学效果,进一步丰富和完善课程教学过程。
实验可以达到如下目标:
1.通过本虚拟仿真实验,将传统的教学内容从以往的书本和课堂讲授转移到虚拟仿真软件系统的三维场景中,更直观的熟悉灌溉系统的构成及适用条件,使得教学内容更加形象生动,提高教学过程的互动性;
2.使实验者对管道灌溉水力计算和管件安装施工步骤有全流程、全场景、全要素的学习和掌握,更好地熟悉、理解、掌握农田管道灌溉工程设计原则和程序,进而提高实验者的设计技能。学生可随时通过 PC 端开展实验,为学生由被动学习向主动学习提供了一条可行途径。
3. 实验设计增加研究性、创新性内容,加大学生学习投入,给学生更多的思考和分析空间,培养学生管网规划设计及综合管理与逻辑思维和决策能力;
4. 通过实验培养学生实地勘查能力、分析判断能力、实践问题探索与解决能力;培养可持续发展观、科学严谨的工作态度和精益求精的工匠精神;建立生态观念、节水意识和社会责任感。
(1)实验所属课程课时:《土地整理课程设计》总课时为 8 学时
(2)该实验所占课时: 2 学时
图 1 是本虚拟仿真实验依托课程的教学内容与实验安排,《土地整理课程设计》是集中实践课程,实践时长0.5周,0.5个学分,折合课程实验总计8学时,完成土地整理工程设计部分,其中农田灌溉工程设计为虚拟仿真实验,包括系统认知、管网布置、水力计算和工程施工四个模块,共计2学时;此外为线下实物实验,包括土地平整工程设计、道路工程设计、农田防护与生态环境保持工程设计,总计6 学时,其余实践时间完成课程设计中的项目建设条件分析和投资概预算。通过该虚拟仿真实验可让学生进 一步加深农田管道灌溉相关知识的理解,掌握农田管道灌溉设计与施工的过程,实现理论与实践仿真相互印证,进 一步增强教学效果。
农田管道灌溉技术是一种以管道代替明渠的灌溉方式。通过本实验农田管道灌溉的系统认知,依据《灌溉与排水工程设计标准》(GB50288-2018)掌握项目区灌溉管网规划布置的方法;提高结合项目区地形实际情况,进行灌溉水力计算的能力,并能够合理确定灌溉构件的型号及数量;全面把握参考当地最大冻土深度,开挖管道沟槽,并进行泵管和管件的安装、沟槽回填后完成管道工程的整个施工步骤。本虚拟仿真实验教学项目内的三维场景采用虚拟仿真技术还原真实的地形地貌、相关建筑物,三维模型构件尺寸、比例,细部结构严格按照真实场景设计图纸制作,真实细致再现实体模型,以三维仿真、交互实训方式真实展现农田管道灌溉工程设计流程思路和规范,使学生如同身临其境,掌握农田管道灌溉工程设计全过程及技术要点。
本实验分4个模块。
模块一:系统认知
通过虚拟仿真三维技术还原各设备、建筑物以及管件等基本结构,解剖其构造和工作原理、生产等基本理论知识,可实现语音播放,图文并茂以及对应三维模型的展示,使学生带着一种身临其境的感受去学习。系统认知包含:机井剖面、蓄水池、大口井等以及泵站内各部件的简介和使用说明,以及对应实景图片的展示。
模块二:管网规划
通过虚拟仿真模拟的方式进行管网布置,鼠标左键单击绘制管道,绘制管道时鼠标在任意空白处右键单击绘制完成。鼠标在管道线上右键单击表示删除。以规范要求为约束条件,减少布置随意性。根据管道布置与农田的位置关系自动确定出水口位置,并且确定每个出水口流量。包括三种管道材料,可以进行选择。
模块三:水力计算
水力计算模块包含工程系统设计流量以及各级管道设计流量、管径确定、水头损失确定、设计工作水头和水泵设计扬程。其中各级管道设计流量根据各级管道上的出水口流量以及个数来获得。管径确定通过各级管道设计流量、每级管道使用材质计算得出。水头损失从管道材质获取摩阻系数、流量指数和管径指数,加上各级管道自身长度可获取沿程水头损失。局部水头损失在沿程水头损失的基础上根据规范设置百分比来获取。设计扬程计算,参考给水栓和各级管道的水头损失来获得设计工作水头,同时参考教材中的计算公式,借助水位和高程计算出水泵设计扬程。使学生快速掌握水力计算的公式以及方法,后续可熟练进行管网的布置以及管道纵、横断面设计。同时,在实训过程中,达到了理论结合实际的效果,更有力的帮助学生巩固所学知识和技能,提升其应用和管理水平。
模块四:工程施工
通过虚拟仿真模拟的方式,模拟出管道安装工艺,工艺内容包含:沟槽开挖、放线支撑、主管安装、支管安装、打灰口、分层回填等6个大步骤,具体步骤内容如下:
沟槽开挖:设立木桩-拉设弦线-洒石灰线-沟槽开挖-人工清底-安装潜水泵。
放线支撑:洒管中线-加固沟壁-安装竖木方-加装撑木 。
主管安装:吊装承接管-放入橡胶垫卷-固定承接管-除去铁锈-刷净锈尘-放置胶圈-吊装球墨铸铁管-安装手动葫芦-完成安装。
支管安装:安装变径三通-安装支管阀门-安装承接-安装支管阀门。
打灰口:填入麻辫-拌制石棉水泥-抹石棉水泥-木锤打实-浇水养护。
分层回填:拆除沟壁加固模板-运土-分层回填-打夯机打夯-浇水-打夯机打夯-分层回填-打夯机打夯。
本虚拟仿真软件还对管道安装工艺设有课堂概述,教学要点,技术要点以及视频演示4个模块。
1、课堂概述:1)项目描述;2)任务内容;3)操作步骤等三大内容。
2、教学要点:了解各个施工环节所需的施工器械及施工规范,同时让学生掌握管道安装的整个流程及施工步骤。
3、技术要点:全面阐述各个施工环节的技术要点。
4、视频演示:对工艺各个步骤的进行视频的录制讲解,使学生更快更好的掌握管道安装工艺。
1.实验教学过程:
教学过程包括以下具体环节:
基础认知实验教学环节。结合《土地整理课程设计》、《土地整治学》、《土地整治工程规划设计》、《土地复垦与生态重建》、《农田水利学》等核心教材和仿真技术手段,实验与课程教学同步进行。实验过程与知识点相对应,实验教学内容贯穿于“步骤”之中。学生通过交互式操作和全方位多角度的深入观察,可有效建立对农田管道灌溉系统组成、施工过程等知识的全面认知和理解。
交互体验教学环节。农田管道灌溉工程设计虚拟仿真实验教学项目引用项目型教学模式,实现农田管道灌溉工程设计仿真模拟及工艺流程动态演示、人机交互式操作。实验各个环节都有明确的操作提示,同时每个步骤有提示问答来强化基础知识,学生在实验过程中遇到实验的不合理性可以在线与其他师生交流完成,教师也可以有根据的与学生交流实验过程和结果,整个实验完成之后会出现思考题,学生需要答题完成提交才算整个实验完成,之后查看实验报告并上传。
2.实验方法:
本实验结合虚拟仿真技术、动画技术、实物展示技术等多样化形式表现实验 内容,模拟实际实验过程,学生应用知识进行交互式操作,通过对结果的分析对 比,达到探究式的实验目的。除了虚实结合的方法外,实验涉及的主要方法还有以下几种:
(1)观察法
管道灌溉系统构成的认知是实验的基础和起点,实验者通过观察法熟悉机井、大口井、蓄水池的构成及适用条件,识别水泵、井房、给水栓及保护装置、弯头、三通、四通、闸阀、空气阀、止回阀、消力池等构件,然后再进行规范的实验操作。
(2)自主设计法
实验者依据《灌溉与排水工程设计标准》(GB50288-2018)自主进行项目区灌溉管网规划布设计,结合项目区地形实际情况,进行灌溉水力计算,确定灌溉构件的型号及数量,并参考当地最大冻土深度,开挖管道沟槽,进行泵管和管件的安装,沟槽回填后完成管道工程施工。
(3)控制变量法
实验者进行水力计算时,首先需要选择适宜的农作物类型,确定灌溉制度;然后进行工程系统设计流量以及各级管道设计流量、管径确定、水头损失确定、设计工作水头和水泵设计扬程,其中各级管道设计流量根据各级管道上的出水口流量以及个数来获得,管径确定通过各级管道设计流量、每级管道使用材质计算得出,局部水头损失在沿程水头损失的基础上根据规范设置百分比来获取;根据给水栓和各级管道的水头损失来获得设计工作水头,参考水位和水源位置高程计算出水泵设计扬程。实验过程中,通过控制其中参数的变化,得到不同的设计结果。
农田管道灌溉工程设计虚拟仿真实验教学项目是结合行业规范、贯穿教学重难点、引用项目型教学模式,实现农田管道灌溉工程设计仿真模拟及工艺流程动态演示、人机交互式操作。根据工程施工节点结合教学课本定制教学任务,贯穿项目制教学的教学思路,将农田管道灌溉工艺要点动态展现,以项目规划设计的流程顺序进行模块划分,改变传统的注入式教学方式,强调以学生为中心的实验教学理念,注重过程与方法,具有很强的职业性、情景性、过程性与互动性实验教学项目。
农田管道灌溉工程设计虚拟仿真实验项目涵盖系统认知、管网布置、水力计算和工程施工四个关键环节,涉及自动陀螺全站仪、反铲挖掘机和蛙式打夯机等10种机具或装备,根据教学大纲和课程要求设置核心知识点、关键部件虚拟调整和参数确定、仿真操作和大田虚拟驾驶等虚拟仿真内容。学生通过理论学习、虚拟操作和实验考核的方式,系统学习农田管道灌溉过程,掌握关键环节典型先进农业装备的结构、调整和操作等知识。
实验操作时,学生登录虚拟仿真实验平台,认真阅读注意事项,根据专业培养要求和课程需要,可选择相应的生产环节和知识进行虚拟仿真实验。
学生交互性操作步骤说明:
(1)学生交互性操作步骤,共14步
步骤序号 | 步骤目标要求 | 步骤合理用时 | 目标达成度赋分模型 | 步骤满分 | 成绩类型 |
1 | 认知管道灌溉系统构件,使学生在后续自主设计中达到理论与实践相结合的效果,加强对灌溉条件的理解 | 5分钟 | 15个选择题,满分15分 | 15 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
2 | 理解区域条件的差异性,能根据具体区域进行主要种植作物的确定 | 2分钟 | 1个选择题,满分2分 | 2 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
3 | 掌握灌溉制度参数即灌水定额和设计灌水周期的计算方法 | 10分钟 | 计算题,做对得5分 | 5 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
4 | 掌握依据灌溉与排水工程设计标准和分析农田地形、形状、田块布局的基础上进行管网规划布置的方法 | 10分钟 | 拖拽设计题,做对一个得2分,此题可以重做,满分10分 | 10 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
5 | 学会根据管网布置情况布置出水口 | 5分钟 | 拖拽设计题,做对一个得1分,此题可以重做,满分5分 | 5 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
6 | 熟悉管材管件的材质特征,为特定项目区选择合适的管材管件 | 3分钟 | 5个选择题,满分5分 | 5 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
7 | 熟悉水力计算需要的各参数,掌握各参数的计算方法 | 5分钟 | 计算题,做对得20分 | 20 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
8 | 能依据水力计算结果,并参考水位和水源位置高程计算出水泵设计扬程设计扬程,培养科学严谨的工作态度和节约资源的观念 | 20分钟 | 计算题,做对得20分 | 20 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
9 | 加强理论联系实际教育,沟槽开挖时要清楚当地最大冻土深度 | 5分钟 | 2个选择题,满分4分 | 4 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
10 | 熟悉放线支撑施工步骤 | 5分钟 | 1个选择题,满分2分 | 2 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
11 | 熟悉主管安装的方法及注意事项 | 5分钟 | 1个选择题,满分4分 | 4 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
12 | 学会支管安装方法以及能灵活选择所需连接管件 | 5分钟 | 2个选择题,满分4分 | 4 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
13 | 熟悉打灰口施工步骤 | 5分钟 | 1个选择题,满分2分 | 2 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
14 | 熟悉分层回填的方法及注意事项 | 5分钟 | 1个选择题,满分2分 | 2 | 操作成绩 实验报告 √预习成绩 √教师评价报告 |
(2)交互性步骤详细说明
基于虚拟仿真技术,以农田管道灌溉实际项目为基础,借助虚拟现实制作工具unity3D、微透镜阵列显真实绘制技术、三维虚拟声音技术、语音合成技术、三维全景技术等建设出实训中心教学内容和实训中心平台。本实验包括四个模块,(图3、图4),每个模块设置相应得交互性操作步骤。
模块一,系统认知,包括步骤1。
步骤1:通过虚拟仿真三维技术还原各设备、建筑物以及管件等基本结构,解剖其构造和工作原理、生产等基本理论知识,可实现语音播放,图文并茂以及对应三维模型的展示,使学生带着一种身临其境的感受去学习。系统认知包含:机井剖面、蓄水池、大口井等以及泵站内各部件的简介和使用说明,以及对应实景图片的展示(图5、图6(a-g))。
图3 农田管道灌溉工程设计虚拟仿真实验登录界面
图4 农田管道灌溉工程设计虚拟仿真实验平台
图5 系统认知模块
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
图6 泵站内各部件
模块二,管网规划,包括步骤2-步骤6。
步骤2:种植作物确定
图7 种植作物确定
步骤3:灌溉制度参数确定
图8 灌溉制度参数确定
步骤4:通过虚拟仿真模拟的方式进行管网规划布置(图9),鼠标左键单击绘制管道,绘制管道时鼠标在任意空白处右键单击绘制完成。鼠标在管道线上右键单击表示删除。以规范要求为约束条件,减少布置随意性。
步骤5:根据管道布置与农田的位置关系自动确定出水口位置,并且确定每个出水口流量。
步骤6:选择合适的管材和管件,包括三种管道材料,可以进行选择,管件主要是给水栓及保护装置、弯头、三通、四通、闸阀、空气阀、止回阀等。
图9 灌溉管网规划设计
模块三,水力计算,包括步骤7-步骤8。
步骤7:水力计算模块包含工程系统设计流量以及各级管道设计流量、管径确定、水头损失确定、设计工作水头(图10)。其中各级管道设计流量根据各级管道上的出水口流量以及个数来获得。管径确定通过各级管道设计流量、每级管道使用材质计算得出。水头损失从管道材质获取摩阻系数、流量指数和管径指数,加上各级管道自身长度可获取沿程水头损失。局部水头损失在沿程水头损失的基础上根据规范设置百分比来获取。学生快速掌握水力计算的公式以及方法,后续可熟练进行管道纵、横断面设计。同时,在实训过程中,达到了理论结合实际的效果,更有力的帮助学生巩固所学知识和技能,提升其应用和管理水平。
图10 水力计算
步骤8:设计扬程计算,参考给水栓和各级管道的水头损失来获得设计工作水头,同时参考教材中的计算公式,借助水位和高程计算出水泵设计扬程(图11)。
图11 设计扬程计算
模块四,工程施工,包括步骤9-步骤14。
管道安装工艺包含沟槽开挖、放线支撑、主管安装、支管安装、打灰口、分层回填等6个步骤(图12(a-g)),具体内容如下:
步骤9:沟槽开挖:设立木桩-拉设弦线-洒石灰线-沟槽开挖-人工清底-安装潜水泵。
步骤10:放线支撑:洒管中线-加固沟壁-安装竖木方-加装撑木。
步骤11:主管安装:吊装承接管-放入橡胶垫卷-固定承接管-除去铁锈-刷净锈尘-放置胶圈-吊装球墨铸铁管-安装手动葫芦-完成安装。
步骤12:支管安装:安装变径三通-安装支管阀门-安装承接-安装支管阀门。
步骤13:打灰口:填入麻辫-拌制石棉水泥-抹石棉水泥-木锤打实-浇水养护。
步骤14:分层回填:拆除沟壁加固模板-运土-分层回填-打夯机打夯-浇水-打夯机打夯-分层回填-打夯机打夯。
本虚拟仿真软件还对管道安装工艺设有课堂概述,教学要点,技术要点以及视频演示4个模块。
1、课堂概述:1)项目描述;2)任务内容;3)操作步骤等三大内容。
2、教学要点:了解各个施工环节所需的施工器械及施工规范,同时让学生掌握管道安装的整个流程及施工步骤。
3、技术要点:全面阐述各个施工环节的技术要点。
4、视频演示:对工艺各个步骤的进行视频的录制讲解,使学生更快更好的掌握管道安装工艺。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
图12 管道安装施工
学生在实验过程中遇到实验的不合理性可以在线与其他师生交流完成,整个实验完成之后会出现思考题,学生需要答题完成提交才算整个实验完成,之后查看实验报告并上传。
1)系统采用三维仿真技术,按照实际工程1:1比例进行情境设计,力求还原真实施工场景。模拟效果逼真,支持全场景360°无死角漫游交互体验,教学任务在第一视角的操作模式下完成。
2)系统融入游戏体验模式,通过键盘的W/A/S/D按键可分别在场景中实现前后左右行走,鼠标左键可进行点击选择任务道具或系统功能按钮,右键拖拽可实现视角旋转,操作便捷,又不失系统趣味性设计。
3)系统设置图纸查看功能,可通过点击图纸按钮显示/隐藏图纸界面,查看操作任务对应详细图纸。
本实验指导学生掌握农田管道灌溉工程设计的基本知识,训练学生的动手能力及分析能力,让学生在项目设计过程中熟悉农田管道灌溉的系统认知、管网布置、水力计算以及整个的施工步骤,同时实验要求记录每个步骤的实验结果,学生所选择的参数不同,最终水泵扬程、水泵型号、管径大小、管网长度都不同,最终形成的实验设计结果及材料汇总也不一样。实验者在实验过程中需要考虑不同的项目条件、参数主要有:(1)项目区所在区域的自然因素,包括10℃有效积温、降雨量、最大冻土深度、地形坡度、土壤质地、土层厚度、农田基本设施状况、地块形状等;(2)项目区主要种植农作物类型;(3)管材及管件材质特征(4)地下水埋深及井口高程、最高及最远地块高程。
通过记录每步实验结果,上传实验报告,对实验者的整个实验过程进行评价考核,得到最终的实验成绩。本仿真实验系统以土地整治项目农田管道灌溉工程作为实验对象,进行管道灌溉工程设计的全过程模拟实践与技能训练,学生可突破传统野外实践环境条件复杂、空间跨度大、观测项目及流程较多等条件限制,满足学生100%参与训练,在虚拟实验过程中学生可根据提示进行操作,并根据交互性的操作反馈生成相应分数,每步操作正确后才能进行下一步操作,从而达到更有效的教学目标。
(1)专业与年级要求
土地资源管理专业、土地整治工程专业大三学生以及相关农田水利工程专业学生。
(2)基本知识和能力要求
学习并了解土地整治学、土地整治工程规划设计、灌溉排水工程学、土地复垦与生态重建、农田水利学等相关课程的基本理论知识;熟悉灌溉排水的基本理论和灌排技术、灌排系统规划设计方法及地区水利规划的基本知识和方法等;能熟练操作计算机,具备能够归纳总结的自主学习能力。
实验应用及共享情况
(1)本校上线时间 : 2021年 12 月 20日 (上传系统日志)
(2)已服务过的学生人数:本校 160人,外校 0 人
(3)附所属课程教学计划或授课提纲并填写:
纳入教学计划的专业数: 2 ,具体专业: 土地资源管理、土地整治工程 ,
教学周期: 0.5周 ,学习人数: 160
(4)是否面向社会提供服务: √是 否
(5)社会开放时间: 年 月 日
(6)已服务过的社会学习者人数: 0人