平台概况
太原理工大学力学-艺术虚拟仿真实验教学平台依托学校力学一级学科博士学位授权点和艺术与设计学科建设而成，分别包含材料/结构冲击动力学行为虚拟仿真实验和古陶瓷修复流程虚拟仿真实验两个项目。
冲击碰撞是工程实际中一种常见的力学现象，也是一个关系国计民生和国家安全的重要课题。大到自然灾害、爆炸冲击，小到汽车碰撞、手机跌落，都需要对材料及结构的动态力学行为有充分的理解和科学的分析。由此可见，冲击动力学课程的开展对我国的国防工程建设和国民经济发展都有着至关重要的影响。
然而，现实中的冲击动力学基础实验教学存在一定的局限性，以常规的霍普金森杆和落锤冲击实验为例，其实验设备体积较大、价格昂贵；实验操作流程复杂且具有难度；实验的冲击碰撞过程速度高、能量大，稍有不慎易引发安全事故，因此一般本科生实验室不具备开展实验的条件，很难为每名学生提供亲自动手实验的机会。材料/结构冲击动力行为虚拟仿真实验通过再现霍普金森压杆和落锤冲击实验的真实场景，让学生能够实践整个实验的操作流程，从而在减少高耗能实验设备投入的同时，解决了大量学生无法亲身参与实验的难题。
材料/结构冲击动力行为虚拟仿真实验当中所提供的素材均来自于太原理工大学力学一级学科和山西省材料强度与结构冲击重点实验室所承担的实际工程研究课题。从而能够使学生在理解实验原理、认知操作流程的基础之上，提高学生的专业学习兴趣。此外，借助虚拟仿真实验，通过理论与实际的有机结合，使学生充分了解冲击动力学在工程实际中的具体应用，培养学生运用所学知识解诀实际问题的综合素质，实现专业人才培养与行业需求的无缝对接，使其能够更好的服务于社会。
随着教学改革的不断深入，冲击动力学基础的课程要求越来越高，因此我们开发了材料/结构冲击动力行为虚拟仿真实验教学项目，为《冲击动力学基础》和《材料力学A》的实验课程部分提供了一个虚实结合的教学平台。学生首先需要在课前预习模块当中，预习实验原理、掌握实验方法、设计实验方案并完成自测；随后，在虚拟仿真实验模块中进行交互式操作，完成相应的实验步骤；并在课后总结模块中，完成知识点的归纳、与教师的讨论交流以及实验报告的撰写；最终，基于测评系统的赋分模型，给出实操成绩与报告成绩，完成评价考核。通过上述静动结合的教学设计流程，提高实验教学效率、加强教学质量，激发学生的创新创造热情、提升学生的自主学习能力。
同时，该虚拟仿真实验课程建设依托“太原理工大学力学一级学科博士点（山西省重点学科）”，实验课程条件依托“力学国家级实验教学示范中心”、“山西省材料强度与结构冲击重点实验室”等教学科研平台，具有深厚的冲击动力学教学优势和科研实力，团队所具备的雄厚的师资力量、全面的基础设施以及先进的实验条件为虚拟仿真实验教学平台提供了强有力的支持。
作为全国最早开展冲击动力学研究的院校之一，太原理工大学力学学科多年来一直紧跟冲击动力学领域的研究前沿，特别是在高性能吸能防护构件的材料-结构一体化设计这一方向取得了丰硕的研究成果。基于此，我们开发了材料/结构冲击动力行为虚拟仿真实验系统，通过霍普金森压杆实验和落锤冲击实验，将冲击动力学基础的两大教学内容——材料的动态性能和结构的动态响应进行了有机的结合。该虚拟仿真实验系统依据材料-结构一体化设计的先进研究思路，从材料的动态力学性能测试入手，探讨能量吸收结构的优化设计方法，最终实现吸能防护构件能量吸收特性的分析与评估。同时，本实验系统的素材库还能随着太原理工大学在冲击动力学领域研究的不断深入而丰富，从而实现“科研支撑教学，教学反哺科研”的教学理念。
本虚拟仿真实验系统，既能够拓展冲击动力学基础实验教学的知识覆盖面，又能够通过共享教学资源，对学生的教学质量、学科的影响力和社会公共服务起到强有力的推动作用。此外，高性能吸能防护构件的材料-结构一体化设计往往与大型装备研发、航空航天、国防军队建设等密切相关。通过本虚拟仿真实验教学，还能够使学生在进行专业知识学习的同时，接受爱国主义教育，增强国防观念和国家安全意识。
艺术虚拟实验贯彻《教高函〔2018〕5号》精神，发挥国家虚拟仿真实验教学项目示范带动作用，针对陶瓷文物修复无法在现实教学中实验，开发了逼真的古陶瓷修复流程虚拟仿真项目，实验项目借鉴专业的流程和技术，实验修复对象均取样于馆藏文物，为学生营造了高仿真的实验对象与环境，虚拟实验循序渐进、由浅入深，形成了完整的综合实验体系。
本虚拟实验充分调动学生参与实验的积极性和主动性，培养学生的动手能力，有利于解决我国文物修复类课程无法开展真实实验的难题，为陶瓷文物修复乃至各类文物修复实验教学提供了一条可行、有效且经济的解决途径。