响应AI+教育战略，欧倍尔力学虚拟仿真实验室重塑工程教学新范式

近期，教育部等十八部门联合印发《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》，并部署开展“人工智能+”行动，明确要求加强虚拟仿真等现代技术在理科教学中的应用。几乎同时，工业和信息化部等七部门联合印发《机械工业数字化转型工作方案（2024-2026年）》，强调要加快仿真设计等工业软件的普及应用，为工程技术人才培养提供新工具。

在这一系列政策东风下，传统力学实验教学长期面临的设备昂贵、场地受限、操作危险、数据单一等现实困境，迎来了数字化破局的契机。北京欧倍尔，作为深耕虚拟仿真教育领域的领军企业，其推出的力学虚拟仿真实验室解决方案，正以其创新的技术架构与完整的教学闭环，成为响应国家战略、重塑工程基础教学的关键力量。

传统力学教学的“不可能三角”

理论、实验与实践的深度融合，是工程人才培养的基石。然而，传统实体力学实验室常常陷入一个 “不可能三角” 的困境：在有限的教学经费、有限的安全边界和无限的教学质量追求之间难以平衡。

一台高性能的电子万能试验机价格不菲，各高校设备台套数普遍紧张，学生实操机会“僧多粥少”。涉及冲击、疲劳或高载荷的实验存在安全隐患，教学过程中往往“望而却步”。实验过程不可逆，数据结果一旦出错难以回溯分析，学生探索性学习受到制约。

更重要的是，传统实验局限于验证已知理论，对于材料在复杂工况下的非线性行为、微观破坏机理等前沿内容，难以开展直观教学。这种教学与工程实际、科研前沿的脱节，制约了学生创新能力的培养。

一、核心技术架构：构建“机理-数据-交互”三位一体的数字实验室

北京欧倍尔力学虚拟仿真实验室并非对实体实验室的简单模拟，而是一个基于高精度数学模型、三维可视化引擎和智能交互系统构建的下一代教学平台。它旨在打破物理世界的限制，创建一个安全、开放、可无限探索的数字力学空间。

其技术核心在于机理仿真与数据驱动的融合。软件后台运行着严格遵循经典力学理论（如弹性力学、塑性力学）和材料本构关系的数学模型，能够实时模拟材料在拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击等多种载荷下的应力应变响应、变形过程直至破坏。同时，所有操作与数据均被系统记录，形成学习行为数据库，为个性化教学和学情分析提供支撑。

核心功能模块：从基础认知到创新探索的全链条赋能

北京欧倍尔力学虚拟仿真实验室的功能设计，贯穿了“认知、验证、探究、创新”的完整学习路径。

1. 高沉浸设备认知与标准化流程训练

软件通过精细的三维建模，1:1还原电子万能试验机、冲击试验机、扭转试验机等全套力学实验设备。学生可以在虚拟环境中进行设备自由拆装、部件认知和开机校准，熟悉真实仪器的结构与操作规范。

在实验操作模块，系统采用 “向导式流程训练” 。软件将国家标准实验方法（如GB/T 228.1金属材料拉伸试验）分解为标准步骤，引导学生逐步完成试件装夹、参数设置、加载控制、数据读取等全过程。操作错误时，系统会实时提示并解释原理，如“引伸计安装位置偏差将影响应变测量精度”，实现了“即错即学”。

2. 可视化机理呈现与参数化探究实验

这是虚拟仿真超越实体实验的核心优势。软件可将抽象的力学概念动态可视化：在拉伸实验中，学生能清晰看到试件上应力分布的云图变化、颈缩现象的产生过程；在梁弯曲实验中，能直观观察中性层的位置及正应力分布规律。

更重要的是，软件支持深度参数化探究。学生可以突破实体设备的限制，自由设置一系列参数进行对比实验：例如，同时模拟低碳钢、铸铁、复合材料在相同载荷下的不同破坏形态；或者探究加载速率对材料性能的影响。这种“假设-验证”的探究模式，极大地激发了学生的科研兴趣与创新思维。

3. 智能数据处理与多维评估反馈

实验结束后，系统能自动采集并处理数据，一键生成带有多条对比曲线的专业图表（如应力-应变曲线）。软件内置强大的数据拟合与误差分析工具，学生可自主计算弹性模量、屈服强度等关键力学指标，并撰写结构化实验报告。

平台集成的智能评价系统不仅能对操作步骤的规范性、数据的准确性进行打分，更能对实验报告的逻辑性、结论的深度进行多维度评估，并提供个性化改进建议，实现了教学评价从“结果评判”到“过程促进” 的转变。

二、教学应用与价值：从解决痛点到塑造未来工程师

北京欧倍尔力学虚拟仿真实验室的应用，正在工程基础教学中释放出多重价值，其成功案例已遍布全国多所高校。

对于学校而言，它是一次性价比革命。以极低的投入，建设了一个“永不损坏、永不过时、无限扩展”的力学实验室，彻底解决了设备维护、耗材补充和场地扩容的难题。山东某高校通过引入该方案，在未新增实体设备的情况下，使每位学生的年均有效实验时长提升了300%。

对于教师而言，它是一次教学模式解放。教师得以从重复性的设备指导中脱身，更多地扮演学习引导者和思维启发者的角色。利用平台的数据看板，教师可以精准掌握每个学生的知识薄弱点，实施差异化辅导。

对于学生而言，它是一次学习体验升级。安全无虞的环境鼓励大胆试错，沉浸式的交互提升了学习兴趣，而探究式实验则扎实培养了工程思维与科研素养。这完美契合了“新工科”建设对复合型、创新型人才的核心要求。

未来展望：从虚拟仿真到工程教育数字孪生

随着数字孪生、人工智能技术的进一步发展，力学虚拟仿真实验室正朝着更智能、更融合的方向演进。

未来的平台，可能基于学生历史数据生成个性化学习路径，智能推荐挑战性实验项目。它或许能与实体实验室物联网数据联动，形成“虚实联动”的混合实验模式，用虚拟结果指导实体实验优化。更长远来看，这类平台积累的海量学习行为与实验数据，将成为优化工程教育体系、研究学习科学的宝贵资源。

从响应“人工智能+教育”的国家号召，到破解工程基础教学的百年难题，北京欧倍尔力学虚拟仿真实验室代表的不仅是一项技术产品，更是一种面向未来的教育理念。它正在为培养能够驾驭复杂工程系统、具备卓越创新能力的下一代工程师，夯实最初也是最关键的一块数字基石。