本项目面向重大工程需求和学科前沿，紧密围绕“立德树人塑本、家国情怀塑心、国际视野塑形”理念，从思政、知识、能力等多方面改革，形成了“三位一体”实验教学新模式（图1），使学生掌握超高性能混凝土设计的基本科学原则、制备过程的基本步骤及应用的基本知识，熟悉相关测试分析方法，理解不同增韧手段对超高性能混凝土水化进程、微观结构和力学性能的影响，学习采用科学方法对复杂的抗爆问题进行研究且通过实验数据综合分析得到合理结论的能力。

通过虚拟仿真实验的设计，以创新项目驱动育人，可以充分调动学生参与实验教学的积极性，协同育人成效凸显，提升学生工程实践能力和科学素养，最终促进本专业培养服务国家重大工程战略的专业领军人才的办学定位。实验后学生应该达到的思政、知识、能力水平如下：

1. 以国家重大需求为牵引，以“立德树人”为目标，将人才培养与产学研一体化紧密结合，实现科教协同育人

从学生主体认知特点出发，构建了节点化和关联化的教材；有机融入了“课程思政”元素，注重凝练学院科研与教学团队主持或参与完成的重大工程案例，弘扬大国工匠精神，培育工程伦理意识；吸纳土木、交通、力学等领域理论知识与实践成果，凸显教学内容的前沿性、交叉性与综合性；探索并形成了数字化教材、多媒体教案和工程实例认识学习等多种形式的现代化教育教学手段，同时把国际先进技术和优质教学资源引入课堂，达成了学生分析问题多视角、解决方案多手段、应用开发多方向、国际视野多元化。

2. 掌握超高性能水泥基材料“设计-分析-调控”全流程知识点

通过虚拟仿真实验，可使学生掌握超高性能水泥基材料的水化过程及力学性能发展的基础知识，不同内掺材料（粉煤灰、矿渣、硅灰等矿物掺合料）和外掺材料（如外加剂、纳米材料、增韧材料等）作用原理及其微观调控机制，超高性能水泥基材料设计的基本科学原则、制备过程的基本步骤及应用的基本知识，超高性能水泥基材料抗爆性能调控的基本原理。

3. 提升学生面对国家重大需求的创新实践能力

基于虚实结合实验模式，将获国家级、省部级科技进步奖的多项成果通过功能简化改造；拓展课内外、校内外结合的实验模式，基于虚拟实验平台，可将课内自主性实验延伸到课外研学实践、课内设计性实演示型实验、认知型实验等；熟悉相关测试分析方法，学习包括熟悉抗静、动荷载实验在内的测试方法和评价标准；掌握采用科学方法对复杂的抗爆问题进行研究且通过实验数据综合分析得到合理结论的能力。同时可引进海外教授授课、联合指导、联合开发等全方位协同，增强材料学科人才国际化的培养深度。

本实验项目的原理见图2。

超高性能水泥基材料设计与分析虚拟仿真实验基于水泥基材料性能分析引导性能设计的途径，遵循从“原理到实践”、“本质到现象”、“简单到复杂”的设计思路，拟定了从“素混凝土”的设计和分析，到“高性能纤维混凝土”的设计、分析和评估，到最终的“在综合条件下的性能优化”的分析和评价的综合模块设定。实验的对象从“材料到结构”进行设定，通过学生自主设置材料的基本参数，密切结合《混凝土外加剂及其应用技术新进展》及《土木工程材料》专业课程的知识点，采用交互式学习方法理解不同材料在设定参数如水胶比、钢纤维掺量及矿物掺合料性能与掺量等对材料性能的不同作用，并理解不同影响因素的作用机理和实验的相关原理。让学生通过原理探究及应用虚拟实验，经历设计实验、实施实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论的全过程，学习掌握包括基体增强及纤维增强在内的设计理念。