基于虛擬仿真平臺(tái)的電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

魯明芳 陳大偉 何博雅

【摘要】本文通過(guò)探討傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)資源等方面的現(xiàn)狀，提出了基于虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性。通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、制定不同層次培養(yǎng)方案、建立科學(xué)的考核評(píng)價(jià)體系以及開展豐富的技術(shù)比武活動(dòng)等具體改革措施，大大提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量，得到了用人單位的肯定。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革 主動(dòng)性

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）06-0251-02

1.前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步入新常態(tài)，黨中央指出必須把創(chuàng)新擺在國(guó)家發(fā)展全局的核心位置，新形勢(shì)和新任務(wù)對(duì)高等教育實(shí)施內(nèi)涵發(fā)展、提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力提出了更高的要求[1-2]。如何借助于實(shí)踐課程來(lái)逐步提升學(xué)生的動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題的能力乃至創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等成為廣大教育工作者研究的重要課題。

目前，由于教學(xué)資源匱乏、教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方式方法單一等導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程對(duì)人才的培養(yǎng)并未達(dá)到相應(yīng)的預(yù)期，部分實(shí)驗(yàn)課甚至出現(xiàn)學(xué)時(shí)縮減以及停開。教育部從2013年起開展了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作，并首批評(píng)審出100個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[3-4]。三峽大學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室于2015年獲批為電氣工程國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，為了進(jìn)一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，圍繞該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)教學(xué)改革顯得尤為重要。

2.基于虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性

2.1教學(xué)內(nèi)容陳舊，缺乏吸引力

許多老師在踏上講臺(tái)之初會(huì)花很長(zhǎng)時(shí)間備課，準(zhǔn)備課件和教案，但當(dāng)講過(guò)一兩遍講熟之后便不會(huì)再重新備課及更新講課內(nèi)容。對(duì)于理論課如此，對(duì)實(shí)驗(yàn)課更是如此，重復(fù)講過(guò)多次后老師便會(huì)產(chǎn)生厭倦情緒，老師講的缺乏激情，學(xué)生便也失去了吸引力。課下經(jīng)常會(huì)有學(xué)生問(wèn)道，學(xué)這門課有什么用，學(xué)這個(gè)內(nèi)容有什么用，做這個(gè)實(shí)驗(yàn)有何用，即便沒(méi)提問(wèn)的學(xué)生也僅僅只是機(jī)械的完成了老師布置的習(xí)題以及任務(wù)。其實(shí)他們并不覺(jué)得所學(xué)內(nèi)容真的沒(méi)用，而是覺(jué)得它們脫離生活，脫離實(shí)際，也就是理論與實(shí)踐沒(méi)有好好結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生們觸摸不到課程的本質(zhì)。

再者，傳統(tǒng)的教學(xué)觀念是以傳授知識(shí)為中心的繼承性教育，重理論而輕實(shí)踐，表現(xiàn)為“重理論、輕實(shí)驗(yàn)，重課堂教學(xué)、輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)”的思想根深蒂固[5]。因此實(shí)驗(yàn)課程在整個(gè)課程體系中所分配學(xué)時(shí)一般較少，往往當(dāng)學(xué)生熟悉系統(tǒng)熟悉設(shè)備后所剩時(shí)間僅夠進(jìn)行一些驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的分析能力、設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力等鍛煉遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期效果。

2.2 教學(xué)方法單一，缺乏主動(dòng)性

大學(xué)很多教師還沿襲著初高中老師的教學(xué)方法，特別是實(shí)驗(yàn)課，任然按部就班的從實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)步驟逐一進(jìn)行講解，甚至還會(huì)對(duì)某些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行演示，其一是認(rèn)為介紹清楚后學(xué)生入手快，能更快地進(jìn)行操作，而且操作時(shí)不會(huì)出錯(cuò)。其二是因?yàn)殡姎夤こ虒?shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性，老師要時(shí)刻保障學(xué)生和設(shè)備的安全。這樣雖然提高了效率和安全性，但是整個(gè)過(guò)程學(xué)生沒(méi)機(jī)會(huì)去自己探索，主動(dòng)思考，知其然而不知其所以然。長(zhǎng)此以往，養(yǎng)成了學(xué)生的依賴性和惰性，如若老師不講，便不知所措。

實(shí)際上大學(xué)所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容一般理論課程已講解過(guò)，學(xué)生對(duì)于操作方法及相關(guān)原理應(yīng)很熟悉，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生有足夠信心，給學(xué)生自己探索，自主創(chuàng)新的機(jī)會(huì)和空間。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足，缺乏靈活性

由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴，特別是電力工程全過(guò)程中具有很多高溫度、高壓力、高電壓等極端和危險(xiǎn)的環(huán)境，實(shí)驗(yàn)中存在高風(fēng)險(xiǎn)、高能耗、高成本的問(wèn)題[6]。造成實(shí)驗(yàn)課程開課課時(shí)不足，以及很多學(xué)生共用一組設(shè)備或者系統(tǒng)，使得很多學(xué)生根本沒(méi)有動(dòng)手機(jī)會(huì)，學(xué)習(xí)效果可想而知。為了解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足的問(wèn)題，很多高校通過(guò)自主研發(fā)或者購(gòu)買的方式擁有了一系列虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3.基于虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的措施

3.1創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

為了吸引學(xué)生到實(shí)驗(yàn)課堂中來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生靈活的運(yùn)用所學(xué)知識(shí)能力，在課程內(nèi)容的安排以及教學(xué)方法的改革上應(yīng)緊緊圍繞學(xué)生能力培養(yǎng)來(lái)進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，老師只需提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及需要達(dá)到的實(shí)驗(yàn)效果，而不需要講解具體的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生在運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)嘗試操作，在嘗試的過(guò)程中學(xué)生會(huì)主動(dòng)思考，出現(xiàn)問(wèn)題想辦法解決，然后老師再對(duì)大家的共性問(wèn)題進(jìn)行點(diǎn)撥。特別是擁有了虛擬仿真平臺(tái)后，學(xué)生可以遠(yuǎn)程訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，因此設(shè)計(jì)具有足夠靈活性和引導(dǎo)性的項(xiàng)目?jī)?nèi)容顯得尤為重要，讓學(xué)生能投入到探索問(wèn)題的樂(lè)趣中去，自然各種能力也得到了相應(yīng)的提升。

3.2建立適應(yīng)不同層次需求的培養(yǎng)方案

由于學(xué)生層次和能力不同，需要建立不同版本的人才培養(yǎng)方案。根據(jù)不同的需求制定實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果及時(shí)調(diào)整方案。將方案提供到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站上，供其他兄弟院校參考，若有需要可以為他們提供無(wú)償或者有償?shù)膶?shí)驗(yàn)項(xiàng)目培訓(xùn)，最大化實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源的共享與利用。

基于該虛擬仿真平臺(tái)，通過(guò)制定不同層次的培養(yǎng)方案，自2000年來(lái)已順利完成了美國(guó)大學(xué)生300余人、非洲水電站工程技術(shù)人員43人、葛洲壩電廠運(yùn)行人員147人、河南西溝電力公司運(yùn)行人員26人、天生橋水電廠運(yùn)行人員98人、一本專業(yè)學(xué)生3500余人、科技學(xué)院三本/專科2400余人的培訓(xùn)或?qū)嶒?yàn)任務(wù)。

3.3建立科學(xué)的考核評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)?cè)u(píng)定主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和平時(shí)考勤為主，該評(píng)價(jià)方式不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，且易造成學(xué)生間相互抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況[7]。對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程而言，科學(xué)的考核評(píng)價(jià)體系應(yīng)更側(cè)重學(xué)生平時(shí)的表現(xiàn)。比如對(duì)水電站仿真實(shí)驗(yàn)中的四個(gè)項(xiàng)目，老師設(shè)置好相關(guān)“障礙”，學(xué)生若能解除“障礙”，并成功完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后記上相應(yīng)分?jǐn)?shù)，并鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)創(chuàng)新型項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目創(chuàng)新程度及難易程度記上相應(yīng)分?jǐn)?shù)。只有制定好加分規(guī)則，學(xué)生的積極性馬上被激發(fā)出來(lái)，會(huì)更認(rèn)真得投入到實(shí)驗(yàn)中去，而老師不用再為學(xué)生抄報(bào)告，上課玩手機(jī)，玩游戲，講話等而頭疼了。

3.4開展豐富有趣的技術(shù)比武活動(dòng)

為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和能力，借助該虛擬仿真平臺(tái)開展豐富有趣的技術(shù)比武活動(dòng)。在原有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)一套貼近生產(chǎn)實(shí)際的考試題庫(kù)，讓學(xué)生提前感受實(shí)際工作的氛圍和電力企業(yè)文化，通過(guò)設(shè)置一系列的激勵(lì)措施，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)專研專業(yè)知識(shí)，更加熱愛(ài)電力行業(yè)。進(jìn)一步提高本校人才培養(yǎng)質(zhì)量，為企業(yè)輸送更多優(yōu)秀愛(ài)崗敬業(yè)的專業(yè)人才。

4.結(jié)語(yǔ)

電氣工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)既是對(duì)電氣專業(yè)課程專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)工程中使學(xué)生加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，同時(shí)為學(xué)生踏入工作崗位，提高學(xué)生的動(dòng)手能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過(guò)一系列的改革措施，大大提高了教學(xué)效果及人才培養(yǎng)質(zhì)量，得到了用人單位的好評(píng)。今后實(shí)驗(yàn)中心還將開發(fā)三維的、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更多更復(fù)雜的虛擬仿真平臺(tái)，進(jìn)一步加大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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作者簡(jiǎn)介：

魯明芳（1982—），女，湖北宜昌人，碩士，講師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行及控制。