電氣工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)方案

張文志

(山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253000)

隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，教育也在發(fā)生著深刻的變化，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的各種知識學(xué)習(xí)逐漸成為世界教學(xué)發(fā)展的一種趨勢。在職業(yè)院校中，傳統(tǒng)的電氣工程教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足學(xué)生的技能學(xué)習(xí)需求與專業(yè)發(fā)展需求，同時原本教學(xué)環(huán)境與教學(xué)規(guī)模具有較強的局限性，無法適應(yīng)快速增大的學(xué)生隊伍規(guī)模，促使教學(xué)質(zhì)量受到影響?；诖?，院校及電氣工程專業(yè)教師引進虛擬仿真技術(shù)，將實驗教學(xué)與專業(yè)教學(xué)相結(jié)合，全面整合教學(xué)資源，凸顯專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)重點，積極拓展教學(xué)思路與范圍，為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、實踐操作能力、應(yīng)對能力等提供有力保障［1-2］。

1 電氣工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的必要性

在職業(yè)院校中建設(shè)電氣工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心，其能夠?qū)崿F(xiàn)兩方面的價值。一方面，虛擬仿真實驗教室能夠為學(xué)生提供更好的構(gòu)建會安靜，有利于學(xué)生實驗各種實驗操作，比如：異地在線檢測操作，遠程測控任務(wù)等；學(xué)生能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及現(xiàn)有的實驗學(xué)習(xí)設(shè)備，搭建功能強大的實驗系統(tǒng)，從而節(jié)省了其他實驗設(shè)備的購置費用，有利于提高院校的教學(xué)資源利用率。在實際教學(xué)的過程中，虛擬仿真實驗教室能夠為學(xué)生營造開放式的實驗環(huán)境，突破時間與地點的限制，提高學(xué)生完成實驗操作的效率；利用虛擬仿真設(shè)備，學(xué)生能夠結(jié)合實際需求，自選題目，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與創(chuàng)造能力［3］。

另一方面，在傳統(tǒng)的電氣工程實驗教學(xué)中，實驗形式較為單一，實驗內(nèi)容千篇一律，無法充分激發(fā)學(xué)生的參與積極性，只能夠在教師的指導(dǎo)下按部就班的完成實驗操作，不能夠充分鍛煉學(xué)生的知識運用能力與專業(yè)技能能力。在虛擬仿真實驗教室中，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，靈活增加實驗項目，讓學(xué)生根據(jù)關(guān)鍵點自行設(shè)計與操作事宜按，通過多種不同的形式輸出實驗結(jié)果，以此鍛煉學(xué)生的實際操作能力、專業(yè)設(shè)計能力，為社會培養(yǎng)更優(yōu)秀的電氣工程專業(yè)人才。

2 電氣工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的現(xiàn)狀

結(jié)合院校實際情況及對電氣工程專業(yè)學(xué)生的調(diào)查研究分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段的虛擬仿真實驗教學(xué)中心主要存在以下兩點問題：

2.1 建設(shè)水平不高

現(xiàn)有虛擬仿真實驗教學(xué)中心的整體建設(shè)水平較低，不能夠為學(xué)生提供高質(zhì)量的實驗教學(xué)環(huán)境，且缺乏中心指導(dǎo)教師。這主要由于院校之前沒有開展過虛擬仿真實驗教學(xué)中心教學(xué)活動，缺乏實踐經(jīng)驗與理論支持，導(dǎo)致建設(shè)之后的教學(xué)中心功能不全，且各項基礎(chǔ)硬件設(shè)施的技術(shù)水平較低，不能夠滿足現(xiàn)階段電氣工程專業(yè)的最新技術(shù)操作需求。此外，院校缺乏具備專業(yè)虛擬仿真教學(xué)素養(yǎng)的指導(dǎo)教師隊伍，各教師的專業(yè)知識水平與虛擬仿真教學(xué)設(shè)計水平不協(xié)調(diào)，從而影響了虛擬仿真實驗教學(xué)中心的使用效果。

2.2 教學(xué)理念不新

在院校的電氣工程專業(yè)各課程教學(xué)過程中，一些教師缺乏現(xiàn)代化教學(xué)理念，沒有認識到使用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)對于提高教學(xué)質(zhì)量，強化學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的重要價值。在實際教學(xué)的過程中，仍然有一些教師使用傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)方法，讓學(xué)生在操作車間中進行實訓(xùn)操作。這種情況不僅促使學(xué)生的可操作實驗項目選擇范圍狹窄，且需要應(yīng)對的注意事項較多，更加降低了虛擬仿真實驗教學(xué)中心的利用率，導(dǎo)致教學(xué)中心閑置，造成院校教學(xué)資源的浪費。

3 電氣工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心改造方案

3.1 全面整合資源，構(gòu)建“三層次一平臺”虛擬仿真實驗教學(xué)體系

結(jié)合上述“虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)問題”，建議教師要全面整合院?，F(xiàn)有教學(xué)資源，豐富電氣工程教學(xué)體系，且構(gòu)建出“三層次一平臺”的擬仿真實驗教學(xué)體系，以此彌補現(xiàn)有虛擬仿真實驗教學(xué)中心功能的不足，為學(xué)生構(gòu)建良好的實驗教學(xué)空間。在實際的過程中，建議教師結(jié)合傳統(tǒng)的實驗室情況，引進虛擬仿真技術(shù)，將大量的虛擬仿真設(shè)備融入實驗室中，全面融合虛擬實驗與實訓(xùn)操作教學(xué)，實現(xiàn)“虛實結(jié)合，以實為主，相互補充”的建設(shè)目標。

此外，在構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)中心的過程中，建議教師結(jié)合電氣工程實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，分別將容易發(fā)生危險的實驗、傳統(tǒng)實驗室無法完成的實驗、容易污染環(huán)境的實驗、 成本高的實驗等作為虛擬仿真實驗系統(tǒng)的主要內(nèi)容，促使學(xué)生能夠利用虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)對這些高危險、高成本、高技術(shù)含量實驗的操作與學(xué)習(xí)，從而全面鍛煉學(xué)生的專業(yè)技能，提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，真正落實“三層次一平臺”的理念，進一步提升院校的專業(yè)教學(xué)水平。

3.2 建立資源共享機制，實現(xiàn)電氣工程等專業(yè)實施交叉

結(jié)合上述“虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)問題”，建議教師認識到“資源共享”的重要性。為了進一步提升院校虛擬仿真教學(xué)資源的利用率，建議教師全面整合院校的虛擬仿真實驗教學(xué)中心教學(xué)資源，搭建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)教學(xué)資源在校園內(nèi)的共享。各專業(yè)學(xué)生均能夠在院校內(nèi)通過登錄校園網(wǎng)參與到虛擬仿真實驗教學(xué)中心的課程學(xué)習(xí)中，促使學(xué)生能夠了解到相關(guān)周邊學(xué)科的前沿技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)精神，通過這種學(xué)科交叉的方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，實現(xiàn)電氣工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)目標。

3.3 結(jié)合實際情況，構(gòu)建高效虛擬仿真實驗教學(xué)中心

結(jié)合上述“虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)問題”，建議教師結(jié)合實際情況，了解到電氣工程專業(yè)各學(xué)科的人才培養(yǎng)方案設(shè)計情況，把握其人才培養(yǎng)方向，梳理歸納形成全新的實驗方案，提高虛擬仿真實驗教學(xué)中心與專業(yè)學(xué)科教學(xué)的契合度，為院校專業(yè)教學(xué)服務(wù)。此外，建議堅持“由線及面”的思路，選擇出一小批占用資金量較大、危險系數(shù)較高的實驗項目，搭建虛擬仿真實驗系統(tǒng)，且結(jié)合各學(xué)科課程設(shè)置，逐漸完善虛擬仿真實驗中心的“面”，以此構(gòu)建全面的虛擬仿真實驗探索空間。

3.4 優(yōu)化教師隊伍結(jié)構(gòu)，保障虛擬仿真實驗效果

結(jié)合上述“虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)問題”，建議院校要進一步優(yōu)化教師隊伍結(jié)構(gòu)，完善教師能力體系，促使教師能夠滿足虛擬仿真實驗教學(xué)中心的使用標準，能夠?qū)⒔虒W(xué)中心運用于實際教學(xué)中，以此發(fā)揮虛擬仿真實驗教學(xué)中心的應(yīng)用價值。在這一方面，建議提出虛擬仿真實驗教師的選拔機制，提出明確的選拔標準，從而選擇具有較高虛擬仿真技術(shù)素養(yǎng)的教師，兼任實驗教學(xué)中心的指導(dǎo)教師，為學(xué)生提供基本指導(dǎo)服務(wù)。此外，要定期開展相關(guān)培訓(xùn)，促使教師能夠掌握前沿的虛擬仿真應(yīng)用技術(shù)，掌握其操作方法與原理，促使教師能夠更好的設(shè)計課程方案，進一步提高虛擬仿真實驗教學(xué)中心的教育能力。

4 虛擬仿真實驗教學(xué)中心的應(yīng)用及效果分析

結(jié)合學(xué)校教學(xué)資源和電氣相關(guān)行業(yè)的標準和要求，在現(xiàn)有學(xué)校計算機實驗室平臺上安裝了電氣工程相關(guān)仿真軟件，如 matlab/simulink、Labview、Protel、Multisim7 等電氣工程仿真模擬軟件。對實驗教學(xué)中心的教師進行了相關(guān)軟件使用和教學(xué)的培訓(xùn)，這樣在未來不僅可以幫助虛擬仿真教學(xué)中心的平臺建設(shè)，同時也將提高了實驗教學(xué)中心的教學(xué)水平。結(jié)合實際的行業(yè)應(yīng)用，本教學(xué)中心在授課上更加貼合實際應(yīng)用場景，幫助學(xué)生更快的了解電氣工程行業(yè)基本情況和前沿發(fā)展趨勢。

5 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)階段的職業(yè)院校電氣工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)中，仍然存在一些問題，比如：實驗教學(xué)實力整體較弱；虛擬仿真實驗投入較少、實驗設(shè)備數(shù)量不足等。針對這些問題，為了進一步提高院校的電氣工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)質(zhì)量，建議全面整合教學(xué)資源，結(jié)合電氣工程相關(guān)行業(yè)標準，構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，形成“三層次一平臺”教學(xué)體系。此外，建議優(yōu)化院校內(nèi)部教學(xué)與實訓(xùn)資源，建立資源共享機制，提高電氣工程及其周邊專業(yè)的知識交叉。還要結(jié)合實際情況，建立健全的虛擬仿真實驗教學(xué)中心的管理機制，再一次強化教學(xué)效果。