高校電氣工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的實(shí)踐研究

蘇暢 楊超 楊新年

摘要：電氣工程專業(yè)的諸多課程都具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，但是在實(shí)際的教學(xué)中，教師也不可能隨時隨地的安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐活動，而隨著科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，信息技術(shù)在教育教學(xué)工作中的應(yīng)用可謂是越來越頻繁，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺也由此應(yīng)運(yùn)而生。在高校電氣工程專業(yè)構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，可以更好的滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)展需要，豐富教學(xué)內(nèi)容，使得教學(xué)更加靈活。

關(guān)鍵詞：高校;電氣工程專業(yè);虛擬仿真實(shí)驗(yàn);教學(xué)平臺;實(shí)踐

當(dāng)前，高校為了解決大型綜合實(shí)體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)等工作中受場地或者是經(jīng)費(fèi)等條件限制，阻礙學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的問題的，滿足學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)發(fā)展需要，提升學(xué)生的實(shí)踐綜合素養(yǎng)，幫助學(xué)生掌握更多的知識，學(xué)校的部分專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容開始嘗試虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境及仿真系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè)，電氣工程專業(yè)就是其中之一。下面，作者將結(jié)合自身的理解和認(rèn)識，分析高校電氣工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的構(gòu)建策略。

一、高校電氣工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺優(yōu)勢

1、使得教學(xué)內(nèi)容更加豐富

以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)所構(gòu)建的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，其使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)擁有不受時空局限的優(yōu)點(diǎn)，如過去電氣工程專業(yè)在開展實(shí)踐教學(xué)時，必須要有專業(yè)的實(shí)踐平臺，才能滿足相應(yīng)的教育教學(xué)需要，但是在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺成功構(gòu)建之后，學(xué)生卻可以隨時隨地探索自己感興趣的知識，而且相較于傳統(tǒng)的實(shí)體實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容來說，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的變化性比較多。在學(xué)習(xí)時，學(xué)生不僅可以利用自己所學(xué)的知識靈活的解決問題，同時還可以根據(jù)自身的興趣愛好設(shè)計問題，探索自己感興趣的知識。以傳統(tǒng)的電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只能觀測到電機(jī)外特性結(jié)果，但是對于電機(jī)的內(nèi)部磁場分布、不同運(yùn)行工況下的磁場變化卻難以有深入的了解和認(rèn)識。而針對這部分的內(nèi)容，應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)所提供的電機(jī)電磁場有限元分析軟件，則可以使得學(xué)生通過虛擬仿真軟件，深入了解電機(jī)內(nèi)部磁場分布以及性能特性曲線等方面的知識。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺成功構(gòu)建后，不同實(shí)驗(yàn)室之間的界線被打破，多學(xué)科交叉的實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建也將成為現(xiàn)實(shí)，這對于學(xué)生能力的提升以及教學(xué)的發(fā)展也有著較為積極的促進(jìn)作用。

2、教學(xué)環(huán)節(jié)更加靈活多變

為了保證學(xué)生能夠了解更多的專業(yè)知識，切實(shí)提升學(xué)生的實(shí)踐與動手能力，當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系通常都包含有多個層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)活動實(shí)施期間，學(xué)生可以選擇適合自己知識水平、興趣愛好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。同時，隨著學(xué)習(xí)知識的增多，寬度以及深度的變化，教學(xué)還可以實(shí)現(xiàn)跨層次的提升。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)在傳統(tǒng)的實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是難以有效實(shí)現(xiàn)的，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺構(gòu)建之后，則可以結(jié)合教學(xué)需要建立不同的教學(xué)環(huán)節(jié)的知識鏈接，這些都為學(xué)生探索多學(xué)科知識提供了更好的機(jī)會，可以有效的提升學(xué)生實(shí)踐以及創(chuàng)新能力。

3、不可及和不可逆的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容得以直觀展現(xiàn)

電氣工程專業(yè)的部分實(shí)踐知識，在具體操作環(huán)節(jié)中可能具有高危和極端的特點(diǎn)，此外，還一些實(shí)驗(yàn)的成本比較高，學(xué)校如果開展相關(guān)實(shí)體實(shí)驗(yàn)，成本壓力巨大，因此，在涉及這部分內(nèi)容時，學(xué)?；旧隙疾粫M(jìn)行講解，學(xué)生相關(guān)實(shí)踐能力也難以得到有效的提升。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺成功構(gòu)建之后，相關(guān)問題則迎刃而解，借助虛擬仿真技術(shù)可以為學(xué)生提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)手段，比如說在虛擬仿真技術(shù)的支持下，學(xué)生可以隨時隨地的觀察高壓放電的模擬場景。

此外，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的支持之下，學(xué)生可以在任何時間、地點(diǎn)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而且學(xué)生不僅可以接觸到本校其他關(guān)聯(lián)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，而且還可以深入了解其他兄弟院校的優(yōu)秀教學(xué)資源，這些對于學(xué)生各項(xiàng)能力的提升都有著極為重要的幫助。

二、高校電氣工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺構(gòu)建策略

1、構(gòu)建以教學(xué)環(huán)節(jié)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)平臺

在構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺時， 必須要以實(shí)際的教學(xué)環(huán)節(jié)為導(dǎo)向進(jìn)行構(gòu)建，否則的話一切都將會成為空談。在該導(dǎo)向下所需要構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺包含有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺、創(chuàng)新與實(shí)踐教學(xué)平臺。不同平臺在構(gòu)建時側(cè)重點(diǎn)有所差異，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，重點(diǎn)在于傳授學(xué)生基礎(chǔ)知識，即通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)原理，使得學(xué)生可以更加深入的體會到電氣工程技術(shù)發(fā)展的歷程，對于該專業(yè)知識有更加真實(shí)的了解和認(rèn)識。而專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，則以專業(yè)知識教學(xué)為主，其主要包含課程設(shè)計、綜合實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計綜合訓(xùn)練等集中教學(xué)環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的實(shí)體教學(xué)環(huán)節(jié)中，由于電氣工程專業(yè)自身的特殊性，導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難以直觀展現(xiàn)出來，因?yàn)槠洳粌H成本高，而且危險系數(shù)也比較高。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺成功構(gòu)建之后，相關(guān)問題則迎刃而解，教師可以結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)平臺，建設(shè)大型綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的仿真環(huán)境，而且還可以將本專業(yè)教學(xué)內(nèi)容與其他專業(yè)結(jié)合在一起，開展相關(guān)教學(xué)工作，幫助學(xué)生準(zhǔn)確掌握相關(guān)知識。

創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺的構(gòu)建，則可以更好的提升學(xué)生實(shí)踐與動手能力，其可以將電氣工程專業(yè)的前沿知識，比如說，智能電網(wǎng)、工業(yè)自動化等知識，通過虛擬仿真平臺傳授給學(xué)生。

2、堅持互融互通、互為補(bǔ)充的一體化理念

結(jié)合當(dāng)前高校電氣工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺構(gòu)建現(xiàn)狀來看，許多專業(yè)都已經(jīng)成功構(gòu)建了相關(guān)教學(xué)平臺，但是這些平臺所發(fā)揮的效果卻各不相同，而要想構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，還應(yīng)當(dāng)堅持互融互通、互為補(bǔ)充的一體化理念，要保證教學(xué)平臺的構(gòu)建以及各類教學(xué)資源的設(shè)置都是圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行的，課程內(nèi)容應(yīng)當(dāng)與教學(xué)資源彼此互通，要結(jié)合學(xué)生不同學(xué)習(xí)階段的需要，為其提供發(fā)展所需的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，這樣才能切實(shí)有效的提升學(xué)生實(shí)踐動手能力。

總之，在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的構(gòu)建絕非空談，當(dāng)前已經(jīng)有不少院校構(gòu)建了多種類型的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，但是對于高校電氣工程來說，其要構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，還應(yīng)當(dāng)立足自身發(fā)展的實(shí)際，結(jié)合學(xué)生專業(yè)能力水平的高低，學(xué)習(xí)發(fā)展需要，構(gòu)建科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，以便能夠更好的提升教育教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生的發(fā)展增添更多動力支持。

參考文獻(xiàn)

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*本文來源于黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題 “互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的電氣類虛擬仿真交互實(shí)踐平臺的建設(shè)與實(shí)踐” （No.GJC1319094）;黑龍江省2017年度高等教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)委托項(xiàng)目“煤電化電氣工程及其自動化特色技術(shù)型人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”（No.SJGZ20170038）;