楊堆元

(天津機電職業(yè)技術學院，天津 300350)

引言

在“十二五”期間，天津機電職業(yè)技術學院(以下簡稱學院)為完善天津市重點建設專業(yè)電力系統自動化的實驗實訓條件定制了“35kV虛擬仿真實訓系統”，籌建了達50人學員規(guī)模的虛擬仿真實訓室，為電力系統自動化專業(yè)核心課程的教學、科研創(chuàng)造了優(yōu)越條件。本文以學院“35kV虛擬仿真系統”為例，針對在“互聯網+”視野下虛擬仿真教學出現的一些新常態(tài)，重點介紹其在“互聯網+”視野下的一些不足，依照學院核心課程《電力系統設備運行與維護》在“工學結合”模式下的教學設計提出了完善虛擬仿真教學系統的一些建議。

一、“互聯網+”視野下的虛擬仿真教學新常態(tài)

“互聯網+”就是憑借當前計算機技術、通信技術，互聯網平臺等，充分利用各行各業(yè)線下線上資源打造新領域新生態(tài)。國外一些知名高校在一些網絡開放課程中增加了虛擬實踐仿真的教學內容，并采用基于平板電腦、智能手機、可穿戴計算機的移動式交互實驗，例如美國斯坦福大學、哥倫比亞大學等。美國麻省理工學院實施的MIT TEAL(Technology Enabled Active Learning)計劃，體現了“教室就是實驗室”的理念，以學生為主體，激發(fā)主動學習興趣，構建了彼此合作、高度互動、動手實作、虛擬實驗、過程可視的新穎教學環(huán)境。因此，在“互聯網+”視野下，學員們能根據崗位項目需求組織自己的學習內容，還可以不受時間和空間的限制隨時隨地學習。虛擬仿真教學呈現的新常態(tài)主要有：

(一)學員重構知識體系

在“互聯網+”的視野背景下，知識體系可以被隨意切割、分類重構。如一些通過虛擬3D技術立體展示出來仿真項目，學員可以通過重構使學習內容更加獨立、有序和生動。

(二)“互聯網+”打破時空限制

在“互聯網+”的視野背景下，學生可以從任何知識點開始進行反復學習，直到學懂為止；獲取知識的地點，從一臺普通電腦擴充到整個互聯網。

(三)“互聯網+”教育教學打破人數限制

“互聯網+”教育教學不用擔心學習的門檻，需要的花費也較少，節(jié)約了前期學習投入資金，擴大了學習人群，是一種全新的教育教學學習模式。

(四)學習媒介越來越便利

學生們可以利用智能手機、平板電腦等移動設備構建虛擬課堂、虛擬工作場景獲取專業(yè)知識、專業(yè)技能。如日本學生可以通過虛擬仿真學習3.11級地震后福島第一核電站動力工廠核能源的使用和核事故的福射污染等社會科學問題等等。

所以，“互聯網+”教學模式真正打破了時間、地域限制，使得整個教學體系更加完善，學習者可以獲得全球范圍內更多的優(yōu)秀教育資源。

二、“互聯網+”視野下傳統虛擬仿真技術存在的不足

2006年教育部《關于全面提高高等職業(yè)教育教學質量的若干意見》中提出將“工學結合”作為高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式改革的切入點，大力支持與鼓勵虛擬仿真在職業(yè)教育中的應用。在“十一五”、“十二五”期間，設備生產廠家開發(fā)了大量虛擬仿真系統，如虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗等。在當時歷史背景下，傳統虛擬仿真教學一定程度上提高了教育教學質量，起到了良好作用，如我院“35kV虛擬仿真實訓室”、“電梯虛擬仿真實訓室”、“自動生產線虛擬仿真實訓室”及一些常用的Pspice虛擬仿真軟件、Matlab虛擬仿真軟件等等。

現以學院“35kV虛擬仿真實訓室”的虛擬仿真系統及在其“互聯網+”背景下的一些不足為例，列舉傳統虛擬仿真技術在“互聯網+”視野下存在的一些不足，供高等職業(yè)學校和生產廠家參考。學院35kV虛擬仿真系統(以下簡稱虛擬仿真系統)是由國網電力科學研究院北京科東電力控制系統有限責任公司研制而成，其技術在國內電力行業(yè)虛擬仿真系統中處于領先水平，但是在“互聯網+”背景下也存在如下不足，需要生產廠家以教學項目任務為單位進行碎片化處理。

首先，虛擬仿真系統昂貴。該虛擬仿真系統包括了變壓器、斷路器、高壓線路、互感器、用電檢查、用電巡視、高壓隔離開關等設備日常運行操作、正常操作、事故處理等等上百個虛擬仿真項目。學校為了購買某個或者某幾個虛擬仿真項目不得不購買整套系統，繁目眾多的虛擬仿真項目，投入太大，壓力大，大多學校只能望而卻步。

其次，該虛擬仿真系統還算比較先進，采用的開發(fā)模式為C/S結構，通過組裝局域網實現較大規(guī)模的教學，但是沒有采用B/S開發(fā)模式，不能上傳到internet網上，因此受益人群窄。

其三，該虛擬仿真系統操作流程嚴謹、死板，容忍度不高，教員和學員要經過嚴格的局域網設置、教員機設置、學員機設置和選取等等教學前期準備工作。在使用虛擬仿真系統之前，教員和學員都要經過嚴格的培訓，因此教員學員興趣不太濃。

其四，培訓人員受計算機臺數的限制。該虛擬仿真系統采用的開發(fā)模式為C/S結構，教學規(guī)模人數為50人。學院如需要擴大虛擬仿真系統教學規(guī)模，還得另外購置計算機等。同時，筆者也調研了其他仿真系統如“電梯仿真實訓室”、“自動生產線仿真實訓室”及Pspice仿真軟件、Matlab仿真軟件等，提煉出目前傳統虛擬仿真教學系統主要存在的一些不足供參考：

學習地點受限。虛擬仿真教學系統大多為單機版或者采用C/S模式，也就是說它們不能被上傳到internet網上，供教員和學員網上學習。要想學習和使用，必須進入虛擬仿真實訓室，找到有虛擬仿真系統的電腦；

價格昂貴。廠家往往打包銷售，一個虛擬仿真系統往往具有很多專業(yè)課程的很多仿真項目，提高了產品價格；

不能碎片化處理運行。運行時需要整套系統，不能以項目任務為單位分開運行；

不能重構知識體系。即使采用了B/S結構模式，整套資源比較死板，只是從線下簡單地整套搬到了線上，學員教員不能重構專業(yè)技能知識，學員教員興趣有限；

受益人群少。單機版或者采用C/S模式的虛擬仿真資源，不方便推廣使用；

缺少互動。虛擬仿真教學系統里大多項目任務不能互動，缺少與學員交流的互動性，不具備“互聯網+”要求的所謂智慧型和開放性；

操作使用不方便，教員和學員都得經過嚴格培訓。

總之，在“互聯網+”大背景下，傳統虛擬仿真教學系統，大多沒有采用B/S結構模式，不能被上傳到internet網上，沒有按照項目任務碎片化處理，不能滿足學生們泛在學習、移動學習、線上線下個性化隨時隨地學習的要求。

三、基于“互聯網+”的仿真教學設計

高等職業(yè)學校正在不斷嘗試著翻轉課堂、微課等新興教學模式，找尋適合自己的教學模式。這些教學模式的變革需要依靠互聯網和大數據技術提供有效的個性化和協作化教學服務，培養(yǎng)學生自主學習意識，將學習變?yōu)樽陨韮然刭|，實現基于“O2O”的教學價值推送，讓學生更加愿意學，教師更加愿意教，形成真正的教學內容和方式的突破?！笆濉逼陂g，學院為重點建設“電力系統設備運行與維護”國家精品課程，滿足“工學結合”教學模式要求，特向國家電網公司定制了35kV虛擬仿真系統。項目組按照“工學結合”教學模式的要求，運用虛擬仿真系統建設電力系統設備運行與維護課程，課程資源包括“課程介紹”、“課程標準”、“演示文稿”、“錄像動畫”等20項資源，如圖2所示。學院電力系統設備運行與維護課程虛擬仿真教學設計合理，教學效果明顯，供大家交流，希望能起到拋磚引玉的作用。

(一) 課程性質

“電力系統設備運行與維護”是電力系統自動化專業(yè)一門核心主干課。本課程以電機學、供配電技術、繼電保護系統運行與維護的學習為基礎，同時與高電壓技術、電氣設備檢修實習、變電檢修技能培訓課程相銜接。學好本課程可為學生提供將來從事電力系統設備安裝調試、運行維護、檢修以及供電設計等相關方面的工作所必需的知識和技能。

(二)教學目的

掌握變壓器、互感器、電力電容器、配電裝置、接地裝置等電氣設備的基本知識；培養(yǎng)供電設備電氣故障檢修能力。

具體教學目的為：職業(yè)知識：掌握變壓器油溫、油色、油位不正常情況，冷卻系統、差動保護跳閘、有載分接開關維護及故障處理；掌握真空斷路器、高壓隔離開關、高壓熔斷器、高壓配電裝置、電壓互感器、電流互感器、消弧線圈、電力電容器、避雷器的運行、絕緣子、握接地裝置、電動機維護及故障處理；掌握低壓配電裝置、低壓斷路器、控制繼電器和起動器的運行維護及故障處理；培養(yǎng)學生查閱電氣國家技術標準和企業(yè)電氣設計規(guī)范能力。

(三)教學項目任務

名稱崗位要求教學任務教學載體建議學時項目一走近電氣值班員1.熟悉工作環(huán)境2.熟悉工作崗位要求1.工作環(huán)境多媒體2.崗位要求多媒體8項目二 變壓器的運行及維護(油浸式變壓器)1.掌握變壓器的投運檢查和正常運行的操作2.掌握變壓器日常巡視檢查3.掌握變壓器典型故障處理方法1.變壓器基本知識多媒體2.變壓器的正常操作仿真系統3.變壓器日常巡視檢查仿真系統4.變壓器典型故障處理仿真系統16項目三斷路器的運行與維護1.掌握斷路器正常運行的操作2.掌握斷路器日常巡視檢查3.掌握斷路器典型故障處理方法1.斷路器基本知識仿真系統2.斷路器的正常操作仿真系統3.斷路器日常巡視檢查仿真系統4.斷路器典型故障處理仿真系統16項目四 互感器的運行與維護1.掌握互感器正常運行的操作2.掌握互感器日常巡視檢查3.掌握互感器典型故障處理方法1.互感器的基本知識多媒體2.互感器的正常操作仿真系統3.互感器日常巡視檢查仿真系統4.互感器典型故障處理仿真系統10項目五 其他常見一次設備運行與維護1.掌握高壓隔離開關的運行與維護方法2.掌握高低壓熔斷器的運行與維護方法1.隔離開關運行與維護仿真系統2.熔斷器運行與維護仿真系統12項目六 成套配電裝置的運行與維護1.掌握高壓開關柜的運行與維護方法2.掌握箱式變電站的運行與維護方法1.配電裝置基本知識多媒體2.開關柜的運行與維護仿真系統3.變電站的運行與維護仿真系統8合計70

四、總結

線上線下一體化的個性化“互聯網+”教學模式將枯燥的課堂理論知識學習搬到互聯網上，有利于泛在學習、移動學習，并投以直觀生動的影像資料，學生學習動力將被激發(fā)；教員可以重構碎片，為學員設置合適的教學項目任務，為學員節(jié)約了學習時間?！盎ヂ摼W+”教學模式真正打破了時間、地域限制，使得整個教學體系更加完善，學習者可以獲得世界范圍的優(yōu)秀教育資源?！盎ヂ摼W+”虛擬仿真教學模式的實現不僅要靠學校、教員、學員三者的共同努力，更重要的是要靠虛擬仿真系統生產廠家按照學校的課程教學設計要求，將整個大系統按項目任務甚至工作過程階段進行碎片化處理，而且碎片能在Internet網上單獨運行，供全世界范圍內不分貴賤貧富的各類人群學習和使用。