楊京渝 彭麗 蔡振華

摘要：基于新工科建設理念，虛擬仿真平臺的建設是解決電氣類專業(yè)實踐教學面臨諸多問題的一個必然趨勢。該文首先對電氣專業(yè)在實踐教學中存在的問題進行了分析;然后論述了虛擬仿真技術在實踐教學中的重要性;最后，在滿足高校新工科建設背景下，探討了適應于電氣類專業(yè)的虛擬仿真實踐教學體系的建設及實踐教學模式的改革。通過虛擬仿真實踐教學體系的構建與改革，從而提高學生工程實踐能力和科研創(chuàng)新能力。

關鍵詞：新工科;電氣工程;實踐教學;虛擬仿真

在新工科和工程教育認證背景下，高等學對學生工程實踐能力和科技創(chuàng)新能力的要求也隨之不斷提高，特別是針對理工科專業(yè)尤為突出。如何在面向未來的新工科視域下探索實踐教學模式的創(chuàng)新，培養(yǎng)滿足新經濟和產業(yè)所需的新型工程技術人才，已成為各高校新工科建設和教育改革的重點內容。而電氣類專業(yè)作為其中極其重要的一個學科門類，將在電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，促進能源清潔低碳轉型，助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的任務中發(fā)揮舉足輕重的作用。為培養(yǎng)具有基礎扎實、產業(yè)認知、多學科交叉背景的復合型電力人才，對電氣專業(yè)的既有的實踐教學模式提出了諸多新的問題和挑戰(zhàn)。

基于虛擬仿真技術實驗教學方法已經成為不可或缺的實驗教學手段，但由于其教學模式、教學體系和教學內容還不夠成熟，也導致了諸如各虛擬仿真實驗系統(tǒng)獨立分散、重復開發(fā)和資源浪費等弊端。為此，文章對虛擬仿真技術在電氣類專業(yè)實踐教學中的重要性、存在的問題、實驗平臺的建設和教學方法的改革進行了探討。從而逐步優(yōu)化實踐教學體系，構建多層次、遞進式、模塊化的電氣類專業(yè)高質量的虛擬仿真教學資源。

1新工科下電氣專業(yè)在實踐教學中存在的問題

1.1實踐教學內容及條件有待更新完善

電氣專業(yè)對實踐能力要求較強，因此實踐教學必須占據(jù)重要的地位。但目前，絕大多數(shù)高校存在對實驗教學的關注度偏低、實驗教學課時不足、實踐教學缺乏嚴格的管理、沒有合理的實踐教學評價等問題。使學生形成一種重理論輕實驗的思想意識，直接影響實驗教學效果。同時，由于受限于實驗裝置，在實際操作中常出現(xiàn)實驗內容與課程理論知識不匹配，從而導致實驗教學內容的重復、脫節(jié)。現(xiàn)有的教學資源難以滿足未來電力工業(yè)智能化的發(fā)展趨勢。

1.2實踐教學體系及評價不完善

電氣類專業(yè)實驗室的建設具有種類多、價格昂貴、高消耗、系統(tǒng)龐大復雜等特點，所以各高校均聚焦于電力行業(yè)的某個特定系統(tǒng)進行實驗室建設，不能完整的體現(xiàn)電力系統(tǒng)從發(fā)電、變電、輸電、配電到用電的全過程。傳統(tǒng)的實驗教學一般只包括基礎實驗課程和綜合實驗課程，很多創(chuàng)新實驗如微電網(wǎng)、新能源發(fā)電、儲能等研究熱點實驗還未建設。因此，現(xiàn)有電氣專業(yè)實踐教學體系不能滿足未來國家和區(qū)域發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求。同時，實踐教學缺乏教學標準、管理制度及考核標準，未立完善的實踐教學評價體系，學生主動實踐熱情未能得到激發(fā)。

1.3校企合作有待加強

目前，大多數(shù)校企合作模式存在諸多問題，如合作對象單一化、教育內容陳舊等，同時，也缺乏相應的建設標準、監(jiān)督標準、評價標準等。許多校企合作處于游離狀態(tài)，使用率比較低，產教融合及創(chuàng)新成果的應用和轉化效果不理想。

2新工科下虛擬仿真平臺在實踐教學中的重要性

2.1能完善實驗教學課程體系

電氣類專業(yè)實踐課程由于實驗設備價格非常昂貴以及教學環(huán)境危險，安全系數(shù)低等因素的制約，故傳統(tǒng)的實驗教學一般只包括基礎實驗課程和綜合實驗課程?；A實驗課程主要涵蓋如《電路》《工程電磁場》《電機學》等專業(yè)基礎課程，達到夯實學科、專業(yè)基礎知識的目的;綜合實驗課程主要涵蓋如《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》《電力系統(tǒng)繼電保護原理》《高電壓技術》《電力電子技術》《電氣控制與PLC》等電氣專業(yè)核心課程，達到培養(yǎng)工程實踐能力的目標。但很多創(chuàng)新實驗如微電網(wǎng)、新能源發(fā)電、儲能等研究熱點實驗卻無法完成，制約了學生主動開展實踐創(chuàng)新的觀念和意識。通過虛擬仿真實驗，可構建完整的“基礎實驗綜合實驗創(chuàng)新實驗”實踐體系，保證實驗項目的先進性與創(chuàng)新性，使學生能更好地理解專業(yè)知識，接軌行業(yè)熱點，促進學生綜合能力提升。

2.2能實現(xiàn)資源的有效共享

虛擬仿真平臺的各類仿真實驗可以基于互聯(lián)網(wǎng)技術，能更好地實現(xiàn)資源的有效共享。一方面，學生可以不受實驗條件的限制，可隨時隨地進行相關實驗;另一方面各兄弟院校可相互提供更加完善的教學資源，共同挖掘并且開發(fā)優(yōu)秀的教學資源。同時，可以助推校企合作，共建共享優(yōu)質資源，構建科學系統(tǒng)的虛擬仿真教學環(huán)境和實踐教學培養(yǎng)體系。

2.3能靈活調整教學環(huán)節(jié)

利用虛擬仿真教學平臺能很好地解決傳統(tǒng)教學實驗內容的局限性，完成傳統(tǒng)教學中部分實驗項目無法實現(xiàn)的目標。一是通過虛擬仿真平臺，可為學生提供安全可靠的實驗內容及實驗環(huán)節(jié)，有效避免實際操作可能引發(fā)的觸電、著火等安全隱患，提升了實驗的安全指數(shù);二是教師和學生可靈活地選擇和調整實驗內容，學生根據(jù)自身的實際需求、實際能力以及興趣愛好來學習，提升自己的學習能力;三是通過虛擬仿真，可以近距離的觀察到如設備的動作過程和實驗過程，比如斷路器的動作過程及滅弧過程、放電原理及過程等，使學生能全面掌握電氣專業(yè)的相關專業(yè)知識。

2.4能激發(fā)學生的學習興趣

通過虛擬仿真實驗，一是可以將重點、難點、抽象的專業(yè)知識通過仿真技術更好地展示在學生面前，很好地將理論與實踐相結合，使學生更容易理解和接受;二是極大解決了實踐與安全之間的矛盾，通過虛擬仿真完全避免了危險系數(shù)比較大及實驗設備昂貴等問題，讓學生放心大膽地進行實踐動手操作;三是VR虛擬技術具有沉浸感、交互性、構想性等典型特征，使學生全身心地投入虛擬現(xiàn)實中去，真實看到實際運行的電力設備和狀態(tài)，獲得身臨其境的感覺，增強了教學效果，激發(fā)了學生的記憶力、創(chuàng)造能力。