基于虚拟仿真平台的电气工程实验教学改革研究

鲁明芳 陈大伟 何博雅

【摘要】本文通过探讨传统的实验教学内容、教学方法、教学资源等方面的现状，提出了基于虚拟仿真平台进行实验教学改革的必要性。通过创新实验内容、制定不同层次培养方案、建立科学的考核评价体系以及开展丰富的技术比武活动等具体改革措施，大大提高了人才培养质量，得到了用人单位的肯定。

【关键词】虚拟仿真 实验教学改革 主动性

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0251-02

1.前言

随着我国经济发展步入新常态，党中央指出必须把创新摆在国家发展全局的核心位置，新形势和新任务对高等教育实施内涵发展、提高国际竞争力提出了更高的要求[1-2]。如何借助于实践课程来逐步提升学生的动手能力、分析和解决问题的能力乃至创新创业能力等成为广大教育工作者研究的重要课题。

目前，由于教学资源匮乏、教学内容陈旧、教学方式方法单一等导致实验课程对人才的培养并未达到相应的预期，部分实验课甚至出现学时缩减以及停开。教育部从2013年起开展了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，并首批评审出100个国家级虚拟仿真实验教学中心[3-4]。三峡大学仿真实验室于2015年获批为电气工程国家级虚拟仿真实验教学中心，为了进一步提高人才培养质量，围绕该虚拟仿真实验平台进行相关教学改革显得尤为重要。

2.基于虚拟仿真平台进行实验教学改革的必要性

2.1教学内容陈旧，缺乏吸引力

许多老师在踏上讲台之初会花很长时间备课，准备课件和教案，但当讲过一两遍讲熟之后便不会再重新备课及更新讲课内容。对于理论课如此，对实验课更是如此，重复讲过多次后老师便会产生厌倦情绪，老师讲的缺乏激情，学生便也失去了吸引力。课下经常会有学生问道，学这门课有什么用，学这个内容有什么用，做这个实验有何用，即便没提问的学生也仅仅只是机械的完成了老师布置的习题以及任务。其实他们并不觉得所学内容真的没用，而是觉得它们脱离生活，脱离实际，也就是理论与实践没有好好结合起来，使学生们触摸不到课程的本质。

再者，传统的教学观念是以传授知识为中心的继承性教育，重理论而轻实践，表现为“重理论、轻实验，重课堂教学、轻实验教学”的思想根深蒂固[5]。因此实验课程在整个课程体系中所分配学时一般较少，往往当学生熟悉系统熟悉设备后所剩时间仅够进行一些验证性和演示性实验，对学生的分析能力、设计能力、创新能力等锻炼远远达不到预期效果。

2.2 教学方法单一，缺乏主动性

大学很多教师还沿袭着初高中老师的教学方法，特别是实验课，任然按部就班的从实验目的、实验设备、实验系统、实验方法，实验步骤逐一进行讲解，甚至还会对某些复杂的实验步骤进行演示，其一是认为介绍清楚后学生入手快，能更快地进行操作，而且操作时不会出错。其二是因为电气工程实验的危险性，老师要时刻保障学生和设备的安全。这样虽然提高了效率和安全性，但是整个过程学生没机会去自己探索，主动思考，知其然而不知其所以然。长此以往，养成了学生的依赖性和惰性，如若老师不讲，便不知所措。

实际上大学所开设的实验课程内容一般理论课程已讲解过，学生对于操作方法及相关原理应很熟悉，教师应对学生有足够信心，给学生自己探索，自主创新的机会和空间。

2.3 实验教学资源不足，缺乏灵活性

由于实验设备价格昂贵，特别是电力工程全过程中具有很多高温度、高压力、高电压等极端和危险的环境，实验中存在高风险、高能耗、高成本的问题[6]。造成实验课程开课课时不足，以及很多学生共用一组设备或者系统，使得很多学生根本没有动手机会，学习效果可想而知。为了解决实验教学资源不足的问题，很多高校通过自主研发或者购买的方式拥有了一系列虚拟仿真实验平台。

3.基于虚拟仿真平台进行实验教学改革的措施

3.1创新实验内容，改革实验教学方法

为了吸引学生到实验课堂中来，培养学生灵活的运用所学知识能力，在课程内容的安排以及教学方法的改革上应紧紧围绕学生能力培养来进行。在实验过程中，老师只需提出实验项目及需要达到的实验效果，而不需要讲解具体的实验原理和实验步骤。学生在运用所学理论知识尝试操作，在尝试的过程中学生会主动思考，出现问题想办法解决，然后老师再对大家的共性问题进行点拨。特别是拥有了虚拟仿真平台后，学生可以远程访问实验系统，因此设计具有足够灵活性和引导性的项目内容显得尤为重要，让学生能投入到探索问题的乐趣中去，自然各种能力也得到了相应的提升。

3.2建立适应不同层次需求的培养方案

由于学生层次和能力不同，需要建立不同版本的人才培养方案。根据不同的需求制定实验学时、实验内容及实验项目等，并根据实验效果及时调整方案。将方案提供到虚拟仿真实验中心网站上，供其他兄弟院校参考，若有需要可以为他们提供无偿或者有偿的实验项目培训，最大化实现优质资源的共享与利用。

基于该虚拟仿真平台，通过制定不同层次的培养方案，自2000年来已顺利完成了美国大学生300余人、非洲水电站工程技术人员43人、葛洲坝电厂运行人员147人、河南西沟电力公司运行人员26人、天生桥水电厂运行人员98人、一本专业学生3500余人、科技学院三本/专科2400余人的培训或实验任务。

3.3建立科学的考核评价体系

传统的实验课程成绩评定主要以实验报告和平时考勤为主，该评价方式不利于激发学生学习的积极性，且易造成学生间相互抄袭实验报告情况[7]。对于实验课程而言，科学的考核评价体系应更侧重学生平时的表现。比如对水电站仿真实验中的四个项目，老师设置好相关“障碍”，学生若能解除“障碍”，并成功完成实验项目后记上相应分数，并鼓励学生自己设计创新型项目，根据项目创新程度及难易程度记上相应分数。只有制定好加分规则，学生的积极性马上被激发出来，会更认真得投入到实验中去，而老师不用再为学生抄报告，上课玩手机，玩游戏，讲话等而头疼了。

3.4开展丰富有趣的技术比武活动

为了进一步培养学生的专业素质和能力，借助该虚拟仿真平台开展丰富有趣的技术比武活动。在原有虚拟仿真实验平台的基础上开发设计一套贴近生产实际的考试题库，让学生提前感受实际工作的氛围和电力企业文化，通过设置一系列的激励措施，鼓励学生自主学习专研专业知识，更加热爱电力行业。进一步提高本校人才培养质量，为企业输送更多优秀爱岗敬业的专业人才。

4.结语

电气工程虚拟仿真实验既是对电气专业课程专业知识的综合应用，在实验工程中使学生加深对专业知识的理解，同时为学生踏入工作岗位，提高学生的动手能力打下坚实的基础。在虚拟仿真实验平台的基础上，通过一系列的改革措施，大大提高了教学效果及人才培养质量，得到了用人单位的好评。今后实验中心还将开发三维的、实验项目更多更复杂的虚拟仿真平台，进一步加大学生实践能力和创新能力的培养。

参考文献：

[1]教育部.关于印发《国家教育事业发展第十二个五年规划》的通知[Z].教发[2012]9号，2012-06-14.

[2]施开良，姚天扬，俞庆森. 创新型人才培养规律和模式的探讨[J].实验室研究与探索，2004，23（3）：1-3.

[3]王卫国，胡今鸿，刘宏.国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J].实验室研究与探索， 2015. Vol.34 No.5：214-219.

[4]朱清时.求解创新型人才培养的困局[J].中国高等教育，2009（20）：4-6.

[5]梁文耀，陈武喝.基于创新能力培养的自主性实验教学改革探讨[J].实验室研究与探索， 2012. Vol.31 No.8：289-291.

[6]李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013. Vol.32 No.11：5-8.

[7]王建伟.新时期综合型大学实验实践教学模式与创新[J].科技管理研究，2010（11）：121-123.

作者简介：

鲁明芳（1982—），女，湖北宜昌人，硕士，讲师，研究方向为电力系统运行及控制。