新工科下虚拟仿真技术平台ぴ诘缙类专业中的应用探讨

杨京渝 彭丽 蔡振华

摘要：基于新工科建设理念，虚拟仿真平台的建设是解决电气类专业实践教学面临诸多问题的一个必然趋势。该文首先对电气专业在实践教学中存在的问题进行了分析;然后论述了虚拟仿真技术在实践教学中的重要性;最后，在满足高校新工科建设背景下，探討了适应于电气类专业的虚拟仿真实践教学体系的建设及实践教学模式的改革。通过虚拟仿真实践教学体系的构建与改革，从而提高学生工程实践能力和科研创新能力。

关键词：新工科;电气工程;实践教学;虚拟仿真

在新工科和工程教育认证背景下，高等学对学生工程实践能力和科技创新能力的要求也随之不断提高，特别是针对理工科专业尤为突出。如何在面向未来的新工科视域下探索实践教学模式的创新，培养满足新经济和产业所需的新型工程技术人才，已成为各高校新工科建设和教育改革的重点内容。而电气类专业作为其中极其重要的一个学科门类，将在电网向能源互联网升级，促进能源清洁低碳转型，助力实现碳达峰、碳中和目标的任务中发挥举足轻重的作用。为培养具有基础扎实、产业认知、多学科交叉背景的复合型电力人才，对电气专业的既有的实践教学模式提出了诸多新的问题和挑战。

基于虚拟仿真技术实验教学方法已经成为不可或缺的实验教学手段，但由于其教学模式、教学体系和教学内容还不够成熟，也导致了诸如各虚拟仿真实验系统独立分散、重复开发和资源浪费等弊端。为此，文章对虚拟仿真技术在电气类专业实践教学中的重要性、存在的问题、实验平台的建设和教学方法的改革进行了探讨。从而逐步优化实践教学体系，构建多层次、递进式、模块化的电气类专业高质量的虚拟仿真教学资源。

1新工科下电气专业在实践教学中存在的问题

1.1实践教学内容及条件有待更新完善

电气专业对实践能力要求较强，因此实践教学必须占据重要的地位。但目前，绝大多数高校存在对实验教学的关注度偏低、实验教学课时不足、实践教学缺乏严格的管理、没有合理的实践教学评价等问题。使学生形成一种重理论轻实验的思想意识，直接影响实验教学效果。同时，由于受限于实验装置，在实际操作中常出现实验内容与课程理论知识不匹配，从而导致实验教学内容的重复、脱节。现有的教学资源难以满足未来电力工业智能化的发展趋势。

1.2实践教学体系及评价不完善

电气类专业实验室的建设具有种类多、价格昂贵、高消耗、系统庞大复杂等特点，所以各高校均聚焦于电力行业的某个特定系统进行实验室建设，不能完整的体现电力系统从发电、变电、输电、配电到用电的全过程。传统的实验教学一般只包括基础实验课程和综合实验课程，很多创新实验如微电网、新能源发电、储能等研究热点实验还未建设。因此，现有电气专业实践教学体系不能满足未来国家和区域发展的重大战略需求。同时，实践教学缺乏教学标准、管理制度及考核标准，未立完善的实践教学评价体系，学生主动实践热情未能得到激发。

1.3校企合作有待加强

目前，大多数校企合作模式存在诸多问题，如合作对象单一化、教育内容陈旧等，同时，也缺乏相应的建设标准、监督标准、评价标准等。许多校企合作处于游离状态，使用率比较低，产教融合及创新成果的应用和转化效果不理想。

2新工科下虚拟仿真平台在实践教学中的重要性

2.1能完善实验教学课程体系

电气类专业实践课程由于实验设备价格非常昂贵以及教学环境危险，安全系数低等因素的制约，故传统的实验教学一般只包括基础实验课程和综合实验课程。基础实验课程主要涵盖如《电路》《工程电磁场》《电机学》等专业基础课程，达到夯实学科、专业基础知识的目的;综合实验课程主要涵盖如《电力系统稳态分析》《电力系统暂态分析》《电力系统继电保护原理》《高电压技术》《电力电子技术》《电气控制与PLC》等电气专业核心课程，达到培养工程实践能力的目标。但很多创新实验如微电网、新能源发电、储能等研究热点实验却无法完成，制约了学生主动开展实践创新的观念和意识。通过虚拟仿真实验，可构建完整的“基础实验综合实验创新实验”实践体系，保证实验项目的先进性与创新性，使学生能更好地理解专业知识，接轨行业热点，促进学生综合能力提升。

2.2能实现资源的有效共享

虚拟仿真平台的各类仿真实验可以基于互联网技术，能更好地实现资源的有效共享。一方面，学生可以不受实验条件的限制，可随时随地进行相关实验;另一方面各兄弟院校可相互提供更加完善的教学资源，共同挖掘并且开发优秀的教学资源。同时，可以助推校企合作，共建共享优质资源，构建科学系统的虚拟仿真教学环境和实践教学培养体系。

2.3能灵活调整教学环节

利用虚拟仿真教学平台能很好地解决传统教学实验内容的局限性，完成传统教学中部分实验项目无法实现的目标。一是通过虚拟仿真平台，可为学生提供安全可靠的实验内容及实验环节，有效避免实际操作可能引发的触电、着火等安全隐患，提升了实验的安全指数;二是教师和学生可灵活地选择和调整实验内容，学生根据自身的实际需求、实际能力以及兴趣爱好来学习，提升自己的学习能力;三是通过虚拟仿真，可以近距离的观察到如设备的动作过程和实验过程，比如断路器的动作过程及灭弧过程、放电原理及过程等，使学生能全面掌握电气专业的相关专业知识。

2.4能激发学生的学习兴趣

通过虚拟仿真实验，一是可以将重点、难点、抽象的专业知识通过仿真技术更好地展示在学生面前，很好地将理论与实践相结合，使学生更容易理解和接受;二是极大解决了实践与安全之间的矛盾，通过虚拟仿真完全避免了危险系数比较大及实验设备昂贵等问题，让学生放心大胆地进行实践动手操作;三是VR虚拟技术具有沉浸感、交互性、构想性等典型特征，使学生全身心地投入虚拟现实中去，真实看到实际运行的电力设备和状态，获得身临其境的感觉，增强了教学效果，激发了学生的记忆力、创造能力。