區(qū)域共享的電氣專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究

摘 要：在我國電氣工程專業(yè)中，電力系統(tǒng)學(xué)科實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)主要面對(duì)的是高電壓、大電流，為了保護(hù)學(xué)生的人身安全，利用虛擬實(shí)驗(yàn)的條件模擬仿真電力系統(tǒng)的實(shí)際環(huán)境，完成專業(yè)的實(shí)踐授課。同時(shí)我國各大城市建設(shè)了大學(xué)城區(qū)，高校居多，多個(gè)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先專業(yè)共存，此區(qū)域擁有著優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源和龐大的學(xué)生群體。因此，針對(duì)高校的電氣相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)，將優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源為本地區(qū)高校所共享，利用通訊技術(shù)及遠(yuǎn)程操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外校學(xué)生足不出校就可以利用到筆者學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)條件完成實(shí)踐教學(xué)和自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)。本文通過分析研究認(rèn)為，通過系統(tǒng)完善的建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室區(qū)域化資源共享，不僅可以節(jié)約高校的辦學(xué)經(jīng)費(fèi)充分利用教學(xué)資源，還可以促進(jìn)多校共同協(xié)作，加強(qiáng)合作。

關(guān)鍵詞：優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源區(qū)域 電氣專業(yè) 虛擬實(shí)驗(yàn) 模擬仿真

高等教育改革的目標(biāo)之一是突出對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的改革需求相對(duì)于理論教學(xué)手段的改革是更為迫切的。我國電氣工程類產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展、用人需求迅猛，電氣工程類專業(yè)成為普通高校大類招生的熱門專業(yè)，招生規(guī)模較大，技術(shù)進(jìn)步速度快，我國普通高校實(shí)驗(yàn)條件更新速度與此不相適應(yīng)。考慮到成本因素，專業(yè)設(shè)備購置數(shù)量不足，專業(yè)實(shí)驗(yàn)需要多輪次完成，超載運(yùn)行。由于受到實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的限制，筆者學(xué)校電氣工程專業(yè)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，實(shí)驗(yàn)室改革成為必然。并且為了保護(hù)學(xué)生的人身安全，虛擬實(shí)驗(yàn)室成為了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新趨勢(shì)，是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的補(bǔ)充和發(fā)展。

虛擬實(shí)驗(yàn)室為利用分散的信息和通信技術(shù)以創(chuàng)造及獲取成果為目的，在科研與其他創(chuàng)造性活動(dòng)中進(jìn)行遠(yuǎn)距離合作和實(shí)驗(yàn)的一種電子協(xié)作組織。特點(diǎn)為靈活性高、成本低，在某些領(lǐng)域幾乎替代了傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)。筆者學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)為以電力系統(tǒng)為主，所學(xué)專業(yè)面對(duì)的是高電壓，大電流的環(huán)境。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)為了保護(hù)學(xué)生的人身安全，要求我們利用虛擬實(shí)驗(yàn)的條件模擬仿真電力系統(tǒng)的實(shí)際環(huán)境，完成專業(yè)的實(shí)踐授課。同時(shí)，我們借助高校集中的優(yōu)越的地理環(huán)境，各高校形成一個(gè)“教學(xué)共同體”，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、資源共享，筆者學(xué)校通過以優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源區(qū)域共享為導(dǎo)向，大力開展電氣專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)基地，使學(xué)生更好地掌握與本專業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)與實(shí)踐，達(dá)到學(xué)校共贏與學(xué)生受益的目的。

一、以虛擬實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)的區(qū)域化資源

目前我國大學(xué)教育不再是邊緣化、獨(dú)立化的高等教育，大學(xué)已經(jīng)進(jìn)一步打開面向政府、社會(huì)、國際高等教育的大門，首當(dāng)其沖的是學(xué)校與學(xué)校之間要形成開放的態(tài)勢(shì)。在大學(xué)集中的優(yōu)勢(shì)區(qū)域，區(qū)位因素更使得大學(xué)之間的相互開放成為應(yīng)有之義，先有開放的理念，才會(huì)有合作、互補(bǔ)和共建。任何一所大學(xué)都不可能滿足在數(shù)量上日益增長(zhǎng)、在個(gè)性上越來越張揚(yáng)的學(xué)生的需要，利用外校的富余資源、優(yōu)質(zhì)資源，各高校形成一個(gè)“教學(xué)共同體”，完全可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、資源共享，根據(jù)學(xué)校的區(qū)域特點(diǎn)制訂科學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，促進(jìn)學(xué)校的可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到共生共贏的目的。筆者學(xué)校所在的沈陽市沈北新區(qū)擁有沈陽師范大學(xué)、遼寧大學(xué)、沈陽航空航天大學(xué)、沈陽醫(yī)學(xué)院、沈陽工程學(xué)院、中國醫(yī)科大學(xué)、沈陽藥科大學(xué)七所高校，同時(shí)還擁有石油化工，交通技術(shù)等高職高專等學(xué)校，此區(qū)域擁有著優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源和龐大的學(xué)生群體。在此區(qū)域的大多數(shù)高校中都擁有自動(dòng)化，設(shè)備制造維護(hù)等與電氣、電子類相關(guān)的專業(yè)，而同類專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)條件目前以筆者學(xué)校最為突出。項(xiàng)目的研究以沈陽工程學(xué)院為主導(dǎo)建成沈陽沈北地區(qū)高校電氣相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)聯(lián)盟，將筆者學(xué)校的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源為本地區(qū)高校所共享，利用通訊技術(shù)及遠(yuǎn)程操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外校學(xué)生足不出校就可以利用到筆者學(xué)校虛擬實(shí)驗(yàn)條件完成實(shí)踐教學(xué)和自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)。

筆者學(xué)校電氣工程專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，已建成相對(duì)完整、系統(tǒng)、合理的電氣工程專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)基地群，可以完成自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)從基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、電氣類專業(yè)課的系統(tǒng)化實(shí)踐教學(xué)模式。同時(shí)利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)和實(shí)驗(yàn)教師團(tuán)隊(duì)開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)界面，結(jié)合相關(guān)自動(dòng)化虛擬實(shí)驗(yàn)軟件如美國NI公司的labview等，最大化開發(fā)了電氣類相關(guān)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)基地群的利用效率，使優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源為多專業(yè)多學(xué)科的學(xué)生服務(wù)；同時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和評(píng)價(jià)模式，鼓勵(lì)學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)基地群的強(qiáng)大研發(fā)能力，獨(dú)立研發(fā)，自主創(chuàng)新，培養(yǎng)獨(dú)立創(chuàng)新能力，成績(jī)?cè)u(píng)定不再以實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為唯一標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生自主創(chuàng)新的想法實(shí)踐都可以作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)佐證；在實(shí)驗(yàn)室管理方面，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)管理模式，本著“以生為本”的理念，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了自主選課，遠(yuǎn)程答疑，提交作業(yè)報(bào)告等相關(guān)工作，為學(xué)生提供了一個(gè)寬松、自由的實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)境，同時(shí)電子系統(tǒng)解決了學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)報(bào)告重復(fù)率過高的問題；在區(qū)域性共享方面，虛擬實(shí)驗(yàn)基地成功地實(shí)現(xiàn)了在區(qū)域內(nèi)多校區(qū)多專業(yè)的實(shí)踐實(shí)習(xí)工作，成為沈北道義七校自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)共享聯(lián)盟的主導(dǎo)者，為區(qū)域性專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及共享起到了示范作用。

二、區(qū)域化資源共享建設(shè)

區(qū)域化教學(xué)資源的共享，不僅僅是可以跨學(xué)校選課，更重要的是可以保證學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)實(shí)效性。虛擬實(shí)驗(yàn)室具有的優(yōu)勢(shì)為不受到空間、時(shí)間、距離的限制，虛擬形式可以無限制地開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)資源，并且可做到無差異教學(xué)，自主化選擇。進(jìn)行區(qū)域化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)的建設(shè)為完善虛擬實(shí)驗(yàn)基地的信息化建設(shè)，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)管理，加大實(shí)驗(yàn)中心開放力度。建立網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，在網(wǎng)上及時(shí)發(fā)布實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求、信息、資源等，全面實(shí)行網(wǎng)上考核，通過不斷對(duì)實(shí)驗(yàn)室開放系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備進(jìn)行配備，建立實(shí)驗(yàn)室預(yù)約開放系統(tǒng)，學(xué)生通過網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、時(shí)間、工位，實(shí)現(xiàn)對(duì)象管理、開放管理、預(yù)約管理、審批管理和門禁管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的真正開放。中心所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)教室均配備了計(jì)算機(jī)和多媒體系統(tǒng)，并與校園網(wǎng)連通，構(gòu)成小型局域網(wǎng)。在保證學(xué)生完成必開實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，盡量給學(xué)生足夠的自主選擇空間，鼓勵(lì)學(xué)生充分利用實(shí)驗(yàn)中心的資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、科研、各類課外科技活動(dòng)和自主實(shí)踐活動(dòng)或?yàn)g覽。在激勵(lì)政策方面，通過校企合作在虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)立獎(jiǎng)學(xué)金，對(duì)開發(fā)出科學(xué)性、實(shí)踐性、操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行一定的獎(jiǎng)勵(lì)及表彰，以鼓勵(lì)學(xué)生積極投入實(shí)驗(yàn)開發(fā)、研究、推廣工作。目前實(shí)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以開發(fā)者名字命名的制度，這對(duì)學(xué)生開發(fā)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的熱情有很大激勵(lì)作用。

在區(qū)域化高校虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)踐基地建設(shè)的同時(shí)，項(xiàng)目研究同時(shí)也在更大范圍輻射虛擬基地的作用。通過產(chǎn)學(xué)研合作，與發(fā)電公司、電力企業(yè)、供電公司等行業(yè)相關(guān)單位展開合作。利用實(shí)驗(yàn)中心強(qiáng)大的軟件基礎(chǔ)，承擔(dān)了大量的企業(yè)橫向科研項(xiàng)目和職業(yè)技能培訓(xùn)工作，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)中心的應(yīng)用范圍，并取得了電力系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)技術(shù)考試培訓(xùn)考試資格。

在區(qū)域化資源共享建設(shè)中，另一個(gè)重要因素就是實(shí)驗(yàn)室教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)。實(shí)驗(yàn)教師要求較高的實(shí)踐開發(fā)能力，信息化知識(shí)儲(chǔ)備，獨(dú)立研發(fā)及較強(qiáng)的判斷能力。同時(shí)在系統(tǒng)維護(hù)中，需要專業(yè)的信息、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫等專業(yè)人才進(jìn)行管理。沈北新區(qū)虛擬實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟的經(jīng)驗(yàn)為相關(guān)專業(yè)技術(shù)服務(wù)需要進(jìn)行校企合作，利用專業(yè)技術(shù)公司為學(xué)校提供專業(yè)的服務(wù)，通過這種方式可以保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)實(shí)驗(yàn)教師團(tuán)隊(duì)需要有組織的分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、自主開發(fā)實(shí)驗(yàn)組，不同的組別負(fù)責(zé)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的管理，此種管理方式可以最大化發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教師的作用。

三、小結(jié)

本文所屬項(xiàng)目研究以電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)12級(jí)和13級(jí)作為對(duì)象展開虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)與利用調(diào)查。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括電工、電機(jī)、電力系統(tǒng)仿真、電網(wǎng)仿真、變電站仿真等一系列虛擬實(shí)驗(yàn)科目，在科學(xué)客觀的評(píng)價(jià)體系下，學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、操作熟練程度、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?yōu)秀率得到了普遍提高。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室利用時(shí)效比明顯提高，學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間顯著提高，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開出率、新項(xiàng)目開發(fā)數(shù)量都同比增加。學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)自主創(chuàng)新，開發(fā)研究，發(fā)表高水平論文十余篇，獲省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)性質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)十余項(xiàng)。

虛擬實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展將成為我國高校發(fā)展的必然，區(qū)域性共享也必將成為未來高等教育的熱點(diǎn)，在本文所作研究中，區(qū)域性虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)還存在著一些不可忽視的問題，如單一高校主導(dǎo)的虛擬實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)面臨著資金的巨大考驗(yàn)，同一專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)器共享需要做到服務(wù)器虛擬升級(jí)的技術(shù)問題，校企合作中學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的成果歸屬及轉(zhuǎn)化問題等。綜上所述，區(qū)域性虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)雖然面臨一些問題，但其對(duì)資源整合利用，高校教學(xué)自主化和現(xiàn)代化發(fā)展有著不可估量的意義，其所蘊(yùn)含的價(jià)值也不僅僅體現(xiàn)在目前研究評(píng)估中所可計(jì)算的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。高校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、信息化建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，高校聯(lián)盟形成區(qū)域化共享教學(xué)都必將成為未來我國高等教育的發(fā)展方向。

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（作者單位：沈陽工程學(xué)院）