基于虛擬仿真平臺的電氣工程實驗教學改革研究

魯明芳 陳大偉 何博雅

【摘要】本文通過探討傳統的實驗教學內容、教學方法、教學資源等方面的現狀，提出了基于虛擬仿真平臺進行實驗教學改革的必要性。通過創新實驗內容、制定不同層次培養方案、建立科學的考核評價體系以及開展豐富的技術比武活動等具體改革措施，大大提高了人才培養質量，得到了用人單位的肯定。

【關鍵詞】虛擬仿真 實驗教學改革 主動性

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）06-0251-02

1.前言

隨著我國經濟發展步入新常態，黨中央指出必須把創新擺在國家發展全局的核心位置，新形勢和新任務對高等教育實施內涵發展、提高國際競爭力提出了更高的要求[1-2]。如何借助于實踐課程來逐步提升學生的動手能力、分析和解決問題的能力乃至創新創業能力等成為廣大教育工作者研究的重要課題。

目前，由于教學資源匱乏、教學內容陳舊、教學方式方法單一等導致實驗課程對人才的培養并未達到相應的預期，部分實驗課甚至出現學時縮減以及停開。教育部從2013年起開展了國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，并首批評審出100個國家級虛擬仿真實驗教學中心[3-4]。三峽大學仿真實驗室于2015年獲批為電氣工程國家級虛擬仿真實驗教學中心，為了進一步提高人才培養質量，圍繞該虛擬仿真實驗平臺進行相關教學改革顯得尤為重要。

2.基于虛擬仿真平臺進行實驗教學改革的必要性

2.1教學內容陳舊，缺乏吸引力

許多老師在踏上講臺之初會花很長時間備課，準備課件和教案，但當講過一兩遍講熟之后便不會再重新備課及更新講課內容。對于理論課如此，對實驗課更是如此，重復講過多次后老師便會產生厭倦情緒，老師講的缺乏激情，學生便也失去了吸引力。課下經常會有學生問道，學這門課有什么用，學這個內容有什么用，做這個實驗有何用，即便沒提問的學生也僅僅只是機械的完成了老師布置的習題以及任務。其實他們并不覺得所學內容真的沒用，而是覺得它們脫離生活，脫離實際，也就是理論與實踐沒有好好結合起來，使學生們觸摸不到課程的本質。

再者，傳統的教學觀念是以傳授知識為中心的繼承性教育，重理論而輕實踐，表現為“重理論、輕實驗，重課堂教學、輕實驗教學”的思想根深蒂固[5]。因此實驗課程在整個課程體系中所分配學時一般較少，往往當學生熟悉系統熟悉設備后所剩時間僅夠進行一些驗證性和演示性實驗，對學生的分析能力、設計能力、創新能力等鍛煉遠遠達不到預期效果。

2.2 教學方法單一，缺乏主動性

大學很多教師還沿襲著初高中老師的教學方法，特別是實驗課，任然按部就班的從實驗目的、實驗設備、實驗系統、實驗方法，實驗步驟逐一進行講解，甚至還會對某些復雜的實驗步驟進行演示，其一是認為介紹清楚后學生入手快，能更快地進行操作，而且操作時不會出錯。其二是因為電氣工程實驗的危險性，老師要時刻保障學生和設備的安全。這樣雖然提高了效率和安全性，但是整個過程學生沒機會去自己探索，主動思考，知其然而不知其所以然。長此以往，養成了學生的依賴性和惰性，如若老師不講，便不知所措。

實際上大學所開設的實驗課程內容一般理論課程已講解過，學生對于操作方法及相關原理應很熟悉，教師應對學生有足夠信心，給學生自己探索，自主創新的機會和空間。

2.3 實驗教學資源不足，缺乏靈活性

由于實驗設備價格昂貴，特別是電力工程全過程中具有很多高溫度、高壓力、高電壓等極端和危險的環境，實驗中存在高風險、高能耗、高成本的問題[6]。造成實驗課程開課課時不足，以及很多學生共用一組設備或者系統，使得很多學生根本沒有動手機會，學習效果可想而知。為了解決實驗教學資源不足的問題，很多高校通過自主研發或者購買的方式擁有了一系列虛擬仿真實驗平臺。

3.基于虛擬仿真平臺進行實驗教學改革的措施

3.1創新實驗內容，改革實驗教學方法

為了吸引學生到實驗課堂中來，培養學生靈活的運用所學知識能力，在課程內容的安排以及教學方法的改革上應緊緊圍繞學生能力培養來進行。在實驗過程中，老師只需提出實驗項目及需要達到的實驗效果，而不需要講解具體的實驗原理和實驗步驟。學生在運用所學理論知識嘗試操作，在嘗試的過程中學生會主動思考，出現問題想辦法解決，然后老師再對大家的共性問題進行點撥。特別是擁有了虛擬仿真平臺后，學生可以遠程訪問實驗系統，因此設計具有足夠靈活性和引導性的項目內容顯得尤為重要，讓學生能投入到探索問題的樂趣中去，自然各種能力也得到了相應的提升。

3.2建立適應不同層次需求的培養方案

由于學生層次和能力不同，需要建立不同版本的人才培養方案。根據不同的需求制定實驗學時、實驗內容及實驗項目等，并根據實驗效果及時調整方案。將方案提供到虛擬仿真實驗中心網站上，供其他兄弟院校參考，若有需要可以為他們提供無償或者有償的實驗項目培訓，最大化實現優質資源的共享與利用。

基于該虛擬仿真平臺，通過制定不同層次的培養方案，自2000年來已順利完成了美國大學生300余人、非洲水電站工程技術人員43人、葛洲壩電廠運行人員147人、河南西溝電力公司運行人員26人、天生橋水電廠運行人員98人、一本專業學生3500余人、科技學院三本/專科2400余人的培訓或實驗任務。

3.3建立科學的考核評價體系

傳統的實驗課程成績評定主要以實驗報告和平時考勤為主，該評價方式不利于激發學生學習的積極性，且易造成學生間相互抄襲實驗報告情況[7]。對于實驗課程而言，科學的考核評價體系應更側重學生平時的表現。比如對水電站仿真實驗中的四個項目，老師設置好相關“障礙”，學生若能解除“障礙”，并成功完成實驗項目后記上相應分數，并鼓勵學生自己設計創新型項目，根據項目創新程度及難易程度記上相應分數。只有制定好加分規則，學生的積極性馬上被激發出來，會更認真得投入到實驗中去，而老師不用再為學生抄報告，上課玩手機，玩游戲，講話等而頭疼了。

3.4開展豐富有趣的技術比武活動

為了進一步培養學生的專業素質和能力，借助該虛擬仿真平臺開展豐富有趣的技術比武活動。在原有虛擬仿真實驗平臺的基礎上開發設計一套貼近生產實際的考試題庫，讓學生提前感受實際工作的氛圍和電力企業文化，通過設置一系列的激勵措施，鼓勵學生自主學習專研專業知識，更加熱愛電力行業。進一步提高本校人才培養質量，為企業輸送更多優秀愛崗敬業的專業人才。

4.結語

電氣工程虛擬仿真實驗既是對電氣專業課程專業知識的綜合應用，在實驗工程中使學生加深對專業知識的理解，同時為學生踏入工作崗位，提高學生的動手能力打下堅實的基礎。在虛擬仿真實驗平臺的基礎上，通過一系列的改革措施，大大提高了教學效果及人才培養質量，得到了用人單位的好評。今后實驗中心還將開發三維的、實驗項目更多更復雜的虛擬仿真平臺，進一步加大學生實踐能力和創新能力的培養。

參考文獻：

[1]教育部.關于印發《國家教育事業發展第十二個五年規劃》的通知[Z].教發[2012]9號，2012-06-14.

[2]施開良，姚天揚，俞慶森. 創新型人才培養規律和模式的探討[J].實驗室研究與探索，2004，23（3）：1-3.

[3]王衛國，胡今鴻，劉宏.國外高校虛擬仿真實驗教學現狀與發展[J].實驗室研究與探索， 2015. Vol.34 No.5：214-219.

[4]朱清時.求解創新型人才培養的困局[J].中國高等教育，2009（20）：4-6.

[5]梁文耀，陳武喝.基于創新能力培養的自主性實驗教學改革探討[J].實驗室研究與探索， 2012. Vol.31 No.8：289-291.

[6]李平，毛昌杰，徐進.開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設提高高校實驗教學信息化水平[J].實驗室研究與探索，2013. Vol.32 No.11：5-8.

[7]王建偉.新時期綜合型大學實驗實踐教學模式與創新[J].科技管理研究，2010（11）：121-123.

作者簡介：

魯明芳（1982—），女，湖北宜昌人，碩士，講師，研究方向為電力系統運行及控制。