以虛擬仿真平臺為依托的電氣工程實驗教學改革探索

陳楚雄

（湖南財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，衡陽 421002）

一直以來，實驗室的建設(shè)都是電氣工程專業(yè)的重中之重，電氣工程專業(yè)涉及的內(nèi)容多，教學難度高，通過實驗教學，能夠幫助學生做到學以致用，提高其動手能力與創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)以硬件裝置為基礎(chǔ)的實驗基地費用偏高，教師工作量較大，硬件趨于模塊化，操作具有一定的危險性。基于此，應(yīng)用以虛擬仿真平臺為依托的電氣工程實驗教學模式，取得了良好的成效。

1 電氣工程虛擬仿真平臺的建設(shè)歷程

關(guān)于電氣工程虛擬仿真平臺的建設(shè)，可以追溯至上世紀80年代的麻省理工大學，美國政府在核科學、天體物理、電氣工程等專業(yè)中建立了虛擬實驗室，取得了良好的效果。相較于西方國家，我國在虛擬仿真平臺的建設(shè)上起步較晚，但是在短時間內(nèi)得到迅速發(fā)展。目前，多個高校都成立了虛擬仿真實驗教學平臺，引入各類仿真技術(shù)，部分高校水平達到了發(fā)達國家水平，為電氣工程實驗教學活動的改革提供了導向。

2 虛擬仿真平臺的建設(shè)內(nèi)容

2.1 IPS互聯(lián)電力系統(tǒng)實驗平臺的建設(shè)

IPS互聯(lián)電力系統(tǒng)實驗平臺包括無窮大系統(tǒng)、變電站、輸電線路柜、發(fā)電廠、負載等構(gòu)成，以此為基礎(chǔ)，可以根據(jù)學生的實踐要求來設(shè)置輸電線路、發(fā)電廠、變電站、單元組件等，構(gòu)建為獨立實驗平臺。此外，可以根據(jù)軟件與硬件技術(shù)的更新來開發(fā)能量管理系統(tǒng)與大型電力系統(tǒng)，適合應(yīng)用在電氣工程專業(yè)多個實驗項目中，也可以作為教師、學生的科研平臺，能夠靈活調(diào)節(jié)，非常便利。

2.2 三維仿真實訓平臺

三維仿真實訓平臺是基于電氣工程帶電作業(yè)作為基礎(chǔ)，利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，與實訓基地配合，構(gòu)建出沉浸式、仿真化、互動式的培訓仿真，能夠為學生提供真實的空間，跨越了空間、時間等因素的限制。通過三維仿真實訓平臺的應(yīng)用，學生可以在真實的環(huán)境中學習相關(guān)的技能與知識，并通過操作提高他們的技能與安全意識，加上實訓平臺的應(yīng)用和配合，有效解決了工學之間的矛盾，是傳統(tǒng)實訓平臺所無法比擬的。

2.3 崗位實訓平臺

崗位實訓平臺的建設(shè)采用了WEB技術(shù)、多媒體技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠開展關(guān)于電氣工程的理論培訓、工作技能學習、作業(yè)流程培訓、技能基礎(chǔ)培訓、在線互動培訓、考核評估等。通過崗位實訓平臺的應(yīng)用，有助于提高學生的技能水平，也可以參加在線職業(yè)技能鑒定，為學生的考核提供了方便。

2.4 二次設(shè)備實訓平臺

在平臺的建設(shè)上，引入變電站一次與二次設(shè)備，并采用數(shù)字信號處理技術(shù)、數(shù)字仿真技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、暫態(tài)仿真技術(shù)等，學生可以參與變電檢修、自動化運動系統(tǒng)、繼電保護的維護、調(diào)試、操作、檢修實訓。

2.5 配電設(shè)備實訓平臺

在配電設(shè)備實訓平臺的建設(shè)上，應(yīng)用計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、三維動畫技術(shù)，采用通訊系統(tǒng)、一次與二次設(shè)備對系統(tǒng)工作原理、運行維護、結(jié)構(gòu)、技術(shù)理論作出講解。該種授課方式生動、直觀、實用、豐富，可以滿足自動化、調(diào)控運行、通訊運維、現(xiàn)場運檢的學習和培訓需求。

2.6 變電站五防系統(tǒng)平臺

變電站五防系統(tǒng)平臺是由以往的五防項目升級而來。傳統(tǒng)的五防項目包括模擬盤、開關(guān)柜、學員機、教員機組成，開關(guān)柜采用了模擬開關(guān)柜，沒有設(shè)置地刀、小車開關(guān)、保護電氣設(shè)備。新型變電站五防系統(tǒng)平臺是對傳統(tǒng)項目的升級，加裝了保護設(shè)備、地刀、小車開關(guān)等，能夠滿足完全仿真的要求。

3 以虛擬仿真平臺為依托的電氣工程實驗的應(yīng)用效果

3.1 提高了教師團隊的創(chuàng)新能力

要提高電氣工程實驗教學的效果，關(guān)鍵在于教師團隊，在實施以虛擬仿真平臺為依托的電氣工程實驗教學后，為教師團隊提供了完善的軟硬件設(shè)備支持，整合研究方向，強化、突出了技術(shù)特色，提高了教師團隊的創(chuàng)新能力與實踐能力。在虛擬仿真平臺成立之后，教師有更多的科研時間，這能夠顯著推動科技創(chuàng)新活動的順利開展。對于學生實踐能力、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)有著重要的價值和作用。

3.2 為電氣工程學科提供科研平臺

在虛擬仿真項目建設(shè)完畢后，為電氣工程學科提供了有益的創(chuàng)新、科研平臺，改善了電氣工程的學科研究與實驗條件。在項目實施后，學生的參與積極性得到了顯著提升，在教師的引導下，大多數(shù)學生可以在自主學習、合作學習模式的支持下完成項目，與傳統(tǒng)實驗教學相比，有效提高了學生的創(chuàng)新能力與實踐能力。此外，虛擬仿真平臺的建設(shè)實現(xiàn)了資源共享，為學校、科研單位提供了科研、實訓支持。

4 結(jié)束語

電氣工程實驗教學一直都是電氣工程專業(yè)教學的難點，也是重點，由于在具體操作中需要面臨大電流、高電壓問題，因此，虛擬仿真平臺的建設(shè)成為電氣工程實驗教學改革的重要方向。虛擬仿真平臺的建設(shè)能夠提供真實的情境，且不會產(chǎn)生安全隱患問題，創(chuàng)設(shè)出了多元化的實驗情境，在虛擬仿真平臺建設(shè)完畢后，為教師的“教”，學生的“學”提供了便捷，有效提高了學生的創(chuàng)新能力和實踐能力。當然，虛擬仿真平臺的建設(shè)還處于初級發(fā)展階段，還需要我們進行深入的探究，充分發(fā)揮出平臺的教學作用。