新工科下电气类虚拟仿真实验中心建设的探讨

刘海珊 刘瑾 李洪芹

摘要：高教部指出虚拟仿真实验教学是一种全新的、融合的实验教学模式。文章分析了当前电气类实验教学现状，从实验教学现状、建设的必要性、目的及中心应具备的特点展开讨论，明确了虚拟仿真实验室应以学生为本，以信息化教学为模式进而共享优质实验教学资源。

关键词：虚拟仿真;电气;信息化

中图分类号：G647     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）14-0383-02

一、引言

中国本科教育当前已经进入了新时代，比如教育部制定了“双万”计划，为全面整顿本科教学秩序：淘汰“水课”、打造“金课”、取消清考等，所有措施都明确了本科教育的地位。而今，教育部大力推崇和发展的示范性虚拟仿真实验教学项目，落实到各高校则是以学院相关专业课程为建设主体。协同企业的研发和创新能力，系统地建设与整合虚拟仿真实验的优质教学资源，服务于教师和学生。

按照学科专业的需求，建设虚拟仿真实验室，其建设成果更体现了高校对自主知识产权的开发，并可网络化运行实现资源共享。何为虚拟仿真？其实验教学资源分为程序和系统两大类：程序可构建虚拟环境，并实现实时仿真、实时互动的程序;系统则需要终端硬件设备支持。二者共同协作完成虚拟仿真实验。如何建好电气类虚拟仿真实验室，本文就以下几点展开分析。

二、高校电气类实验室特点。

随着高等院校应用型本科建设的推进，高校由“教学型为主”向“教学科研型并进”改革的深入，高校教师提升科研能力的关键场所即为实验室。当前各高校的电气类实验室现状如下。

1.实验教学的关注度。现阶段各高校人才培养方案中规定实验学时达到16个学时的课程须独立设课，凸显了对实验教学的重视。人才培养方案对理论课程和实验课程的差别对待，使学生形成一种重理论轻实验的思想意识。

2.实验教学课时不足。根据应用型本科人才培养方案的新要求，各专业理论课程的总学分有所减少，也就意味着教学总课时减少。而实验课是需要多次实验操作来验证的，若减少实验课时数，则会直接影响实验教学效果。

3.实验教学内容需更新完善。在实际教学过程中，各专业的实验课往往紧密跟随理论课程，但在实际操作中二者的衔接及实验课程常出现教学内容不匹配的问题。同时现阶段实验教学内容又受实验装置限制，从而容易导致实验教学内容的重复、脱节。

4.实验教学条件有待改善。高校要投入大量人力、物力和财力，解决实验室中的实验教学仪器和配套设备存在老化等问题。同时实验室数量有限，面向学生的开放性实验室严重不足，使得学生为迎接各类竞赛等开展实验创新活动场地不够，实验教学条件亟待改善。

上述问题的存在，在一定程度上限制了实验教学质量的提高，更制约了应用型人才的培养。因此，学生创新能力培养和教师教学研究性转变，亟须对现有的实验教学模式进行优化，虚拟仿真实验室则呼之欲出。应以虚拟实验室建设为契机，更好地发挥实验教学对创新实践型人才培养的作用。

三、虚拟仿真实验室建设的前提

想单纯靠硬件儀器来打造高水平的实验室面临着随时落后的危机。现有的基础实验设备种类多且数量大，实验教师的教学与设备管理任务非常繁重。开展虚拟仿真实验室建设时需注意以下几点。

1.夯实基础，紧跟学科前沿。为培养应用型人才，各高校各施所长。以电气类虚拟仿真实验室建设为例，电气类学科是一个传统领域，但它又与其他学科领域的新技术交叉融合，适应于电气类专业的虚拟仿真实验室必须紧跟电气类专业学科发展的新方向、新动态。

2.人才培养发展的需要。虚拟仿真实验室的建设要紧密围绕本专业的人才培养计划。比如上海工程技术大学已发展成一所学科门类齐全、办学特色鲜明的应用型本科院校。学校近年来不断加大人才引进，强化校企结合的创新人才培养模式，深化教学改革，持续提高教育质量。

3.设计课程内容的需要。专业课程是培养人才的关键。以电气工程及其自动化专业为例，该专业学习电气工程领域的理论、方法及工程应用，课程体系注重强电与弱电结合。现有实验室大多采取封闭式教学模式，限制了“优化课内，强化课外”的教学意识，缺乏“从概念到产品”的开发训练。同时，在很多实验教学环节中都存在高耗能、高危险等不易实现的环节。以虚拟仿真实验代替强电课程实验则显得更为适宜，有效解决传统实验平台建设周期长、投入大、后期实验仪器性能老化、设备维护不到位等问题。

4.师资力量提升的需要。要培养学生的创造力，师资队伍建设必须先行。创新思维的前提是实验环境的丰富资源，基于硬件的实验平台显然受到制约。虚拟仿真实验室借助网络化教学模式，转化为开放式实验室，可以改善传统实验室的时间和空间的局限性，吸引学生根据自身的爱好、专业兴趣自主选择实验内容，有效拓展实验渠道，丰富课外学习内容。所以，建立虚拟仿真实验室是摆在电气类实验室面前的一个崭新课题。

四、虚拟实验室建设的目标

电气类虚拟仿真实验室的建设应融合现代电气技术、虚拟仿真实验技术、网络技术于一体。构建以电气类学科基础课程为教学内容的虚拟仿真实验室，既可以构建校内共享的在线虚拟教学与实验实训的“理、虚、实、训”一体化的学习环境，又有利于推动培养学生的创新精神、提升学生的实践能力。同时，提升高校实践教学信息化和资源开发共享水平，推进区域经济发展方式转变。适应于电气类虚拟仿真实验室应具备的特点如下。

1.多样化。教学资源传播网络化随着大数据、云计算、“互联网+”等信息化技术的发展更为突出。虚拟仿真实验室利用高科技，实现实时网络课堂，将教学形成一体化课程，学生自主学习。这种多样性为一体的混合式教学模式，使得传统以教师为中心的教学模式将退出历史舞台。

2.人性化。虚拟仿真实验教学削弱了时间和空间限制。学生可以根据自身理论学习情况，随时获取教学资源。同时实验系统又可对学生的学习行为、效果与成绩进行动态展示与激励，激发学生的学习热情。

3.全方位。虚拟仿真实验不仅支持学科基础教学课程群，还适合开发支持综合实验和设计性实验。虚拟仿真实验融合多种新技术，形成集仿真技术于一体的教学资源库来支持多种教学类型。随着教学的深入，教师可不断将自己的教学成果添加到系统中。

五、结论

虚拟仿真实验室的出现符合新工科教育教学：教学方式由以“教”为主的传统模式进入更具创新性和挑战性的以“学”为主的模式。推动虚拟仿真实验室建立，通过网络化的理论学习，身临其境的虚拟仿真实验从软件到硬件，从产品概念到设计完成，从虚拟到现实，实现了整个电气技术探究过程。以激发教师的研发与创新能力，培养学生自主学习和管理的能力，践行着“理”“虚”“实”一体化教学理念，实现以现代信息技术推动高等教育教学质量提升的“变轨超车”。

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Abstract：The Ministry of Higher Education has given an important directions：virtual simulation experiment teaching is a suitable model.This paper first analyses the current situation of electrical experiment teaching，and then discusses the current situation of experimental teaching，the necessity of construction，the purpose and the characteristics of the center.It is clear that virtual simulation laboratory is student-oriented and take information-based teaching as the mode to realize sharing of high-quality experimental teaching resources.

Key words：virtual simulation;electrical;information technology