虚拟仿真软件在能源类专业实验中的应用研究

（吉林建筑科技学院，吉林 长春 130114）

0 引言

能源专业在国家高等教育学科中，扮演着越来越重要的角色，尤其是随着新能源技术的不断发展，国家对于环境科学、能源科学等新兴行业的投入更加明显。而能源技术专业又是实践性非常强的学科，需要大量的实验操作来支撑学生的知识体系，作为当前素质教育主要的教学方式之一，实验教学能够有效提升学生的专业技能、提高学生的实践能力，也是当前我国高等教育重要的手段之一。由于能源专业的特殊性，很多教学内容无法在实际的教学场景中有效的展示出来，因此需要借助虚拟仿真软件来向学生展示。虚拟仿真软件的应用，为教学提供了良好的教学手段，也为实验教学提供了技术支持[1]。

1 虚拟仿真软件在新能源专业实验教学中的应用价值

随着国家能源战略的不断提升，对于环境保护、生态建设的投入更加深入，在新能源建设领域，国家大力支持发展新科技、新能源，并将新能源列入国家发展规划中，尤其是近些年来，对于新能源汽车的补贴政策不断完善，催生了大量的新兴行业，如在车辆通行方面给予限行城市绿色通行牌照、提供购置税减免政策等等。新能源汽车的补贴也从侧面反映了国家在能源建设方面投入的决心，这也给高校新能源专业的教学提升提出了新的要求。例如在新能源专业中，为了提高学生对于新能源汽车的知识掌握能力，很多高校在教学过程当中，需要大量的去采购新能源汽车设备及相关的教学工具。但是受制于经费、场地等客观因素，最终落实的情况并不理想，而通过虚拟仿真软件的应用可以很好的解决在基础知识教学、汽车零部件、汽车维修等方面的问题。通过虚拟软件的使用，能够极大地降低高校实验教学场地建设等方面的成本，降低教学费用。另外，通过虚拟仿真软件的应用，也能够帮助学生更好地感知知识内容，提高学生参与教学的积极性。在其他能源专业的教学中，因为涉及到较多的高压设备，通过虚拟仿真软件的使用，能够有效地避免这种因高压泄漏而对实验教学产生的安全风险，这也是虚拟仿真软件，在提升能源专业实验教学效率和教学质量的重要体现。

1.1 降低建设成本，提升教学成效

在传统的实验室建设过程中，需要投入大量的场地和实验设备，而且在实验的过程中，因为受制设备数量的限制，很多学生只能轮流完成一些实验项目，这就导致整个实验的效率非常低下，学生在较短的时间内也很难对设备的知识进行有效掌握。通过虚拟仿真实验，只需要在原有的实验室中安装相应的应用软件，学生就可以针对实验过程进行模拟操作，不仅节省了设备占用的空间，同时对于实验室的教学效率有了大幅度的提高。目前，随着信息技术的不断的发展，设备的淘汰速度不断加快，很多高校在实验室采购设备上，已经与市场主流的设备类型产生脱节，而通过虚拟仿真软件能够实时更新到最新的产品，而且花费的成本较小，只需要让学生通过电脑就能够接触到市场上主流产品的性能和参数，有效避免了高效教学与市场需求脱节的问题[2]。

1.2 有效降低实验过程中的风险

如上文所述，除了在实验室操作过程中容易出现因作业不规范导致了高压泄漏之外，还可能会出现诸多危险情况。例如在拆装工具时出现漏电，实验室场地的油脂遗留可能导致学生摔伤的情况，以及在操作设备时因作业不规范导致的头发衣服碰到旋转部件，同时实验室里存在的噪音等，都会对学生的安全产生不同程度的影响。通过虚拟仿真技术能够为学生提供安全、安静的作业环境，学生只需要通过电脑屏幕和鼠标键盘的操作就能够实现与实物相同的实验设备的拆装检测以及产品性能的测试等，有效避免了实验过程中可能出现的问题。

1.3 提高教学质量，提升实验水平

在传统的能源实验操作过程中，老师通常会将学生分组或者在学生逐一对设备进行操作后，再对实验的过程进行指导及实验后的评价。在整个实验过程当中，教师的任务量大，重复指导学生的错误，整个教学效果也不明显。而利用仿真软件，在学生实验操作过程中，软件会记录学生操作的每一个步骤，当学生操作失误后，系统会自动弹出实验数据指出学生错误的问题点，提示操作的无效性或者禁止学生操作某些动作，在学生得到系统的提示之后，再去找指导教师提问，直到对知识点有效的掌握为止。教师对于学生的考核也只需要将试题的标准答案输入到系统之后，学生随机的进行选题和抽题，包括对于仿真数据实施之后的结果进行提交，系统会根据学生的操作过程以及输入的选项进行自主判断，提示学生作业过程中存在的问题，同时也会对所有学生错误点以及知识薄弱的地方进行自动梳理，教师根据系统的数据在对知识点进行二次的讲解，这就大大提高了实验的成果，提高了教学质量[3]。

2 虚拟仿真软件技术在能源类专业实验教学中面临的主要问题

虽然在各大高校能源专业实验教学中，很多高校都开展了虚拟仿真软件的应用课程，以提高高校的实验教学效率和教学质量，但是其应用过程中也出现了不同的问题，给高校的能源专业实验教学开展带来的不同程度的影响。

首先，在能源专业实验教学过程中，指导教师对于仿真软件的应用能力还需要进一步提升。新能源专业作为一门以提升学生应用和实践能力为教学目标的学科，其教师大多数是具有高级职称和专业能力的教师，属于技术型教师。但是相比较于计算机教学软件，部分教师在使用以及教学方面还存在难以适应和操作不熟练的情况，这主要是部分教师对于虚拟仿真软件应用的掌握和了解不够深入，没有适应新时代带来的影响，只是受迫于教学或者学院的要求，去学习，并没有深入研究软件的操作细节。

其次，部分高校在硬件设施设备的更新上还存在缺陷。虚拟仿真技术的应用，需要稳定的硬件系统的支撑，仿真技术作为一种新兴的计算机信息技术，在软件的运行和使用上需要对其硬件进行更新。目前在很多高校能源类实验教学中，很多电脑设备老旧，其运行硬盘及显卡等运行效率较差，导致仿真技术软件在使用时出现卡顿、运行慢或者展示不全等情况，这都大大影响了实验教学的质量。

3 虚拟仿真软件技术在能源类专业中的应用实践

第一，强化教师队伍的仿真技术培训，提升教师的软件应用能力。作为一种新型的计算机仿真软件，教师在学生实验教学过程中担任着重要的角色，老师不仅是实验开展的引导者，同时也是教学知识的传播者，其对于虚拟仿真软件的应用能力，直接决定了实验教学的质量和成果转化。因此，在高校教师队伍中，需要不断加强教师队伍在仿真软件应用上的能力培养。虚拟仿真技术具有更新快、应用广泛等特点，参与教学的老师必须要有不断更新知识库的忧患意识，强化不断学习、持续学习的认知。加强教师队伍的培训频率，聘请专业的虚拟仿真软件工程技术人员对教师进行专门的强化训练，提升高校教师的教学能力，进一步夯实教学基础，提升高校教师在仿真技术软件应用于教学上的能力[4]。

第二，强化产学研合作教育，加大校企合作范围。产学研合作教育是实现学生知识转化的重要途径之一。虚拟仿真技术作为一种注重实践教育的应用软件，更需要将理论知识进行实践转化。学校与合作的企业开展产学研合作教育时，将企业的实验基地作为重要的学生实践场地，同时聘请企业的工程技术人员作为实验教学的工作者，帮助学生更好的理解专业知识，同时结合虚拟仿真软件为学生开展更加切实有效的教学，让学生能够处在工厂实际的场景中学习。同时在返校之后结合老师的理论知识，加深对于能源类专业知识的认知，实现理论与实践的结合。学校还应该加大产学合作过程中，学生利用暑假寒假等空余时间到合作企业中学习实践，提升学生的操作能力，进一步加深对于仿真技术软件中相关产业的理解，提升学生的社会实践能力。

第三，拓展虚拟仿真软件的应用范围。在全国大多数高等教育院校中，对于虚拟软件的应用主要还是局限于实验室，学生在自主学习的过程中很难寻找到优质的资源去学习。因此，对于仿真软件技术的应用和实践，院校还应该加大其软件技术的端口开放，让学生能够在宿舍、教室、图书馆等公共场所随时获取到软件的压缩包或者链接，能够更好地去利用自身时间对软件技术进行学习。同时还应该大力开放网上云课堂，让学生有更多的渠道和资源自主学习。仿真软件的应用需要学生花更多的时间去琢磨和思考，提高应用仿真软件技术的能力[5]。

4 结语

作为能源专业类最主要的教学方式之一，实验教学在教学过程中发挥着越来越重要的作用，虚拟仿真技术的应用更是加大了实验操作的可行性，提升了实验教学的质量，能够帮助学校在资金投入，场地设施建设等方面大幅度缩减运营成本。在未来的虚拟仿真技术软件应用上，高校应该不断的加大教师队伍能力建设培养，扩大应用软件的适用范围，提高软件利用效率。同时加大产学研合作，提高校企合作的深度和广度，让学生有更多的空间去接触仿真软件，提高学生对于能源产业的认知水平。随着计算机技术的不断发展，相信虚拟仿真技术软件的开发成本将会进一步的降低，其应用场景也会更加的广泛。未来的仿真技术也将更加具有真实感和互动性，为能源专业实验教学带来更好的体验。