區域共享的電氣專業虛擬實驗室建設研究

摘 要：在我國電氣工程專業中，電力系統學科實驗實訓環節主要面對的是高電壓、大電流，為了保護學生的人身安全，利用虛擬實驗的條件模擬仿真電力系統的實際環境，完成專業的實踐授課。同時我國各大城市建設了大學城區，高校居多，多個優勢領先專業共存，此區域擁有著優質的教學資源和龐大的學生群體。因此，針對高校的電氣相關專業的實踐教學，將優質的教學資源為本地區高校所共享，利用通訊技術及遠程操作技術，實現外校學生足不出校就可以利用到筆者學校的虛擬實驗條件完成實踐教學和自主研發實驗。本文通過分析研究認為，通過系統完善的建設虛擬實驗室區域化資源共享，不僅可以節約高校的辦學經費充分利用教學資源，還可以促進多校共同協作，加強合作。

關鍵詞：優質教學資源區域 電氣專業 虛擬實驗 模擬仿真

高等教育改革的目標之一是突出對學生實踐能力和創新能力的培養。實驗教學手段的改革需求相對于理論教學手段的改革是更為迫切的。我國電氣工程類產業高速發展、用人需求迅猛，電氣工程類專業成為普通高校大類招生的熱門專業，招生規模較大，技術進步速度快，我國普通高校實驗條件更新速度與此不相適應。考慮到成本因素，專業設備購置數量不足，專業實驗需要多輪次完成，超載運行。由于受到實驗教學條件的限制，筆者學校電氣工程專業的傳統實驗不能滿足實驗教學的要求，實驗室改革成為必然。并且為了保護學生的人身安全，虛擬實驗室成為了實驗教學改革的新趨勢，是對傳統實驗教學手段的補充和發展。

虛擬實驗室為利用分散的信息和通信技術以創造及獲取成果為目的，在科研與其他創造性活動中進行遠距離合作和實驗的一種電子協作組織。特點為靈活性高、成本低，在某些領域幾乎替代了傳統的硬件實驗。筆者學校電氣工程及其自動化專業特點為以電力系統為主，所學專業面對的是高電壓，大電流的環境。實驗實訓為了保護學生的人身安全，要求我們利用虛擬實驗的條件模擬仿真電力系統的實際環境，完成專業的實踐授課。同時，我們借助高校集中的優越的地理環境，各高校形成一個“教學共同體”，優勢互補、資源共享，筆者學校通過以優質教學資源區域共享為導向，大力開展電氣專業虛擬實驗基地，使學生更好地掌握與本專業相關的基礎與實踐，達到學校共贏與學生受益的目的。

一、以虛擬實驗室為基礎的區域化資源

目前我國大學教育不再是邊緣化、獨立化的高等教育，大學已經進一步打開面向政府、社會、國際高等教育的大門，首當其沖的是學校與學校之間要形成開放的態勢。在大學集中的優勢區域，區位因素更使得大學之間的相互開放成為應有之義，先有開放的理念，才會有合作、互補和共建。任何一所大學都不可能滿足在數量上日益增長、在個性上越來越張揚的學生的需要，利用外校的富余資源、優質資源，各高校形成一個“教學共同體”，完全可以優勢互補、資源共享，根據學校的區域特點制訂科學的發展戰略規劃，促進學校的可持續發展，達到共生共贏的目的。筆者學校所在的沈陽市沈北新區擁有沈陽師范大學、遼寧大學、沈陽航空航天大學、沈陽醫學院、沈陽工程學院、中國醫科大學、沈陽藥科大學七所高校，同時還擁有石油化工，交通技術等高職高專等學校，此區域擁有著優質的教學資源和龐大的學生群體。在此區域的大多數高校中都擁有自動化，設備制造維護等與電氣、電子類相關的專業，而同類專業虛擬實驗條件目前以筆者學校最為突出。項目的研究以沈陽工程學院為主導建成沈陽沈北地區高校電氣相關專業的實踐教學聯盟，將筆者學校的優質教學資源為本地區高校所共享，利用通訊技術及遠程操作技術，實現外校學生足不出校就可以利用到筆者學校虛擬實驗條件完成實踐教學和自主研發實驗。

筆者學校電氣工程專業虛擬實驗教學資源，已建成相對完整、系統、合理的電氣工程專業虛擬實驗基地群，可以完成自動化相關專業從基礎課、專業基礎課、電氣類專業課的系統化實踐教學模式。同時利用遠程網絡和實驗教師團隊開發的虛擬實驗界面，結合相關自動化虛擬實驗軟件如美國NI公司的labview等，最大化開發了電氣類相關專業虛擬實驗基地群的利用效率，使優質教學資源為多專業多學科的學生服務；同時實驗教學方面突破傳統的實驗教學模式和評價模式，鼓勵學生利用虛擬實驗基地群的強大研發能力，獨立研發，自主創新，培養獨立創新能力，成績評定不再以實驗結果作為唯一標準，學生自主創新的想法實踐都可以作為實驗成績佐證；在實驗室管理方面，改變傳統的實驗管理模式，本著“以生為本”的理念，利用虛擬實驗室的特點實現了自主選課，遠程答疑，提交作業報告等相關工作，為學生提供了一個寬松、自由的實踐學習環境，同時電子系統解決了學時實驗實習報告重復率過高的問題；在區域性共享方面，虛擬實驗基地成功地實現了在區域內多校區多專業的實踐實習工作，成為沈北道義七校自動化相關專業虛擬實驗共享聯盟的主導者，為區域性專業虛擬實驗室建設及共享起到了示范作用。

二、區域化資源共享建設

區域化教學資源的共享，不僅僅是可以跨學校選課，更重要的是可以保證學生的教學質量和教學實效性。虛擬實驗室具有的優勢為不受到空間、時間、距離的限制，虛擬形式可以無限制地開發實驗項目和實驗資源，并且可做到無差異教學，自主化選擇。進行區域化的虛擬實驗教學重點的建設為完善虛擬實驗基地的信息化建設，實行網絡化教學管理，加大實驗中心開放力度。建立網絡化實驗教學平臺，在網上及時發布實驗教學要求、信息、資源等，全面實行網上考核，通過不斷對實驗室開放系統的軟硬件設備進行配備，建立實驗室預約開放系統，學生通過網上預約實驗項目、時間、工位，實現對象管理、開放管理、預約管理、審批管理和門禁管理，進而實現實驗室的真正開放。中心所有實驗教學實驗教室均配備了計算機和多媒體系統，并與校園網連通，構成小型局域網。在保證學生完成必開實驗項目訓練的基礎上，盡量給學生足夠的自主選擇空間，鼓勵學生充分利用實驗中心的資源進行實驗、科研、各類課外科技活動和自主實踐活動或瀏覽。在激勵政策方面，通過校企合作在虛擬實驗室設立獎學金，對開發出科學性、實踐性、操作性強的實驗項目進行一定的獎勵及表彰，以鼓勵學生積極投入實驗開發、研究、推廣工作。目前實行實驗項目以開發者名字命名的制度，這對學生開發新實驗項目的熱情有很大激勵作用。

在區域化高校虛擬實驗實踐基地建設的同時，項目研究同時也在更大范圍輻射虛擬基地的作用。通過產學研合作，與發電公司、電力企業、供電公司等行業相關單位展開合作。利用實驗中心強大的軟件基礎，承擔了大量的企業橫向科研項目和職業技能培訓工作，擴展實驗中心的應用范圍，并取得了電力系統相關專業技術考試培訓考試資格。

在區域化資源共享建設中，另一個重要因素就是實驗室教師團隊建設。實驗教師要求較高的實踐開發能力，信息化知識儲備，獨立研發及較強的判斷能力。同時在系統維護中，需要專業的信息、計算機、數據庫等專業人才進行管理。沈北新區虛擬實驗室聯盟的經驗為相關專業技術服務需要進行校企合作，利用專業技術公司為學校提供專業的服務，通過這種方式可以保證系統正常穩定的運行。同時實驗教師團隊需要有組織的分為基礎實驗、專業實驗、自主開發實驗組，不同的組別負責不同實驗項目的管理，此種管理方式可以最大化發揮實驗教師的作用。

三、小結

本文所屬項目研究以電氣工程及其自動化專業12級和13級作為對象展開虛擬實驗室開發與利用調查。實驗項目包括電工、電機、電力系統仿真、電網仿真、變電站仿真等一系列虛擬實驗科目，在科學客觀的評價體系下，學生的實際動手能力、操作熟練程度、實驗項目優秀率得到了普遍提高。同時實驗室利用時效比明顯提高，學生實際實驗時間顯著提高，實驗項目開出率、新項目開發數量都同比增加。學生利用虛擬實驗自主創新，開發研究，發表高水平論文十余篇，獲省級創新創業性質獎勵十余項。

虛擬實驗室的發展將成為我國高校發展的必然，區域性共享也必將成為未來高等教育的熱點，在本文所作研究中，區域性虛擬實驗室建設還存在著一些不可忽視的問題，如單一高校主導的虛擬實驗基地建設面臨著資金的巨大考驗，同一專業虛擬實驗服務器共享需要做到服務器虛擬升級的技術問題，校企合作中學生利用虛擬實驗室開發的成果歸屬及轉化問題等。綜上所述，區域性虛擬實驗室建設雖然面臨一些問題，但其對資源整合利用，高校教學自主化和現代化發展有著不可估量的意義，其所蘊含的價值也不僅僅體現在目前研究評估中所可計算的經濟價值。高校虛擬實驗室建設、信息化建設、網絡化建設，高校聯盟形成區域化共享教學都必將成為未來我國高等教育的發展方向。

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（作者單位：沈陽工程學院）