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

（湖南財經工業職業技術學院，衡陽 421002）

一直以來，實驗室的建設都是電氣工程專業的重中之重，電氣工程專業涉及的內容多，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新能力。傳統以硬件裝置為基礎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歷程

關于電氣工程虛擬仿真平臺的建設，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上起步較晚，但是在短時間內得到迅速發展。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，部分高校水平達到了發達國家水平，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內容

2.1 IPS互聯電力系統實驗平臺的建設

IPS互聯電力系統實驗平臺包括無窮大系統、變電站、輸電線路柜、發電廠、負載等構成，以此為基礎，可以根據學生的實踐要求來設置輸電線路、發電廠、變電站、單元組件等，構建為獨立實驗平臺。此外，可以根據軟件與硬件技術的更新來開發能量管理系統與大型電力系統，適合應用在電氣工程專業多個實驗項目中，也可以作為教師、學生的科研平臺，能夠靈活調節，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作為基礎，利用計算機技術、網絡技術的應用，與實訓基地配合，構建出沉浸式、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用，學生可以在真實的環境中學習相關的技能與知識，并通過操作提高他們的技能與安全意識，加上實訓平臺的應用和配合，有效解決了工學之間的矛盾，是傳統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采用了WEB技術、多媒體技術、計算機技術、網絡技術，能夠開展關于電氣工程的理論培訓、工作技能學習、作業流程培訓、技能基礎培訓、在線互動培訓、考核評估等。通過崗位實訓平臺的應用，有助于提高學生的技能水平，也可以參加在線職業技能鑒定，為學生的考核提供了方便。

2.4 二次設備實訓平臺

在平臺的建設上，引入變電站一次與二次設備，并采用數字信號處理技術、數字仿真技術、數字通信技術、暫態仿真技術等，學生可以參與變電檢修、自動化運動系統、繼電保護的維護、調試、操作、檢修實訓。

2.5 配電設備實訓平臺

在配電設備實訓平臺的建設上，應用計算機仿真技術、多媒體技術、三維動畫技術，采用通訊系統、一次與二次設備對系統工作原理、運行維護、結構、技術理論作出講解。該種授課方式生動、直觀、實用、豐富，可以滿足自動化、調控運行、通訊運維、現場運檢的學習和培訓需求。

2.6 變電站五防系統平臺

變電站五防系統平臺是由以往的五防項目升級而來。傳統的五防項目包括模擬盤、開關柜、學員機、教員機組成，開關柜采用了模擬開關柜，沒有設置地刀、小車開關、保護電氣設備。新型變電站五防系統平臺是對傳統項目的升級，加裝了保護設備、地刀、小車開關等，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用效果

3.1 提高了教師團隊的創新能力

要提高電氣工程實驗教學的效果，關鍵在于教師團隊，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備支持，整合研究方向，強化、突出了技術特色，提高了教師團隊的創新能力與實踐能力。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新活動的順利開展。對于學生實踐能力、創新精神的培養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完畢后，為電氣工程學科提供了有益的創新、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，與傳統實驗教學相比，有效提高了學生的創新能力與實踐能力。此外，虛擬仿真平臺的建設實現了資源共享，為學校、科研單位提供了科研、實訓支持。

4 結束語

電氣工程實驗教學一直都是電氣工程專業教學的難點，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能夠提供真實的情境，且不會產生安全隱患問題，創設出了多元化的實驗情境，在虛擬仿真平臺建設完畢后，為教師的“教”，學生的“學”提供了便捷，有效提高了學生的創新能力和實踐能力。當然，虛擬仿真平臺的建設還處于初級發展階段，還需要我們進行深入的探究，充分發揮出平臺的教學作用。