動力類專業虛擬仿真教學資源建設及應用探析

謝新 劉曉

[摘 要] 通過分析虛擬仿真教學資源建設意義、建設目標，重點介紹動力類虛擬仿真教學資源的建設內容和作用功能，探討虛擬仿真教學資源可應用于以下教學實踐中，即火電生產認識實習教學、系統設備認知教學、火電機組虛擬巡檢教學、機組設備虛擬檢修及裝配教學等。

[關 鍵 詞] 虛擬仿真；教學資源；人才培養；教學應用

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）28-0169-01

虛擬仿真教育教學資源的建設和應用，適應了信息化時代高等教育人才培養的要求，克服了以實物為基礎的傳統實訓方法在真實環境中無法實現的諸多限制，為培養學生創新能力和實踐能力提供了先進手段和優質資源，為實踐場所注入了活力。目前，虛擬仿真教學資源建設和應用受到高校的高度重視，同時也遇到一些問題和挑戰。從動力類專業“電力技術虛擬仿真實訓中心”建設意義、建設目標入手，探討基于虛擬仿真技術的動力類專業教學新途徑，以期促進虛擬仿真教學資源與教學實踐深度融合。

一、虛擬仿真教學資源建設意義

動力類專業要求學生有較強的工程實踐能力、熱力設備運行維護以及安裝檢修的能力，同時還要具備一定的技術改造和創新能力。然而，由于電力行業的高危性和設備的昂貴性，導致電力高職院校難以建立全真實生產性“校中廠”，加之火電廠一般都只能提供參觀實習機會，學生缺少實際運行的實習機會，參觀學習中，學生對工廠設備外形、結構、組成部件很難有完整的認識，更談不上對設備的檢修維護，無法滿足培養學生工程實踐能力的教學要求，制約了高素質技能人才的培養。學院動力系“電力技術虛擬仿真系統”構建一個可人機交互的三維可視化的虛擬火電機組，多維度、全流程、全范圍地真實反映火電機組生產運行過程，虛擬仿真教學資源建設和應用可克服以上局限，實現真實環境不具備或難以完成的教學功能，達到高職人才培養的目標要求。

二、虛擬仿真教學資源建設目標

動力系“電力技術虛擬仿真實訓中心”建設，秉承現代高職的教育理念，結合專業特點，虛擬仿真系統用虛擬現實（VR）技術多維度、全流程、全范圍虛擬燃煤火電機組生產流程和主要生產設備，使學生能夠通過人機交互方式身臨其境，全程參與到火電機組運行維護過程中，通過控制虛擬場景中對應的設備進行各項操作，實現虛擬在線巡檢、虛擬安裝檢修等操作，具備學員自由練習、考核認證等功能，滿足學生從事電廠運行等相關工作，培養學生的工程實踐能力。

三、虛擬仿真教學資源建設內容

虛擬仿真綜合應用了虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫以及網絡通信等技術，來實現真實環境不具備或難以實現的教學功能。

基于真實對象場景的1∶1比例的結構建模。軟件以3D格式文件中的模型為基本元素，按照實際工廠設備尺寸進行1∶1比例繪制。場景的組織以實際裝置為標準，包含重要設備、管線、儀器、儀表、閥門、開關等設備。操作者可以任意角度進行整體廠區環境漫游（全廠級）、各生產系統設備漫游（車間級）、設備近視角全方位觀察（設備級），漫游的角度速度、行進停留可以自由控制；近距離觀察設備可展示設備信息（名稱、作用、原理）；主要設備可以通過交互操作將設備主要部件分解，展示內部結構，并能夠還原為整機。

虛擬現實場景與DCS系統的數據同步。系統以實時DCS系統數學模型作為底層支撐，提供和二維、三維圖形軟件以及其他第三方軟件進行數據交互的接口，為上層應用軟件提供協同運行支持。整個過程以可視化的方式展現，并且提供后臺數據支撐，支持閥門、泵等設備操作和壓力、溫度等參數的計算和顯示。要求系統操作提供二維DCS畫面與三維現場操作相結合的方式。對可操作設備，當接收到操作指令時，需要向仿真機發出正確的操作數據，同時該設備在3D場景中顯示操作結果。

四、虛擬仿真教學資源應用

動力類專業培養的學生都是工科專業，虛擬仿真教學資源應用于教學實踐中，實現實際難以實現的教學內容，更好地培養學生的工程能力和實際動手能力。

火電生產認識實習教學。通過全廠自由漫游功能，完成對電廠的整體認知和生產流程工藝的教學工作。系統提供基于三維場景的虛擬人展示，針對不同崗位角色（包括值長、單元長、主值、副值、巡檢等）提供安全裝備、工作任務演示。系統提供火電生產全過程、各部門的全方位認知學習，包括安全法規、部門職責、崗位設置和崗位規范等。

在教學實踐中，可將仿真教學與真實的工作實習、模擬裝置的實際操作結合在一起，提高實踐教學效率，培養學生較強的崗位操作能力，取代認識實習的教學環節。

綜上所述，根據動力類專業特點，立足于動力類專業人才培養的需要，通過動力類虛擬仿真教學資源的建設應用，與真實課堂結合，實現動力類專業學生較強的工程實踐能力、設備運行維護以及安裝檢修能力，并具備一定的技術改造和創新能力。

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