關(guān)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)ぶ力電氣工程與自動化專業(yè)教學(xué)探析

摘?要：基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的理工類專業(yè)教學(xué)，可通過仿真環(huán)境，為學(xué)生構(gòu)筑一個理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)場景，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，可充分激發(fā)出創(chuàng)新意識與操作意識等，提高實(shí)際教學(xué)質(zhì)量。基于此，文章以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)特性為切入點(diǎn)，分析電氣工程與自動化專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)模式，并對課程實(shí)施路徑進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn);電氣工程與自動化專業(yè);教學(xué)改革

電氣工程與自動化專業(yè)人才的培養(yǎng)，是我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)推進(jìn)的重要驅(qū)動。為進(jìn)一步強(qiáng)化電氣工程教學(xué)質(zhì)量，必須結(jié)合工程專業(yè)的實(shí)踐性教學(xué)特點(diǎn)，以新技術(shù)、新理論切入方向，綜合制定出具有引導(dǎo)性與實(shí)踐性相結(jié)合的教學(xué)體系，以此來保證學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自身理論知識與實(shí)踐知識得到同步提升。然而，從現(xiàn)有的電氣工程與自動化專業(yè)教學(xué)形式來，看受到教學(xué)資源以及教學(xué)管理體系等方面的影響，在實(shí)踐教學(xué)過程中，并未能充分體現(xiàn)出工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的相應(yīng)價值，這就造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自身理論知識與實(shí)踐知識產(chǎn)生一定的錯位現(xiàn)象，降低學(xué)生的實(shí)操能力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的研發(fā)與應(yīng)用，則可為學(xué)生提供一個虛擬化的教學(xué)場景，通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行同步映射，保證學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以充分依托于平臺的可視化功能，對知識進(jìn)行多維度解析。此外，虛擬仿真平臺通過計(jì)算機(jī)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)，可以有效沖突出教學(xué)實(shí)踐與教學(xué)空間的限制，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以充分利用碎片化時間對知識進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，以此來提高實(shí)際教學(xué)質(zhì)量。

一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

（一）教學(xué)內(nèi)容多元性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，將教學(xué)資源整合到虛擬仿真平臺上，然后利用可視化技術(shù)、反饋技術(shù)等，對整個教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)映射。通過數(shù)字化信息的模擬量轉(zhuǎn)變，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺可以實(shí)時化轉(zhuǎn)變數(shù)字，進(jìn)而對不同實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)行針對化設(shè)定，以構(gòu)筑出多元化教學(xué)場景。對于電氣工程及其自動化專業(yè)來講，其本身屬于一個實(shí)踐性較強(qiáng)的科目，且部分理論知識與實(shí)踐知識在教學(xué)過程中呈現(xiàn)出一個的抽象化特點(diǎn)，而通過虛擬仿真教學(xué)平臺，則它有效將此類抽象性的知識點(diǎn)進(jìn)行可視化解析。例如，在電氣醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中通過虛擬平臺可以將電機(jī)內(nèi)部的磁場分布屬性以及在通電過程中磁場變化屬性進(jìn)行仿真處理，以此來對電磁場變化及其價值效用進(jìn)行分析。通過虛擬仿真平臺的建設(shè)，可以為不同學(xué)科專業(yè)之間提供交叉場所，保證知識點(diǎn)在整合的過程中，對學(xué)生起到一定的引導(dǎo)作用，進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)際教學(xué)質(zhì)量。

（二）教學(xué)環(huán)節(jié)靈活性

虛擬仿真教學(xué)平臺的應(yīng)用，可以更好地貫徹落實(shí)以學(xué)生為本的教學(xué)理念，通過平臺虛擬化的模式，教學(xué)資源可以進(jìn)一步滿足學(xué)生的個性化需求，以此來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，為學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)觀念。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，虛擬仿真教學(xué)平臺的研發(fā)，幾乎可以囊括與電氣工程及自動化專業(yè)相關(guān)聯(lián)的各個學(xué)科體系，且在跨層次教學(xué)過程中，可按照不同的時間段、學(xué)習(xí)段等對教學(xué)活動進(jìn)行分批次組建，整個教學(xué)資源不會受到教學(xué)框架的局限，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以得到更多的實(shí)踐操作機(jī)會，以豐富學(xué)生自身的知識體系，強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)意識。

（三）教學(xué)場景模擬性

對于電氣工程及其自動化專業(yè)來講，部分實(shí)踐教學(xué)存在一定的危險(xiǎn)性，而通過虛擬仿真平臺的建設(shè)可有效規(guī)避教學(xué)風(fēng)險(xiǎn)所帶來的教學(xué)事故。通過教學(xué)信息所呈現(xiàn)出的各類內(nèi)容進(jìn)行專業(yè)化設(shè)定，然后同步映射到實(shí)驗(yàn)平臺中，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)及操作過程中，可以通過虛擬化的場景實(shí)踐，令學(xué)生了解到具體操作過程中應(yīng)當(dāng)遵循的原則。例如在對高壓電進(jìn)行虛擬仿真時，可以通過虛擬場景的搭建，模仿出高壓放電的場景，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，可以有效提高學(xué)生的代入感，這樣為后續(xù)教學(xué)工作的開展提供基礎(chǔ)保障。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

電氣工程與自動化專業(yè)在建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺時，其本身是通過理論知識點(diǎn)與實(shí)踐知識點(diǎn)之間的整合，為整個教學(xué)平臺提供一種主客觀相結(jié)合的教學(xué)準(zhǔn)則，這樣在信息化技術(shù)的支撐下，可以進(jìn)一步將不同學(xué)科知識點(diǎn)進(jìn)行實(shí)踐化應(yīng)用，以保證學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中真正通過基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識與實(shí)踐知識的三方面整合，對自身的知識體系進(jìn)行拓展。

（一）基于教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)模式

（1）基礎(chǔ)教學(xué)平臺。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)主要是以電氣工程及其自動化專業(yè)基礎(chǔ)知識為主，其進(jìn)一步闡述科學(xué)及技術(shù)理論，保證通過基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，可令學(xué)生對整個學(xué)科專業(yè)產(chǎn)生一種主觀層面的認(rèn)可感。然后將基礎(chǔ)知識與自身對學(xué)科專業(yè)的感知進(jìn)行融合，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成一種職業(yè)素養(yǎng)，以保證學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可真正的將自身興趣立足于學(xué)科學(xué)習(xí)中。與此同時，將教學(xué)內(nèi)容通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺進(jìn)行知識轉(zhuǎn)變，可以依托于網(wǎng)絡(luò)教育平臺，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)空間與教學(xué)實(shí)踐的轉(zhuǎn)變，令整個教學(xué)課程可以隨時隨地的入駐到學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)中，進(jìn)一步提高實(shí)際教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

（2）專業(yè)教學(xué)平臺。基于虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)的專業(yè)性教學(xué)平臺，主要是針對基礎(chǔ)電氣知識的一種延伸，通過教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)定，保證各類具有實(shí)踐性、綜合性的教學(xué)內(nèi)容，可以對整個電氣工程所承擔(dān)的教學(xué)效用提供平臺支撐，以保證對部分不可逆的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、成本風(fēng)險(xiǎn)高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等，削減相應(yīng)的成本投入力度。與此同時，在專業(yè)實(shí)踐教學(xué)平臺的建設(shè)下，學(xué)生不僅可對當(dāng)前學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行解讀，還可對其他關(guān)聯(lián)性內(nèi)容進(jìn)行分析，這樣以仿真實(shí)踐環(huán)境為主體的教學(xué)體系，可以有效實(shí)現(xiàn)學(xué)生基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識的自然過渡，保證整個學(xué)習(xí)過程呈現(xiàn)出無縫對接的現(xiàn)象。

（二）基于教學(xué)目標(biāo)為教學(xué)模式

以教學(xué)目標(biāo)為主體的平臺建設(shè)模式，主要是通過學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)方向以及學(xué)習(xí)質(zhì)量、學(xué)習(xí)興趣度等方面，建構(gòu)出與學(xué)生自身學(xué)習(xí)導(dǎo)向相對等的教學(xué)體系，保證整個學(xué)科內(nèi)容的跨度，可以真正為教學(xué)體系的延伸提供拓展平臺。在對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行建設(shè)時，主要是由下列幾點(diǎn)為建設(shè)主體。

（1）理論層。電氣工程及自動化控制專業(yè)在教學(xué)過程中理論知識是學(xué)生學(xué)科能力、專業(yè)素養(yǎng)形成的基礎(chǔ)所在，而整個教學(xué)目標(biāo)的建設(shè)則是圍繞基礎(chǔ)知識，并通過基礎(chǔ)知識的延伸對學(xué)生學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析，以查證出虛擬仿真教學(xué)所實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容整合機(jī)制，確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以真正擺脫傳統(tǒng)時間空間的局限，實(shí)現(xiàn)跨維度學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生的基礎(chǔ)能力。

（2）綜合設(shè)計(jì)層。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺綜合設(shè)計(jì)層的建設(shè)則是為各個基礎(chǔ)知識提供交叉應(yīng)用的場所，通過對基礎(chǔ)知識以及專業(yè)知識實(shí)踐知識等進(jìn)行整合，確保學(xué)生對某一類知識點(diǎn)進(jìn)行分析時，可以從不同角度分析出問題本身所具備的屬性，然后由學(xué)生自身理論知識點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M場景的代入，提高學(xué)生對理論知識的理解能力，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以清晰地羅列出抽象化知識在數(shù)據(jù)映射過程中存在的導(dǎo)向性作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)共享化學(xué)習(xí)，提高實(shí)際教學(xué)質(zhì)量。

（3）系統(tǒng)層。系統(tǒng)構(gòu)建成的研發(fā)則是將承接電氣工程及其自動化控制專業(yè)所需要的實(shí)踐知識全過程映射到虛擬仿真環(huán)境中，這樣通過知識點(diǎn)的代入及延伸，可有效保證學(xué)生在學(xué)習(xí)及訓(xùn)練過程中真正感受到模型化知識以及可視化知識所帶來的興趣點(diǎn)。這樣一來，通過不同學(xué)習(xí)層面的建構(gòu)，令實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源在整個學(xué)科教學(xué)中實(shí)現(xiàn)分化，避免教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)的現(xiàn)象發(fā)生。

三、電氣工程及自動化專業(yè)課程實(shí)施路徑

（一）虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合教學(xué)平臺

在對虛擬仿真教學(xué)平臺進(jìn)行建設(shè)時，主要是以電氣工程及自動化專業(yè)的理論知識為主，通過理論知識的映射來闡述出實(shí)踐教學(xué)過程中應(yīng)遵循的教學(xué)特點(diǎn)，這樣以仿真虛擬所形成的教學(xué)模式，可有效突出教學(xué)主體。除此之外，將課堂教學(xué)與虛擬教學(xué)進(jìn)行結(jié)合，可以進(jìn)一步將理論體系與實(shí)踐體系相結(jié)合，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以通過虛擬操作實(shí)時對自身的理論知識進(jìn)行認(rèn)證，并結(jié)合動態(tài)化的仿真操控模式，完善自身的知識體系，以此來提高實(shí)際教學(xué)效用。

（二）基于學(xué)生能力培養(yǎng)的教學(xué)體系

建設(shè)以學(xué)生能力培養(yǎng)為指標(biāo)的實(shí)踐教學(xué)體系，主要是對學(xué)生現(xiàn)階段的認(rèn)知行為以及學(xué)習(xí)行為的進(jìn)行分析，查證出與學(xué)生主觀能動性相對接的實(shí)驗(yàn)教學(xué)框架，以保證學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以充分發(fā)揮出主動學(xué)習(xí)興趣，并對實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行主動化探尋分析，這樣通過知識體系的逐層滲透可以養(yǎng)成學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。除此之外，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)，可以為學(xué)生提供更為全面的教學(xué)設(shè)施，當(dāng)然此類教學(xué)設(shè)施不是指教學(xué)實(shí)體設(shè)備，而是通過虛擬場景的構(gòu)筑為學(xué)生提供一種基于虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的理論教學(xué)設(shè)施，其將對學(xué)生思維起到觸發(fā)作用，這樣學(xué)生在對與電氣工程相關(guān)聯(lián)的知識內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)時，可以通過自身的上手操作，解析出不同教學(xué)模式下教學(xué)內(nèi)容與問題的相對關(guān)系。同時，虛擬仿真教學(xué)平臺的實(shí)現(xiàn)可以最大限度激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)新意識，學(xué)生在操作過程中可以盡情的將自身想法付諸到實(shí)踐中，并可有效擺脫因誤操作所帶來的設(shè)備損壞問題等，進(jìn)而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

綜上所述，伴隨著信息技術(shù)與教學(xué)體系的深度融合，搭載教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺而實(shí)現(xiàn)的專業(yè)化教學(xué)，可以將課程內(nèi)容理論知識同步映射到虛擬環(huán)境中，為學(xué)生提供更為全面的知識導(dǎo)向。為進(jìn)一步強(qiáng)化電氣工程及自動化控制專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量，則需深度分析出不同教學(xué)視域下，學(xué)科知識與學(xué)生學(xué)習(xí)訴求、崗位工作能力相對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，然后構(gòu)筑出相對應(yīng)的教學(xué)體系，提高實(shí)際教學(xué)質(zhì)量。

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作者簡介：黨玉潔（2000—?），女，漢族，河北景縣人，本科，學(xué)生，從事電氣工程及其自動化研究。