基于虛擬現實的“電氣技術應用”課程教學實踐

摘要：隨著技術的發展和教育信息化的推進，虛擬現實技術在高?！半姎饧夹g應用”課程教學中得到了廣泛應用。將虛擬現實技術應用于“電氣技術應用”課程教學中具有諸多優勢。教師可基于虛擬仿真平臺，實施情景教學、探究教學、案例教學等多元化教學，充分調動學生的學習熱情，提高課堂教學效率。

關鍵詞：虛擬現實；“電氣技術應用”課程；教學實踐

“電氣技術應用”課程是一門前沿性學科，與國民經濟的發展緊密關聯。同時，電氣技術的信息化、智能化應用，是未來電氣工程發展的核心領域。在此背景下，高?！半姎饧夹g應用”課程教學應緊跟社會與時代需求，培養綜合能力較強的電氣工程專業高層次人才。在“電氣技術應用”課程教學中，教師既要著眼于理論培養，強化學生對電子電工系統控制、計算機技術等方面基礎知識的掌握，還要著眼于學生的技術分析和問題解決能力，提升學生在系統運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、實驗技術等方面的技能。在教學實踐中，教師要重視虛擬現實技術的應用，引導學生全面學習“電氣技術應用”課程，一方面為學生未來的就業奠定良好的基礎，另一方面為企業和社會培養更符合需求的高層次優秀人才。

一、虛擬現實技術應用于“電氣技術應用”課程教學的優勢分析

虛擬現實技術是指通過組合或分區嵌入的計算機資源，從而讓資源表現為一個或多個操作環境，通過優化原有資源配置，實現便捷外部訪問的綜合性技術。虛擬現實技術的應用，可將一些物理資源變為邏輯上可管理的資源，通過創建基于計算機的虛擬仿真系統，為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等感官的逼真體驗。當前，虛擬現實技術的應用范圍持續擴大。通過立體圖像的生成、交互感知設備的應用、AI技術的加持，可為學生提供沉浸式的學習體驗。這為“電氣技術應用”課程教學帶來了巨大便利。

（一）為學生帶來沉浸式學習體驗

虛擬現實技術可為學生創造高度逼真的學習情境，讓學生實現對與電氣工程相關知識的有效學習。尤其在開展數字電路基礎、電氣電子技術、PLC技術應用等知識的教學時，在理論教學的同時，教師可借助虛擬仿真技術為學生創設真實情境，結合實驗操作、案例展示，提高學生的學習興趣，促進學生對專業知識的深度理解，讓學生高效掌握“電氣技術應用”課程相關核心知識。

（二）突破時空限制，服務于學生個性化學習

“電氣技術應用”作為高校電氣工程專業重點課程之一，對學生的綜合能力提出了更高的要求。除了教師在課內進行重難點知識的集中講解外，大部分內容需要學生在課外時間自主學習。在“電氣技術應用”課程教學中引入虛擬現實技術，極大地降低了學校對實驗設備、場地等硬件設施的投入，有助于讓學生開展跨時空的自主學習。針對一些重難點實驗，還可以讓學生反復學習，讓學生對自動化生產設備和控制系統運行維護管理等方面知識形成系統了解。

（三）可有效提高教學的安全性

“電氣技術應用”課程教學工作的開展需理實結合。一些電氣設備成本較高，在電氣線路安裝維護過程中，對學生自身操作技術、細節測控能力也有非常高的要求。在沒有充分準備的前提下，讓學生直接進入實驗室或場地進行實物操作，極易出現各類安全事故。虛擬仿真技術可以模擬現實環境，基于該技術，學生可以在虛擬仿真環境中了解各類電氣設備的運行狀況，支持學生高效學習的同時，能最大限度地保障學生的人身安全，降低對昂貴設備的損壞風險。引入虛擬仿真技術設備，學校無需大量反復購進實驗設備，就可以讓學生實現靈活、自主的學習。這樣，學生既學習的專業知識，也可對安全操作形成新的認知，從而助力學生職業素養的穩步提升。

二、虛擬現實技術應用于“電氣技術應用”課程教學特點分析

虛擬現實技術為“電氣技術應用”課程教學提供了巨大的便利。借助虛擬仿真技術，學?？山Y合教學進度安排優化教學管理體系。

（一）沉浸感

虛擬現實技術是在計算機技術基礎上發展起來的一種綜合性技術，在使用過程中，可為學習者帶來良好的沉浸式體驗。虛擬仿真系統可以實現對外部世界的數字化模擬。當學生進入三維虛擬學習環境中時，可以獲得視覺、聽覺、觸覺、感覺等多方面的鮮活體驗。對“電氣技術應用”課程了解不是很深入的大學生而言，教師利用虛擬現實技術開展教學，可以為其帶來與真實世界高度統一的學習融入感。

（二）交互感

“電氣技術應用”課程作為一門綜合性課程，涉及的內容較多，在線路安裝控制等方面的綜合性也比較高。學生在學習過程中，很難完全照搬課本理論知識進行實踐操作，這就需要通過虛擬現實技術，讓學生在實踐操作中得到實時反饋。在“電氣技術應用”課程教學中融入虛擬現實技術，教師可以抓取一些真實物象，讓學生按步驟獨立完成操作。自然感知交互可為學生提供實時反饋，當學生操作正確時，系統可以給予學生積極正面的反饋。當學生操作出現偏差時，系統會及時引導學生糾正偏差。虛擬現實技術為學生提供的交互式體驗，可幫助學生在學習實踐中查漏補缺，讓學生扎實掌握各項操作技能。在虛擬現實系統中，學生的學習成果也可以被有效記錄，從而幫助學生明確學習薄弱環節，繼而實施針對性教學。

（三）多感知性

與做測試題不同，借助虛擬現實系統開展“電氣技術應用”課程實踐學習，學生不僅可以獲得對錯評價，還可以從聽覺、視覺、觸覺、運動感知，甚至嗅覺、味覺等多個方面獲得真實的學習體驗。所以，在“電氣技術應用”課程學習中，既需要學生進行基本步驟的操作，還要對系統的多元信息進行有效抓取。通過這種方式可以高度還原現實世界，讓學生學會結合外部環境來判斷問題點并尋找解決方案，從而為學生提供完整的電氣技術應用學習體驗。多交互性可以讓學生在信息處理、技術應用和系統調試等多方面實現針對性訓練。針對一些綜合性任務，教師還可以讓學生多人協作、密切配合、共同完成。虛擬現實系統為學生帶來真實逼真的學習場景，讓學生所有的感知系統被打開，為學生創新能力的發展奠定基礎。

三、虛擬現實技術與“電氣技術應用”課程的融合路徑

實現虛擬現實技術與“電氣技術應用”課程教學有效融合，需要從多個層面為學生提供學習指引，貼合學生的個性化學習需求，推動課程資源的綜合開發。同時，通過生動直觀虛擬情境的引入，幫助學生學習專業知識、強化實踐技能，提升教學效果。

（一）結合教材推進虛擬演示動畫開發

教材是落實教學工作的重要載體。在“電氣技術應用”課程教學落實中，教師也要從教材入手，對課程涉及的內容進行綜合改編。校內專業教師可以與虛擬現實技術領域專家開展有效對話，將電氣工程教材資源與虛擬現實技術有效整合，結合學生認知水平開發制作模擬動畫，讓學生通過虛擬仿真動畫的觀看，有效掌握課堂重點內容，助力學生從工作原理、工作過程、系統認知等多個方面進行專業知識學習。將靜態的文字通過動態模擬方式來呈現，并與現實生活中的案例相關聯，讓學生獲得沉浸式學習體驗。

虛擬演示動畫的引入，也可以推進教、學、做合一，讓學生在觀看動畫的同時，完成一些練習性題目，促進學生對課程內容的有效鞏固。教師還可引導學生結合理論知識，嘗試對畫面呈現的內容進行解析，幫助學生綜合掌握系統工作原理、性能、特點。虛擬演示動畫可以反復播放，有助于節約教師講解的時間，支持學生的個性化學習，從而穩步提升“電氣技術應用”課程的教學效果。

（二）加強虛擬仿真實驗平臺開發

新工科建設背景下，高校“電氣技術應用”課程對學生實踐能力的培養越來越重視。傳統的電氣實驗室和實驗器材已不能滿足當前學生學習發展的多元化需求。在教學工作開展過程中，學校要重視對虛擬仿真實驗平臺的有效開發，為學生的學習進步提供強勁動力。

虛擬仿真實驗平臺的開發，應跳出單純的校內教學，需要校企共建，實現對真實環境的有效模擬。結合電氣技術應用的具體外部空間，構建虛擬仿真實驗平臺，基于虛擬顯示技術，實現對真實作業環境和具體實踐操作步驟的有效模擬，保障學生在虛擬仿真實驗平臺可以獲得真實的電氣技術應用環境的完整操作體驗。因為虛擬仿真實驗平臺本身的利用率比較高，而且囊括的數據非常多，因此，其還要具備易于維護、升級更新快的優點，才能不斷納入新的內容。

搭建基于云服務的虛擬仿真實驗教學平臺，可以讓學生足不出戶就能體驗一些極端或高危環境下的電氣技術應用實戰。平臺通過學習環境模擬、實驗操作支持、開展有效測評指導，可讓學生實現高效、優質的虛擬化學習。在大數據技術的支持下，利用虛擬仿真實驗平臺，教師可以科學評估并分析學生的實驗成果，并以之為基礎進行教學優化和為學生提供針對性的指導。虛擬仿真實驗平臺提供了非常真實的實驗環境，繽紛多彩、清晰生動的畫面可以讓學生高效學習“電氣技術應用”所涉及的多元知識，對培養學生嚴謹認真的學習態度，促進良好學風校風的形成也帶來積極助力。

四、虛擬現實技術應用于“電氣技術應用”課程教學的實訓模式

將虛擬現實技術應用于“電氣技術應用”課程教學中，要充分體現實踐出真知的育人理念。在虛擬仿真實訓平臺的應用過程中，學生要進行數據的分析，教師要對教學模式進行充分創新，以為學生提供更多的學習機會，促進學生綜合能力的穩步提升。

（一）開展情景式教學，助力學生系統掌握知識

應用虛擬現實技術開展“電氣技術應用”課程教學，教師要化繁為簡，抓住課程核心內容，構建真實應用場景，讓學生進行系統學習。例如，在學習“風光互補發電系統工作原理”時，借助虛擬仿真實驗教學，可以為學生的場景體驗提供有效輔助。利用虛擬仿真系統，將光伏發電控制系統、風機模型、蓄電儲能裝置綜合為一體，幫助學生綜合掌握并網逆變器裝置的配置方式，學會風機模型及控制系統的操作。

教師以場景引入的方式，讓學生參與情境學習，引導學生熟悉即將面對的工作場景，扎實了解實驗原理，并按照規范操作步驟完成光伏和風力發電系統的并網和離網操作。這種教學方式有助于學生系統地掌握課程知識，提升實踐能力，從而為后續的學習和未來的工作打下堅實的基礎。

（二）開展探究式教學，增強學生創新意識

應用虛擬現實技術指導學生學習“電氣技術應用”課程，讓學生在具體場景中完成實踐操作，既有助于學生鞏固所學知識，還能提高學生的操作熟練度。為了提高學生解決問題的能力，教師還要積極引入探究式教學，通過設定一些探究式任務，讓學生在真實場景中熟悉對各類設備的有效操作，同時有助于學生跳出教師的說教引導，進行探索型操作，如結合目標條件設定不同參數，選擇相應的設備進行有效的控制操作。在此過程中，教師可以要求學生寫出實驗步驟，總結實驗原理。在實驗完成后，以小組為單位對整個學習過程進行復盤分析。以學生為主體開展項目式探究，有助于讓學生深刻理解電氣技術應用的原理和工作模式，培養學生良好的創新意識。

（三）強化案例分析提高學生問題解決能力

“電氣技術應用”課程的學習要面向學生今后的就業，因此，教師應當鼓勵學生在面對不同問題時，基于自身學習經驗嘗試解決問題，并適時給予引導和幫助，幫助學生提供故障排查、系統修復等能力。同時，學校應積極創建虛擬現實技術實驗基地，讓學生開展虛擬仿真實驗的同時，深入真實場景，最大限度地接近現實問題并嘗試進行數據分析與問題排查，從而有效提高學生的任務執行能力和問題解決能力。

五、結束語

總之，將虛擬現實技術應用于“電氣技術應用”課程教學，是推動創新性育人的重要步驟。為了提高學生的實踐能力，為學生帶來良好學習體驗，在虛擬現實技術應用過程中，既要充分體現技術的優勢，還要結合學生的實際需求，推進虛擬演示動畫的開發，重視虛擬仿真實驗平臺內容的同步更新，為學生的自主學習和實踐創新提供有力支持。

作者單位：朱琬璐 智鵬飛 魏海峰 江蘇科技大學自動化學院

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