区域共享电气专业虚拟实验室建设研究

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高等教育改革的目标之一是突出对学生实践能力和创新能力的培养。实验教学手段的改革需求相对于理论教学手段的改革是更为迫切的。我国电气工程类产业高速发展、用人需求迅猛，电气工程类专业成为普通高校大类招生的热门专业，招生规模较大，技术进步速度快，我国普通高校实验条件更新速度与此不相适应。考虑到成本因素，专业设备购置数量不足，专业实验需要多轮次完成，超载运行。由于受到实验教学条件的限制，笔者学校电气工程专业的传统实验不能满足实验教学的要求，实验室改革成为必然。并且为了保护学生的人身安全，虚拟实验室成为了实验教学改革的新趋势，是对传统实验教学手段的补充和发展。虚拟实验室为利用分散的信息和通信技术以创造及获取成果为目的，在科研与其他创造性活动中进行远距离合作和实验的一种电子协作组织。特点为灵活性高、成本低，在某些领域几乎替代了传统的硬件实验。笔者学校电气工程及其自动化专业特点为以电力系统为主，所学专业面对的是高电压，大电流的环境。实验实训为了保护学生的人身安全，要求我们利用虚拟实验的条件模拟仿真电力系统的实际环境，完成专业的实践授课。同时，我们借助高校集中的优越的地理环境，各高校形成一个“教学共同体”，优势互补、资源共享，笔者学校通过以优质教学资源区域共享为导向，大力开展电气专业虚拟实验基地，使学生更好地掌握与本专业相关的基础与实践，达到学校共赢与学生受益的目的。

一、以虚拟实验室为基础的区域化资源

目前我国大学教育不再是边缘化、独立化的高等教育，大学已经进一步打开面向政府、社会、国际高等教育的大门，首当其冲的是学校与学校之间要形成开放的态势。在大学集中的优势区域，区位因素更使得大学之间的相互开放成为应有之义，先有开放的理念，才会有合作、互补和共建。任何一所大学都不可能满足在数量上日益增长、在个性上越来越张扬的学生的需要，利用外校的富余资源、优质资源，各高校形成一个“教学共同体”，完全可以优势互补、资源共享，根据学校的区域特点制订科学的发展战略规划，促进学校的可持续发展，达到共生共赢的目的。笔者学校所在的沈阳市沈北新区拥有沈阳师范大学、辽宁大学、沈阳航空航天大学、沈阳医学院、沈阳工程学院、中国医科大学、沈阳药科大学七所高校，同时还拥有石油化工，交通技术等高职高专等学校，此区域拥有着优质的教学资源和庞大的学生群体。在此区域的大多数高校中都拥有自动化，设备制造维护等与电气、电子类相关的专业，而同类专业虚拟实验条件目前以笔者学校最为突出。项目的研究以沈阳工程学院为主导建成沈阳沈北地区高校电气相关专业的实践教学联盟，将笔者学校的优质教学资源为本地区高校所共享，利用通讯技术及远程操作技术，实现外校学生足不出校就可以利用到笔者学校虚拟实验条件完成实践教学和自主研发实验。笔者学校电气工程专业虚拟实验教学资源，已建成相对完整、系统、合理的电气工程专业虚拟实验基地群，可以完成自动化相关专业从基础课、专业基础课、电气类专业课的系统化实践教学模式。同时利用远程网络和实验教师团队开发的虚拟实验界面，结合相关自动化虚拟实验软件如美国NI公司的labview等，最大化开发了电气类相关专业虚拟实验基地群的利用效率，使优质教学资源为多专业多学科的学生服务；同时实验教学方面突破传统的实验教学模式和评价模式，鼓励学生利用虚拟实验基地群的强大研发能力，独立研发，自主创新，培养独立创新能力，成绩评定不再以实验结果作为唯一标准，学生自主创新的想法实践都可以作为实验成绩佐证；在实验室管理方面，改变传统的实验管理模式，本着“以生为本”的理念，利用虚拟实验室的特点实现了自主选课，远程答疑，提交作业报告等相关工作，为学生提供了一个宽松、自由的实践学习环境，同时电子系统解决了学时实验实习报告重复率过高的问题；在区域性共享方面，虚拟实验基地成功地实现了在区域内多校区多专业的实践实习工作，成为沈北道义七校自动化相关专业虚拟实验共享联盟的主导者，为区域性专业虚拟实验室建设及共享起到了示范作用。

二、区域化资源共享建设

区域化教学资源的共享，不仅仅是可以跨学校选课，更重要的是可以保证学生的教学质量和教学实效性。虚拟实验室具有的优势为不受到空间、时间、距离的限制，虚拟形式可以无限制地开发实验项目和实验资源，并且可做到无差异教学，自主化选择。进行区域化的虚拟实验教学重点的建设为完善虚拟实验基地的信息化建设，实行网络化教学管理，加大实验中心开放力度。建立网络化实验教学平台，在网上及时实验教学要求、信息、资源等，全面实行网上考核，通过不断对实验室开放系统的软硬件设备进行配备，建立实验室预约开放系统，学生通过网上预约实验项目、时间、工位，实现对象管理、开放管理、预约管理、审批管理和门禁管理，进而实现实验室的真正开放。中心所有实验教学实验教室均配备了计算机和多媒体系统，并与校园网连通，构成小型局域网。在保证学生完成必开实验项目训练的基础上，尽量给学生足够的自主选择空间，鼓励学生充分利用实验中心的资源进行实验、科研、各类课外科技活动和自主实践活动或浏览。在激励政策方面，通过校企合作在虚拟实验室设立奖学金，对开发出科学性、实践性、操作性强的实验项目进行一定的奖励及表彰，以鼓励学生积极投入实验开发、研究、推广工作。目前实行实验项目以开发者名字命名的制度，这对学生开发新实验项目的热情有很大激励作用。在区域化高校虚拟实验实践基地建设的同时，项目研究同时也在更大范围辐射虚拟基地的作用。通过产学研合作，与发电公司、电力企业、供电公司等行业相关单位展开合作。利用实验中心强大的软件基础，承担了大量的企业横向科研项目和职业技能培训工作，扩展实验中心的应用范围，并取得了电力系统相关专业技术考试培训考试资格。在区域化资源共享建设中，另一个重要因素就是实验室教师团队建设。实验教师要求较高的实践开发能力，信息化知识储备，独立研发及较强的判断能力。同时在系统维护中，需要专业的信息、计算机、数据库等专业人才进行管理。沈北新区虚拟实验室联盟的经验为相关专业技术服务需要进行校企合作，利用专业技术公司为学校提供专业的服务，通过这种方式可以保证系统正常稳定的运行。同时实验教师团队需要有组织的分为基础实验、专业实验、自主开发实验组，不同的组别负责不同实验项目的管理，此种管理方式可以最大化发挥实验教师的作用。

三、小结

本文所属项目研究以电气工程及其自动化专业12级和13级作为对象展开虚拟实验室开发与利用调查。实验项目包括电工、电机、电力系统仿真、电网仿真、变电站仿真等一系列虚拟实验科目，在科学客观的评价体系下，学生的实际动手能力、操作熟练程度、实验项目优秀率得到了普遍提高。同时实验室利用时效比明显提高，学生实际实验时间显著提高，实验项目开出率、新项目开发数量都同比增加。学生利用虚拟实验自主创新，开发研究，发表高水平论文十余篇，获省级创新创业性质奖励十余项。虚拟实验室的发展将成为我国高校发展的必然，区域性共享也必将成为未来高等教育的热点，在本文所作研究中，区域性虚拟实验室建设还存在着一些不可忽视的问题，如单一高校主导的虚拟实验基地建设面临着资金的巨大考验，同一专业虚拟实验服务器共享需要做到服务器虚拟升级的技术问题，校企合作中学生利用虚拟实验室开发的成果归属及转化问题等。综上所述，区域性虚拟实验室建设虽然面临一些问题，但其对资源整合利用，高校教学自主化和现代化发展有着不可估量的意义，其所蕴含的价值也不仅仅体现在目前研究评估中所可计算的经济价值。高校虚拟实验室建设、信息化建设、网络化建设，高校联盟形成区域化共享教学都必将成为未来我国高等教育的发展方向。

作者：高阳 许傲然 曲春雨 单位：沈阳工程学院