摘要：隨著技術(shù)的發(fā)展和教育信息化的推進(jìn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高?！半姎饧夹g(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)中具有諸多優(yōu)勢。教師可基于虛擬仿真平臺，實(shí)施情景教學(xué)、探究教學(xué)、案例教學(xué)等多元化教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高課堂教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程；教學(xué)實(shí)踐

“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程是一門前沿性學(xué)科，與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)。同時，電氣技術(shù)的信息化、智能化應(yīng)用，是未來電氣工程發(fā)展的核心領(lǐng)域。在此背景下，高校“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)應(yīng)緊跟社會與時代需求，培養(yǎng)綜合能力較強(qiáng)的電氣工程專業(yè)高層次人才。在“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)中，教師既要著眼于理論培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生對電子電工系統(tǒng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面基礎(chǔ)知識的掌握，還要著眼于學(xué)生的技術(shù)分析和問題解決能力，提升學(xué)生在系統(tǒng)運(yùn)行、自動控制、電力電子技術(shù)、信息處理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等方面的技能。在教學(xué)實(shí)踐中，教師要重視虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生全面學(xué)習(xí)“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程，一方面為學(xué)生未來的就業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)，另一方面為企業(yè)和社會培養(yǎng)更符合需求的高層次優(yōu)秀人才。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)的優(yōu)勢分析

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指通過組合或分區(qū)嵌入的計(jì)算機(jī)資源，從而讓資源表現(xiàn)為一個或多個操作環(huán)境，通過優(yōu)化原有資源配置，實(shí)現(xiàn)便捷外部訪問的綜合性技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可將一些物理資源變?yōu)檫壿嬌峡晒芾淼馁Y源，通過創(chuàng)建基于計(jì)算機(jī)的虛擬仿真系統(tǒng)，為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等感官的逼真體驗(yàn)。當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大。通過立體圖像的生成、交互感知設(shè)備的應(yīng)用、AI技術(shù)的加持，可為學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這為“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)帶來了巨大便利。

（一）為學(xué)生帶來沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可為學(xué)生創(chuàng)造高度逼真的學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)對與電氣工程相關(guān)知識的有效學(xué)習(xí)。尤其在開展數(shù)字電路基礎(chǔ)、電氣電子技術(shù)、PLC技術(shù)應(yīng)用等知識的教學(xué)時，在理論教學(xué)的同時，教師可借助虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作、案例展示，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對專業(yè)知識的深度理解，讓學(xué)生高效掌握“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程相關(guān)核心知識。

（二）突破時空限制，服務(wù)于學(xué)生個性化學(xué)習(xí)

“電氣技術(shù)應(yīng)用”作為高校電氣工程專業(yè)重點(diǎn)課程之一，對學(xué)生的綜合能力提出了更高的要求。除了教師在課內(nèi)進(jìn)行重難點(diǎn)知識的集中講解外，大部分內(nèi)容需要學(xué)生在課外時間自主學(xué)習(xí)。在“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，極大地降低了學(xué)校對實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場地等硬件設(shè)施的投入，有助于讓學(xué)生開展跨時空的自主學(xué)習(xí)。針對一些重難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，還可以讓學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生對自動化生產(chǎn)設(shè)備和控制系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理等方面知識形成系統(tǒng)了解。

（三）可有效提高教學(xué)的安全性

“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)工作的開展需理實(shí)結(jié)合。一些電氣設(shè)備成本較高，在電氣線路安裝維護(hù)過程中，對學(xué)生自身操作技術(shù)、細(xì)節(jié)測控能力也有非常高的要求。在沒有充分準(zhǔn)備的前提下，讓學(xué)生直接進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室或場地進(jìn)行實(shí)物操作，極易出現(xiàn)各類安全事故。虛擬仿真技術(shù)可以模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，基于該技術(shù)，學(xué)生可以在虛擬仿真環(huán)境中了解各類電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況，支持學(xué)生高效學(xué)習(xí)的同時，能最大限度地保障學(xué)生的人身安全，降低對昂貴設(shè)備的損壞風(fēng)險。引入虛擬仿真技術(shù)設(shè)備，學(xué)校無需大量反復(fù)購進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，就可以讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)靈活、自主的學(xué)習(xí)。這樣，學(xué)生既學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，也可對安全操作形成新的認(rèn)知，從而助力學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的穩(wěn)步提升。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)特點(diǎn)分析

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)提供了巨大的便利。借助虛擬仿真技術(shù)，學(xué)校可結(jié)合教學(xué)進(jìn)度安排優(yōu)化教學(xué)管理體系。

（一）沉浸感

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種綜合性技術(shù)，在使用過程中，可為學(xué)習(xí)者帶來良好的沉浸式體驗(yàn)。虛擬仿真系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對外部世界的數(shù)字化模擬。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中時，可以獲得視覺、聽覺、觸覺、感覺等多方面的鮮活體驗(yàn)。對“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程了解不是很深入的大學(xué)生而言，教師利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展教學(xué)，可以為其帶來與真實(shí)世界高度統(tǒng)一的學(xué)習(xí)融入感。

（二）交互感

“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程作為一門綜合性課程，涉及的內(nèi)容較多，在線路安裝控制等方面的綜合性也比較高。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，很難完全照搬課本理論知識進(jìn)行實(shí)踐操作，這就需要通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓學(xué)生在實(shí)踐操作中得到實(shí)時反饋。在“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)中融入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師可以抓取一些真實(shí)物象，讓學(xué)生按步驟獨(dú)立完成操作。自然感知交互可為學(xué)生提供實(shí)時反饋，當(dāng)學(xué)生操作正確時，系統(tǒng)可以給予學(xué)生積極正面的反饋。當(dāng)學(xué)生操作出現(xiàn)偏差時，系統(tǒng)會及時引導(dǎo)學(xué)生糾正偏差。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生提供的交互式體驗(yàn)，可幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐中查漏補(bǔ)缺，讓學(xué)生扎實(shí)掌握各項(xiàng)操作技能。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)成果也可以被有效記錄，從而幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)薄弱環(huán)節(jié)，繼而實(shí)施針對性教學(xué)。

（三）多感知性

與做測試題不同，借助虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開展“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程實(shí)踐學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅可以獲得對錯評價，還可以從聽覺、視覺、觸覺、運(yùn)動感知，甚至嗅覺、味覺等多個方面獲得真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。所以，在“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程學(xué)習(xí)中，既需要學(xué)生進(jìn)行基本步驟的操作，還要對系統(tǒng)的多元信息進(jìn)行有效抓取。通過這種方式可以高度還原現(xiàn)實(shí)世界，讓學(xué)生學(xué)會結(jié)合外部環(huán)境來判斷問題點(diǎn)并尋找解決方案，從而為學(xué)生提供完整的電氣技術(shù)應(yīng)用學(xué)習(xí)體驗(yàn)。多交互性可以讓學(xué)生在信息處理、技術(shù)應(yīng)用和系統(tǒng)調(diào)試等多方面實(shí)現(xiàn)針對性訓(xùn)練。針對一些綜合性任務(wù)，教師還可以讓學(xué)生多人協(xié)作、密切配合、共同完成。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)為學(xué)生帶來真實(shí)逼真的學(xué)習(xí)場景，讓學(xué)生所有的感知系統(tǒng)被打開，為學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程的融合路徑

實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)有效融合，需要從多個層面為學(xué)生提供學(xué)習(xí)指引，貼合學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，推動課程資源的綜合開發(fā)。同時，通過生動直觀虛擬情境的引入，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識、強(qiáng)化實(shí)踐技能，提升教學(xué)效果。

（一）結(jié)合教材推進(jìn)虛擬演示動畫開發(fā)

教材是落實(shí)教學(xué)工作的重要載體。在“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)落實(shí)中，教師也要從教材入手，對課程涉及的內(nèi)容進(jìn)行綜合改編。校內(nèi)專業(yè)教師可以與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜议_展有效對話，將電氣工程教材資源與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有效整合，結(jié)合學(xué)生認(rèn)知水平開發(fā)制作模擬動畫，讓學(xué)生通過虛擬仿真動畫的觀看，有效掌握課堂重點(diǎn)內(nèi)容，助力學(xué)生從工作原理、工作過程、系統(tǒng)認(rèn)知等多個方面進(jìn)行專業(yè)知識學(xué)習(xí)。將靜態(tài)的文字通過動態(tài)模擬方式來呈現(xiàn)，并與現(xiàn)實(shí)生活中的案例相關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生獲得沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

虛擬演示動畫的引入，也可以推進(jìn)教、學(xué)、做合一，讓學(xué)生在觀看動畫的同時，完成一些練習(xí)性題目，促進(jìn)學(xué)生對課程內(nèi)容的有效鞏固。教師還可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合理論知識，嘗試對畫面呈現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行解析，幫助學(xué)生綜合掌握系統(tǒng)工作原理、性能、特點(diǎn)。虛擬演示動畫可以反復(fù)播放，有助于節(jié)約教師講解的時間，支持學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)，從而穩(wěn)步提升“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程的教學(xué)效果。

（二）加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)

新工科建設(shè)背景下，高校“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程對學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)越來越重視。傳統(tǒng)的電氣實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)器材已不能滿足當(dāng)前學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展的多元化需求。在教學(xué)工作開展過程中，學(xué)校要重視對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的有效開發(fā)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)步提供強(qiáng)勁動力。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的開發(fā)，應(yīng)跳出單純的校內(nèi)教學(xué)，需要校企共建，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)環(huán)境的有效模擬。結(jié)合電氣技術(shù)應(yīng)用的具體外部空間，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，基于虛擬顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)作業(yè)環(huán)境和具體實(shí)踐操作步驟的有效模擬，保障學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺可以獲得真實(shí)的電氣技術(shù)應(yīng)用環(huán)境的完整操作體驗(yàn)。因?yàn)樘摂M仿真實(shí)驗(yàn)平臺本身的利用率比較高，而且囊括的數(shù)據(jù)非常多，因此，其還要具備易于維護(hù)、升級更新快的優(yōu)點(diǎn)，才能不斷納入新的內(nèi)容。

搭建基于云服務(wù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，可以讓學(xué)生足不出戶就能體驗(yàn)一些極端或高危環(huán)境下的電氣技術(shù)應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)。平臺通過學(xué)習(xí)環(huán)境模擬、實(shí)驗(yàn)操作支持、開展有效測評指導(dǎo)，可讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)的虛擬化學(xué)習(xí)。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，教師可以科學(xué)評估并分析學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果，并以之為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)優(yōu)化和為學(xué)生提供針對性的指導(dǎo)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺提供了非常真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，繽紛多彩、清晰生動的畫面可以讓學(xué)生高效學(xué)習(xí)“電氣技術(shù)應(yīng)用”所涉及的多元知識，對培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，促進(jìn)良好學(xué)風(fēng)校風(fēng)的形成也帶來積極助力。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)的實(shí)訓(xùn)模式

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)中，要充分體現(xiàn)實(shí)踐出真知的育人理念。在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺的應(yīng)用過程中，學(xué)生要進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，教師要對教學(xué)模式進(jìn)行充分創(chuàng)新，以為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的穩(wěn)步提升。

（一）開展情景式教學(xué)，助力學(xué)生系統(tǒng)掌握知識

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)，教師要化繁為簡，抓住課程核心內(nèi)容，構(gòu)建真實(shí)應(yīng)用場景，讓學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。例如，在學(xué)習(xí)“風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)工作原理”時，借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以為學(xué)生的場景體驗(yàn)提供有效輔助。利用虛擬仿真系統(tǒng)，將光伏發(fā)電控制系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)模型、蓄電儲能裝置綜合為一體，幫助學(xué)生綜合掌握并網(wǎng)逆變器裝置的配置方式，學(xué)會風(fēng)機(jī)模型及控制系統(tǒng)的操作。

教師以場景引入的方式，讓學(xué)生參與情境學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生熟悉即將面對的工作場景，扎實(shí)了解實(shí)驗(yàn)原理，并按照規(guī)范操作步驟完成光伏和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)和離網(wǎng)操作。這種教學(xué)方式有助于學(xué)生系統(tǒng)地掌握課程知識，提升實(shí)踐能力，從而為后續(xù)的學(xué)習(xí)和未來的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）開展探究式教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程，讓學(xué)生在具體場景中完成實(shí)踐操作，既有助于學(xué)生鞏固所學(xué)知識，還能提高學(xué)生的操作熟練度。為了提高學(xué)生解決問題的能力，教師還要積極引入探究式教學(xué)，通過設(shè)定一些探究式任務(wù)，讓學(xué)生在真實(shí)場景中熟悉對各類設(shè)備的有效操作，同時有助于學(xué)生跳出教師的說教引導(dǎo)，進(jìn)行探索型操作，如結(jié)合目標(biāo)條件設(shè)定不同參數(shù)，選擇相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行有效的控制操作。在此過程中，教師可以要求學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)步驟，總結(jié)實(shí)驗(yàn)原理。在實(shí)驗(yàn)完成后，以小組為單位對整個學(xué)習(xí)過程進(jìn)行復(fù)盤分析。以學(xué)生為主體開展項(xiàng)目式探究，有助于讓學(xué)生深刻理解電氣技術(shù)應(yīng)用的原理和工作模式，培養(yǎng)學(xué)生良好的創(chuàng)新意識。

（三）強(qiáng)化案例分析提高學(xué)生問題解決能力

“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程的學(xué)習(xí)要面向?qū)W生今后的就業(yè)，因此，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵學(xué)生在面對不同問題時，基于自身學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)嘗試解決問題，并適時給予引導(dǎo)和幫助，幫助學(xué)生提供故障排查、系統(tǒng)修復(fù)等能力。同時，學(xué)校應(yīng)積極創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)基地，讓學(xué)生開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的同時，深入真實(shí)場景，最大限度地接近現(xiàn)實(shí)問題并嘗試進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與問題排查，從而有效提高學(xué)生的任務(wù)執(zhí)行能力和問題解決能力。

五、結(jié)束語

總之，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于“電氣技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)，是推動創(chuàng)新性育人的重要步驟。為了提高學(xué)生的實(shí)踐能力，為學(xué)生帶來良好學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用過程中，既要充分體現(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢，還要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際需求，推進(jìn)虛擬演示動畫的開發(fā)，重視虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺內(nèi)容的同步更新，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐創(chuàng)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(xué)自動化學(xué)院

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