动力类专业虚拟仿真教学资源建设及应用探析

谢新 刘晓

[摘 要] 通过分析虚拟仿真教学资源建设意义、建设目标，重点介绍动力类虚拟仿真教学资源的建设内容和作用功能，探讨虚拟仿真教学资源可应用于以下教学实践中，即火电生产认识实习教学、系统设备认知教学、火电机组虚拟巡检教学、机组设备虚拟检修及装配教学等。

[关 键 词] 虚拟仿真；教学资源；人才培养；教学应用

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）28-0169-01

虚拟仿真教育教学资源的建设和应用，适应了信息化时代高等教育人才培养的要求，克服了以实物为基础的传统实训方法在真实环境中无法实现的诸多限制，为培养学生创新能力和实践能力提供了先进手段和优质资源，为实践场所注入了活力。目前，虚拟仿真教学资源建设和应用受到高校的高度重视，同时也遇到一些问题和挑战。从动力类专业“电力技术虚拟仿真实训中心”建设意义、建设目标入手，探讨基于虚拟仿真技术的动力类专业教学新途径，以期促进虚拟仿真教学资源与教学实践深度融合。

一、虚拟仿真教学资源建设意义

动力类专业要求学生有较强的工程实践能力、热力设备运行维护以及安装检修的能力，同时还要具备一定的技术改造和创新能力。然而，由于电力行业的高危性和设备的昂贵性，导致电力高职院校难以建立全真实生产性“校中厂”，加之火电厂一般都只能提供参观实习机会，学生缺少实际运行的实习机会，参观学习中，学生对工厂设备外形、结构、组成部件很难有完整的认识，更談不上对设备的检修维护，无法满足培养学生工程实践能力的教学要求，制约了高素质技能人才的培养。学院动力系“电力技术虚拟仿真系统”构建一个可人机交互的三维可视化的虚拟火电机组，多维度、全流程、全范围地真实反映火电机组生产运行过程，虚拟仿真教学资源建设和应用可克服以上局限，实现真实环境不具备或难以完成的教学功能，达到高职人才培养的目标要求。

二、虚拟仿真教学资源建设目标

动力系“电力技术虚拟仿真实训中心”建设，秉承现代高职的教育理念，结合专业特点，虚拟仿真系统用虚拟现实（VR）技术多维度、全流程、全范围虚拟燃煤火电机组生产流程和主要生产设备，使学生能够通过人机交互方式身临其境，全程参与到火电机组运行维护过程中，通过控制虚拟场景中对应的设备进行各项操作，实现虚拟在线巡检、虚拟安装检修等操作，具备学员自由练习、考核认证等功能，满足学生从事电厂运行等相关工作，培养学生的工程实践能力。

三、虚拟仿真教学资源建设内容

虚拟仿真综合应用了虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通信等技术，来实现真实环境不具备或难以实现的教学功能。

基于真实对象场景的1∶1比例的结构建模。软件以3D格式文件中的模型为基本元素，按照实际工厂设备尺寸进行1∶1比例绘制。场景的组织以实际装置为标准，包含重要设备、管线、仪器、仪表、阀门、开关等设备。操作者可以任意角度进行整体厂区环境漫游（全厂级）、各生产系统设备漫游（车间级）、设备近视角全方位观察（设备级），漫游的角度速度、行进停留可以自由控制；近距离观察设备可展示设备信息（名称、作用、原理）；主要设备可以通过交互操作将设备主要部件分解，展示内部结构，并能够还原为整机。

虚拟现实场景与DCS系统的数据同步。系统以实时DCS系统数学模型作为底层支撑，提供和二维、三维图形软件以及其他第三方软件进行数据交互的接口，为上层应用软件提供协同运行支持。整个过程以可视化的方式展现，并且提供后台数据支撑，支持阀门、泵等设备操作和压力、温度等参数的计算和显示。要求系统操作提供二维DCS画面与三维现场操作相结合的方式。对可操作设备，当接收到操作指令时，需要向仿真机发出正确的操作数据，同时该设备在3D场景中显示操作结果。

四、虚拟仿真教学资源应用

动力类专业培养的学生都是工科专业，虚拟仿真教学资源应用于教学实践中，实现实际难以实现的教学内容，更好地培养学生的工程能力和实际动手能力。

火电生产认识实习教学。通过全厂自由漫游功能，完成对电厂的整体认知和生产流程工艺的教学工作。系统提供基于三维场景的虚拟人展示，针对不同岗位角色（包括值长、单元长、主值、副值、巡检等）提供安全装备、工作任务演示。系统提供火电生产全过程、各部门的全方位认知学习，包括安全法规、部门职责、岗位设置和岗位规范等。

在教学实践中，可将仿真教学与真实的工作实习、模拟装置的实际操作结合在一起，提高实践教学效率，培养学生较强的岗位操作能力，取代认识实习的教学环节。

综上所述，根据动力类专业特点，立足于动力类专业人才培养的需要，通过动力类虚拟仿真教学资源的建设应用，与真实课堂结合，实现动力类专业学生较强的工程实践能力、设备运行维护以及安装检修能力，并具备一定的技术改造和创新能力。

参考文献：

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[2]杜月林，建设虚拟仿真实验平台，探索创新人才培养模式[J].实验技术与管理，2015（12）：26-29.

[3]王卫国，虚拟仿真实验教学中心建设思考和建议[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：5-8.