实验教学项目特色

(体现虚拟仿真实验项目建设的必要性及先进性、教学方式方法、评价体系及对传统教学的延伸与拓展等方面的特色情况介绍。）

Ø 建设必要性

虚拟实验室是基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的开放式网络化虚拟实验教学实验室，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。虚拟实验室由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验室为开设各种虚拟实验课程提供了全新的教学环境。虚拟实验台与真实物理实验台类似，可供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备。教师和学生利用虚拟器材库中的器材自由搭建任意合理的典型实验，或实验案例，这一点是虚拟实验室有别于一般实验教学课件的重要特征。随着虚拟实验技术的成熟，其在教育领域的应用价值逐渐得以体现。

随着上海电力大学校学科建设的发展和办学规模的扩大，我校电气工程专业本科生和研究生招生人数逐年扩大，这对实验教学工作平台的建设，提出了新的更高要求。包括台套数的增加、新的实验教学手段等。高电压放电实验室对实验场地要求较高，危险性较大。借助虚拟仿真实验室的建设，可以弥补对高电压实验室目前的不足，以便能够将最新的技术手段用于学科建设、学生的培养，让学生能够及时学习新的技术标准和接触最新的工程实践。

随着学校对外交流活动的增加，国际留学生也逐年增多。部分留学生对实体实验课所涉及知识接受能力较弱，需反复操作。虚拟实验室的建设，为留学生提供了课外学习的机会，帮助他们顺利地完成学业。而且也着眼于校外受众，对社会开放。虚拟仿真实验室的建设对提高教学效果、体现教书育人的社会价值，具有重要意义。

Ø 虚拟实验室先进性

该项目充分利用VR技术的优势，综合应用多媒体、大数据、三维建模、人工智能、人机交互、超级计算等网络化、数字化、智能化技术手段，丰富虚拟仿真实验内容。在实体实验室进行高压放电实验时，由于放电过程较快（毫秒级），实验现象不易观察，包括放电前的起运过程、放电过程、波形观察等。而虚拟仿真实验则可以充分发挥仿真优势，学生可以充分观察实验的每一个细节。通过声光电技术手段的应用，不仅使学生有身临其境的感觉。使学生在完成物理模型实验的同时，通过虚拟仿真实验，进一步理解高电压间隙放电的机理，弥补物理模型的不足。体现了虚拟仿真实验室的先进性。

虚拟实验室建设团队由上海电力大学电气工程学院优秀的专业教师组成，具有丰富的教学经验。硕士及以上学位教师92%，其中博士学位占比61%，教授、副教授（高级工程师）、工程师（讲师）形成完备的教学团队。保证了实验项目的设计、测试、带教的科学性和先进性。主要教学团队人员教学成果丰富，获得上海市精品课程、教学成果等多项省部级奖项。

高 亮，硕士，教授，硕士生导师，学术带头人。《电气工程及其自动化本科专业_中国工程教育认证》负责人。作为主持人，《电力系统继电保护原理_精品课程建设》项目获2015年上海市精品课程；2017年《电气工程专业“卓越计划”人才培养的探索与实践》荣获上海市教学成果二等奖（项目主持人）；2017年《服务国家能源战略，培养祖国最需要的复合型新电力人》荣获上海市教学成果特等奖（排名第4）。

马爱清 ，高电压与绝缘技术专业博士，副教授、硕士生导师。《高电压技术》课程负责人，近年来在国内外核心学术刊物上发表文章30余篇，其中SCI检索　2篇，EI检索20余篇。主持国家自然科学基金1项，上海市自然科学基金1项，上海市教委科研项目2项。讲授本科课程《高电压技术》、《发电厂电气部分》以及相应的课程设计，讲授研究生课程《输变电工程的电磁场数值分析及应用》。主持《高电压技术》上海市精品课程1项，主持《高电压技术》上海电力学院课程思政试点课程1项，负责《高电压与绝缘技术》相关专业课程的研究生和本科教学团队建设，主持研究生课程建设项目1项。获得2016年度 “上海市科技进步奖三等奖” 、2016年度上海电力学院优秀教师。

赵璐：硕士，副教授。主要从事电气设备绝缘特性、电力系统过电压等问题的研究。主持和参与多项纵、横向课题研究和《高电压技术》《发电厂电气主系统》等精品课程建设，并发表相关科研、教研论文多篇。并获得多项省部级教学奖项。《高电压技术》上海市教委重点课程建设，2011年，省部级；上海市教学成果奖二等奖，2018年，省部级；上海市高校青年教师教学竞赛二等奖，2018年，省部级；上海市科学技术进步奖三等奖，2016年，省部级；上海电力学院教书育人楷模，2018年，校级。

不仅有优秀的教师队伍，而且还有高效的管理机制。专业教师是虚拟实验室建设的人才支撑，高效的管理机制是虚拟实验室稳定运行的技术保障。也是虚拟实验室先进性的综合体现。

（1）实验方案设计思路

直流电场中空气间隙放电虚拟仿真实验系统是以项目式教学作为指导思想，在建立完整的实验教学项目基础上，以学生为主导，为培养电气创新设计和创新人才需要而建设的示范性虚拟仿真实验教学项目。不断完善和优化的课程评价体系，稳定开放的运行方式，为不同校区、不同专业的学生同时共享使用。

高压试验具有设备庞大、高电压、高危险、设备损耗大等特点，在实体实验室完成实验操作有较多局限性，限制了学校相关实验教学的开展。从而使电气类专业大学生对高压实验缺少实际操作训练，无法与未来工作需求相匹配。虚拟仿真实验室可以发挥其设备“虚拟”、表现特性“真实”的特点，最大限度地发挥高电压放电实验在教学过程中的作用，实现教学目的。

设计直流电场空气间隙高压放电虚拟仿真实验系统时，充分考虑其设备搭建灵活的特点，为此设计了集学习型（基础知识学习）、分析型、研究型于一体的实验教学系统。使学生通过该虚拟仿真实验系统，达到巩固基础知识、锻炼动手能力、验证和进一步深化学习高电压放电机理的目的。进而使学生能够对课程知识进行层层递进理解，达到初步应用的程度。

（2）教学方法创新

直流电场中空气间隙放电虚拟仿真实验系统以学生为中心，有别于传统高电压放电实验以老师为中心引导学生的模式。传统高电压放电实验因为危险性较大，限制了实验时学生的动手实操范围，而虚拟仿真实验打破此类限制，从而大大提升了学生的学习兴趣，充分发挥学生的创新设计能力，发掘学生的创造潜力。指导老师对整个实验前、中、后全过程加以适当的指导，激发学生的创新意识，培养学生发现问题、解决问题的能力，调动学生学习的积极性，以更好地实现人才培养目标。

本虚拟实验项目在上海电力大学正式上线以来，在长达超过3个学期的应用期间，教学效果显著，受益面大。学生实验兴趣浓厚， 自主学习能力明显增强，实践创新能力明显提高。通过开展在线教学服务或技术支持等，积极发挥了对电气专业类实验教学信息化建设的示范引领作用。

（3）评价体系创新

虚拟仿真实验系统能够对学生参加实验的全过程进行记录，并能够随时进行实验指导。对于学生预习效果、实验步骤，以及实验成绩评价都具备完善的评价标准，保障评价的公正性。虚拟仿真实验平台建立完善的反馈机制，对参加实验学生各方面的建议、评价与反馈信息，进行全面系统的统计分析，为指导教师改进和完善实验提供参考，提高教学效果。

直流电场中空气间隙放电虚拟仿真实验系统不仅能够单机稳定可靠运行，并可置于基于Internet开放教学管理平台上，可以为不同校区、不同专业的学生同时共享使用。并且项目建于B/S架构，可以提供授权的网络环境下开展实验。系统有完善的加密机制，具有看门狗的功能，可以进行日志管理、数据备份、系统监控，保障网络及信息安全保护功能。

（4）对传统教学的延伸与拓展

    本虚拟实验教学系统是以现有电气类实验为基础，以虚拟仿真、虚拟现实技术为支撑，以培养学生工程实践能力为核心而建设。虚拟实验平台开设的直流电场空气间隙放电实验项目，通过不同的电极类型演示均匀电场、不均匀电场下，高压直流间隙放电的机理。具有设计、研究和创新等环节，是综合性的实验实践教学项目。达到了线上、线下的结合与互补，是对传统实验教学模式的补充、延伸与拓展。而且通过网络的开放，也发掘了该实验平台的社会教育功能，也充分发挥了其“虚拟”实验平台的社会价值。

更广、展示更直观。

2、以学生为主导的教学方式

直流电场中空气间隙的放电虚拟仿真实验系统以学生为中心。这大大提升了学生的学习兴趣，充分锻炼学生的创新设计能力，发掘学生的创造潜力。指导老师对整个实验前、中、后全过程加以适当的指导和引导，启发学生创新意识，培养学生发现问题、解决问题的能力，调动学生学习的积极性，以更好地实现“新工科”人才培养目标。

3、稳定开放运行

直流电场中空气间隙的放电虚拟仿真实验系统不仅能够单机稳定可靠运行，并可置于基于Internet开放教学管理平台上，可以为不同校区、不同专业的学生同时共享使用，并且项目建于B/S架构可以提供授权的网络环境下开展实验。系统有完善的加密机制，具有看门狗的功能，可以进行日志管理、数据备份、系统监控，保障网络及信息安全保护功能。

4、不断完善和优化的评价体系

虚拟仿真实验系统能够对学生参加实验的全过程进行记录，并能够随时进行实验指导，对于学生预习效果、实验步骤以及实验成绩评价都具备完善的评价标准，保障评价的公正性。平台建立完善的反馈机制，对参加实验学生各方面的建议、评价与反馈信息，进行全面系统的统计分析，为指导教师改进和完善实验提供参考，提高教学效果。

5、传统教学的延伸与拓展（知识点的拓展与应用的拓展）

  本实验教学项目是以现有电气类实验为基础，以虚拟仿真、虚拟现实技术为支撑，以培养学生工程实践能力为核心，建设电气基础虚拟实验平台开设的电气原理、电气设计相关综合性、研究性和创新性的实验实践项目。能够在该平台上开设基础性、专业性和综合性实验，满足所有阶段本科生和研究生的实验教学需求。