虛擬仿真下電氣工程專業(yè)教學實踐

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山東電力高等?？茖W校以教育資源數(shù)字化虛擬仿真共享為建設目標，推進電力工程專業(yè)全領域、全流程、全業(yè)務的虛擬仿真系統(tǒng)覆蓋，實現(xiàn)業(yè)務、教育、產(chǎn)業(yè)的深度融合，切實提升共同體核心業(yè)務價值創(chuàng)造能力，提高共同體運營效率，夯實共同體可持續(xù)發(fā)展能力，全力支撐學校電力工程專業(yè)建設。截至2021年，山東電力高等專科學校變電運維、電網(wǎng)調(diào)度運行、配電自動化相關專業(yè)課程基本建成“前臺靈活、中臺強大、后臺穩(wěn)定”的虛擬仿真運行平臺，基本實現(xiàn)全流程、全業(yè)務的虛擬仿真覆蓋，虛擬仿真教育模式不斷創(chuàng)新，使共同體合作數(shù)字化能力顯著提升。

一、建設條件與基礎

建立“校校聯(lián)合、資源共享”的教學實踐共同體運行機制。2020年1月，以“校校聯(lián)合、資源共享”為指導，成立了以山東電力高等專科學校為牽頭單位、各成員單位共同參與的教學實踐共同體。共同體立足電氣工程相關專業(yè)人才培養(yǎng)，以一線崗位實際工作的需求和意見為導向，制定實施聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議，建立了基于崗位典型工作任務的教學資源開發(fā)機制，聯(lián)合制定實施校校聯(lián)合管理辦法和資源共享管理辦法，共同開展學生培養(yǎng)管理，共同承擔教學成本和管理職責，建立了教學實踐共同體穩(wěn)定運行機制。培養(yǎng)“共建共享、遠程指導”教學實踐共同體師資隊伍。教學實踐共同體以“共建共享、遠程指導”為指導，制定推進各成員單位在師資隊伍方面的共建共享，共同開展遠程學習指導工作，促進教師在成員單位之間交流任教、共享資源，共同指導學生開展仿真實訓，共建共享一支結(jié)構(gòu)合理、數(shù)量充足、素質(zhì)過硬、專兼結(jié)合的教學實踐共同體師資隊伍。建設“虛擬仿真、貼近現(xiàn)場”的技能訓練平臺。教學實踐共同體以“虛擬仿真、貼近現(xiàn)場”為指導，按照“服務現(xiàn)場實際、再現(xiàn)工藝流程、錘煉操作技能”的原則共同設計技能訓練平臺，先后建設了變電運維、電網(wǎng)調(diào)控、配電自動化等現(xiàn)場型、混合仿真型、純軟仿型實訓室30余個，以真實的現(xiàn)場設備、實際的操作系統(tǒng)搭建了各專業(yè)崗位的工作實境。按照崗位工作規(guī)范和培養(yǎng)電力一線工人標準，聯(lián)合開發(fā)技能實訓作業(yè)指導書，嚴格依據(jù)現(xiàn)場工作步驟，標準化開展安全風險交底、工作準備、流程操作及現(xiàn)場恢復等工序，通過反復練習真實任務，不斷強化學生規(guī)矩意識和規(guī)范化操作習慣。形成“對接生產(chǎn)、任務驅(qū)動”的仿真實訓教學資源庫。教學實踐共同體按照現(xiàn)場實際生產(chǎn)流程，重新開發(fā)學生培養(yǎng)所需的教學資源。首先依據(jù)崗位工作標準提煉核心知識點和關鍵技能項，重構(gòu)課程標準的知識目標和能力目標，通過設置若干工作情境予以支撐；其次按照新編課標開發(fā)行動式教材，整合大量企業(yè)現(xiàn)場操作任務和案例，在各情境設計若干學習任務，以實際的操作任務為載體，將必備的知識融入現(xiàn)場標準化的操作流程，并據(jù)此編制整體教學設計、單元教學設計。電氣工程山東電力高等專科學校以教育資源數(shù)字化虛擬仿真共享為建設目標，推進電力工程專業(yè)全領相關專業(yè)已開發(fā)情境任務式課程標準40余門、行動式教材20余本，同時編制基于崗位標準的實訓作業(yè)指導書40多部，網(wǎng)絡課件100余個，建立了突出崗位特點、對接生產(chǎn)過程的教學資源庫。

二、建設方案

通過虛擬仿真技術(shù)的應用，帶動學校整體的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，系統(tǒng)整體規(guī)劃，統(tǒng)籌分步實施。通過虛擬仿真技術(shù)應用，推動電氣工程相關專業(yè)教育教學模式、業(yè)態(tài)和方式的“三個轉(zhuǎn)變”，打造線上線下相融合的教學新業(yè)態(tài)、新模式。具體包括如下四方面內(nèi)容：一是加強數(shù)字基礎設施建設，推動虛擬仿真技術(shù)進一步深化落地。擴容網(wǎng)絡鏈路帶寬，實現(xiàn)萬兆進樓宇、千兆到桌面。加強5G關鍵技術(shù)研究和網(wǎng)絡建設，深化5G在培訓教學、學生管理等核心業(yè)務領域的試點應用。建設物聯(lián)管理平臺，實現(xiàn)全部智能業(yè)務終端統(tǒng)一接入和管控，打造全面感知、高效處理、應用靈活的智慧物聯(lián)體系。二是集成各專業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)，建成公用仿真中心，打造虛擬仿真實訓云平臺。建設基于云端技術(shù)的電網(wǎng)運行虛擬仿真培訓支撐平臺，為各仿真應用提供網(wǎng)絡化協(xié)同仿真運行環(huán)境，為遠程網(wǎng)絡化仿真培訓學習提供技術(shù)支撐；部署電網(wǎng)運行人員學習自適應培訓子系統(tǒng)，采用統(tǒng)一規(guī)范XAPI的學習行為采集技術(shù)，實現(xiàn)仿真學習行為數(shù)據(jù)的采集、存儲與分析；構(gòu)建電網(wǎng)運行專業(yè)自適應培訓系統(tǒng)模型，研發(fā)自適應學習引擎，針對用戶知識掌握情況和培訓目標進行個性化精準化培訓內(nèi)容推薦，幫助用戶快速提升專業(yè)技能；部署仿真培訓智能引導和自動評價子系統(tǒng)，綜合考慮操作仿真行為及電網(wǎng)運行狀況指標，實現(xiàn)對網(wǎng)絡化仿真學習行為的智能引導和自動量化評價；研發(fā)進階化虛擬仿真學習功能，在仿真系統(tǒng)中增加闖關、多人對抗積分排行、道具、等級提升等元素，提高仿真系統(tǒng)學習趣味性。部署電氣工程相關專業(yè)的線上虛擬仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)傳統(tǒng)實訓資源的數(shù)字化、線上化轉(zhuǎn)型。三是推動電氣工程相關專業(yè)教育教學的數(shù)字化建設。落實學?！半p高”建設方案，圍繞“一體雙育四化”職業(yè)教育新模式，主動適應“互聯(lián)網(wǎng)+職業(yè)教育”發(fā)展需求。運用培訓教學云服務平臺及外網(wǎng)公用數(shù)字化平臺，部署虛擬仿真云系統(tǒng)，探索應用線上教學、遠程輔導等教學新方式。推進線上教學方式常態(tài)化，實現(xiàn)核心課程線上直播授課、在線測驗。全面實施線上線下相結(jié)合，推進課堂授課與線上課前自學、在線學習，在線測試、課余輔導等靈活結(jié)合。四是強化基于虛擬化技術(shù)的培訓教學數(shù)字資源建設。以職業(yè)能力為核心，加快涵蓋課程、微課、課件、案例、試題庫等教學資源的轉(zhuǎn)化和建設。制定建模標準，構(gòu)建電力設備模型標準庫、電力行業(yè)標準運營框架，試點建設涵蓋設計施工、運行檢修、供電服務、品牌傳媒的分布式虛擬仿真實訓系統(tǒng)。深化系統(tǒng)集成和開發(fā)，推動虛擬仿真培訓與生產(chǎn)環(huán)境密切結(jié)合，營造“時時能學、處處可練”的實訓環(huán)境。

三、預期成效和考核指標

明確共同體開展教學業(yè)務需求，樹立全業(yè)務流程節(jié)點，建立健全虛擬仿真教學全業(yè)務流程節(jié)點，優(yōu)先引入成熟虛擬仿真軟件，集成培訓管理系統(tǒng)和培訓教學云服務平臺，消除數(shù)據(jù)壁壘，建成電力工程專業(yè)核心課程虛擬仿真基礎平臺。梳理職業(yè)教育業(yè)務教學資源，按專業(yè)制定課件、教材、案例、試題庫等資源虛擬仿真數(shù)字化建設計劃，完成至少30%教學資源虛擬仿真數(shù)字化建設。制定虛擬仿真數(shù)字化建模標準，構(gòu)建電力設備模型標準庫、電力行業(yè)標準運營框架，優(yōu)化電網(wǎng)運行、調(diào)度、配電自動化、供用電技術(shù)等業(yè)務領域虛擬仿真實訓系統(tǒng)資源，開發(fā)完成電網(wǎng)調(diào)度、變電運維、配電自動化專業(yè)課程60%實訓課程虛擬仿真系統(tǒng)。開發(fā)完成教學管理調(diào)度指揮一體化管控平臺，實現(xiàn)該平臺與數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)接口的開發(fā)和貫通，實現(xiàn)管控平臺準確實時采集、抓取各虛擬仿真系統(tǒng)關鍵數(shù)據(jù)，并通過可視化系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)報表等功能。運用教學云服務平臺及外網(wǎng)供用數(shù)字化平臺，探索應用線上教學、遠程輔導等教學新方式，實現(xiàn)共同體單位之間資源共享。

作者:劉書閣 李愛晶 王璽 李天航 單位:山東電力高等專科學校