高职院校虚拟仿真实训基地建设探索与实践

[摘           要]  以绿色智慧电力虚拟仿真实训基地建设的全过程来分析虚拟仿真实训基地建设过程中的问题，从建设基础、建设思路、建设内容等方面分析虚拟仿真实训平台建设过程中应该注意的问题和发展方向，同时结合电力专业特点，对实训开展内容与“三教结合”进行讨论，为相关院校进行虚拟仿真平台建设提供了经验。

[关    键   词]  虚拟仿真实训基础;思路;内容;电力专业

[中图分类号]  G712                    [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2022）14-0135-03

随着时代和科技的快速发展，虚拟仿真等现代互联网技术已逐渐深入课堂、实训等各个教学环节中，也对电力行业的人才培养体系与实践教学基地建设提出了更高的要求。

传统实训方式存在培训效果差、学生注意力不集中等问题，尤其是电力专业，其实践类教学存在危险系数高、实验设备昂贵、受时空限制较大等问题，虚拟仿真实训具有沉浸式、交互式、学生自主学习等优点，虚拟仿真实训与电力专业结合能够很好地发挥虚拟仿真的优点，更好地开展电力专业方面的实训。但是虚拟仿真实训基地如何建设、硬件平台如何设置、软件内容如何与专业结合，如何发挥平台在专业建设、师资培训中的作用都成为平台建设需要解决的主要问题[1]。

一、绿色智慧电力虚拟仿真实训基地建设基础

（一）绿色智慧电力虚拟仿真实训基地软硬件设施一流

基地所在“发电厂及电力系统专业群”为河南省高水平专业群，其中国家级骨干专业2个，教学改革试点专业2个，省级特色专业3个，拥有省级教学创新团队2个，主持国家级教学资源库1个，省级教学资源库1个，全国优秀教材2部;参与制定1+X证书标准3项，试点“光伏电站运维”“10千伏配网不停电作业”“垃圾焚烧发电”等1+X证书3项。

学校以“虚拟仿真、贴近现场”为指导，按照“服务现场实际、再现工艺流程、锤炼操作技能”的原则设计实训基地，先后建设了变电运维、电网调控、配电自动化等现场型、混合仿真型、纯软仿型实训室30余个。以真实生产场景重现为主线，与合作企业共建、共享、共管“四基地一中心”。

（二）校企合作机制完善，实训基地建设对接电力全面产业链

学校是国家电网有限公司全资子公司——国网河南省电力公司办学的高等职业院校，也是河南省唯一一所特大型中央企业办学的高等职业院校。国网河南省电力公司对职业教育的高度重视以及大力支持为实训基地建设和发展提供了坚强保障。专业群具有产教融合、校企合作的先天优势，易于实现“双元制”及现代学徒制等方面的改革。企业能充分利用在资本、技术、设备设施和管理等方面的优势参与举办专业，推动专业群与行业企业形成命运共同体。“校企联合、校校联合”的教育教学共同体运行机制立足发电厂及电力系统专业群人才培养，以一线岗位实际工作的需求和意见为导向，制定实施联合培养协议，共同承担教学成本和管理职责，已稳定运行约一年时间，各成员单位高效协同、仿真教学资源覆盖发电、变电、输电配电和用电全电力产业链，范围广、综合性强，同时实现了共享融通，行业、企业和学校普遍反映良好，整体运行情况优良。

（三）已有虚拟仿真实训室运行良好，教科研服务能力卓越

以电网调控运行实训中心为例，电网调控运行中心是开展电力系统电网调度仿真实训多级变电运行联合培训的场所。电网调度实训室能实现地区电网的潮流监视、控制、频率及电压调整、电网异常及事故处理、反事故演习等的仿真实训和培训功能，具有调度和多级变电运行联合培训以及举行大规模反事故演习的功能。可开展电压调整和无功管理、电网频率及省际联络线潮流调整等虚拟仿真实训内容。

二、绿色智慧电力虚拟仿真实训基地建设思路

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，以创建高水平仿真实训基地为契机，顺应现代电力产业“多元供应、绿色发展、智能电网、泛在物联”的发展趋势，遵循“特色发展、示范引领”的建设原则，以全面增强专业群服务河南“三区一群”战略、能源及“十四五”战略新兴产业规划的需要，承担“需要中原更加出彩”使命为目标，按照“突出优势、强化特色、融合发展、创新机制、打造品牌”的建设要求，以产教融合、协同发展为主线，进一步深化产教融合、校企合作体制机制改革，着力打造绿色智慧电力产业链所需的具有创新性、虚实结合、可持续发展的大型综合性仿真实训基地。

（一）虚实互补

依托虚拟现实和人工智能等新一代信息技术不断提升应用水平，将信息技术和实训设施深度融合，以实带虚（以实补虚）、以虚助实（以虚补实、虚实结合）虚实平衡，建设符合要求并满足需求的虚拟仿真实训教学场所，搭建虚拟仿真实训系统，最终形成理论学习+虚拟训练+真技实操为一体的高效教学和实训场所。通过虚实互补，逼真的教学场所让教学过程更加丰富、高效，从而有效提升学生的实践能力和知识综合运用能力。

（二）育训结合

综合专业交叉实训和社会培训的不同特点，兼顾实训课程设计的专业性和兼容性，建设与虚拟仿真相适应的实训教学课程体系，合理确定实训教学内容，研究开发实训教学资源，打造高水平教学团队，优化人才培养方案和实训方式，带动实训基地的数字化转型，面向企业和社会开设各种相关的培训课程，承担区域产业技术人才培训和继续教育任务，推动教学改革成果的应用性转化[2]。

（三）软硬兼顾

充分认识虚拟仿真实训教学平台建设与教学实训软件资源研发的同等重要性，通过“软硬结合”的建设模式，改革实践教学内容、方法、手段，构建全新的课程实施方案，推进现代教育技术和基础理论知识实现“深度融合”，充分满足新工科、新农科、新医科建设背景下培养高素质技术技能人才的目标需求，全面提升人才培养质量。

（四）产教融合

依托学校产教利益共同体建设，结合人才培养的实际需求与地区行业企业发展需要，加强与企业、专业服务机构、中小企业群的合作，构建产教结合型虚拟实训教学资源共享平台，实现优质虚拟仿真实训资源的多主体联合开发和多领域共享应用，运用现代虚拟仿真技术开展常态化智慧教学，构建大数据时代的信息化教学模式，实现学习空间和工作空间的贯通，教学和培训的共享。强化产业、行业技术人才的实践能力和创新能力培养，打造符合“河南特色”的终身教育体系，助力区域经济社会发展。

（五）可持续发展

建立健全可持续发展机制，在整体规划和设计上，建立同现状相适应，具有实用性、先进性和兼容性的教育信息化标准体系。建立评价和反馈机制，通过评价体系，虚拟仿真实验教学项目可以依据师生反馈意见对资源进行改进，持续性地提升资源质量，全面推动教育信息化生态系统建设可持续健康发展[3]。

三、绿色智慧电力虚拟仿真实训基地建设内容

（一）虚拟仿真实训综合管理平台

在学校已建成实训室及实训基地、虚拟仿真软件实训系统的基础上，针对不同专业虚拟仿真AR/VR教学资源升级需求，建设虚实结合、共建共享的虚拟仿真实训基地。建设满足教、学、做一体的理虚实结合实训中心，建设基于岗位职责的教学体系及虚拟仿真教学资源，建设用于教学、展示、创研等不同功能的空间，建设一体化管理和共享平台。整个实训基地建设配套“互联网+”虚拟仿真智慧学习平台，以“一个基地、三个中心、三十五个虚拟仿真实训室”为思路的整体解决方案。

（二）“互联网+”虚拟仿真智慧学习云平台

“互联网+”虚拟仿真智慧学习云平台基于层次化、组件化和面向服务（SOA）的设计思想，设计并研发“互联网+”虚拟仿真智慧学习平台。“互联网+”虚拟仿真智慧学习平台提供网络化游戏化的仿真培训支撑服务，可以无缝集成多专业领域的仿真培训系统并实现远程自主学习、跨终端学习、游戏化学习功能。平台实现了各个仿真培训应用之间的交互操作，是联系仿真培训系统各部分的纽带，为各个仿真培训应用软件提供位置透明、高效的虚拟运行环境。

“互联网+”虚拟仿真智慧学习云平台基于远程过程调用技术，构建包括电网计算和实时数据库的微服务，采用容器化技术将微服务和电网初始数据断面及相关配置打包到若干个容器实例中，为每个用户提供独立的电网运行环境培训，实现了仿真培训系统由“本地化”向“互联网+”的转化。

（三）游戏化仿真实训平台

“互联网+”虚拟仿真智慧学习云平台采用游戏化仿真模式，把学习、游戏和教育的内容整合到一起，为学员打造全新的学习体验，让学员置身于真实的学习环境进行知识学习与技能演练，得到关于进展和业绩的瞬时反馈，获得对良好表现的即时认可[4]。

游戏化仿真功能，讲述了一位新员工的学习与成长之路，通过努力学习电力知识和操作技能，通过不断完成工作任务，解决工作难题，最终从一名新员工成长为专家、大师的故事。

平台游戏化仿真模块，该模块将发电、输电、变电、配电、用电和调度的三维虚拟工作场景作为游戏大厅，游戏大厅整合各专业的培训资源，学员通过游戏大厅可以快速到达想要的虚拟仿真工作场景。

（四）远程自主学习演练

“互联网+”虚拟仿真智慧学习云平台的远程自主学习演练模块提供基于云架构的虚拟仿真基础设施，提供多专业知识学习与仿真培训软件的网络化运行环境及远程接入服务，提供多终端远程学习演练功能。

该模块基于高性能服务器、网络设备和存储设备构建虚拟仿真基础设施，采用云技术实现计算、存储、网络资源的统一管理、调度与弹性扩展。系统采用Docker等技术实现仿真应用容器化，采用Swarm技术实现仿真应用的集群管理，基于虚拟仿真基础设施提供多专业仿真培训应用软件与学习考试功能的网络化运行环境和远程接入能力，并易于多类型应用的灵活部署、扩展与统一管理。虚拟仿真基础服务将海量系统数据与模型进行封装和统一管理，并为多专业虚拟仿真应用和学习考试、系统管理等功能提供数据和模型服务[5]。

该模块具备包括PC、手机、iPad、虚拟现实（VR）设备、增强现实（AR）设备在内的多类型终端接入能力，支持用户采用多种终端远程访问系统并运行系统提供的虚拟仿真培训应用开展学习与演练活动。

四、结语

绿色智慧电力虚拟仿真实训平台建设专业性较强，平台软硬件建设都需要专业机构进行联合开发，建设过程中要注意统筹兼顾专业特色、行业实际，充分运用学校已有资源如专业教学资源库、在线开放课程等资源，将虚拟仿真实训平台作为“三教”改革的抓手和主战场。做好平台的共建共享工作，注意积极开展对外服务，开展技能培训，服务企业发展，发挥好职业院校社会服务职能。充分建设好、利用好、发挥好虚拟仿真实训平台的作用，最终通过平台应用让智慧教学覆盖100%的教学场所以及教学全过程，实现现场教学和云教学的有机统一。

参考文献：

[1]戴晓燕，刘超.基于BIM技术的建筑工程虚拟仿真实训中心的建设研究[J].实验技术与管理，2018，35（12）：237-241.

[2]张仁醒.电工技能虚拟仿真实训软件的研究与实现[D].成都：电子科技大学，2012.

[3]焦红茹，谢春梅.虚拟仿真实训基地在高职教育中的应用探析[J].热带农业工程，2017，41（3）：77-80.