基于实时数字仿真及三维虚拟现实的教学实验平台的开发与应用

2010年7月29日《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》正式发布,这被看做是今后一个时期指导全国教育改革和发展的纲领性文件,全国各大高校积极响应,积极推进高校教学体制改革并且适时提出了教育体制改革创新和培养卓越工程师的相关要求。针对21世纪高校教育改革的新要求,各大高校在教学设施、教学模式等方面开始了革新,特别是教学设施方面。本文针对国内高校电气工程专业本科教育,结合山东大学电气工程学院教学特点研发了一套全新的教学设备——基于三维虚拟现实及ADPSS仿真系统的教学实验平台。 电气工程及其自动化专业的教学应该注重培养应用型人才,实验课程的设置就显得尤为重要。目前的实验室大都配置的是实际的物理设备,虽然物理设备直观易用,实验认知效果明显,然而这样的物理实验平台也存在诸多不适用于新教学模式改革的缺点,比如物理设备体积大,投资巨大,占地多；设备维护复杂费用高；最重要的是有一定的安全隐患,其中包括由于操作不当易引起设备损坏以及存在人员安全隐患；实验时间有限,学生动手机会有限；扩充新的实验项目不方便；实验室难以开放,限制了学生的探究热情等。本课题针对这一实际问题提出了切实可行的解决方案。 本课题主要的设计开发是针对电气工程专业本科教学实验设备存在的不足,提出了用电力系统实时数字仿真代替物理实验设备的初步解决方案。考虑到本科教学实验的目的是强调“认知”和“实践”,让学生建立起电力设备及其操作的感官认识,但是目前所有的数字仿真软件和装置,都是采用平面示意图的方式表示系统和设备,因此本开题进一步提出切实可行方案,即运用虚拟现实技术,为数字仿真提供接近真实物理设备的外观和操作体验,使实验者沉浸其中,达到身临其境的效果。在此方案基础上,我们开发了基于三维虚拟现实及ADPSS仿真系统的教学实验平台。此平台在山东大学电气工程学院本科教学实验中已经有初步应用,并且取得了较好的教学效果。本实验平台获得“2012年度山东大学教学成果一等奖”。