1. 实验的必要性及实用性

（1）抽水蓄能行业发展需求

随着我国经济社会快速发展，抽水蓄能发展加快，项目数量大幅增加，分布区域不断扩展，相继建设了泰安、惠州、白莲河、西龙池、仙居、丰宁、阳江、长龙山、敦化等一批具有世界先进水平的抽水蓄能电站。

2021年4月，国家发展改革委印发《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》，明确提出电站经营期按40年核定，经营期内资本金内部收益率按6.5%核定；《能源工作指导意见》中提到，健全完善抽水蓄能发展体系，加快建设一批抽水蓄能项目；国家能源局《抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035年）》中提到，到2025年投产总规模6200万千瓦以上，到2030年投产总规模1.2亿千瓦左右，推动抽水蓄能进入快速发展阶段。

在以服务“双碳”、构建新型电力系统的核心目标驱动下，加快发展抽水蓄能是今后一段时期内不变的主题。

（2）实验教学建设需求

在新工科教学背景下，为了使人才培养与行业发展相匹配，高校需要培养具有创新精神、实践能力的复合型人才，需要加强实践教学，提高学生的实践能力。

在抽水蓄能电站的实践教学活动中，由于抽蓄电站电机系统的高转速、高电压及工况复杂等因素，且系统设备的运行机理、过程数据等难以可视化，实践教学一般走马观花，学生不能实际触摸、操作设备，难以理解抽蓄电站电机系统的运行特性，无法达到实践教学的有效目的。

基于虚拟化技术，借助数值计算、多媒体和人机交互等先进手段，为学生打造高度逼真的抽水蓄能电站，建设虚仿实验课程，既突破了学生习惯性的认知模式，又弥补了实际的实验教学中不足，是解决实验教学“三高四不”难题的重要手段。

2. 教学设计的合理性

项目团队本着“调动学生思维、激发学生灵感”的目标，遵循“能实不虚，虚实结合，以虚补实”的原则，充分考虑实验内容的深度和内涵，合理设计本课程的教学环节，实现实验教学目标。

（1）以教学目标为依据

本实验课程以抽水蓄能电站的电机系统为实验对象，采用“学习-练习-考核”的技术路线，设计了五个实验模块，即厂站认知、运动控制、发电运行、抽水运行、实操考核。学生在完成本实验后，可巩固理论知识，具备解决复杂电气工程、控制问题的能力，有效提升实验教学质量，增加专业认同感，全面提高理论分析、实践创新水平。

（2）从学生实际情况出发

教学团队从各学生的知识储备、操作能力和学习态度等实际情况出发，为了体现学生的差异性与分层性，设计了“自主预习→引导学习→参数设计→练习操作→综合考评”的实验教学方法，采取“理论+实操”的综合考评方法，了解学生的预习状态，明确学生对理论知识的掌握程度，掌握学生的实验操作能力。

本实验课程起到从理论到实践衔接的纽带作用，是整个专业培养体系中的重要一环。学生在完成本实验后，能达到具备解决电气工程领域复杂工程问题的能力，有效提升学生的创新意识，增加对专业的认同感，激励学生担当时代的责任感，全面培养学生理论、分析、实践、创新的知识、水平和能力。

3. 实验系统的先进性

本实验课程基于B/S架构设计，由服务器、教学管理系统、三维软件系统与仿真计算引擎四个部分组成，各部分相互连接，形成了一套完整的实验操作流程，其功能介绍如下：

1）服务器用于网络共享、云存储、网络安全管理和身份认证等；

2）教学系统用于实现虚拟仿真实验教学，提供软件支持，管理用户信息，提供实验的数据信息和操作培训；

3）三维软件系统用于提供大型抽水蓄能电站的三维环境、操作界面、中间数据，监控实验的运行状况，管理实验的操作评分，生成实验报告，并将验训报告传输至教学系统；

4）仿真计算引擎用于执行小步长机电暂态仿真计算，其基于.Net C#语言开发，可集成在三维软件系统内，生成实验数据，并将实验数据传输至软件系统。

实验系统具有如下特点：

2 环境无限制：学生可通过浏览器启动实验，独立完成实验，克服了实验环境、设备、安全等制约因素。

2 虚拟容错：在虚拟环境下，学生可对实验设备进行拆分，允许实验步骤操作错误，且重复实验，可实现硬件设备不具备或难以完成的教学功能。

2 交互友好：实验设计了引导、帮助或提示内容，充当了老师的作用；实验后台可记录、评价学生的每步操作，自动截取实验数据，形成实验报告。

2 便于扩展维护：实验环境基于Unity、Maya、PS等专业软件开发，实验模型、图片、文字等素材方便修改，实验易于升级和扩展。

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