基于“互聯(lián)網+”電工電子實驗平臺的研制

房國志， 張凱利， 安 欣， 單 薏

(哈爾濱理工大學， 1. 工程訓練中心，2. 測控技術與通信工程學院，3. 電氣學院， 黑龍江 哈爾濱150080)

基于“互聯(lián)網+”電工電子實驗平臺的研制

房國志1， 張凱利2， 安 欣2， 單 薏3

(哈爾濱理工大學， 1. 工程訓練中心，2. 測控技術與通信工程學院，3. 電氣學院， 黑龍江 哈爾濱150080)

結合“互聯(lián)網+”及基礎實驗教學的特點，本文介紹了構建網絡化、個性化實驗教學體系。內容有研制電工實驗教學平臺，實現(xiàn)線上實驗互聯(lián)教學模式。該實驗平臺包含桌體、網絡模塊、電路實驗模塊、實驗周邊器材及人身安全保護系統(tǒng)。使實驗教學在開放性、可管理性等方面得到顯著改善與提高，滿足學生自主學習和個性化綜合創(chuàng)新的需求。

線上實驗互聯(lián)教學；云技術；自主實驗

0 引言

隨著我國經濟的發(fā)展與升級，國家提出了“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的新理念，倡導和支持大學生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)[1]。高等教育正面臨著一個轉型發(fā)展期，從教師為主導的教育模式向以學生為主導多樣化教育模式及可定制化教育模式發(fā)展。

注重大學生的個性發(fā)展，提供個性化培養(yǎng)方案、定制化培養(yǎng)方案，共享優(yōu)質教學資源，培養(yǎng)自主學習能力以及創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力是這個時期高等教育發(fā)展的重點[2]。個性化培養(yǎng)是創(chuàng)新的基礎，多角度和標新立異的思維是創(chuàng)業(yè)的基礎。

實驗教學是培養(yǎng)高素質人才的一個重要教學環(huán)節(jié)，對大學生綜合素質培養(yǎng)起著不可替代的作用[3]。傳統(tǒng)實驗教學模式已不足以適應國家對大學生培養(yǎng)方面提出的要求，實驗教學必須從傳統(tǒng)模式向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式轉變，使實驗從傳統(tǒng)驗證性向設計性、創(chuàng)新性過渡，開放實驗室以及開放實驗內容已經成為高校實驗教學改革與發(fā)展的必然趨勢[4]。

1 實驗平臺的研制目的與意義

信息化技術的發(fā)展，特別是移動互聯(lián)網的發(fā)展標志著“互聯(lián)網+”的時代到來，這個時代的一個顯著特點是使得各種信息的分享更加便捷了。對于高校而言，這些年通過精品課、視頻課以及卓越工程師培養(yǎng)計劃等工程建設，積累了極為豐富的學習資源，學習內容呈多樣化，有些學校還開發(fā)一些網絡課件在本校局域網絡上使用，提供了很多適合大學生網上學習的終端產品，特別是隨著“云”技術及大數據的出現(xiàn)，極大的豐富了實驗教學內容及學習手段。各大網站、教育機構提供的學習平臺如雨后春筍般涌現(xiàn)，翻轉課堂、微課、MOOC的發(fā)展方興未艾[5]。

但目前，各高校使用的電工電子實驗設備，還屬于封閉式自成體系的實驗設備，滿足不了以自主學習為主導的教學模式。對于上述的新興的教學模式所配套的實驗設備相對落后，從而限制了有些電類課程的實驗課題深層次的開發(fā)，不能滿足現(xiàn)在所授課程的需要，如不及時解決，勢必影響今后的實驗實訓教學。針對這一情況，我們對通用電工電子實驗臺上的設備進行帶有支持互聯(lián)網和WIFI熱點的實驗模塊的擴充，進而開發(fā)新型電子電路設計等課程的實驗實訓項目，以適應當前電子電路設計等課程的實驗實訓教學目標。打破了傳統(tǒng)實驗教學環(huán)節(jié)的約束，實現(xiàn)了教學資源的共享，具有良好的交互性與可操作性，從而達到處處能學，時時可學的目的。

2 實驗平臺的構建與功能特點

實驗平臺的構建是具有特色的，第一，體現(xiàn)服務特性，既方便學生學習又方便教師指導，方便學生學習體現(xiàn)在時時可學、處處能學，不受時空限制；方便教師指導，體現(xiàn)在教師隨時在線或依據數據庫的機器人給出回答。第二，體現(xiàn)在積累特性上，這方面體現(xiàn)在學生構建的優(yōu)秀實驗項目及優(yōu)秀實驗項目指導方法的積累，體現(xiàn)在互聯(lián)網下的大數據收集。第三，體現(xiàn)實驗管理的有序性，方便學生預約、登錄、實驗定制及實驗耗材準備。同時方便對教師指導實驗的考核和學生實施實驗的考核。

實驗平臺構建的具體內容是：

1)實驗桌體設計

實驗桌為鋼體框架結構，分為上下兩體。上體可用于安置實驗儀器設備，并嵌入一個可翻轉實驗箱，做與實驗箱相關的實驗時，實驗箱可以拉下來，做與實驗箱不相關的實驗時，實驗箱可以推上去，這樣可以有效利用實驗臺空間及可使實驗臺多功能化。實驗桌下體是操作空間，其金屬表面為亞光密紋噴塑，桌面為防火耐磨高密度板，結構堅固，形狀似長方體封閉式結構，造型美觀大方，設有抽屜、存放柜，用于放置實驗器件、功能模塊、工具、導線等。桌面用于安裝控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。實驗桌還設有四個萬向移動輪子支撐調節(jié)和固定結構，便于移動或固定。

2)網絡模塊設計

網絡模塊是自己研發(fā)的帶有支持互聯(lián)網和WIFI熱點的一體化Linux模塊，其內含高清數字視頻流媒體服務器，可以實現(xiàn)本地存儲也可以實現(xiàn)云端存儲。有WiFi熱點，支持移動終端(帶有android手機客戶端的APP軟件需下載APP)，借助機智網、百度云可搭建電工電子實驗網絡平臺。通過互聯(lián)網或局域網內無線WIFI熱點，應用手機或者平板電腦即可瀏覽高清影視頻課件或預習實驗內容和回放做過的實驗。可以訪問運營商提供的免費云盤，瀏覽存儲在這里的高清視頻課件。

3)電路實驗模塊設計

采用九孔萬用插件板，簡稱九孔板。九孔板有諸多特點來滿足各個層次的學生實驗需求。對初學者來說，橋梁式R-L-C真實元件封裝在可拆卸塑盒內，直觀、透明方便辨認、選用和更換；積木式的模塊單元使電路的組合靈活、通用；其特殊材料和工藝的耐用插腳，保證了良好接觸以保證實驗的穩(wěn)定性。配備了標準印刷的模塊單元讓實驗電路一目了然，方便學生驗證基本電路原理。適用于創(chuàng)新設計性電路實驗，裝置可以充分的保障開放性實驗室的要求，具有充分的可擴展性。

4)實驗儀器及其保護盤

裝在實驗臺上的儀器有示波器、信號發(fā)生器、電量測量儀等。測量儀表采用指針式、數顯式、智能化、人機對話及計算機通信等多種形式，用戶可根據需要進行選擇。智能型儀表均采用485通訊接口，利用計算機采集數據穩(wěn)定可靠，通過軟件設定，可任意實現(xiàn)電壓、電流、功率、功率因數的測量，使用戶對儀表的選擇和使用更加靈活。這些實驗儀器特別適用于開放式實驗室管理。

5)完善的人身安全保護體系

實驗臺外殼接地。采用電流型和電壓型雙重漏電保護措施。設有過電流和過電壓保護，用戶可以通過觸摸式按鍵自行設定過電流過電壓保護值，使保護更加切實有效。實驗導線采用全封閉結構，使用安全、可靠、防觸電。實驗臺設有定時器兼報警記錄儀，具有設定實驗時間、定時報警、切斷電源、過壓保護等功能。這些保護功能比較可靠，對于接錯線、誤將電源接成短路的情況，設備會自動斷電，保護了電路中的儀表、儀器和實驗器件，設備的性能優(yōu)越，使用安全可靠，滿足了實驗教學的需要及保證了學生的人身安全。

3 實驗平臺的開放與教學改革

基于“互聯(lián)網+”的電工電子實驗平臺具備獨特的互聯(lián)網管理模式，在實驗教學學時數有限情況下，可以利用多媒體教學系統(tǒng)更加有效地指導學生完成大綱要求必須做的實驗，同時通過觀看實驗演示，延伸實驗教學范圍，達到以點帶面的效果。實驗平臺可以從有條件開放過渡到全面開放，利用課內、外多種形式實現(xiàn)開放。吸引更多的學生到開放實驗室從事實驗和科研活動，不斷地提高學生實踐能力、創(chuàng)新能力。同時引入計算機模擬仿真實驗，學生可充分發(fā)揮想象力，大膽設計，勇于嘗試，這可調動學生學習的主觀能動性，為培養(yǎng)學生的分析、應用和創(chuàng)新能力提供條件。

如何基于實驗平臺進行實驗教學改革呢？

(1)創(chuàng)建電工電子實驗教學視頻：首先，應明確實驗課學生必須達到的目標和需要掌握的技能，以及這些實驗教學視頻最終需要表現(xiàn)的內容；其次，創(chuàng)建相應的視頻課件，應考慮不同班級和學生的差異；在制作過程中應站在學生的角度，以學生為主導進行考慮，加入學生的想法，以適應不同學生的學習方法和習慣。

(2)要以學生為主體有序有目的地組織實驗教學活動：在學生完成線上視頻學習的基礎上，教師要把學生按興趣、進度、個性化方式分組。確保學生不是在孤立地學習視頻內容，這樣在線下課堂內學習才是高質量的學習活動。在以學生為主體的學習方面要讓學生有機會在具體環(huán)境中應用其所學內容。關于培養(yǎng)獨立解決的問題方面可以通過探究式活動、基于項目的學習來完成。

(3)具體實施辦法：由于不受時空限制，教師可以按時段要求學生完成線上學習任務，學生可以根據自身情況來安排和控制自己的學習，遇到困難之處還可以通過聊天軟件向教師和同伴尋求幫助。

以上的學習環(huán)節(jié)為全面提升了課堂的互動打下了良好的基礎，這種互動不僅具體表現(xiàn)在教師和學生之間，也表現(xiàn)在學生與學生之間。由于教師角色的轉變，已經從教學主導者轉變?yōu)閷W習的指導者，學生自主學習的主體性充分體現(xiàn)。這讓教師有更多的時間與學生討論答疑，深入到學生的學習小組中，對每個學生進行個性化指導。當同一實驗內容有不同解決方案時，或者教師在輔導的過程中發(fā)現(xiàn)部分學生為相同的問題所困擾時，可以組織學生舉行小型討論會。小型討論會的好處是學生之間可以進行充分交流，教師也可以及時介入給予必要的指導。

通過這樣的教學改革，教師不再僅僅是知識的傳遞者，更應成為學生學習的指導者；學生則成為教育的主體、學習的主體，學生主動學習的能動性和創(chuàng)造性也發(fā)揮出來了。

[1] 吳文華,施鎮(zhèn)江,朱娟娟,史同娜,謝衛(wèi)民.智能管理系統(tǒng)在高校實驗室管理中的應用[J]. 上海市. 實驗室研究與探索. 2014(11): 55-58

[2] 王向麗,郭曉麗,倪培永.提高電工技術教學效果淺析[J]. 南通市. 廣東化工. 2016(02): 72-76

[3] 鄒家柱,程品晶.高校虛擬仿真實驗室建設總結[J]. 衡陽市. 中國電力教育. 2014(18):103-105

[4] 萬桂怡,崔建軍,張振果.高校虛擬實驗平臺的設計及實踐[J]. 濟南市.實驗室研究與探索. 2011(03):15-17

[5] 程強,尹雪婷.基于B/S架構的高職院校教學質量評價系統(tǒng)研究[J]. 太原市.信息化建設. 2015(12):24-26

[6] 李樹濤,章兢,黎福海,雷友誠. 電子信息類專業(yè)課研究型教學模式的改革與創(chuàng)新[J]. 長沙市.高等教育研究學報. 2011(04):2-4

Development of The Electrician Experiment Platform Based on Internet+

FANG Guo-zhi1, ZHANG Kai-li2, AN Xin2, SHAN Yi3

(1Engineeringtrainingcenter, 2.Measurementandcontroltechnologyandcommunicationengineeringinstitute,3.Inetituteofelectrical,HarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbin150080,China)

Combined with Internet of things and experiment teaching, a network and personalized experimental teaching system is developed. It contains the construction of electrical experiment teaching platformwas and implementation of online experiment teaching mode, Achieve the purpose of everywhere to learn. New electrician experiment platform contains a table of body, network module, circuit experiment module, the peripheral equipment and the construction of personal safety protection system. It can improve the independent learning oriented electrical experiment teaching system, make the experimental teaching manageability and personalization, and meet the needs of students′ autonomous learning and individualized comprehensive innovation.

online experimental teaching; cloud technology; independent experiments

2016-03-15;

2016-11- 27

房國志(1963-)，男，博士，教授，從事電工基礎理論教學、電能質量檢測研究工作，E-mail：fangguozhi@hrbust.edu.cn

TP391.6

A

1008-0686(2017)01-0113-03