基于“互联网+”电工电子实验平台的研制

房国志， 张凯利， 安 欣， 单 薏

(哈尔滨理工大学， 1. 工程训练中心，2. 测控技术与通信工程学院，3. 电气学院， 黑龙江 哈尔滨150080)

基于“互联网+”电工电子实验平台的研制

房国志1， 张凯利2， 安 欣2， 单 薏3

(哈尔滨理工大学， 1. 工程训练中心，2. 测控技术与通信工程学院，3. 电气学院， 黑龙江 哈尔滨150080)

结合“互联网+”及基础实验教学的特点，本文介绍了构建网络化、个性化实验教学体系。内容有研制电工实验教学平台，实现线上实验互联教学模式。该实验平台包含桌体、网络模块、电路实验模块、实验周边器材及人身安全保护系统。使实验教学在开放性、可管理性等方面得到显著改善与提高，满足学生自主学习和个性化综合创新的需求。

线上实验互联教学；云技术；自主实验

0 引言

随着我国经济的发展与升级，国家提出了“大众创业，万众创新”的新理念，倡导和支持大学生创新、创业[1]。高等教育正面临着一个转型发展期，从教师为主导的教育模式向以学生为主导多样化教育模式及可定制化教育模式发展。

注重大学生的个性发展，提供个性化培养方案、定制化培养方案，共享优质教学资源，培养自主学习能力以及创新和创业能力是这个时期高等教育发展的重点[2]。个性化培养是创新的基础，多角度和标新立异的思维是创业的基础。

实验教学是培养高素质人才的一个重要教学环节，对大学生综合素质培养起着不可替代的作用[3]。传统实验教学模式已不足以适应国家对大学生培养方面提出的要求，实验教学必须从传统模式向创新型人才培养模式转变，使实验从传统验证性向设计性、创新性过渡，开放实验室以及开放实验内容已经成为高校实验教学改革与发展的必然趋势[4]。

1 实验平台的研制目的与意义

信息化技术的发展，特别是移动互联网的发展标志着“互联网+”的时代到来，这个时代的一个显著特点是使得各种信息的分享更加便捷了。对于高校而言，这些年通过精品课、视频课以及卓越工程师培养计划等工程建设，积累了极为丰富的学习资源，学习内容呈多样化，有些学校还开发一些网络课件在本校局域网络上使用，提供了很多适合大学生网上学习的终端产品，特别是随着“云”技术及大数据的出现，极大的丰富了实验教学内容及学习手段。各大网站、教育机构提供的学习平台如雨后春笋般涌现，翻转课堂、微课、MOOC的发展方兴未艾[5]。

但目前，各高校使用的电工电子实验设备，还属于封闭式自成体系的实验设备，满足不了以自主学习为主导的教学模式。对于上述的新兴的教学模式所配套的实验设备相对落后，从而限制了有些电类课程的实验课题深层次的开发，不能满足现在所授课程的需要，如不及时解决，势必影响今后的实验实训教学。针对这一情况，我们对通用电工电子实验台上的设备进行带有支持互联网和WIFI热点的实验模块的扩充，进而开发新型电子电路设计等课程的实验实训项目，以适应当前电子电路设计等课程的实验实训教学目标。打破了传统实验教学环节的约束，实现了教学资源的共享，具有良好的交互性与可操作性，从而达到处处能学，时时可学的目的。

2 实验平台的构建与功能特点

实验平台的构建是具有特色的，第一，体现服务特性，既方便学生学习又方便教师指导，方便学生学习体现在时时可学、处处能学，不受时空限制；方便教师指导，体现在教师随时在线或依据数据库的机器人给出回答。第二，体现在积累特性上，这方面体现在学生构建的优秀实验项目及优秀实验项目指导方法的积累，体现在互联网下的大数据收集。第三，体现实验管理的有序性，方便学生预约、登录、实验定制及实验耗材准备。同时方便对教师指导实验的考核和学生实施实验的考核。

实验平台构建的具体内容是：

1)实验桌体设计

实验桌为钢体框架结构，分为上下两体。上体可用于安置实验仪器设备，并嵌入一个可翻转实验箱，做与实验箱相关的实验时，实验箱可以拉下来，做与实验箱不相关的实验时，实验箱可以推上去，这样可以有效利用实验台空间及可使实验台多功能化。实验桌下体是操作空间，其金属表面为亚光密纹喷塑，桌面为防火耐磨高密度板，结构坚固，形状似长方体封闭式结构，造型美观大方，设有抽屉、存放柜，用于放置实验器件、功能模块、工具、导线等。桌面用于安装控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。实验桌还设有四个万向移动轮子支撑调节和固定结构，便于移动或固定。

2)网络模块设计

网络模块是自己研发的带有支持互联网和WIFI热点的一体化Linux模块，其内含高清数字视频流媒体服务器，可以实现本地存储也可以实现云端存储。有WiFi热点，支持移动终端(带有android手机客户端的APP软件需下载APP)，借助机智网、百度云可搭建电工电子实验网络平台。通过互联网或局域网内无线WIFI热点，应用手机或者平板电脑即可浏览高清影视频课件或预习实验内容和回放做过的实验。可以访问运营商提供的免费云盘，浏览存储在这里的高清视频课件。

3)电路实验模块设计

采用九孔万用插件板，简称九孔板。九孔板有诸多特点来满足各个层次的学生实验需求。对初学者来说，桥梁式R-L-C真实元件封装在可拆卸塑盒内，直观、透明方便辨认、选用和更换；积木式的模块单元使电路的组合灵活、通用；其特殊材料和工艺的耐用插脚，保证了良好接触以保证实验的稳定性。配备了标准印刷的模块单元让实验电路一目了然，方便学生验证基本电路原理。适用于创新设计性电路实验，装置可以充分的保障开放性实验室的要求，具有充分的可扩展性。

4)实验仪器及其保护盘

装在实验台上的仪器有示波器、信号发生器、电量测量仪等。测量仪表采用指针式、数显式、智能化、人机对话及计算机通信等多种形式，用户可根据需要进行选择。智能型仪表均采用485通讯接口，利用计算机采集数据稳定可靠，通过软件设定，可任意实现电压、电流、功率、功率因数的测量，使用户对仪表的选择和使用更加灵活。这些实验仪器特别适用于开放式实验室管理。

5)完善的人身安全保护体系

实验台外壳接地。采用电流型和电压型双重漏电保护措施。设有过电流和过电压保护，用户可以通过触摸式按键自行设定过电流过电压保护值，使保护更加切实有效。实验导线采用全封闭结构，使用安全、可靠、防触电。实验台设有定时器兼报警记录仪，具有设定实验时间、定时报警、切断电源、过压保护等功能。这些保护功能比较可靠，对于接错线、误将电源接成短路的情况，设备会自动断电，保护了电路中的仪表、仪器和实验器件，设备的性能优越，使用安全可靠，满足了实验教学的需要及保证了学生的人身安全。

3 实验平台的开放与教学改革

基于“互联网+”的电工电子实验平台具备独特的互联网管理模式，在实验教学学时数有限情况下，可以利用多媒体教学系统更加有效地指导学生完成大纲要求必须做的实验，同时通过观看实验演示，延伸实验教学范围，达到以点带面的效果。实验平台可以从有条件开放过渡到全面开放，利用课内、外多种形式实现开放。吸引更多的学生到开放实验室从事实验和科研活动，不断地提高学生实践能力、创新能力。同时引入计算机模拟仿真实验，学生可充分发挥想象力，大胆设计，勇于尝试，这可调动学生学习的主观能动性，为培养学生的分析、应用和创新能力提供条件。

如何基于实验平台进行实验教学改革呢？

(1)创建电工电子实验教学视频：首先，应明确实验课学生必须达到的目标和需要掌握的技能，以及这些实验教学视频最终需要表现的内容；其次，创建相应的视频课件，应考虑不同班级和学生的差异；在制作过程中应站在学生的角度，以学生为主导进行考虑，加入学生的想法，以适应不同学生的学习方法和习惯。

(2)要以学生为主体有序有目的地组织实验教学活动：在学生完成线上视频学习的基础上，教师要把学生按兴趣、进度、个性化方式分组。确保学生不是在孤立地学习视频内容，这样在线下课堂内学习才是高质量的学习活动。在以学生为主体的学习方面要让学生有机会在具体环境中应用其所学内容。关于培养独立解决的问题方面可以通过探究式活动、基于项目的学习来完成。

(3)具体实施办法：由于不受时空限制，教师可以按时段要求学生完成线上学习任务，学生可以根据自身情况来安排和控制自己的学习，遇到困难之处还可以通过聊天软件向教师和同伴寻求帮助。

以上的学习环节为全面提升了课堂的互动打下了良好的基础，这种互动不仅具体表现在教师和学生之间，也表现在学生与学生之间。由于教师角色的转变，已经从教学主导者转变为学习的指导者，学生自主学习的主体性充分体现。这让教师有更多的时间与学生讨论答疑，深入到学生的学习小组中，对每个学生进行个性化指导。当同一实验内容有不同解决方案时，或者教师在辅导的过程中发现部分学生为相同的问题所困扰时，可以组织学生举行小型讨论会。小型讨论会的好处是学生之间可以进行充分交流，教师也可以及时介入给予必要的指导。

通过这样的教学改革，教师不再仅仅是知识的传递者，更应成为学生学习的指导者；学生则成为教育的主体、学习的主体，学生主动学习的能动性和创造性也发挥出来了。

[1] 吴文华,施镇江,朱娟娟,史同娜,谢卫民.智能管理系统在高校实验室管理中的应用[J]. 上海市. 实验室研究与探索. 2014(11): 55-58

[2] 王向丽,郭晓丽,倪培永.提高电工技术教学效果浅析[J]. 南通市. 广东化工. 2016(02): 72-76

[3] 邹家柱,程品晶.高校虚拟仿真实验室建设总结[J]. 衡阳市. 中国电力教育. 2014(18):103-105

[4] 万桂怡,崔建军,张振果.高校虚拟实验平台的设计及实践[J]. 济南市.实验室研究与探索. 2011(03):15-17

[5] 程强,尹雪婷.基于B/S架构的高职院校教学质量评价系统研究[J]. 太原市.信息化建设. 2015(12):24-26

[6] 李树涛,章兢,黎福海,雷友诚. 电子信息类专业课研究型教学模式的改革与创新[J]. 长沙市.高等教育研究学报. 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

房国志(1963-)，男，博士，教授，从事电工基础理论教学、电能质量检测研究工作，E-mail：fangguozhi@hrbust.edu.cn

TP391.6

A

1008-0686(2017)01-0113-03