电气自动化开放实验教学平台设计与应用

马新宇

【摘 要】电气自动化是实践性很强的专业，实验教学是最重要的教学环节。开放实验是传统实验教学的延伸，是变“静”为“动”的一种新型教学模式。为了提高电气自动化开放实验教学效果，本文研究开放实验教学平台设计与应用，提出了具体的应用策略，为实验教学规划和实验教学实施提供参考。

【关键词】电气自动化；开放实验；教学平台；设计与应用；硬件建设；软件建设；应用策略

实验教学是使用实验仪器、设备和材料，通过操作过程，引起实验现象变化，从中发现新知识和验证原有知识的一种科学方法，是学生实践能力和创新能力培养的一个重要环节。电气自动化专业是融合自动控制、机械工程、电工电子和计算机技术于一体的新型交叉学科，培养复合型高级工程技术人才。目前电气自动化专业人才市场需求旺盛，在国民经济中发挥着重要作用。电气自动化是实践性很强的工科专业，实验教学是其中最重要的教学环节之一，是提高学生分析问题和解决问题能力的重要手段。

目前高校进行的实验大部分都是封闭实验，实验室专门针对某个具体专业的教师和学生，实验室资源不共享。学生也只能在教学安排的时间内进入实验室，其他时间实验室也是封闭的，不允许学生进入。实验过程中产生的数据也只是自己使用或小组成员共同使用，不与他人共享，也就是说数据也是封闭的。这种封闭实验造成实验资源严重学杂费，没有发挥出实验教学应有的作用。开放实验是在高校教学改革背景下发展起来的变“静”为“动”的一种新型实验教学模式，鼓励学生利用课余时间，自已完成方案设计，实现通过“做”达到“学”的目的。开放实验是传统实验教学的延伸，本文针对电气自动化实验教学的特点展开研究，技术上进一步继承和发展了现有的实验教学平台设计的思想和方法，实践上为高等院校实验教学规划制定和实验教学实施提供参考依据。

1 电气自动化开放实验教学平台硬件建设

电气自动化开放实验教学中心由多个专业实验室构成，共同完成实践能力培养。

（1）PLC控制技术实验室。用于完成“可编程序控制器技术”和“伺服运动控制技术”等实验，主要设备是可编程序控制器训练装置、工控机、显示屏和变频器等。

（2）过程控制系统实验室。用于模拟工业现场过程控制实际，可进行温度、压力和流量等变送器的应用实验。主要硬件设备包括高级过程控制装置和数字示波器等。

（3）测试测量与控制实验室。测控是自动化系统的核心和灵魂，用于学生掌握传感器的组成结构和转换电路原理。主要硬件设备包括传感器实验仪和信号发生器等。

（4）继电保护实验室。用于电力系统继电保护方面训练，测试电力系统故障和危及安全的异常工况。主要硬件设备包括电流继电器、防护继电器和单相调压器等。

（5）电子设计自动化实验室。培养学生在电子设计自动化与数字系统设计等方向的基本实验技能。主要硬件设备包括电子设计自动化实验箱及配套设备和仪器仪表。

（6）变电站综合自动化实验室。用于完成线路保护类实验、线路设计类实验、变压器设计类实验和电容器组保护类实验等。主要硬件设备是变电站自动化实验系统。

（7）智能电网技术实验室。用于完成从输电、变电、配电到用电的各个环节的实验，包括智能化电网调度和电网数据管理等。主要硬件设备是电网安全稳定控制装置。

（8）电力电子技术实验室。用于完成单相整流电路、三相整流电路、单相交流调压电路和单片机数字触发电路等实验。主要硬件设备是电力电子技术实验台。

2 电气自动化开放实验教学平台软件建设

实验平台建设包括软件建设和硬件建设，硬件都是比较成型的设备，硬件技术更为成熟和稳定，与硬件相比，软件建设较为复杂。本文研究的平台软件建设包括四方面内容：第一，开放实验教学平台用户分析。主要包括学生、教师和管理员等三类用户，学生使用平台完成实验，教师通过平台指导实验，管理员负责平台的运行和维护。第二，开放实验教学平台业务流程。每类用户具有不同的操作流程。以学生用户为例，包括选择实验项目、提交实验方案、预习实验内容、预约实验室、进行实验操作、提交实验结果和查看评价结果等。第三，开放实验教学平台架构设计。采用目前最为流行的MVC三层架构模式进行设计，表现层完成用户与系统间的信息交互，应用层用于负责具体的业务处理，数据层完成表现层和数据库的输入和输出。第四，开放实验教学平台功能设计。功能是软件应具有的效能和作用，软件目标要通过软件功能来表达和实现，软件功能也是软件呈现给用户的直接效果。功能设计结果如图2所示。

图2 电气自动化开放实验教学平台功能

3 电气自动化开放实验教学平台应用策略

加快实验教学改革和实验室建设，促进优质资源整合和共享，提升办学水平和教育质量，开放实验的作用和地位日益显现，开放实验教学平台应用，培养了学生的独立工作能力、提高了学生的择业能力、发展了虚拟实验教学、提高了实验室管理水平，具有重要的理论和现实意义。除了加强硬件建设和软件建设外，还需要运用创新策略，保障实验教学平台运行。本文提出的应用策略如下：

（1）制定严格可执行的规章制度和管理办法。针对教师制定考核制度和指导原则；针对学生制定使用规定和操作规程；针对管理员制定设备仪器维护和管理办法。

（2）建立实验教学质量的监控和评估机制。开放实验教学提高了学生的自主性，但也必须加强管理，对学生的實验过程进行监控，对学生的实验结果进行评估。

（3）加强开放实验教学师资队伍建设及管理。开放实验教学离不开教师的指导，要建设稳定的教师队伍，不断提高专业教师素质，同时注重双师型教师培养。

（4）创新开放实验室文化辅助开放实验教学。通过实验室文化建设可以加强凝聚力，创造和谐气氛，形成一个良好的工作环境，提高参与开放实验师生的凝聚力。

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