远程操作电工电子实验平台的设计

陈勇

（上海市第二轻工业学校 上海市 200135）

1 引言

实验教育在高等职业院校的理工教育中占有重要地位。与理论教育相比，实验教育是最直观，实用，创新和非常重要的联系之一，尤其是在电气和电子教育领域[1]。然而，常规的电气和电子实验室在早期阶段需要大量投资，而在后期阶段则需要较高的维护成本，并且进行实验的过程受到时间，地点和人工以及操作时间的限制。同时，在当前的实验教育存在很大的问题，这限制了创新技能的培养，例如教育投资有限和资源匮乏。由于实验室空间和实验室设备的数量有限，实验室时间安排的机械化，效率低下的实验室培训以及每个学生动手时间的限制，能力建设受到了限制。而且，实验室设备管理是实验室管理。对员工的挑战。如何在空间，设备和教师方面为学生提供更实用的手机游戏，是几次实验性教育改革的目标之一。电子系统设计自动化（EDA）技术正在迅速发展。使用这种电子系统设计自动化软件可以轻松完成电子系统的设计和功能验证，但是该软件提供了理论结果和一些仿真结果。结果不能完全反映真实场景。工程实验室的电路仿真更为可行，并且存在一些问题。大多数仿真软件是封闭的源代码，无法很好地扩展，复杂的系统也无法很好地定制[2]。

2 远程操作实验平台的产生和建设意义

通过远程操作实验平台，用户可以随时随地通过Internet 完成实验。与现有的实验平台相比，其优势在于它打破了时间和空间限制，并提高了用户的自由度。就用户而言，它可以通过允许各种合法用户访问，提高实验室设备的利用率以及减轻实验室设备的紧张程度而向社会开放[3]。此外，与纯软件模拟实验平台相比，使用远程摄像机可以提供真实的物理场景，从而为用户带来临场感并提高实验效率。另外，由于该实验是远程进行的，因此该设备不容易被人损坏，并且易于有效管理。实验时间不受限制，实验室设备的利用率高，减少了同一实验所需设备的购买数量，减少了学校实验、机房建设和维护费用。

3 技术总体设计

基于Web 的线上实验平台将从三方面改变传统实验教学模式，如图1所示。

（1）实验前的准备过程将从无监督地复制实验报告变为在线完成图片和文字以及丰富多彩的交互方法。实验人员可以使用在线平台的辅助功能来独立学习实验仪器，常规实验方法和程序；

（2）在老师更正实验报告后，将推导出实验原理和实验数据验证的时间点。在实验前阶段，实验者对实验结果有明确的期望，因此以免在完成实验后出现难以理解的情况。

（3）虚拟仿真实验电路的构建将使实验不再局限于有形实验室，并且在线平台将无形地扩大实验人员动手实践的空间和时间。

4 系统主要功能介绍

4.1 仪器操作的动态演示及互动

在许多实验项目中，设备的不当使用将直接影响实验的进展和实验数据的测量，然而大部分实验教材对实验所用到的仪器设备鲜有文字说明，更加缺乏操作的动态演示过程及交互式说明，学生无法通过线下预习掌握实际仪器的操作及使用，线上平台通过动画形式将实验室所用设备的使用方法逐步展现，并加入互动环节，让学生选择对应设备及接口进行连线操作。如图2所示，示波器和数字万用表的使用已经以动态形式完全呈现给学生。在线演示平台不仅可以避免教师在课堂上花费大量时间谈论设备的使用，而且可以帮助学生解决实验过程中遇到的设备调试问题。

4.2 原理的推导与数据验证

在线平台仍以网页的形式提取每个实验项目中使用的知识点，作为学生进行计算的初步练习，服务器将纠正老师提供的正确答案。

图3（A）是实验项目“运算放大器”的“工作及其应用”的前期问题之一，在学生给出正确答案后，虚线框中的“”是服务器的校正结果。如果答案不正确，服务器将给出提示。图3（B）是实验项目“RLC 串联电路的频率特性”中的初步练习之一。通过在线预览过程，在巩固理论知识点的同时，他们对验证性实验项目的结果具有自我预期，避免盲目跟随实验过程的趋势。

4.3 虚拟仿真实验

在网络的虚拟环境中，学生可以“沉浸式”完成实验组件的选择，放置和连接。互联网和在线实验教学平台的结合，使学生可以在实验前充分预览实验，减少实验操作过程中的错误，有效提高实验教学效果。图4 显示了“晶体管放大器电路实验”的虚拟仿真过程。学生选择显示在Web 界面右侧的组件并将其放在左侧的面包板上，然后执行虚拟接线操作，如果接线不正确，服务器会提示。

5 远程操作虚拟实验室的应用

为了鼓励学生使用创新思维来观察，研究和培养学生的独立学习能力和创新动手技能，作者旨在增加信息量并改善和促进其应用。按照教育部最新版本《电气工程教学基本要求》的教育目标和教育需要。我们使用现代信息技术，收集有关课程设计，教育实施，教学效果和学生的实践能力的相关信息，并进行多维综合分析，以客观地判断计划教育中学生的学习能力和实践能力。目标可以通过教育和技能发展的原则来实现。

图1：传统教学与结合线上平台教学的对比

结合作者学校根据实验课程的大纲和学习目标提供的电气电子技术的实际培训，本文提供了电气电子技术实验课程的教学设计。基于网站上显示的教学平台的实验设计，学生可以通过独立的注册表完成对电子电路测试的实验分析和评估。通过远程实验，学生可以掌握电子电路课程的相关内容和技能。

实验平台包括1 个初始化模块和8 个功能模块。其中，初始化模块主要完成学生上课和专业等基本学生信息的收集和统计，以及上课前学生的教育背景等基本数据。功能模块包括8 个模块：课程大纲，教科书，作业，讨论，远程实验室，在线问题，培训评论和考试。每个功能模块都是独立且相互关联的。例如，时间表提供了课程的学习目标，任务，要点和学习困难。例如，“电气和电子技术远程实验室”模块提供所选课程的所有理论和实验内容的讲义文件，介绍电子仿真的基本知识，并为学生提供Lab View 电路仿真工具。或SPICE。加深您的知识。了解和掌握。用于远程实验室培训的一些培训材料包括：

（1）在电子电路设计中使用仿真工具。

（2）电子元件的使用和应用示例。

（3）戴维南电压和电流定律的实验验证。

如图5所示，在本研究所设计的教学平台中，包括有教学反思、练习板块、在线研讨等环节，同时还有相关的教学资料拓展和延伸，能够提供学习者随时进行练习、测试和知识拓展。另外，利用信息技术手段对电子电工实验教学进行了形式创新，拓展了教学手段，编写相关学习材料，进一步完善实验教程和教学视频，使学生可以学习更多。了解电气设备的电气特性并学习通用组件。能够对各种实验及其模型进行模拟，如在上图中，通过推导昆虫运动和控制原理在单片机上进行检测，设计并开发了教育实验模型，该模型是六脚智能机器人模型。缺陷。该在线视觉模型屏幕允许学生交流理论知识。包括在专业实践的链接中。在实际的教学实施中，第一步先利用基本的电学理论进行课程导入，并利用在线实验平台进行可视化的展示，从而引发学习者的兴趣，并帮助学生使用该模型。与在线学习相关的课程内容。提供有关电子技术实验过程的指导。学习提供了一种有效的教学方法。

图2：实验仪器操作的动态演示

图3：实验预习中原理推导与数值验证

6 电工电子远程在线实验教学环境及实施的展望

6.1 本远程操作平台在教学上的先进性分析

该远程操作平台的设备侧使用DAC 和LM2596 开关电源来设计新型的高功率，高分辨率，宽范围可编程。通过本研究所设计的系统，能够完全满足各类电子电工实验对于设备、设施的要求。与此同时，实验平台在系统上通过Linux 和NodeJs 技术，能够实现Web 服务器，便于在线编程和远程程序下载的远程单片机原理实验系统，并通过网络视频进行了实验。可以做。可以远程观察肠道。全面的实验经验。通过分离前端和后端来开发服务器端。前端使用Angular 和Ionic 技术堆栈，而交互式页面则设计用于远程实验和管理。后端基于SpringBoot 框架，并与Shiro 和MyBatis 集成。修复了改进测试平台和用户管理并避免测试平台故障的问题。

6.2 远程在线实验教学环境及实施的展望

远程操作实验平台基础架构的建设取得了令人满意的结果，但仍有很多地方需要改进。

（1）改善设备的功能和性能，丰富实验种类。基于现有的系统框架，我们设计了一个平台产品，该产品可以通过各种过程（数字电路实验，电路原理实验等）执行各种实验，以访问电子信息。

（2）能够增加实验教学的可调整性。为能够实现实验及其对应教学的多样性和可调节性，在进行实验教学平台设计和搭建时，可以加入更多的可控元件，从而实现依据教学需求来调整实验过程。

（3）能够增加实验教学的手段和线上教学资料。在线实验平台可以为教学提供各种所需的资料，包括文字、图像、影音等供使用者选择获取，而且可以通过这些资源和所设置的实验展示过程，最大限度的引起学习者的关注，从而是他们更加主动的进行学习。

图4：基于Web 的晶体管放大电路的虚拟仿真实验

图5：基于Web 的电子技术远程实验教学应用

（4）可以增强学习者在学习过程中对于实验的参与度。线上实验平台可以通过各种媒介，让学习者能够更加全面和生动的参与实验全过程、了解实验相关的原理和知识，并直观的感受实验现象及结果，提高学习者的参与性和互动感，从而最大限度的提升学习效果。

（5）提高系统的鲁棒性。当许多参与者共同参与或观察实验时，线上实验平台依靠其稳定的系统和功能，为每一位参与者提供最佳的用户体验。同时，您应该能够以高并发率执行长期稳定的交易。

7 结语

本文构建了电路与电子技术实验在线平台，满足当前教学改革的发展需要。但是，由于研究时间短，应用范围狭窄，如何调动学生的积极性，让他们积极进行在线预览或审阅，是否建立在线评估系统等仍然存在一定的局限性。实验过程。作为实验的总体评估的一部分，改进平台将是一个需要解决的问题。远程操作实验平台的研究在不断的推进，随着物联网技术，互联网技术和微电子技术的飞速发展，远程控制实验平台系统将越来越完善。