新能源网络化共享实验教学平台的建设＊

王丽飞，赵东亚，仉志华，吴明铂

（中国石油大学（华东）新能源学院，山东 青岛 266580）

《国家中长期教育改革和发展规划纲要》指出“信息技术对教育发展具有革命性影响”，要求“加快教育信息化进程”。《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》明确提出，“要强化实践育人环节，提升实验教学水平”。建设实验教学的网络化共享平台，将信息技术与实验教学相结合，对提高实验教学质量、培养学生的工程实践能力、提高学生的综合素质和创新思维起着重要作用。

为适应能源发展的需要，2019 年9 月中国石油大学（华东）成立了新能源学院，同年成立新能源学院实验中心，中心由新能源科学与工程专业、储能科学与工程专业、能源与动力工程专业、过程装备与控制工程专业、电气工程及其自动化专业、环保设备工程专业6 个专业的专业实验室组成。

1 新能源学院的实验教学存在的主要问题

1.1 实验教学模式单一，时空固定化

实验教学的教学方式以教师为主，学生按照固定的实验方案和步骤进行操作，在固定时间进入固定的实验室，进一步实践、研究和探索的空间、时间都受到限制，不利于学生综合实践能力的提高，也导致了实验室资源的浪费。

1.2 实验平台分散，难以实现资源共享

目前实验教学资源依托于理论课程平台，相互独立，教学资源分散，信息共享不畅，不利于实验教学效果的提高。同时实验室地理位置分散，分布在不同教学楼，不利于实验室的管理和设备资源的有效利用。

1.3 实验教学资源单一，创新资源匮乏

目前学院大多数实验仅有实验教学大纲、多媒体课件、实验视频和专业软件等基础性实验教学资源，而虚拟仿真实验、实验数据库、工程案例资源库等与科研活动、工程实际紧密结合的优质教学资源匮乏，不利于学生掌握专业前沿技术，不利于学生创新能力的培养。

1.4 实验教学内容陈旧，缺乏创新性

实验教学内容多为演示性、验证性的实验，并且多年不变，研究性、综合性、设计性、创新性的实验较少，难以提高学生学习兴趣，不利于学生创新能力的培养。

为解决上述问题，新能源学院实验中心以提高学生的综合实践能力和创新能力为目标，以实验教学体系、教学资源和教学手段的改革为重点，构建了一个基于互联网、云技术的自主式、开放式、交互式的共享实验教学平台。

2 网络化共享实验教学平台的构建

2.1 建设思路

平台以“科学规划、资源共享、突出特色、注重创新”为指导思想，开发建设新能源学院网络化共享实验教学平台，提升实验教学效果和质量，提高工程人才培养质量。

2.2 建设内容

基于互联网、云技术建立开放共享、资源丰富、多功能、互动式的实验教学平台，实现网上教学、网上学习、网上管理。平台主要由实验教学资源平台、实验教学管理平台、公共信息发布平台3 部分构成。

2.2.1 实验教学资源平台建设

实验教学资源平台主要包含基础教学资源和拓展教学资源。实验教学资源平台框架如图1 所示。

图1 实验教学资源平台框架

2.2.1.1 基础教学资源

依据层次化模块化实验教学体系，每个模块不同层次实验建设有实验项目列表，每个实验项目包含实验大纲、实验课件、实验视频、实验动画、实训软件等基础教学资源。学生课前通过观看这些内容，可以对实验内容和操作流程有全面的了解，并通过自我测试检验预习效果。有利于激发学习兴趣，为设计实验方案、课上实验操作打下良好基础。课后学生可通过网络资源进行复习，进一步巩固实验相关知识，提高学习效果。

2.2.1.2 拓展教学资源

实验中心开发建设了虚拟仿真实验、实验数据库、精品实验案例资源库和远程控制实验等拓展教学资源。

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要组成部分，可以实现新能源相关专业传统实验教学无法实现的教学功能。实验教学中心依托虚拟现实、仿真装备与多媒体技术，融合多种互动硬件与数据库，构建了基础性虚拟仿真实验和创新性虚拟仿真实验教学体系，虚实结合、相互补充、以虚助实，提高大学生工程实践能力及创新精神，并实现广泛资源共享，扩大辐射范围。

中心研发了基础性虚拟仿真实验，重点开发建设了不具备真实实验项目条件或实际运行困难，涉及高危或极端环境，高成本、高消耗、不可逆操作以及大型综合训练等实验项目。如“压力容器高压爆破实验”，在真实实验中高压操作具有一定风险，实验一般采用教师演示，学生无法亲手操作。通过建设虚拟仿真实验，学生不仅可以清楚地观察高压爆破的过程和现象，还可以按照实验流程进行模拟操作，有利于激发学习兴趣，提高实验教学效果。

研发了创新性虚拟仿真实验，重点开发了紧密结合经济社会发展对高校人才培养的需求，紧密结合专业特色、行业产业发展的最新成果以及教师的各类科研转化的课题。如研发建设了与行业发展结合紧密的“煤粉锅炉发电机组虚拟仿真系统”“典型石油钻采设备节能技术虚拟仿真实验系统”，以及由教师科研成果转化的实验“密闭循环式气浮实验装置设计搭建及实验探究”“多机械臂同步控制实验平台”等虚拟仿真实验，将教学内容与工业生产实际紧密结合，学生利用该平台可开展具有个性化的创新实验和设计研究，有利于培养学生的创新能力和工程实践能力。

建立了实验数据库，实验数据是开展实验分析研究的基本素材，中心将现实中的实际实验数据、现实事件、文献资料、典型案例和信息资料教学素材等进行整合，建立实验数据库，目前中心已经建立包含上百个实验项目的实验数据库，对于提升实验教学质量和学生实践创新能力具有促进作用。

建立了精品实验案例资源库，凝炼精品项目，紧密结合经济社会发展热点问题和教师科研成果提炼，整合设计优秀的实验案例，建立了案例资源库。目前中心已建立如“多机械臂同步控制实验”“振动信号的测试分析”“旋转机械典型故障模拟实验”等十几个精品实验案例，对于发挥优势学科特色、培养复合型人才具有重要意义。

中心开发了远程控制实验，学生通过远程终端可实时操作控制远程的硬件设备实体，能够得到真实客观的实验数据，并且通过视频反馈能够观看实际实验场景，加强实验操作的真实性。远程控制实验作为一种崭新的实验方法和技术，弥补了仿真与虚拟实验的不足，在实现软件共享的同时，更重要的是做到了实验硬件资源共享。远程实验把实验的“时间、空间、深度、广度”最大限度地延伸。目前实验中心已开发的实验有“单容水箱液位PⅠD 控制实验”“水箱液位流量串级控制实验”等十几个远程控制实验。

2.2.2 实验教学管理平台建设

建立了开放性实验教学管理系统，包含公告信息、课表查询、实验预约、报告提交、在线测试系统、交流互动等内容。不同专业的学生通过平台可以预约实验项目、时间、地点，查询实验成绩，打破了班级的界限，进一步提高实验室设备利用率，改变了过去按同一模式进行教学的方式，有利于因材施教，提高学生的主动性和积极性，培养探索和创新精神，真正实现实验室的开放式教学，提高实验教学质量，同时可使教师从繁杂的学生实验安排工作中解脱出来。

设置交流互动模块，学生在实验过程中遇到疑问难点，可在线提问，实验指导教师进行定时答疑解惑，低年级学生可以通过查阅高年级学生提出的问题，对提出问题进行探讨，使问题的深度、广度得到进一步拓展，进一步提高学生学习的主观能动性，提高学习效果。

2.2.3 公共信息发布平台建设

该平台能够发布实验中心的师资队伍、管理制度及运行机制、实验仪器、实验室信息、教学资源信息、取得的教学成果、教学实时动态等。访问者可通过公共信息发布平台，清楚明了地浏览实验中心的基本状况和基本数据。同时有利于中心的对外交流，加强对中心的宣传，促进中心的发展。

3 应用效果

新能源网络化共享实验教学平台已经在网上面向全校师生开放，主要应用在新能源科学与工程专业、储能科学与工程专业、能源与动力工程专业、过程装备与控制工程专业、电气工程及其自动化专业、环保设备工程专业等专业共2 000 余人的实验教学中。该平台打破了专业间、课程间的界限，整合了实验教学资源，提高了学习效果和学习效率。平台在基本资源的基础上，开发了拓展教学资源，为拓宽学生视野、提高工程意识和创新能力提供了有力支撑。同时功能先进的教学管理平台，有效地提高了实验管理的信息化水平和资源的利用率，促进了实验验教学水平和人才培养质量的提高。