房國(guó)志， 張凱利， 安 欣， 單 薏

(哈爾濱理工大學(xué)， 1. 工程訓(xùn)練中心，2. 測(cè)控技術(shù)與通信工程學(xué)院，3. 電氣學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱150080)

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”電工電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制

房國(guó)志1， 張凱利2， 安 欣2， 單 薏3

(哈爾濱理工大學(xué)， 1. 工程訓(xùn)練中心，2. 測(cè)控技術(shù)與通信工程學(xué)院，3. 電氣學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱150080)

結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，本文介紹了構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。內(nèi)容有研制電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線上實(shí)驗(yàn)互聯(lián)教學(xué)模式。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包含桌體、網(wǎng)絡(luò)模塊、電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K、實(shí)驗(yàn)周邊器材及人身安全保護(hù)系統(tǒng)。使實(shí)驗(yàn)教學(xué)在開(kāi)放性、可管理性等方面得到顯著改善與提高，滿(mǎn)足學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化綜合創(chuàng)新的需求。

線上實(shí)驗(yàn)互聯(lián)教學(xué)；云技術(shù)；自主實(shí)驗(yàn)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與升級(jí)，國(guó)家提出了“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”的新理念，倡導(dǎo)和支持大學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)[1]。高等教育正面臨著一個(gè)轉(zhuǎn)型發(fā)展期，從教師為主導(dǎo)的教育模式向以學(xué)生為主導(dǎo)多樣化教育模式及可定制化教育模式發(fā)展。

注重大學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，提供個(gè)性化培養(yǎng)方案、定制化培養(yǎng)方案，共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力以及創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力是這個(gè)時(shí)期高等教育發(fā)展的重點(diǎn)[2]。個(gè)性化培養(yǎng)是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，多角度和標(biāo)新立異的思維是創(chuàng)業(yè)的基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)大學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)起著不可替代的作用[3]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已不足以適應(yīng)國(guó)家對(duì)大學(xué)生培養(yǎng)方面提出的要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須從傳統(tǒng)模式向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變，使實(shí)驗(yàn)從傳統(tǒng)驗(yàn)證性向設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性過(guò)渡，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室以及開(kāi)放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已經(jīng)成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與發(fā)展的必然趨勢(shì)[4]。

1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制目的與意義

信息化技術(shù)的發(fā)展，特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展標(biāo)志著“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代到來(lái)，這個(gè)時(shí)代的一個(gè)顯著特點(diǎn)是使得各種信息的分享更加便捷了。對(duì)于高校而言，這些年通過(guò)精品課、視頻課以及卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃等工程建設(shè)，積累了極為豐富的學(xué)習(xí)資源，學(xué)習(xí)內(nèi)容呈多樣化，有些學(xué)校還開(kāi)發(fā)一些網(wǎng)絡(luò)課件在本校局域網(wǎng)絡(luò)上使用，提供了很多適合大學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)的終端產(chǎn)品，特別是隨著“云”技術(shù)及大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，極大的豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)習(xí)手段。各大網(wǎng)站、教育機(jī)構(gòu)提供的學(xué)習(xí)平臺(tái)如雨后春筍般涌現(xiàn)，翻轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備，還屬于封閉式自成體系的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，滿(mǎn)足不了以自主學(xué)習(xí)為主導(dǎo)的教學(xué)模式。對(duì)于上述的新興的教學(xué)模式所配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)落后，從而限制了有些電類(lèi)課程的實(shí)驗(yàn)課題深層次的開(kāi)發(fā)，不能滿(mǎn)足現(xiàn)在所授課程的需要，如不及時(shí)解決，勢(shì)必影響今后的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)。針對(duì)這一情況，我們對(duì)通用電工電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的設(shè)備進(jìn)行帶有支持互聯(lián)網(wǎng)和WIFI熱點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K的擴(kuò)充，進(jìn)而開(kāi)發(fā)新型電子電路設(shè)計(jì)等課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，以適應(yīng)當(dāng)前電子電路設(shè)計(jì)等課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)。打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的約束，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的共享，具有良好的交互性與可操作性，從而達(dá)到處處能學(xué)，時(shí)時(shí)可學(xué)的目的。

2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建與功能特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建是具有特色的，第一，體現(xiàn)服務(wù)特性，既方便學(xué)生學(xué)習(xí)又方便教師指導(dǎo)，方便學(xué)生學(xué)習(xí)體現(xiàn)在時(shí)時(shí)可學(xué)、處處能學(xué)，不受時(shí)空限制；方便教師指導(dǎo)，體現(xiàn)在教師隨時(shí)在線或依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)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(xué)生構(gòu)建的優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)方法的積累，體現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)下的大數(shù)據(jù)收集。第三，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)管理的有序性，方便學(xué)生預(yù)約、登錄、實(shí)驗(yàn)定制及實(shí)驗(yàn)耗材準(zhǔn)備。同時(shí)方便對(duì)教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的考核和學(xué)生實(shí)施實(shí)驗(yàn)的考核。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建的具體內(nèi)容是：

1)實(shí)驗(yàn)桌體設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)桌為鋼體框架結(jié)構(gòu)，分為上下兩體。上體可用于安置實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，并嵌入一個(gè)可翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)箱，做與實(shí)驗(yàn)箱相關(guān)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)箱可以拉下來(lái)，做與實(shí)驗(yàn)箱不相關(guān)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)箱可以推上去，這樣可以有效利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)空間及可使實(shí)驗(yàn)臺(tái)多功能化。實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)堅(jiān)固，形狀似長(zhǎng)方體封閉式結(jié)構(gòu)，造型美觀大方，設(shè)有抽屜、存放柜，用于放置實(shí)驗(yàn)器件、功能模塊、工具、導(dǎo)線等。桌面用于安裝控制屏并提供一個(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)面。實(shí)驗(yàn)桌還設(shè)有四個(gè)萬(wàn)向移動(dòng)輪子支撐調(diào)節(jié)和固定結(jié)構(gòu)，便于移動(dòng)或固定。

2)網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)模塊是自己研發(fā)的帶有支持互聯(lián)網(wǎng)和WIFI熱點(diǎn)的一體化Linux模塊，其內(nèi)含高清數(shù)字視頻流媒體服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)本地存儲(chǔ)也可以實(shí)現(xiàn)云端存儲(chǔ)。有WiFi熱點(diǎn)，支持移動(dòng)終端(帶有android手機(jī)客戶(hù)端的APP軟件需下載APP)，借助機(jī)智網(wǎng)、百度云可搭建電工電子實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)內(nèi)無(wú)線WIFI熱點(diǎn)，應(yīng)用手機(jī)或者平板電腦即可瀏覽高清影視頻課件或預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和回放做過(guò)的實(shí)驗(yàn)?？梢栽L問(wèn)運(yùn)營(yíng)商提供的免費(fèi)云盤(pán)，瀏覽存儲(chǔ)在這里的高清視頻課件。

3)電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)

采用九孔萬(wàn)用插件板，簡(jiǎn)稱(chēng)九孔板。九孔板有諸多特點(diǎn)來(lái)滿(mǎn)足各個(gè)層次的學(xué)生實(shí)驗(yàn)需求。對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，橋梁式R-L-C真實(shí)元件封裝在可拆卸塑盒內(nèi)，直觀、透明方便辨認(rèn)、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(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性。配備了標(biāo)準(zhǔn)印刷的模塊單元讓實(shí)驗(yàn)電路一目了然，方便學(xué)生驗(yàn)證基本電路原理。適用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)性電路實(shí)驗(yàn)，裝置可以充分的保障開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室的要求，具有充分的可擴(kuò)展性。

4)實(shí)驗(yàn)儀器及其保護(hù)盤(pán)

裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的儀器有示波器、信號(hào)發(fā)生器、電量測(cè)量?jī)x等。測(cè)量?jī)x表采用指針式、數(shù)顯式、智能化、人機(jī)對(duì)話(huà)及計(jì)算機(jī)通信等多種形式，用戶(hù)可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。智能型儀表均采用485通訊接口，利用計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，通過(guò)軟件設(shè)定，可任意實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率、功率因數(shù)的測(cè)量，使用戶(hù)對(duì)儀表的選擇和使用更加靈活。這些實(shí)驗(yàn)儀器特別適用于開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室管理。

5)完善的人身安全保護(hù)體系

實(shí)驗(yàn)臺(tái)外殼接地。采用電流型和電壓型雙重漏電保護(hù)措施。設(shè)有過(guò)電流和過(guò)電壓保護(hù)，用戶(hù)可以通過(guò)觸摸式按鍵自行設(shè)定過(guò)電流過(guò)電壓保護(hù)值，使保護(hù)更加切實(shí)有效。實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線采用全封閉結(jié)構(gòu)，使用安全、可靠、防觸電。實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)有定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀，具有設(shè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間、定時(shí)報(bào)警、切斷電源、過(guò)壓保護(hù)等功能。這些保護(hù)功能比較可靠，對(duì)于接錯(cuò)線、誤將電源接成短路的情況，設(shè)備會(huì)自動(dòng)斷電，保護(hù)了電路中的儀表、儀器和實(shí)驗(yàn)器件，設(shè)備的性能優(yōu)越，使用安全可靠，滿(mǎn)足了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要及保證了學(xué)生的人身安全。

3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)放與教學(xué)改革

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的電工電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備獨(dú)特的互聯(lián)網(wǎng)管理模式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)有限情況下，可以利用多媒體教學(xué)系統(tǒng)更加有效地指導(dǎo)學(xué)生完成大綱要求必須做的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)通過(guò)觀看實(shí)驗(yàn)演示，延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)范圍，達(dá)到以點(diǎn)帶面的效果。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以從有條件開(kāi)放過(guò)渡到全面開(kāi)放，利用課內(nèi)、外多種形式實(shí)現(xiàn)開(kāi)放。吸引更多的學(xué)生到開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室從事實(shí)驗(yàn)和科研活動(dòng)，不斷地提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力。同時(shí)引入計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可充分發(fā)揮想象力，大膽設(shè)計(jì)，勇于嘗試，這可調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，為培養(yǎng)學(xué)生的分析、應(yīng)用和創(chuàng)新能力提供條件。

如何基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革呢？

(1)創(chuàng)建電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻：首先，應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)課學(xué)生必須達(dá)到的目標(biāo)和需要掌握的技能，以及這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻最終需要表現(xiàn)的內(nèi)容；其次，創(chuàng)建相應(yīng)的視頻課件，應(yīng)考慮不同班級(jí)和學(xué)生的差異；在制作過(guò)程中應(yīng)站在學(xué)生的角度，以學(xué)生為主導(dǎo)進(jìn)行考慮，加入學(xué)生的想法，以適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣。

(2)要以學(xué)生為主體有序有目的地組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)：在學(xué)生完成線上視頻學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師要把學(xué)生按興趣、進(jìn)度、個(gè)性化方式分組。確保學(xué)生不是在孤立地學(xué)習(xí)視頻內(nèi)容，這樣在線下課堂內(nèi)學(xué)習(xí)才是高質(zhì)量的學(xué)習(xí)活動(dòng)。在以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)方面要讓學(xué)生有機(jī)會(huì)在具體環(huán)境中應(yīng)用其所學(xué)內(nèi)容。關(guān)于培養(yǎng)獨(dú)立解決的問(wèn)題方面可以通過(guò)探究式活動(dòng)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)來(lái)完成。

(3)具體實(shí)施辦法：由于不受時(shí)空限制，教師可以按時(shí)段要求學(xué)生完成線上學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生可以根據(jù)自身情況來(lái)安排和控制自己的學(xué)習(xí)，遇到困難之處還可以通過(guò)聊天軟件向教師和同伴尋求幫助。

以上的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)為全面提升了課堂的互動(dòng)打下了良好的基礎(chǔ)，這種互動(dòng)不僅具體表現(xiàn)在教師和學(xué)生之間，也表現(xiàn)在學(xué)生與學(xué)生之間。由于教師角色的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)從教學(xué)主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的指導(dǎo)者，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主體性充分體現(xiàn)。這讓教師有更多的時(shí)間與學(xué)生討論答疑，深入到學(xué)生的學(xué)習(xí)小組中，對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)。當(dāng)同一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有不同解決方案時(shí)，或者教師在輔導(dǎo)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生為相同的問(wèn)題所困擾時(shí)，可以組織學(xué)生舉行小型討論會(huì)。小型討論會(huì)的好處是學(xué)生之間可以進(jìn)行充分交流，教師也可以及時(shí)介入給予必要的指導(dǎo)。

通過(guò)這樣的教學(xué)改革，教師不再僅僅是知識(shí)的傳遞者，更應(yīng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者；學(xué)生則成為教育的主體、學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能動(dòng)性和創(chuàng)造性也發(fā)揮出來(lái)了。

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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(guó)志(1963-)，男，博士，教授，從事電工基礎(chǔ)理論教學(xué)、電能質(zhì)量檢測(cè)研究工作，E-mail：fangguozhi@hrbust.edu.cn

TP391.6

A

1008-0686(2017)01-0113-03