长安大学电工实验中心信息化建设实践与探索

2020-10-08温立民王会峰朱礼亚闫茂德

实验技术与管理 2020年3期

温立民，王会峰，朱礼亚，闫茂德，徐娟

（1. 长安大学电子与控制工程学院，陕西西安 710064；2. 长安大学电工电子实验教学中心，陕西西安 710064）

1 传统实验教学模式与信息化实验平台的比较

随着社会进步和经济快速发展，高校实验室建设取得了长足进步，但随着学校的扩张和学科的发展，传统的实验室教学模式已不能满足日益发展的实验教学需求，需要对当前实验室教学和管理模式进行改革[1-3]。目前，我校电工电子实验教学中心仍沿用传统的实验教学模式，即专任实验教师提前安排实验课程，学生按班级在指定时间上课。上课时由教师先对本次实验内容及注意事项进行讲解和演示，然后学生分组进行实验。这种教学模式存在如下问题[4-7]：

（1）对于学生而言，只能在指定时间统一到实验室做实验，而不能根据学生时间自主安排，且实验内容按部就班，不具有灵活性。

（2）学生在课上只能被动接受，学生的积极性和主动性得不到发挥。

（3）目前的实验室还不具有实验设备大范围出借功能，出借手续繁琐，且不便于管理。

这些问题是对现有实验管理及教学方法提出的挑战，亟需进行革新。需要对实验室的管理模式和教学模式进行改革，以使实验室教学跟上时代的发展。与此同时，实验室信息化建设是国家中长期教学改革和发展规划的重要内容。基于此，我校立足现有资源，通过认真研究和不断探索，在调研兄弟院校先进实验教学模式的基础上，打造了具有本校特色的信息化实验平台[8-10]。

相比传统的实验室教学，本信息化实验平台具有以下特点：

（1）学生可根据自己的情况安排实验内容，可在整个实验楼内任选实验课程，甚至可以借出实验设备完成实验项目，实验效率得到大大提升。

（2）激发了学生学习的积极性和主动性，上课效果明显好于以往。

（3）锻炼了学生自主学习的能力。

（4）提升了实验室层次和实验室安全性。

（5）平台的设备角为学生提供了广泛的设备共享与使用空间。

2 电工电子信息化平台建设硬件方案

2.1 建立基于C/S 架构的远程访问体系

电工电子实验教学网络信息化硬件建设采用C/S架构，如图1 所示。服务器端包括服务器和无线热点，远程终端包括PC 机、便携电脑和监控设备，可通过以太网连接到服务器、手机、PDA 等，远程终端设备可通过有线或无线方式接入网络[11-12]。教师、学生和管理人员可通过远程终端在任何地点和规定时间访问服务器或无线热点，完成实验的教学活动和管理工作。

2.2 硬件建设方案

平台信息化硬件建设方案如图2 所示。其中，图2(a)为电工电子实验教学中心建筑结构图。信息化实验平台建设是在现有资源基础上进行的，原则上对土建不做大的改动。因此建设应具有集约化特点，遵循紧凑的设计原则，最大限度地利用空间资源。信息化实验平台的硬件改造情况如图2(b)所示。网络服务器设在二楼会议室，在每一层的配电室设有交换器和无线热点/Wi-Fi 设备，服务器与交换器或Wi-Fi 设备通过网线连接。每层楼的东西两端及楼门前设置摄像头，每个摄像头通过网线与服务器联通。每层的PC 机终端也通过网线连接到服务器上，各种无线设备（手机、PDA 设备）可通过每层的热点或Wi-Fi 设备连接到服务器上。每层的安防巡逻机器人可通过Wi-Fi 或无线热点接入系统，在大楼门前设置人脸识别或指纹识别系统。采用光纤网线，主干网络光纤带宽>1 G，支线终端网线带宽>100 M。

图1 网络信息化硬件建设架构

图2 信息化建设硬件方案

3 电工电子信息化平台建设软件方案

参照其他院校电工电子类实验教学信息化建设经验，我校电工电子信息化建设软件采用模块化设计，具体方案如图3 所示。共分为三层结构，最上层为管理员模块，此模块下设置了各种功能模块，包括教师模块、学生模块、实验课预约模块、设备角和安防模块等。管理员模块具有最高权限，一般由实验室主任、副主任负责管理整个信息系统，未经管理员许可，各种终端、节点将无法登录系统，未经管理员授权，任何功能模块都不可使用。

图3 信息化建设软件方案

软件总体框架中的教师模块和学生模块是借鉴兄弟学校经验建设的。其中最具特色的当属实验课程预约模块和设备角，以下重点阐述实验课程预约的实现和设备角的建设。

实验预约模块包括慕课课表设置、实验室资源、慕课规范及申请系统等，如图4 所示。慕课是实验教师通过在线或视频方式的授课，慕课课表用于学生公开查找预申请课程的计划或表单，通常由管理员或专任教师按时更新。实验室资源是指空余座位和实验设备。实验设备是指预约实验的各种实验设备，附有详细的规格书和使用说明，学生可通过规格书或使用说明在课前学习，掌握设备的使用方法和注意事项。空余座位显示当前已被预约的实验座位和剩余座位供学生查阅和预约。慕课操作规范涉及实验室的规章制度和注意事项。申请系统就是预约操作界面，包括学生申请和教师应答两个环节，学生根据自己的需求在规定的时间内申请实验，如果条件具备，教师可给予允许或不允许的应答，通过这个环节，可使实验设备得到充分利用，学生也可合理安排自己的时间。

设备角模块包括两个方面，一是与传统教学实验设备管理一样，对现有设备登记造册，建立网上设备台账；二是建立实验设备信息管理（见图5），即在指定地点存放指定的实验设备，这些设备可满足学生综合实验、创新实验、毕业设计等需要，学生可自行借用、自行归还，完全实现信息化管理。关于设备出借信息，首先要对每个待出借的设备或元器件建立条形识别码，学生申请借出设备时要登录出借系统模块，设备扫码后即可借出，归还时也是通过扫码。对于逾期未归还的设备要对借用人制定相应的处罚规则，保证设备均衡有效地流通。

图4 实验预约模块

图5 设备角模块

4 电工电子信息化平台建成实施

信息化平台建成后，实验模式和教学方法有了全面的改观，学生的积极性和创造性被大大激发出来，设备日均利用率、课程覆盖率及设备共享率等都有了显著提高（见表1）。近一年来，先后有21 位专任教师参与慕课视频录制，共完成800 余课时，涵盖3 个大类的所有课程，设备角共采集400 余台套设备信息，为设备出借、设备共享奠定了基础。截至目前，我校电工电子信息化平台共完成学生预约3 万次，完成信息化实验学时4 万学时，完成设备出借5000 次，保证了各项实验的顺利实施和创新创业及毕业设计的开展。