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哈尔滨工业大学-是德科技电工电子远程在线实验室建设
2020-07-08 11:52:00
哈尔滨工业大学
编辑:

  导语

  为落实教育部推进产教融合、校企合作相关工作部署,促进高校教学改革,推动产教融合型企业建设,中国高等教育学会于2019年5月启动了中国高等教育博览会“校企合作 双百计划”典型案例推选工作。经资格审核、通讯推选、会议推选、路演展示以及网上公示,2020年6月10日,中国高等教育学会公布了2019年“校企合作 双百计划”典型案例。近期,“中国高等教育博览会”微信号将陆续推出“双百计划”典型案例推介专栏,欢迎关注。

  中国高等教育博览会 2019年“校企合作 双百计划”推介典型案例之十

  哈尔滨工业大学

  是德科技电工电子远程在线实验室建设

  一、项目概况

  01项目概况

  哈尔滨工业大学电工电子国家级实验教学示范中心与是德科技企业有很好的合作基础,在是德科技的前身HP、安捷伦企业时代,就有过多次校企共建实验室合作。2009年、2011年先后进行了第3、4期国际联合实验室的建设,每年约3000名学生在该实验室进行全开放、自主学习模式的电工电子实验系列课程的学习。

  2016年,是德科技企业资助电工电子实验教学中心进行了远程在线实验室的教学改革项目的研究。2018年,在该项目成果的基础上建设了哈工大-是德科技电工电子远程在线实验室。实验室为教师和学生提供了全新的学习环境,使大家随时随地进行在线实验,大大提高了教学质量。本案例是将实验教学与信息技术深度融合的产物,结合了云平台、大数据、AI等思想,是“互联网+教育”的典型案例。

  02参与单位

  哈尔滨工业大学

  是德科技(中国)有限企业

  03所属学科

  电气工程

  04合作类别

  实验室建设、课堂教学改革

  05成就概况

  哈工大-是德科技电工电子远程在线实验室和所支撑的远程在线虚实结合电工电子实验教学平台,已经面向哈尔滨工业大学非电类专业的同学,面向“电工学实验”和 “电工与电子技术实验”课程开放,得到了同学们的欢迎和高度评价。在使用过程中,同学们针对性地提出了一些修改建议,使实验模式条理更加清晰,人机交互界面更加友好和真实,更加方便学生进行电工电子实验课程的学习和实践动手能力的训练。目前,平台已使用3000余人,累计超过2万人时,随着线上教学内容的不断完善和丰富,受益人将会越来越多。

  基于互联网的远程在线虚实结合实验教学模式和基于该模式的实验平台,具有虚实结合、方便移植、易于开放共享的特点,应用前景十分广阔。

  在2018年中国高教博览会上,该实验室所支撑的“远程在线虚实结合电工电子实验教学平台”受到了参会同行的极大关注。获得全国高校教师教学创新大赛——第五届全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛的唯一金奖,并获得了终评一等奖。

  二、理念与模式

  通过国际联合实验室的建设,实现电工电子远程在线虚实结合实验教学平台,把企业提供的带互联网接口的真实的仪器设备和自建的实验装置与浏览器中显示的虚拟界面连通,将原本必须在实验室才能完成的实验内容,移植到线上,实现基于互联网的电工电子远程在线实验教学模式。

  01远程在线虚实结合电工电子实验教学平台

  1.1实验室硬件平台建设

  由实验设备与装置组成40个远程在线硬件实验台,每个实验台包括:Keysigh DSOX3104T数字存储示波器、Keysight 34461A台式万用表、Keysight E36313A可编程直流电源、远程在线实验装置各1套。这些设备和远程在线人机交互界面通过网络操作代理单元进行连通,实现远程在线实验。

  实验室硬件实验平台

  1.2远程在线虚拟人机交互界面

  人机交互界面提供两个主要功能:实验内容操作虚拟环境和专家系统。实验内容操作虚拟界面无缝嵌入到网页中,普通浏览器即可打开运行。界面中包括示波器操作与显示调节、信号源配置、直流稳压电源设置和实验电路搭接操作等内容组成。

  人机交互界面与实物操作模块

  远程仪器设备操作界面

  1.3网络操作代理单元(Agent)

  该操作代理单元由硬件模块和App中间件两部分组成,硬件模块内置网络控制协议,接收远程人机交互界面传到服务器,并有App中间件处理的操作指令,电路的搭接操作,使用户的虚拟界面远程操作与实验台现场的硬件连线操作完全一致,达到虚实结合的目的。

  1.4网络开放管理信息平台

  对用户的访问进行全开放的管理,使多个实验台可以协同向互联网开放。

  1.5网络服务平台建设

  为了确保远程在线虚实结合实验的开放,进行了专业的网络平台搭建。

  02远程在线虚实结合实验教学模式

  远程在线实验采用了将实验室硬件资源按照时间片划分,在所预约的时间内,每人独享1个实验台的实验资源,在当前实验台没有预约的前提下,采用先到先得的实验资源全开放方式,通过“电工电子实验MOOC”的建设,为学生提供优质的视频教学资源。

  根据远程在线实验的特点,针对电工电子实验课程的关键常识点,建设了10余个远程在线虚实结合实验教学项目。教学内容还在不断建设、增加和完善。

  其教学过程如下:

  (1)学生通过实验MOOC课程、理论课程、实验教材等资源进行学习;

  (2)通过管理平台获取远程在线实验时间和对应的实验资源;

  (3)通过平台的虚拟实验界面远程控制实验电路的搭接、调整参数、选择测试点、操作仪器设备,获取实验设备真实数据;

  (4)进行实验结果、数据的整理,按照人机交互界面提供的模板完成相应实验报告,并通过管理信息平台进行提交;

  (5)教师根据系统记录的结果和学生所提交的实验报告进行实验项目的评分,与通过平台的专家系统进行自动评分相结合的方式进行。

  教学过程示意图

  03以学生为中心的线上线下混合式实验教学

  以学生为中心的线上线下混合式实验教学模式示意图

 

  04邀请是德科技企业工程师做工程应用讲座


  德科技企业工程师来中心为学生进行工程应用讲座

  目前,基于上述建设内容,已经获得5项App著作权,并有一系列发明专利等常识产权正在申请过程中。

  App著作权

  三、创新点

  1.基于云平台思想的实验室平台:本平台从本质上是真实的硬件实验室,通过互联网技术置于云端,通过虚拟界面实现对云上教学资源的使用,充分体现“虚实结合”思想,用户通过互联网,远程对实验室内的真实电路进行连接与操作,操控与线下硬件实验室相同的实验设备,获得真实的实验数据及结果,为学生构建了一个真实、生动、便捷的自主学习环境。

  2.信息化技术与教学的深度融合:虚实结合的实验教学有别于时下流行的完全虚拟仿真的实验教学管理,强调实验和数据真实性和操作的同步性,其管理过程和信息平台也体现了“虚”与“实”的完美结合。

  3.大数据思想的应用:传统教学模式下,学生的学习能力和水平是课程规划设计的老师根据经验预估的,很难真实反映学生的动手过程。而远程在线实验则可以利用大数据思想对学生的学习过程、操作习惯、时间、易错问题等进行记录与重现,通过大数据分析,为真实实验难易程度的调节、实验内容的优化和扩展提供有力的支撑。

  4.人工智能的潜在运用:在虚拟界面的设计前期,依据教师的经验将错误操作进行提示,让学生能够在误操作时,及时思考和改正,随着数据的积累,得到学生操作过程数据,通过人工智能技术,将其转化成有效的实验教学信息反馈给学生。

  四、社会影响力

  远程在线实验室建成后,累计接待兄弟院校领导和教师参观达百余人次,包括中国高等教育学会领导现场体验远程在线实验、天大等兄弟院校国家示范中心主任参观远程在线实验。此外,项目组成员在各类会议上作特邀报告先容平台情况。

  专家参观远程在线实验室

  项目组成员在国内各类会议作报告

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