中國教育在線
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哈爾濱工業大學-是德科技電工電子遠程在線實驗室建設
2020-07-08 11:52:00
哈爾濱工業大學
作者:

  導語

  為落實教育部推進產教融合、校企合作相關工作部署,促進高校教學改革,推動產教融合型企業建設,中國高等教育學會于2019年5月啟動了中國高等教育博覽會“校企合作 雙百計劃”典型案例推選工作。經資格審核、通訊推選、會議推選、路演展示以及網上公示,2020年6月10日,中國高等教育學會公布了2019年“校企合作 雙百計劃”典型案例。近期,“中國高等教育博覽會”微信號將陸續推出“雙百計劃”典型案例推介專欄,歡迎關注。

  中國高等教育博覽會 2019年“校企合作 雙百計劃”推介典型案例之十

  哈爾濱工業大學

  是德科技電工電子遠程在線實驗室建設

  一、項目簡介

  01項目簡介

  哈爾濱工業大學電工電子國家級實驗教學示范中心與是德科技公司有很好的合作基礎,在是德科技的前身HP、安捷倫公司時代,就有過多次校企共建實驗室合作。2009年、2011年先后進行了第3、4期國際聯合實驗室的建設,每年約3000名學生在該實驗室進行全開放、自主學習模式的電工電子實驗系列課程的學習。

  2016年,是德科技公司資助電工電子實驗教學中心進行了遠程在線實驗室的教學改革項目的研究。2018年,在該項目成果的基礎上建設了哈工大-是德科技電工電子遠程在線實驗室。實驗室為教師和學生提供了全新的學習環境,使大家隨時隨地進行在線實驗,大大提高了教學質量。本案例是將實驗教學與信息技術深度融合的產物,結合了云平臺、大數據、AI等思想,是“互聯網+教育”的典型案例。

  02參與單位

  哈爾濱工業大學

  是德科技(中國)有限公司

  03所屬學科

  電氣工程

  04合作類別

  實驗室建設、課堂教學改革

  05成就簡介

  哈工大-是德科技電工電子遠程在線實驗室和所支撐的遠程在線虛實結合電工電子實驗教學平臺,已經面向哈爾濱工業大學非電類專業的同學,面向“電工學實驗”和 “電工與電子技術實驗”課程開放,得到了同學們的歡迎和高度評價。在使用過程中,同學們針對性地提出了一些修改建議,使實驗模式條理更加清晰,人機交互界面更加友好和真實,更加方便學生進行電工電子實驗課程的學習和實踐動手能力的訓練。目前,平臺已使用3000余人,累計超過2萬人時,隨著線上教學內容的不斷完善和豐富,受益人將會越來越多。

  基于互聯網的遠程在線虛實結合實驗教學模式和基于該模式的實驗平臺,具有虛實結合、方便移植、易于開放共享的特點,應用前景十分廣闊。

  在2018年中國高教博覽會上,該實驗室所支撐的“遠程在線虛實結合電工電子實驗教學平臺”受到了參會同行的極大關注。獲得全國高校教師教學創新大賽——第五屆全國高等學校教師自制實驗教學儀器設備創新大賽的唯一金獎,并獲得了終評一等獎。

  二、理念與模式

  通過國際聯合實驗室的建設,實現電工電子遠程在線虛實結合實驗教學平臺,把企業提供的帶互聯網接口的真實的儀器設備和自建的實驗裝置與瀏覽器中顯示的虛擬界面連通,將原本必須在實驗室才能完成的實驗內容,移植到線上,實現基于互聯網的電工電子遠程在線實驗教學模式。

  01遠程在線虛實結合電工電子實驗教學平臺

  1.1實驗室硬件平臺建設

  由實驗設備與裝置組成40個遠程在線硬件實驗臺,每個實驗臺包括:Keysigh DSOX3104T數字存儲示波器、Keysight 34461A臺式萬用表、Keysight E36313A可編程直流電源、遠程在線實驗裝置各1套。這些設備和遠程在線人機交互界面通過網絡操作代理單元進行連通,實現遠程在線實驗。

  實驗室硬件實驗平臺

  1.2遠程在線虛擬人機交互界面

  人機交互界面提供兩個主要功能:實驗內容操作虛擬環境和專家系統。實驗內容操作虛擬界面無縫嵌入到網頁中,普通瀏覽器即可打開運行。界面中包括示波器操作與顯示調節、信號源配置、直流穩壓電源設置和實驗電路搭接操作等內容組成。

  人機交互界面與實物操作模塊

  遠程儀器設備操作界面

  1.3網絡操作代理單元(Agent)

  該操作代理單元由硬件模塊和軟件中間件兩部分組成,硬件模塊內置網絡控制協議,接收遠程人機交互界面傳到服務器,并有軟件中間件處理的操作指令,電路的搭接操作,使用戶的虛擬界面遠程操作與實驗臺現場的硬件連線操作完全一致,達到虛實結合的目的。

  1.4網絡開放管理信息平臺

  對用戶的訪問進行全開放的管理,使多個實驗臺可以協同向互聯網開放。

  1.5網絡服務平臺建設

  為了確保遠程在線虛實結合實驗的開放,進行了專業的網絡平臺搭建。

  02遠程在線虛實結合實驗教學模式

  遠程在線實驗采用了將實驗室硬件資源按照時間片劃分,在所預約的時間內,每人獨享1個實驗臺的實驗資源,在當前實驗臺沒有預約的前提下,采用先到先得的實驗資源全開放方式,通過“電工電子實驗MOOC”的建設,為學生提供優質的視頻教學資源。

  根據遠程在線實驗的特點,針對電工電子實驗課程的關鍵知識點,建設了10余個遠程在線虛實結合實驗教學項目。教學內容還在不斷建設、增加和完善。

  其教學過程如下:

  (1)學生通過實驗MOOC課程、理論課程、實驗教材等資源進行學習;

  (2)通過管理平臺獲取遠程在線實驗時間和對應的實驗資源;

  (3)通過平臺的虛擬實驗界面遠程控制實驗電路的搭接、調整參數、選擇測試點、操作儀器設備,獲取實驗設備真實數據;

  (4)進行實驗結果、數據的整理,按照人機交互界面提供的模板完成相應實驗報告,并通過管理信息平臺進行提交;

  (5)教師根據系統記錄的結果和學生所提交的實驗報告進行實驗項目的評分,與通過平臺的專家系統進行自動評分相結合的方式進行。

  教學過程示意圖

  03以學生為中心的線上線下混合式實驗教學

  以學生為中心的線上線下混合式實驗教學模式示意圖

 

  04邀請是德科技企業工程師做工程應用講座


  德科技企業工程師來中心為學生進行工程應用講座

  目前,基于上述建設內容,已經獲得5項軟件著作權,并有一系列發明專利等知識產權正在申請過程中。

  軟件著作權

  三、創新點

  1.基于云平臺思想的實驗室平臺:本平臺從本質上是真實的硬件實驗室,通過互聯網技術置于云端,通過虛擬界面實現對云上教學資源的使用,充分體現“虛實結合”思想,用戶通過互聯網,遠程對實驗室內的真實電路進行連接與操作,操控與線下硬件實驗室相同的實驗設備,獲得真實的實驗數據及結果,為學生構建了一個真實、生動、便捷的自主學習環境。

  2.信息化技術與教學的深度融合:虛實結合的實驗教學有別于時下流行的完全虛擬仿真的實驗教學管理,強調實驗和數據真實性和操作的同步性,其管理過程和信息平臺也體現了“虛”與“實”的完美結合。

  3.大數據思想的應用:傳統教學模式下,學生的學習能力和水平是課程規劃設計的老師根據經驗預估的,很難真實反映學生的動手過程。而遠程在線實驗則可以利用大數據思想對學生的學習過程、操作習慣、時間、易錯問題等進行記錄與重現,通過大數據分析,為真實實驗難易程度的調節、實驗內容的優化和擴展提供有力的支撐。

  4.人工智能的潛在運用:在虛擬界面的設計前期,依據教師的經驗將錯誤操作進行提示,讓學生能夠在誤操作時,及時思考和改正,隨著數據的積累,得到學生操作過程數據,通過人工智能技術,將其轉化成有效的實驗教學信息反饋給學生。

  四、社會影響力

  遠程在線實驗室建成后,累計接待兄弟院校領導和教師參觀達百余人次,包括中國高等教育學會領導現場體驗遠程在線實驗、天大等兄弟院校國家示范中心主任參觀遠程在線實驗。此外,項目組成員在各類會議上作特邀報告介紹平臺情況。

  專家參觀遠程在線實驗室

  項目組成員在國內各類會議作報告

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