把實驗室「搬回家」——電工電子實驗教學中心在「雲端」闖新路

2021-01-14 中國教育裝備採購網

  這是一個特殊的學期,一場突如其來的疫情阻隔了學生歸來的腳步,本應相聚在課堂的師生只能隔屏相見;

  這是一場特殊的教與學,老師們把實驗平臺搬到「雲端」不停教,學生們在家進行線上實驗不停學……

  電氣學院電工電子實驗教學中心,通過「硬核」的線上實驗教學平臺、多樣的線上實驗教學形式,完成了這次不同尋常的網絡實驗課程,為疫情大考下哈工大在線實驗教學交上一份合格的答卷——

  在線也能「真刀真槍」做實驗

  網絡時代,線上授課已經不是什麼新鮮事,可是線上做實驗聽起來還是有些新奇。那些必須與實驗儀器設備親密接觸的動手實踐課,如何在雲端實現呢?

  這就要靠同學們口中所說的「硬核」的「電工電子遠程在線實驗教學平臺」了。有了這樣一個平臺,你和實驗室儀器設備之間就只差一個網際網路的距離,「穿越時空」做實驗成為現實。

  12名實驗教師,面對全校30個專業、9門實驗課、近3000名學生、6.8萬人時教學任務……數字背後,是難以想像的壓力。如果沒有「硬核」的實驗教學平臺,這些線上實驗課程就會成為「空中樓閣」。

  為了讓同學們在家也能獲得相對真實的體驗和實驗動手能力的鍛鍊,通過網際網路接觸到真實的實驗儀器,中心的教師們可謂用盡了「洪荒之力」。他們利用手頭有限的資源,進行優化組合,建設了「電工電子遠程在線實驗教學平臺」。平臺採用實驗室真實的實驗教學硬體設備,即帶有網絡接口示波器、信號源、直流穩壓電源、臺式萬用表等設備,以及模塊化電子技術實驗箱作為實驗內容搭建對象,使遠程在線實驗儘可能地還原真實的實驗情景。

  雖然同學們在計算機中操作的是儀器設備和實驗裝置的虛擬界面,但是在網絡的另一端,實驗室中的實驗設備和裝置是在真實地工作,反饋的實驗結果和數據也都是真實的。學生通過模擬真實實驗平臺的虛擬操作界面,藉助網際網路技術遠程完成實驗電路的搭建,操控真實的實驗儀器,獲取真實的實驗數據。專家系統實時判斷學生連線是否正確、參數配置是否得當,給出必要的錯誤提示與參考提醒,避免學生因為隨意操作損壞設備,還可以幫助學生更好地理解實驗內容、提高實驗興趣。

  這種遠程在線實驗和線下實驗一樣,每個學生在實驗期間獨自使用儀器設備資源。由於實驗平臺硬體實驗資源數量有限,無法滿足實驗內容的開放要求,於是中心又及時引入了數字電子技術實驗線上實驗平臺分擔壓力。

  線上實驗教學受到同學們的歡迎。開放一周時間內,就有1510人次順利完成實驗內容,其中幾百位同學在做完實驗後進行了在線反饋。很多同學認為,「遠程實驗能夠在家中操控實驗室的設備,基本達到在實驗室實驗的效果」,「線上操作比實際到實驗室操作更方便,既節約時間,也不會出現人爆滿的情況,感覺很新穎,收穫頗多」。

  數字電子技術實驗線上實驗平臺人機互動界面

  全天候「趴在網上」的指導團

  「九層之臺,起於壘土。」有了硬體平臺的支撐,還需要「軟體」的保障。這個「軟體」,源於中心前期全開放、自主學習教學過程中大量數位化教學資源的積累,源於通過「網際網路+」進行線上線下混合式實驗教學的實踐經驗,源於中心的老師們「全天候」「全方位」的在線指導。這些資源和經驗,為「雲端」實驗教學提供了堅實的保障。

  開學伊始,中心教師就全員參與,結合電路、電子、電工學實驗特點,制定了運用中國大學MOOC/SPOC平臺學習、遠程在線實驗、虛擬實物實驗、EDA仿真軟體實驗等多種實驗內容與形式相結合的線上實驗教學模式。

  通過緊鑼密鼓的建設,中心共發布教學視頻209個,累計1300分鐘,發布線上學習測試題目568個,將中心在線下實驗教學沿用多年的全開放、自主學習實驗教學模式移至線上,通過網絡技術與信息化手段,對遠程在線實驗教學過程、學生的學習情況進行實時、全方位的管理。

  數位化教學資源

  面向線上實驗教學與管理的中心門戶網站

  為了最大程度模擬還原線下實驗環境,讓同學們感受儘可能真實的實驗體驗,中心教師通過實驗內容的整合與優化、軟硬體的全方位支撐,完成了線上實驗內容對線下實驗的替代,確保學生可在線上完成教學大綱涵蓋的全部實驗教學內容。同時,中心為同學們精心安排了豐富多彩的實驗情境,實驗內容從電工到電子,再到電動機繼電接觸器控制,實驗形式涉及spoc演示及測試、仿真模擬,模電遠程實驗、數電虛擬遠程……同學們通過多種多樣的教學資源進行預習,再通過遠程在線實驗教學平臺和EDA仿真軟體進行實踐,從開始的無所適從到後來的遊刃有餘、漸入佳境,線上實驗、實踐能力和水平得到大幅提升,最大限度地降低了疫情對於電工電子實驗教學環節的影響。

  實驗課程開放後,每天從早晨8點直至凌晨,老師們堅守在屏幕前,全天候無間斷地在線為學生答疑解惑,在後臺巡查學生的實驗學習效果,實時指導和解答學生實驗中的各種問題,鼓勵學生克服困難,積極探索解決問題的途徑,以保證每一名學生都能順利完成在線實驗課程。直到學生不再提問題了,老師們才能安心入睡。

  「同學們通過自主實驗學習、線上互動、撰寫電子版實驗報告,不僅鍛鍊了獨立思考能力,也改變了學習觀念,學會了主動發現問題、思考問題、研究問題,最後解決問題,這是我們實驗教學的目的,也是對電工電子實驗教學中心『全開放、自主學習』模式的最好詮釋。」中心的老師說。

  中心教師進行線上實驗教學

  「隔屏」互相鼓勵 感受特殊的「雲端」師生情

  陳正濤:「老師們晚上也值班嗎?」

  陳煜:「確實,上次1點都回我問題了,感動。」

  裴劉奧:「好像還有一回2點時回答你問題了。」

  ……

  這一場「雲端」實驗課,帶來的不僅僅是在線教與學的特殊體驗,更有師生之間的相互理解與支持。面對老師們的用心良苦,同學們心懷感激。有同學在QQ群裡為24小時在線答疑的老師點讚,侯雲鵬老師這樣回覆:「老師年紀大了,覺少,熬點夜沒關係。你們年輕,還是早點休息,早睡早起身體好。」

  實驗SPOC階段性學習情況統計圖表(電工學實驗為例)

  學生在線上完成實驗學習

  由於好多班級的電路理論課程上學期已經結課,有的同學理論知識有些淡忘,教材又不在身邊,電路實驗和電路理論又息息相關,電路課程組的老師在答疑過程中,不僅要解決軟體使用問題,還要和同學們複習電路理論知識。為了查找故障、解決問題,經歷無數個回合是每位老師答疑的常態。

  劉俊鑫同學在進行暫態過程實驗中,由於選取的電容值接近臨界點始終無法輸出振蕩波形。王曉媛老師在雲端幫他一步步查找問題、解釋原因、闡述原理,直到他弄懂為止。最後他詼諧地說:「不多問問您,我是真蒙圈呀,謝謝老師,我明白了。」

  蔡浩然同學在進行均勻線實驗時,由於電路圖繪製問題始終無法輸出正確的結果,焦急地在線上提問:「為啥我的N1、N2電壓波形重合呢?」劉東梅老師回覆:「傳輸線短路了。」「啊?原來如此,擺弄了一個多小時也沒明白,現在終於有波形了,謝謝老師!」……

  每當問題解決,同學們的一句「謝謝老師,我明白了」「謝謝老師,辛苦了」……讓老師們倍感欣慰,那些夜以繼日的付出就都值得了,因為學生的收穫就是對他們最大的鼓勵,學生的鼓勵也是他們繼續創新與改革的動力。

  正如中心常務副主任李琰老師所說,「作為教師,傳道授業、答疑解惑是我們的本分。在特殊時期、特殊學期,能為同學們奉獻一次生動的電工電子實驗在線課程也是我們的心願……開課至今,同學們不抱怨、齊配合,線下積極預習,線上勇於求索,共同努力,才能使『全開放、自主學習』的線上實驗教學模式得以順利實施……」

  同學們在QQ群給予老師們的鼓勵

  在遠程在線平臺中,我們看到了很多學生的留言——

  焊接技術與工程系王悅:我覺得這種方式很好,有很多實驗因為疫情沒法親手操作,只能看老師給的書發呆(無實物表演)。這個實驗很新奇,遠程操作跟實際操作基本相同,一樣有樂趣。知道老師們費盡千辛萬苦給我們搭建起這樣一座橋梁,真的很感謝、感動、感恩老師,所有的老師們辛苦了!

  控制科學與工程系李宗霖:非常棒,感覺就是在實驗室!為老師們點讚,在家也能做到這麼棒的實驗,老師們辛苦了!

  自動化測試與工程系楊超:學校安排這次遠程實驗很有意義,就算在家也能夠感受到實驗上機的樂趣,對模電實驗有了更多的認識……

  航天工程與力學系劉碩:棒棒棒棒!希望以後可以成為一門課,供有興趣的同學在合適的時間開展遠程實驗,以解決實驗室實驗時間不足、同學實驗不過癮等問題。

  機械工程及自動化系阿布都沙拉木·阿布都熱合曼:此次實驗對我來說很新鮮、很特別,體驗了虛擬仿真實驗,並且深化了電工技術方面的知識,我很喜歡。

  市政工程系柯政:感覺一鍵連線的功能很強大,也幫助了連線老出錯的同學以及檢查自己連線是否有錯誤。老師真的用心了,而且指導真的很詳細,老師們辛苦了!愛你們!

  後記

  不積跬步,無以至千裡;不積小流,無以成江海。電工電子實驗教學中心教師們從點滴做起,規劃好每一次實驗內容,完善好每一個實驗環節,才有了這次特殊的網絡實驗課程之旅。

  談及未來的工作,中心的教師們表示,會緊扣立德樹人根本任務,秉承「厚基礎、強實踐、嚴過程、求創新」的人才培養特色,銘記習近平總書記在致哈工大建校100周年的賀信中的殷殷囑託,牢記「為黨育人、為國育才」的初心使命,不斷運用新理念、新技術,創新教學模式,推進教學改革,從教學的點點滴滴引導學生做有家國情懷和責任擔當的有志青年。

  規格嚴格方能成器,功在平時方能到家。中心的老師們在《電工電子實驗開課一周致大家的一封信》中這樣寫道:老師們相信,經歷了線上學習諸多不便、諸多壓力後,返回校園的你們會更加珍惜在學校學習的時光,取得更大的進步和更好的成績。老師們一同在學校靜候大家的歸來,期待歸來時,你已成長,歸來時,笑容依舊!

相關焦點

  • 大工教師參加電工電子基礎課程理論與實驗教學設計暨2019年全國...
    11月30日,「電工電子基礎課程理論與實驗教學設計暨2019年全國大學生電子設計競賽總結高級研討班」在北京航空航天大學新主樓會議中心成功舉辦。大連理工大學電工電子國家級實驗教學示範中心主任王開宇教授帶隊參會,並做大會特邀報告。
  • 新「頭帶」把睡眠實驗室搬回家—新聞—科學網
  • 現代電工電子技術中心召開期末交流總結會
    本站訊(通訊員 趙超)6月28號下午,我院現代電工電子技術中心在26樓E區第五會議室召開2019年度春夏學期期末交流總結會,會議包括現代教學方法交流、實驗案例設計及教學方法、教學研究類學術報告三個議題,會議由中心主任王萍主持。
  • 山東交通學院大學物理實驗教學中心建設項目中標公告
    一、採購人:山東交通學院,山東交通學院    地址:濟南市交校路5號山東交通學院(山東交通學院),濟南市交校路5號山東交通學院(山東交通學院)        聯繫方式:0531-80687345(山東交通學院),0531-80687345(山東交通學院)        採購代理機構:山東三木招標有限公司    地址:山東省省濟南市市中縣(區)二環南路6636號中海廣場寫字樓
  • 電工電子技能綜合實訓裝置(電工電子實驗臺)參數、功能及介紹
    ZRDG-GD高性能電工電子技術實訓考核裝置是上海中人教儀所研發的電工電子技能實訓裝置系列產品之一,為學校迅速開設實訓課程提供了理想的實訓設備。一、ZRDG-GD高性能電工電子技術實訓考核裝置的概述:本裝置是我公司吸收國內外同類產品合理的實訓方法,先進、科學的實訓手段並加以消化、整合、提高而研製的新一代實訓裝置。
  • ...中國科學技術大學化學實驗教學中心:讓化學與公眾生活「零距離」
    【安徽科技報】中國科學技術大學化學實驗教學中心:讓化學與公眾生活「零距離」 安徽科技報全媒體記者 張朝輝 實習記者 葛婷
  • 【安徽科技報】中國科學技術大學化學實驗教學中心:讓化學與公眾...
    【安徽科技報】中國科學技術大學化學實驗教學中心:讓化學與公眾生活「零距離」 安徽科技報全媒體記者 張朝輝 實習記者 葛婷
  • 東北大學:「組合套餐」玩轉「雲端」大學物理實驗
    東北大學物理實驗教學中心未雨綢繆,早在2月初就著手準備,為學生打造了「MOOC看實驗+虛仿模擬實驗+在家動手做實驗」的「套餐式」全新在線教學模式,提高課程教學的創新性和挑戰度,更為全國物理實驗教學提供了「東大方案」。
  • 東北大學創新開展雲端物理實驗
    東北大學物理實驗教學中心未雨綢繆,早在2月初就著手準備,為學生打造了「MOOC看實驗+虛仿模擬實驗+在家動手做實驗」的全新在線教學模式。  近年來,東北大學物理實驗教學中心建設了豐富的虛擬仿真教學資源,可開展涵蓋力學、熱學、電磁學、光學、近代物理實驗以及大型儀器仿真的虛擬仿真類實驗項。為應對疫情防控給教學帶來的挑戰,物理實驗教學中心整合虛擬仿真資源,調整伺服器配置。
  • 東北大學:「雲端」物理實驗教學的「東大方案」
    早在2月初,東北大學物理實驗教學中心就著手準備,打造了「MOOC看實驗+虛仿模擬實驗+在家動手做實驗」的「套餐式」全新在線教學模式,在有效提高課程教學的創新性和挑戰度的同時,還讓宅家的學生學得興趣盎然。該校本學期有101個班級、約3000名學生需要修完大學物理實驗課程。
  • 我校在2020年第七屆全國高校電工電子基礎課程實驗教學案例設計...
    2020年第七屆全國高校電工電子基礎課程實驗教學案例設計競賽(鼎陽杯)華北賽區初賽於5月10日上午舉行,本次比賽北京航空航天大學承辦,北京恆達集電教學設備有限公司協辦。競賽方式定為「騰訊會議」視頻方式。
  • 【光明日報客戶端】東北大學創新開展雲端物理實驗
    近年來,東北大學物理實驗教學中心建設了豐富的虛擬仿真教學資源,可開展涵蓋力學、熱學、電磁學、光學、近代物理實驗以及大型儀器仿真的虛擬仿真類實驗項。為應對疫情防控給教學帶來的挑戰,物理實驗教學中心整合虛擬仿真資源,調整伺服器配置。
  • 網課不開實驗課?高手在雲間,居家能實操,外校來「借光」,從凝聚態...
    「執行」按鈕,搭建六束雷射光路……作為上海市實驗教學示範中心之一,華東師大物理與電子科學學院物理實驗教學中心裡,老師在線指導、發出系統指令,物理系基地班的42名同學則遠在各自家中學院物理實驗教學中心,依託精密光譜科學與技術國家重點實驗室冷原子光學研究特色,設計開發這項「超冷原子玻色-愛因斯坦凝聚態的製備和物性研究虛擬仿真實驗」,入選2019年度上海市級虛擬仿真實驗教學項目。
  • ...地區電工電子實驗教學案例競賽暨線上實驗教學總結報告會順利舉行
    【戰「疫」情】2020年北部地區電工電子實驗教學案例競賽暨線上實驗教學總結報告會順利舉行 2020-05-20 07:28 來源:澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 東北大學開展宅家物理「雲實驗」
    東北大學物理實驗教學中心未雨綢繆,早在2月初就著手準備,為學生打造了「MOOC看實驗+虛仿模擬實驗+在家動手做實驗」他說:「通過這次手機實驗,我體會到,實驗不一定要在專業的實驗室裡才能實現,實驗來源於生活,只要細心觀察,從一件件小事中都能看到物理學的影子,各種物理定律無時無刻不對我們所在的世界發揮著作用!」「自己動手,豐衣足食。
  • 校企合作、電子工程師認證會議舉辦
    11月9日,由中國電子學會主辦,中國就業促進會、中國教育技術協會實踐教學委員會、全國大學生電子設計競賽組委會、全國研究生電子設計競賽組委會、《電子產品世界》雜誌等參與支持的「全國電子信息類校企合作與實踐教學論壇暨電子設計工程師專業認證工作研討會」在北京召開,來自政府部門、電子學會、各高校和相關媒體與企業的400多位代表匯聚一堂,共同探討如何培養傑出的國內電子信息類專業人才
  • [集合,再出發]五大發展美好安徽如何闖新路?
    當年小崗村的大包幹掀開了中國農村改革出發的序幕,作為小崗村人參加黨的盛會,吳夕明表示:「我是第一次當選黨代表,在來北京之前我特地去了趟村裡的大包幹紀念館,重溫了敢為天下先的大包幹精神,又去了沈浩紀念館進一步學習新時期幹部楷模的沈浩精神。我用了兩周時間去拜訪嚴俊昌等當年大包幹的帶頭人,徵求他們對十九大召開的心聲和想法。
  • 《電工技術學報》優秀審稿人!10位專家獲中國電工技術學會表彰
    為弘揚他們嚴謹的科學態度,負責的敬業精神,根據中國電工技術學會《電工技術學報》優秀審稿專家的評選辦法,綜合考慮審稿專家的審稿數量、質量和時效性,廣泛徵求編輯部及編委會意見,評選產生李慶民、李建林、傅闖、徐偉、李陽、郭小強、邵濤、陳章勇、蘭志勇、戴珂共10位優秀審稿專家。
  • IBM在雲端建立了藥物製造實驗室,支持遠程操作
    9月2日消息,據外媒報導,近日,IBM建立了一個在雲端運行的名為RoboRXN的化學實驗室。據了解,該實驗室結合了人工智慧模型、雲計算平臺和機器人,幫助科學家在家就能設計和合成新分子。科學家可以通過瀏覽器登錄這個在線實驗室平臺。
  • 電工電子電拖技術創新設計實驗臺(電工基礎實訓裝置)參數及介紹
    一、概述「電工電子技術創新設計實驗臺」是本公司在總結國內電工實訓設備基礎上採用成熟的技術推出的新型實訓裝置,綜合了目前我國大學本科、專科、中專及職校「電路分析」、「電工基礎」、「電工學」、 「模擬電子技術」、 「數字電路」、「電機控制」、「繼電接觸控制」及「電力拖動」等課程實訓大綱的要求而研製,特別適用於高等院校現有實訓設備的更新換代