長安大學電工實驗中心信息化建設實踐與探索

溫立民，王會峰，朱禮亞，閆茂德，徐 娟

（1. 長安大學 電子與控制工程學院，陜西 西安 710064；2. 長安大學 電工電子實驗教學中心，陜西 西安 710064）

1 傳統實驗教學模式與信息化實驗平臺的比較

隨著社會進步和經濟快速發展，高校實驗室建設取得了長足進步，但隨著學校的擴張和學科的發展，傳統的實驗室教學模式已不能滿足日益發展的實驗教學需求，需要對當前實驗室教學和管理模式進行改革[1-3]。目前，我校電工電子實驗教學中心仍沿用傳統的實驗教學模式，即專任實驗教師提前安排實驗課程，學生按班級在指定時間上課。上課時由教師先對本次實驗內容及注意事項進行講解和演示，然后學生分組進行實驗。這種教學模式存在如下問題[4-7]：

（1）對于學生而言，只能在指定時間統一到實驗室做實驗，而不能根據學生時間自主安排，且實驗內容按部就班，不具有靈活性。

（2）學生在課上只能被動接受，學生的積極性和主動性得不到發揮。

（3）目前的實驗室還不具有實驗設備大范圍出借功能，出借手續繁瑣，且不便于管理。

這些問題是對現有實驗管理及教學方法提出的挑戰，亟需進行革新。需要對實驗室的管理模式和教學模式進行改革，以使實驗室教學跟上時代的發展。與此同時，實驗室信息化建設是國家中長期教學改革和發展規劃的重要內容。基于此，我校立足現有資源，通過認真研究和不斷探索，在調研兄弟院校先進實驗教學模式的基礎上，打造了具有本校特色的信息化實驗平臺[8-10]。

相比傳統的實驗室教學，本信息化實驗平臺具有以下特點：

（1）學生可根據自己的情況安排實驗內容，可在整個實驗樓內任選實驗課程，甚至可以借出實驗設備完成實驗項目，實驗效率得到大大提升。

（2）激發了學生學習的積極性和主動性，上課效果明顯好于以往。

（3）鍛煉了學生自主學習的能力。

（4）提升了實驗室層次和實驗室安全性。

（5）平臺的設備角為學生提供了廣泛的設備共享與使用空間。

2 電工電子信息化平臺建設硬件方案

2.1 建立基于C/S 架構的遠程訪問體系

電工電子實驗教學網絡信息化硬件建設采用C/S架構，如圖1 所示。服務器端包括服務器和無線熱點，遠程終端包括PC 機、便攜電腦和監控設備，可通過以太網連接到服務器、手機、PDA 等，遠程終端設備可通過有線或無線方式接入網絡[11-12]。教師、學生和管理人員可通過遠程終端在任何地點和規定時間訪問服務器或無線熱點，完成實驗的教學活動和管理工作。

2.2 硬件建設方案

平臺信息化硬件建設方案如圖2 所示。其中，圖2(a)為電工電子實驗教學中心建筑結構圖。信息化實驗平臺建設是在現有資源基礎上進行的，原則上對土建不做大的改動。因此建設應具有集約化特點，遵循緊湊的設計原則，最大限度地利用空間資源。信息化實驗平臺的硬件改造情況如圖2(b)所示。網絡服務器設在二樓會議室，在每一層的配電室設有交換器和無線熱點/Wi-Fi 設備，服務器與交換器或Wi-Fi 設備通過網線連接。每層樓的東西兩端及樓門前設置攝像頭，每個攝像頭通過網線與服務器聯通。每層的PC 機終端也通過網線連接到服務器上，各種無線設備（手機、PDA 設備）可通過每層的熱點或Wi-Fi 設備連接到服務器上。每層的安防巡邏機器人可通過Wi-Fi 或無線熱點接入系統，在大樓門前設置人臉識別或指紋識別系統。采用光纖網線，主干網絡光纖帶寬>1 G，支線終端網線帶寬>100 M。

圖1 網絡信息化硬件建設架構

圖2 信息化建設硬件方案

3 電工電子信息化平臺建設軟件方案

參照其他院校電工電子類實驗教學信息化建設經驗，我校電工電子信息化建設軟件采用模塊化設計，具體方案如圖3 所示。共分為三層結構，最上層為管理員模塊，此模塊下設置了各種功能模塊，包括教師模塊、學生模塊、實驗課預約模塊、設備角和安防模塊等。管理員模塊具有最高權限，一般由實驗室主任、副主任負責管理整個信息系統，未經管理員許可，各種終端、節點將無法登錄系統，未經管理員授權，任何功能模塊都不可使用。

圖3 信息化建設軟件方案

軟件總體框架中的教師模塊和學生模塊是借鑒兄弟學校經驗建設的。其中最具特色的當屬實驗課程預約模塊和設備角，以下重點闡述實驗課程預約的實現和設備角的建設。

實驗預約模塊包括慕課課表設置、實驗室資源、慕課規范及申請系統等，如圖4 所示。慕課是實驗教師通過在線或視頻方式的授課，慕課課表用于學生公開查找預申請課程的計劃或表單，通常由管理員或專任教師按時更新。實驗室資源是指空余座位和實驗設備。實驗設備是指預約實驗的各種實驗設備，附有詳細的規格書和使用說明，學生可通過規格書或使用說明在課前學習，掌握設備的使用方法和注意事項。空余座位顯示當前已被預約的實驗座位和剩余座位供學生查閱和預約。慕課操作規范涉及實驗室的規章制度和注意事項。申請系統就是預約操作界面，包括學生申請和教師應答兩個環節，學生根據自己的需求在規定的時間內申請實驗，如果條件具備，教師可給予允許或不允許的應答，通過這個環節，可使實驗設備得到充分利用，學生也可合理安排自己的時間。

設備角模塊包括兩個方面，一是與傳統教學實驗設備管理一樣，對現有設備登記造冊，建立網上設備臺賬；二是建立實驗設備信息管理（見圖5），即在指定地點存放指定的實驗設備，這些設備可滿足學生綜合實驗、創新實驗、畢業設計等需要，學生可自行借用、自行歸還，完全實現信息化管理。關于設備出借信息，首先要對每個待出借的設備或元器件建立條形識別碼，學生申請借出設備時要登錄出借系統模塊，設備掃碼后即可借出，歸還時也是通過掃碼。對于逾期未歸還的設備要對借用人制定相應的處罰規則，保證設備均衡有效地流通。

圖4 實驗預約模塊

圖5 設備角模塊

4 電工電子信息化平臺建成實施

信息化平臺建成后，實驗模式和教學方法有了全面的改觀，學生的積極性和創造性被大大激發出來，設備日均利用率、課程覆蓋率及設備共享率等都有了顯著提高（見表1）。近一年來，先后有21 位專任教師參與慕課視頻錄制，共完成800 余課時，涵蓋3 個大類的所有課程，設備角共采集400 余臺套設備信息，為設備出借、設備共享奠定了基礎。截至目前，我校電工電子信息化平臺共完成學生預約3 萬次，完成信息化實驗學時4 萬學時，完成設備出借5000 次，保證了各項實驗的順利實施和創新創業及畢業設計的開展。

表1 實驗室信息化建設前后效果評價

5 結語

為順應國家關于高校中長期教學改革和發展規劃要求，我校電工電子實驗教學中心立足于現有條件，建設了具有時代特色的集約化、信息化實驗平臺。實踐證明，該平臺的建立，在保證完成實驗任務的基礎上，節約了資源，提高了實驗效率，拓展了實驗范圍，使我校電工電子實驗室整體上了一個新臺階。