




编者按:东南大学电工电子实验中心自2014年始,开展电工电子远程在线实验技术的研究与探索,取得卓越成效。新冠疫情期间,该中心积极响应线上教学需要,修订线上实验方案,从1月28日开始筹划建立“东南在线实验”,并将实验平台为全国高校提供免费的在线实物实验服务,东南在线实验平台开设实验课程包括《电路实验》《模拟电子电路实验》《数字逻辑电路实验》实施所需要的仪器设备、电子元器件、电路连接的实验资源,并提供30多个开发完成的实验项目。使用者可以自主设计开发实验项目。平台所提供的仪器设备、电子元器件、电路连接等实验资源是完全开放的,使用者可以根据自己的要求,自主设计实验任务内容及实验过程要求。自东南在线实验平台开设实验课程上线以来,受到了校内外师生的普遍欢迎,取得了良好社会效果。本期刊发相关材料,以飨读者。
背景与初衷
当前在线实验主要有两种形式:软件设计仿真与远程实物实验。电子信息类课程,尤其是在基础课程中,软件设计仿真是实验设计和参数优化通常采用的方法。但是软件仿真是基于理论模型进行计算分析,与实物电路之间存在不可消除的差异,如电子元器件理想集中参数与真实器件分布参数,理想仪器状态与真实仪器驱动能力、频率特性等非理想状态,纹波、噪声、干扰对电路运行的影响,线路分布阻抗参数及接触阻抗对电路的影响等等。
在线实物实验能够让学生有真实的工程体验,如电路搭试、元器件参数的离散性及误差,电路连接线分布参数对电路的影响,仪器设备驱动能力、量程范围、测量精度、分辨力、输入输出阻抗对实验结果的影响等等。
在线实验平台可以让理论课老师在教室、课堂展示实验现象,方便理论与实验的融合。可以让身体不适的学生在家、在宿舍参与实验;可以让在外游学、竞赛的学生正常实验。可以让采用在线学习的学生获得实验的机会。可以让社会学习者获得享用高校教学资源的机会。
建设在线实验平台过程
东南大学电工电子实验中心自2014年始,开展电工电子远程在线实验技术的研究与探索,旨在建设具有卓越数字应用服务功能的数字教育资源的在线服务支撑体系,构建课程实验与工程项目相结合、虚拟仿真与实物实验相结合的自主在线实验平台,服务在校学生和社会大众,提高本科教学质量、弥补地域性教学资源差异、建立终身学习通道,满足人才培养、自主研习、知识应用、工程设计、兴趣实现方面的社会需求。
2015年,与东南大学出版社合作申报获得了国家财政2015年度文化产业发展专项资金支持项目“数字化电子电气自主在线实践平台构建与应用”,得到600万元资助,建设了《电工电子实验基础》《电路实验》《模拟电子电路实验》《数字逻辑电路实验》四门线上实验课程,以及与这些在线课程配合的在线实物实验平台。其中,《电工电子实验基础》获得2018国家在线精品课程称号,“运算放大器应用设计及性能测试(在线实境实验)”获得2017年国家虚拟仿真实验教学项目称号。
新冠肺炎疫情期间,高校纷纷采用线上学习方式开展教学。为保障疫情期间高校实验教学“停课不停教、停课不停学”,东南大学电工电子实验中心征集社会资源,从1月28日开始筹划建立“东南在线实验”,将实验平台为全国高校免费提供的在线实物实验服务。实验中心与南京的两家高科技公司合作,筹措了120套设备,拓宽了网络带宽;设计了免费开放的管理机制,调整了课程管理软件功能配置;设立“东南在线实验”微信公众号,发布实验平台开放信息;为免费开放《电路实验》《模拟电子电路实验》《数字逻辑电路实验》三门实验课程设计30多个推荐实验项目;建立了专用的免费网站(域名:http://remotelab.top),接受高校的实验教学委托;网站以文档、视频、教案等方式提供实验平台的使用指南。
“东南在线实验”的在线实验装置在管理系统的支持下,响应远程用户在浏览器内的操作,可实时选择和搭建电路,配置电路激励参数,选择测试点,可实时测量实验数据,获取信号波形。
在线实验系统有两种不同的实验形态,一种是全开放自主搭建实验,类似于在面包板上搭接电路,学生需要完全自主设计、搭建电路;另一种是提供了电路的基本形态,可通过开关切换方式改变电路结构,也可以调整元器件参数。两种形态可服务不同层次或要求的实验。
累计统计
截至5月17日,共有80所高校198位教师提交了开课信息,开设了505个实验教学班级,共有31633名学生开通账号。累计实验165425人次,提交实验报告23500份。
实验次数排名
1.单级放大电路11686
2.基尔霍夫定律的验证 11461
3.比例求和运算电路 10438
4.元器件的检测及万用表的使用 9837
5.电路元件伏安特性的测量 6936
6.RC电路电压电流相位关系 6566
7.组合逻辑电路 5879
8.门电路逻辑功能及测试 5247
9.积分与微分电路 4798
10.线性电路特性的研究 3322
实验人数排名
1.电路实验演示 6930
2.中国矿业大学-模拟电子电路实验-02 5775
3.中国矿业大学-模拟电子电路实验-01 5399
4.大连理工大学-电路分析实验-JYH-4 5035
5.大连理工大学-电路分析实验-JYH2-1 5028 6.大连理工大学-电路分析实验-JYH2-2 4732
7.大连理工大学-电路分析实验-JYH-5 3642
8.大连理工大学-电路分析实验-JYH 3638
9.海军工程大学-模拟电子电路实验-WS 3277
10.东南大学模拟电子电路 2875
在线教育实验新模式
A. 实验过程记录保存:实验中所选择的电子元器件类型及参数,实验电路的结构,实验仪器设备的配置等整个实验相关状态、参数、数据都可以用系统特有的实验格式文件完整地保存下来。需要的时候选择、调用实验格式文件就可以迅速再现实验现场状态。
B. 实验时间碎片化:因为实验现场状态可以保存并迅速再现,实验的时间就可以大大压缩。在传统实验室做实验,搭试电路、连接仪器设备占据了实验60~70%左右的时间,一个实验2~4学时,如果课程时间到,实验未完全完成,就必须将实验箱上的电路拆除,给下一时间段学生使用实验平台。在东南在线实验平台,5分钟、10分钟的短暂时间都可以用来做实验,做不完将实验现场保存,以后有时间调用实验格式文件就可以恢复实验现场,继续实验。
C. 多人远程合作实验:实验电路的连接、实验仪器设备的接入及操作都是由使用者通过网络访问网站操作实现的,所以可以容纳多人同时合作实验,就像多人在线合作玩游戏一样。如有人负责调节电位器,有人负责调节激励源的频率或幅度,有人负责观察电路的数据波形、记录实验结果。
D. 在线实验开放观摩:实验是在线完成的,实验现场视频及数据波形可以重复传输给多个用户观看,就像“腾讯会议”的屏幕共享,只要权限允许,实验的过程可以供多人观看。
E. 在线提交评审实验报告:学习者可以在线编写实验报告,将实验电路、实验数据、信号波形植入实验报告,形成的实验报告可在线提交。责任教师在线批改、评价、打分。
F. 拓展实验时间空间:实验平台无人值守,24小时全天候开放运行,学生可在家庭、宿舍、教室、图书馆等任何有网络的场地进行实验。
问卷调查
平台提供的资源(元器件、仪器)能否满足教学要求?
您认为在线实物实验的使用价值如何?
疫情过后,您是否愿意在学习中使用在线实验?
请您给“东南在线实验”使用满意度做个评价。