馬新宇

【摘 要】電氣自動(dòng)化是實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延伸，是變“靜”為“動(dòng)”的一種新型教學(xué)模式。為了提高電氣自動(dòng)化開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，本文研究開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，提出了具體的應(yīng)用策略，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)劃和實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施提供參考。

【關(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化；開(kāi)放實(shí)驗(yàn)；教學(xué)平臺(tái)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用；硬件建設(shè)；軟件建設(shè)；應(yīng)用策略

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是使用實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料，通過(guò)操作過(guò)程，引起實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變化，從中發(fā)現(xiàn)新知識(shí)和驗(yàn)證原有知識(shí)的一種科學(xué)方法，是學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。電氣自動(dòng)化專業(yè)是融合自動(dòng)控制、機(jī)械工程、電工電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的新型交叉學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型高級(jí)工程技術(shù)人才。目前電氣自動(dòng)化專業(yè)人才市場(chǎng)需求旺盛，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。電氣自動(dòng)化是實(shí)踐性很強(qiáng)的工科專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其中最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的重要手段。

目前高校進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)大部分都是封閉實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室專門針對(duì)某個(gè)具體專業(yè)的教師和學(xué)生，實(shí)驗(yàn)室資源不共享。學(xué)生也只能在教學(xué)安排的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，其他時(shí)間實(shí)驗(yàn)室也是封閉的，不允許學(xué)生進(jìn)入。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也只是自己使用或小組成員共同使用，不與他人共享，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)也是封閉的。這種封閉實(shí)驗(yàn)造成實(shí)驗(yàn)資源嚴(yán)重學(xué)雜費(fèi)，沒(méi)有發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)有的作用。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)是在高校教學(xué)改革背景下發(fā)展起來(lái)的變“靜”為“動(dòng)”的一種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間，自已完成方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)“做”達(dá)到“學(xué)”的目的。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延伸，本文針對(duì)電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)展開(kāi)研究，技術(shù)上進(jìn)一步繼承和發(fā)展了現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)的思想和方法，實(shí)踐上為高等院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)劃制定和實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施提供參考依據(jù)。

1 電氣自動(dòng)化開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)硬件建設(shè)

電氣自動(dòng)化開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心由多個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成，共同完成實(shí)踐能力培養(yǎng)。

（1）PLC控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。用于完成“可編程序控制器技術(shù)”和“伺服運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)”等實(shí)驗(yàn)，主要設(shè)備是可編程序控制器訓(xùn)練裝置、工控機(jī)、顯示屏和變頻器等。

（2）過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。用于模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制實(shí)際，可進(jìn)行溫度、壓力和流量等變送器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。主要硬件設(shè)備包括高級(jí)過(guò)程控制裝置和數(shù)字示波器等。

（3）測(cè)試測(cè)量與控制實(shí)驗(yàn)室。測(cè)控是自動(dòng)化系統(tǒng)的核心和靈魂，用于學(xué)生掌握傳感器的組成結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換電路原理。主要硬件設(shè)備包括傳感器實(shí)驗(yàn)儀和信號(hào)發(fā)生器等。

（4）繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室。用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方面訓(xùn)練，測(cè)試電力系統(tǒng)故障和危及安全的異常工況。主要硬件設(shè)備包括電流繼電器、防護(hù)繼電器和單相調(diào)壓器等。

（5）電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室。培養(yǎng)學(xué)生在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方向的基本實(shí)驗(yàn)技能。主要硬件設(shè)備包括電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)箱及配套設(shè)備和儀器儀表。

（6）變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室。用于完成線路保護(hù)類實(shí)驗(yàn)、線路設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)、變壓器設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)和電容器組保護(hù)類實(shí)驗(yàn)等。主要硬件設(shè)備是變電站自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

（7）智能電網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。用于完成從輸電、變電、配電到用電的各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)，包括智能化電網(wǎng)調(diào)度和電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理等。主要硬件設(shè)備是電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置。

（8）電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。用于完成單相整流電路、三相整流電路、單相交流調(diào)壓電路和單片機(jī)數(shù)字觸發(fā)電路等實(shí)驗(yàn)。主要硬件設(shè)備是電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

2 電氣自動(dòng)化開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)軟件建設(shè)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)包括軟件建設(shè)和硬件建設(shè)，硬件都是比較成型的設(shè)備，硬件技術(shù)更為成熟和穩(wěn)定，與硬件相比，軟件建設(shè)較為復(fù)雜。本文研究的平臺(tái)軟件建設(shè)包括四方面內(nèi)容：第一，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)用戶分析。主要包括學(xué)生、教師和管理員等三類用戶，學(xué)生使用平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)，教師通過(guò)平臺(tái)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，管理員負(fù)責(zé)平臺(tái)的運(yùn)行和維護(hù)。第二，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)業(yè)務(wù)流程。每類用戶具有不同的操作流程。以學(xué)生用戶為例，包括選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、提交實(shí)驗(yàn)方案、預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、預(yù)約實(shí)驗(yàn)室、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和查看評(píng)價(jià)結(jié)果等。第三，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)。采用目前最為流行的MVC三層架構(gòu)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，表現(xiàn)層完成用戶與系統(tǒng)間的信息交互，應(yīng)用層用于負(fù)責(zé)具體的業(yè)務(wù)處理，數(shù)據(jù)層完成表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)庫(kù)的輸入和輸出。第四，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)。功能是軟件應(yīng)具有的效能和作用，軟件目標(biāo)要通過(guò)軟件功能來(lái)表達(dá)和實(shí)現(xiàn)，軟件功能也是軟件呈現(xiàn)給用戶的直接效果。功能設(shè)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

圖2 電氣自動(dòng)化開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)功能

3 電氣自動(dòng)化開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用策略

加快實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源整合和共享，提升辦學(xué)水平和教育質(zhì)量，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的作用和地位日益顯現(xiàn)，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立工作能力、提高了學(xué)生的擇業(yè)能力、發(fā)展了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)、提高了實(shí)驗(yàn)室管理水平，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。除了加強(qiáng)硬件建設(shè)和軟件建設(shè)外，還需要運(yùn)用創(chuàng)新策略，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)運(yùn)行。本文提出的應(yīng)用策略如下：

（1）制定嚴(yán)格可執(zhí)行的規(guī)章制度和管理辦法。針對(duì)教師制定考核制度和指導(dǎo)原則；針對(duì)學(xué)生制定使用規(guī)定和操作規(guī)程；針對(duì)管理員制定設(shè)備儀器維護(hù)和管理辦法。

（2）建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控和評(píng)估機(jī)制。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高了學(xué)生的自主性，但也必須加強(qiáng)管理，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。

（3）加強(qiáng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍建設(shè)及管理。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)離不開(kāi)教師的指導(dǎo)，要建設(shè)穩(wěn)定的教師隊(duì)伍，不斷提高專業(yè)教師素質(zhì)，同時(shí)注重雙師型教師培養(yǎng)。

（4）創(chuàng)新開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室文化輔助開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室文化建設(shè)可以加強(qiáng)凝聚力，創(chuàng)造和諧氣氛，形成一個(gè)良好的工作環(huán)境，提高參與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)師生的凝聚力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李曉峰，王南蘭.地方高校電氣信息基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革探索[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2015，33（4）：1-4.

[2]李春葉，武興華.電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)優(yōu)化[J].中國(guó)電力教育，2012，28（12）：101-102.

[3]俞娟.PLC的電氣自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)構(gòu)想[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2017，3（25）：142-143.

[4]張杰.開(kāi)放式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建與實(shí)踐[J].齊魯師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，31（2）：55-58.

[5]閔永智，李紅，王秀華.電氣工程專業(yè)研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，53（12）：177-178.endprint