基于NeptuneLab智能实验系统综合测试平台的创新实践教学体系.pdf

1 1 2 2 0 2 4年3期2 0 2 4年第4 6卷第3期基于N e p t u n e L a b智能实验系统综合测试平台的创新实践教学体系高 勇基金项目:教育部产学合作协同育人项目:基于N e p t u n e L a b智能实验系统综合测试平台的创新实践教学体系深度探究(2 2 0 6 0 4 6 7 9 2 9 2 1 0 2)作者简介:高勇(1 9 8 6-),本科,讲师,研究方向为单片机、嵌入式系统、移动通信技术、人工智能。(重庆移通学院 重庆4 0 1 5 2 0)摘 要 在互联网时代,电子通信行业蓬勃发展,社会对具备应用和创新能力的电子信息专业人才的需求也在日益增长。因此,电工电子课程实验教学的创新变得至关重要。强化电工电子课程实验不仅可以深化学生对电工电子理论知识的理解,还能让学生掌握实验方法,熟练运用电子电路的设计、安装、调试、检测、故障排查等步骤。此外,通过基础电路实验向深度电路实验过渡,扩展了电路实验的领域,使其更具综合性和创新性,这样能持续提高学生的实践和创新能力。因此,在N e p t u n e L a b智能实验系统综合测试平台的基础上,文中对电工电子实验教学措施进行了深入探讨,希望能为相关领域的专业人员提供参考和借鉴。关键词:电工电子;N e p t u n e L a b;智能实验室;创新实验中图分类号 G 4 8 2I n n o v a t i v eP r a c t i c a lT e a c h i n gS y s t e mB a s e do nN e p t u n e L a bI n t e l l i g e n tE x p e r i m e n t a lS y s t e mC o m p r e h e n s i v eT e s t i n gP l a t f o r mG AOY o n g(C h o n g q i n gC o l l e g eo fM o b i l eC o mm u n i c a t i o n,C h o n g q i n g4 0 1 5 2 0,C h i n a)A b s t r a c t I nt h ee r ao f t h e I n t e r n e t,t h ee l e c t r o n i c c o mm u n i c a t i o n i n d u s t r y i s t h r i v i n g,a n d t h ed e m a n d f o r e l e c t r o n i c i n-f o r m a t i o np r o f e s s i o n a l sw i t ha p p l i c a t i o na n di n n o v a t i o nc a p a b i l i t i e s i sa l s o i n c r e a s i n gi ns o c i e t y.T h e r e f o r e,i n n o v a t i o ni ne x p e r i m e n t a l t e a c h i n go fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i cc o u r s e sh a sb e c o m ec r u c i a l.S t r e n g t h e n i n gt h ee x p e r i m e n to fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i cc o u r s e sn o to n l yd e e p e n ss t u d e n t su n d e r s t a n d i n go f t h et h e o r e t i c a lk n o w l e d g eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i cs c i e n c e,b u t a l s oe n a b l e s t h e mt om a s t e r t h ee x p e r i m e n t a lm e t h o d so f e l e c t r i c a l a n de l e c t r o n i cs c i e n c e,p r o f i c i e n t l ya p p l yt h es t e p so f e l e c t r o n i cc i r c u i td e s i g n,i n s t a l l a t i o n,d e b u g g i n g,t e s t i n g,a n d t r o u b l e s h o o t i n g.I na d d i t i o n,w ec a ng r a d u a l l yt r a n s i t i o nf r o mb a s i cc i r c u i te x p e r i m e n t st od e e pc i r c u i te x p e r i m e n t s,t h e r e b ye x p a n d i n gt h ef i e l do fc i r c u i te x p e r i m e n t sa n dm a k i n gt h e m m o r ec o m p r e h e n s i v ea n di n n o v a t i v e.T h i sc a nc o n t i n u o u s l yi m p r o v es t u d e n t sp r a c t i c a la n di n n o v a t i v ea b i l i t i e s.T h e r e f o r e,o n t h eb a s i s o f t h eN e p t u n eL a b i n t e l l i g e n t e x p e r i m e n t a l s y s t e mc o m p r e h e n s i v e t e s t i n gp l a t f o r m,t h i sp a p e rd e e p l ye x p l o r e st h et e a c h i n gm e a s u r e sf o re l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce x p e r i m e n t s,h o p i n gt op r o v i d er e f e r e n c ea n dr e f e r e n c e f o rp r o f e s s i o n a l s i nr e l a t e df i e l d s.K e y w o r d s E l e c t r i c a l a n de l e c t r o n i c,N e p t u n e L a b,I n t e l l i g e n t l a b o r a t o r y,I n n o v a t i o ne x p e r i m e n t0 引言近年来,国家不断加强对大学实验室的资金支持,实验室的环境和设备配置得以改善和升级。然而,传统的人工管理模式和有限的实验教学时间已经无法满足学生的探索性学习需求,学生急需一个可以在课余时间进行科学探究的平台。1 N e p t u n e L a b实验系统综合测试平台概述1.1 系统概述N e p t u n e L a b实验系统是优利德公司通过走访全国各大高校并结合教育精英的实践教学经验,按照信息化、网络化、数字化的先进理念研发的一款智能实验综合测验平台。该系统融合了实验和管理两大功能,广泛服务于电子专业基础实验室、开放实验室和复合型实验室,赢得了全国广大师生的高度认可。通过N e p t u n e L a b实验系统,可以解决实验室管理和教学过程中的许多问题,优化开放实验室的教学流程、削减平时授课环节中复杂繁琐的实验部分。此外,通过远程实时指导的虚拟面板以及电子教室、电子报告等管理工具,能帮助教师提高教学品质,提升学生的学习积极性。1.2 N e p t u n e L a b系统管理内容在实验室管理方面,其包括资产管理、设备使用权限管2 0 2 4年3期1 1 3 理、电源控制管理、预约管理以及课程顺序管理。在教师教学方面,其包括教程资源库、题目库等教学资源的整合。此外,该系统还提供自动评分、过程打分、量化考评等在线考核工具;支持远程课堂教学、设备使用权限控制、实验数据实时查看等功能。针对学生学习,其还能提供预习报告、实验报告、数据处理和思考题等资源1。1.3 业务架构分析通过集成远程教学、在线实验、考核、教程资源、资产管理、报告管理、预约等关键功能,可以减少教师的教学压力,提升教师的教学效能。通过课前预习、课堂在线实验和课后思考分析等,最终能实现完全数字化的实验报告。同时,应配备防作弊系统,以提升学生在各环节的学习积极性和趣味性,达到提升学习品质的教学目标。2 电工电子人才培养现状分析当前,科技发展持续推进,人才需求结构不断变化,社会更加重视电工电子专业人才的培养。施丽等认为,高校实验室平台的完善建设对提升大学生的实践能力,培养大学生的创新思维和批判思维,推动大学生创新竞赛,提升大学生综合素养等都有极大的促进作用。伍扬等则从实验室建设的重复性、设备的耗损率、实验室人手不足和实验室开放程度不够等方面,对当前实验室存在的问题进行了深入剖析。他们提出学校应借助设立特别的经费,保证设备的完好率,保障实验室人员的资质和能力,设立外部监督机制等措施,以建设满足现代教学需求的开放式实验室,为电子电路的教学和人才培养在新时代打下坚实的基础。3 基于N e p t u n e L a b智能实验系统综合测试平台的实践探索3.1 实验室预约系统为实现实验室在闲置时间向学生开放,确保学生实验的安全性及设备的规范使用,使用人员需在实验前进行预约。若能利用微信平台进行移动实验室管理,则会使实验室管理变得更加方便。因此,针对自主实验的管理和运行状态,建立了“N e p t u n e L a b实验室”微信公众号,开发了实验室预约系统,并在预约前设置实验室安全知识和相关设备使用考核功能。预约的基本流程包括:学生信息填写等待审核查询审核情况。考核则旨在确保使用设备的学生了解设备的使用流程和注意事项,只有经过考核才能成功预约2。3.2 学生自主学习平台为了让学生轻松获取到开放实验室的相关信息,在学习通平台上构建了学生自主学习平台。该平台包含实验设备使用教程视频、实验项目概述以及实验室安全知识的推送,形成了一个理论和实践技术相结合的学习平台,以便学生自主学习。N e p t u n e L a b智能实验室设有电路基础实验、电子电路实验、数字电路与逻辑设计等课程,实验内容包含伏安特性测试、叠加原理验证、受控源研究、差动放大器、一阶电路的响应、加法器、译码器、计数器等经典实验,也有数字电路与逻辑设计课程设计、电工电子设计等实验项目。同时,其还存放了N e p t u n e L a b智能实验设备的使用视频,供学生自学和回顾。3.3自主实验远程互动系统在实验室全面开放共享的过程中,管理人员的缺乏和教师指导的问题成为实验室开放过程中的阻碍。而建立一个严格的入场制度和远程监控系统,可以实现实验的安全监管和师生间的远程互动。自主实验管理过程首先必须预约,在预约系统通过后,才能进入实验室开始自主实验。在实验过程中,学生可以随时与指导教师讨论设备使用、实验模块使用和自主实验过程中的相关问题。远程互动系统包括智能门锁、监控摄像机、路由器和远程监控软件。智能门锁能远程为学生解锁,当学生进入时,系统会产生一个随机密码,并发送给学生,学生输入此密码即可进入实验室。进入实验室后,他们会被监控摄像头监视。监控摄像头可以查看整个实验室的情况,并具有视频录制功能3。学生在自主实验过程中遇到问题时,可以通过视频与指导教师交流,以解决问题。此外,指导教师也可以在空闲时回看录制视频,检查学生的实验操作过程是否存在错误或不符合规范的地方。4 实验室教学方法探究4.1 理论与实践相结合作为一类注重实践的课程,电工电子类课程包含了大量的理论知识点,包括电路分析基础、数字电路、电子电路中的电路基本原理、二极管、三极管、运放、组合逻辑、时序逻辑等。基于电工电子在电子类相关行业中的广泛应用、理论和实际应用的差别,需要将理论与实践相结合,即通过具体的实践来加深对理论的理解和掌握。为此,需结合具体的实验课程,搭建多个电工电子综合的工程实践和创新实验案例,如流水灯控制、抢答器设计等。通过对这些案例的设计、仿真、实物制作和测试等,学生可以更有效地掌握硬件和软件协同工作的基本流程,从而提升其综合应用能力。4.2 在实验教学中融入典型设计使用N e p t u n e l a b智能实验系统进行综合性实验教学,旨在丰富和实体化实验教学内容。这些具有针对性的项目设计难度有所提升,但同时也能全面锻炼学生的实际运用技能、硬件设计和调试能力。其将电工电子课堂实验教学和工程项目开发实践融为一体,进一步激发了学生的创新和创造性思维,扩展他们的知识领域4。在具体的项目开发实践中,学生可以持续改进和完善自己的设计方法和技术,增强团队合作精神,并形成“由点至面”的学习效应,从而扩大他们的知识面,提升他们的实际项目开发和应用能移动信息1 1 4 2 0 2 4年3期力。这不仅提高了学生的学习兴趣,也使他们在电子类项目开发技术方面有了进一步的提升。5 基于N e p t u n e L a b智能实验系统综合测试平台的教学提升策略5.1 深入实验课堂,提升实践和创新能力实验教学作为理论课程的重要扩展部分,是对理论知识理解的关键补充。电子类知识的学习需要学生具备坚实的理论基础,掌握必要的检测方法,理解实验技术,发挥创新思维以及团队协作能力。实验是验证高校理论知识的重要手段,也是让学生学会关键实验技能的重要途径。通过实验,学生能对理论知识有更深的理解,更快地掌握知识并积累实践经验,为未来的实践和创新打下基础。在实验室进行实验需要注意以下几点。首先,针对大一和大二的学生,应着重训练学生的基础实验技能、实验仪器的操作技能,并以激发学生学习兴趣为目标,避免设置难度过高的实验。其次,针对大三的学生,可以以创新竞赛为目标,设计一些综合性实验,将设计能力、创新思维和团队协作精神作为主要考评标准,也可以鼓励学生开展自主实验,表现出专业特征。鼓励学生跨学科、跨专业、跨年级,甚至与其他学校的学生一起进行实验。最后,对于大四的学生,可以依托N e p t u n e L a b智能实验室和优利德公司培养学生研发及维护测试仪器的能力,为学生提供毕业实习和良好的就业机会。5.2 建立专业的指导队伍目前,许多院校的实验室人员严重缺编,且实验室人员被日常管理维护事务占据了大部分时间,没有精力完成大量的实验任务。即使是重复劳动,工作量也较大,如重庆移通学院通信与信息工程学院2 5个实验室只有3名实验员,却需要负责一个学期近万人次的实验设备维护任务。此外,开放实验室的实验大多在课外进行,许多实验室工作人员不愿意承担。如果能组建一个由全职教师和实验室工作人员共同组成的开放实验室指导团队,则可以极大地缓解实验室人员不足的问题5。全职教师通过实验,不仅可以更好地推动教学,提升自己的实践技能,也能更好地指导学生。同时,在开放实验室里指导学生做实验,可以促进教师与学生之间的交流,提供一个平等的信息交流平台,让教师及时了解到学生的思想动态和遇到的困难,找出阻碍学生学习和创新的问题,以便采取因材施教的方式,实施个性化教学。5.3 采取信息化手段,提高实验室的利用效率和水平实验是锻炼学生实践能力的重要途径,可以塑造他们的科研精神。开放实验室作为常规实验室的扩展,是工科类专业教育的关键要素,而正确利用开放实验室则是培育一流人才的关键。在开放实验室的建设中,要积极引导学生参与,依据他们的实际需求对管理模式和机制进行动态修正。对于实验的设计,如果能引入一些仿真实验供学生预先模拟 练 习,则 能 提 升 实 验 效 率,优 化 实 验 室 资 源 的利用。5.4 以创新竞赛为抓手,提升学生的创新能力鼓励创新和举办竞赛,可以提升大学生的创新和工程实践能力,促进学生设计能力和协作能力的融合。利用开放实验室,可以提供一个以创新竞赛为主导的创新平台,有针对性地引导学生进行创新活动。例如,可以在开放实验室进行一二年级的基本技能训练,三年级的综合训练,四年级的专业训练以及穿插其中的创新竞赛,以提升学生的实践能力和团队协作能力,并培养他们的工程意识、创新精神以及批判性思维,实现培养复合型、应用型人才的目标。6 结语电工电子课程实验是教育活动的关键组成部分,是理论课程的提升和扩展。实验课的创新能点燃学生的学习热情,塑造他们坚实的实验技能和严谨的科学研究风格,从而强化他们的实践和创新能力。电子科技的发展程度是国家综合实力的重要体现,电子通信行业作为我国的关键产业,面对国内外的科技竞争压力,必须提升产品的质量和科技水平,以增强国家的核心竞争力。因此,需坚定不移地培养具备实践能力和创新精神的优秀电子科学技术人才。参考文献1王新伟,朱先磊,刘雨霞,等.智能化自主实验平台建设与管理探究J.教育教学论坛,2 0 2 3(7):1 7-2 0.2董春云,秦红波,陈晓龙.电工电子创新设计性实验探究与应用J.实验室科学,2 0 2 2,2 5(5):4 4-4 8,5 4.3冼进,毕盛.基于创新性综合实验的嵌入式教学研究J.实验科学与技术,2 0 2 2,2 0(4):8 2-8 5.4徐多.优利德科技股份有限公司发展战略研究D.长春:吉林大学,2 0 2 2.5贾国平,刘振生.智能制造视域下开放实验室实验-实践-创新一体化研究J.科学大众(科学教育),2 0 1 8(2):1 1 6-1 1 7.移动信息