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        把實驗室“搬回家”——電工電子實驗教學中心在“云端”闖新路

        2020年07月14日 新聞網 瀏覽次數:229

        哈工大報訊(劉培香/文)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“云端”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么新鮮事,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,如何在云端實現呢?

        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互聯網的距離,“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……數字背后,是難以想象的壓力。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”。

        電工電子遠程在線實驗教學平臺

        電工電子遠程在線實驗人機交互界面


        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煉,通過互聯網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”。平臺采用實驗室真實的實驗教學硬件設備,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,使遠程在線實驗盡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,借助互聯網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。由于實驗平臺硬件實驗資源數量有限,無法滿足實驗內容的開放要求,于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后進行了在線反饋。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,收獲頗多”。


        全天候“趴在網上”的指導團

        “九層之臺,起于壘土。”有了硬件平臺的支撐,還需要“軟件”的保障。這個“軟件”,源于中心前期全開放、自主學習教學過程中大量數字化教學資源的積累,源于通過“互聯網+”進行線上線下混合式實驗教學的實踐經驗,源于中心的老師們“全天候”“全方位”的在線指導。這些資源和經驗,為“云端”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仿真軟件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。

        數字化教學資源

        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,讓同學們感受盡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、軟硬件的全方位支撐,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仿真軟件進行實踐,從開始的無所適從到后來的游刃有余、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于電工電子實驗教學環節的影響。

        實驗課程開放后,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,在后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,不僅鍛煉了獨立思考能力,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,最后解決問題,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“云端”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“云端”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群里為24小時在線答疑的老師點贊,侯云鵬老師這樣回復:“老師年紀大了,覺少,熬點夜沒關系。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


        由于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,不僅要解決軟件使用問題,還要和同學們復習電路理論知識。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,由于選取的電容值接近臨界點始終無法輸出振蕩波形。王曉媛老師在云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。最后他詼諧地說:“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,由于電路圖繪制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?”劉東梅老師回復:“傳輸線短路了。”“啊?原來如此,擺弄了一個多小時也沒明白,現在終于有波形了,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,因為學生的收獲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愿……開課至今,同學們不抱怨、齊配合,線下積極預習,線上勇于求索,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!為老師們點贊,在家也能做到這么棒的實驗,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!希望以后可以成為一門課,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,并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!

        后記

        不積跬步,無以至千里;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托,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、諸多壓力后,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!


        編輯:劉培香

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