电工电子实验网络化教学平台
电工电子技术实验是高校工科学生必不可少的一项实践环节。通过对电工电子技术实验网络教学平台的研究建设与实践,在开放的实验平台下有效地改进了传统实验教学模式带来的弊端,充分调动了学生实验实践的主动性和积极性,培养学生的创新意识和工程实践能力,有效发挥了高校实验实践环节对学生能力培养的作用和价值。
培养大学生的学习能力、实践能力和创新能力是高校建设适应经济社会发展所需的人才培养体系的基本要求,其中,实验实践教学是培养具有创新意识和创新能力的高素质人才的重要途径。电工电子技术实验教学作为工科学生重要的实践性教学环节之一,随着计算机技术的发展以及新型实验方法的出现,采用现代的实验手段,更新实验方法,创建一个技术先进、激发学生学习兴趣的实验平台和实践环境具有非常重要的意义
一、网络化电工基础教学平台的结构
目前传统电工电子实验教学方法,大多是学生课前进行实验原理预习,教师课中讲解实验内容和实验步骤,指导学生在规定课时内完成实验的模式。但实际上大部分学生由于预习不充分,对仪器设备、元器件不熟悉,大多都把完成实验作为一项任务和负担,在实验中对教师的演示步骤依赖性很强,对实验中出现的问题也不多思考。而且由于实验学时有限,学生往往锻炼不够,对实验内容的掌握和理解不充分,甚至实验完成后还不知道实验目的。例如电子技术实验中,大部分学生不会提前去查阅与实验相关的芯片手册,提前熟悉芯片的性能,对实验现象和测试结果不能进行判断。从实验报告可以看出,学生相互抄袭报告的现象十分严重。长期以来,学生在实验中的被动状态不断的降低了他们实验的积极性和热情,这样的实验状态就完全失去了实验实践环节的意义。另一方面,高校实验设备的资金投入和实验设备的数量都有限,很难为学生提供最前沿的实验设备,完成具有创新性质的电工电子实验。
二、网络化电工基础教学平台的功能特点
1.实验辅助学习平台
（1）实验预习模块。该模块下学生可以学习每个实验的基本原理,同时提供实际应用案例体现实验内容涉及的相关知识点在实际应用中的延伸,从而加强学生对实验意义的理解。提高学生对实验的兴趣。同时包括实验中必须注意的相关问题,例如电工测量仪表的原理、使用注意事项等,帮助学生在动手完成实验时脑海中有深刻的印象,一定程度上减少实验中的事故率。该预习模块,改变了传统枯燥的通过阅读书本进行预习的方式,使得学生能够主动预习实验。
（2）讨论答疑模块。学生在实验中遇到的问题以及常犯的错误在该模块下体现出来,促进教师不断的改进实验内容。同时规定的实验课时外,学生仍然能够与教师进行问题讨论,无形中摆脱了实验时间、空间对学生的束缚,通过讨论能够激励学生对实验和相关知识应用的研究和探索。
（3）资料查询模块。该模块提供了所有实验涉及的电气元件的资料,部分内容采用flash的形式。例如动态展示接触器的动作原理,以及它在异步电机正反转控制中的应用,帮助学生认识理解元件,学会在实验、实践中使用。同时,实验中涉及的芯片手册、典型电路也都包含在内,促使学生养成在设计、研究电子电路前查阅手册的良好习惯。
2.网络实验平台
网络虚拟实验平台是网络教学的核心,也是近年来国内外实验室发展的一个趋势,本实验中心根据学校实验开设的实际情况,以及实验的性质进行了三个方面的建设。
（1）基础实验方面。平台中包含所有学生必做实验项目,分为验证性实验和综合性实验两部分。虚拟实验平台下,实验中可同时采用多个仪表,相比实践实验能够同时测量多组数据进行分析,也可方便地观察部分实验中实际操作难以观察的动态过程,帮助学生理解实验对应的知识点。学生在实验室进行实践操作前,先在计算机上进行模拟,提前熟悉实验步骤,而且每个学生可单独进行实验,锻炼了独立实验的能力。此外,如遇到虚拟实验与实际实验出现数据偏差时,学生通过分析找到理论与实际操作的区别,更深刻的理解知识点在实际中的应用。例如感性电路功率因数改善实验,通常实验是在日光灯电路中完成电压、电流以及功率因数的测量和相关分析,实验的前提是了解认识日光灯电路的组成,以及各器件的作用和电气性质。传统实验模式下,很少有学生通过实验很快理解电路原理,完成元件的搭接,也很难分析实验中各数据之间的关系,以及认识功率因数是如何改善的,更不能联系到实际中的应用。而在虚拟实验平台下,元件的种类相对实际实验台丰富,学生可以方便地进行反复选择、操作和测量比较,同时查看实验所涉及的内容在实际生产生活中的应用案例,帮助学生将电工学与其他专业课程相结合来理解。从后期实际实验的完成情况和实验报告可以看出,采用虚拟实验平台后,学生对此类实验的认识有了很大程度的提高,实验热情也有了大幅提升。
（2）设计及创新实验方面。该平台下没有固定的实验模块,主要采取学生根据自己的兴趣进行自主设计性实验的方式,该实验平台重点强调实验的分析和测试方法的重要性,促进学生培养科学的思维方式。近年来,各大高校对电子创新大赛都非常重视,将综合培养学生创新、设计的能力作为首要任务。创新性实验平台提供了大量的电子设计资料,方便学生进行知识的储备。同时,每学年伊始,公布2～3个设计性题目,学生可根据自己的能力在网上提交设计思路,在虚拟平台下进行必要的仿真等步骤,并预约创新实验室完成实物制作,教师根据学生提交的思路创新程度及完整程度进行筛选。该平台的应用,很大程度上提高了学校电工电子创新实验室的利用率,合理配置设备资源,同时更大程度上帮助学生在电子设计方面实现能力的培养和提高。
三、结束语
实践教学环节是培养学生创新、实践能力的重要途径和场所,针对电工电子技术实验传统实验平台教学中出现的各种弊端,建设了电工电子实验网络化教学平台,从辅助教学平台和网络实验平台两方面对学生进行实验和实践能力的培养。网络化教学平台的建设大大促进了学生的实验热情,帮助更多学习主动性高的学生成为具有扎实的理论基础、较强的工程概念和动手能力的学生,同时也很大程度上提升了高校电工电子技术实验实践环节的价值和意义。
SBEE-01A智能电工基础技术实验装置
一、基本功能：
1、网络化基础电工实验平台能完成高等院校电路分析、电工技术、电路原理等多门课程的实验教学。
2、网络化基础电工实验平台配套测量仪表精度高,采用数字化、智能化及人机对话模式,各种仪表均有可靠的保护功能。
3、平台操作面板采用钢制面板,面板厚度2mm,文字符号采用现代彩色喷描技术处理,面板标识清晰,面板颜色和实验台颜色一致。
4、整体采用模块化结构形式,电源和仪器仪表全部采用独立挂箱式结构,各实验模块任务明确,方便学校根据自身的教学要求,选择不同的实验配置,易于后期扩展升级。实验模块之间的工作电源用短接导线连接,既接通各模块电源,又使各模块连成一体。
5、平台装有电压型漏电保护装置,若有漏电现象,即产生告警信号并切断总电源,确保实验进程安全；装有一套电流型漏电保护器,若有漏电现象,当漏电流超过一定值时,即切断电源；各种电源及各种仪表均有可靠的保护功能。实验连接线及插座采用不同的结构,使用安全、可靠、防触电。
参考图片
二、网络化基础电工实验室设备技术性能：
1、输入电源：三相四线(或三相五线)AC380V±10% 50Hz
2、装置容量：＜1.5kVA
3、外形尺寸：约1650mm×720mm×1540mm
三、网络化基础电工实验台主要配置及功能：
网络化基础电工实验平台由实验桌、实验台架、存储柜、实验挂箱组件、配件等组成。
具体参数如下：
序号 |
部件名称 |
功能及技术参数 |
数量 |
1 |
实验桌 |
1.桌子台面板采用E1级三聚氰胺复面合成板,台面厚度约25mm。 2.采用四个工业铝型材立柱为支撑,立柱端部可安装调节脚,方便高度调节,主体结构通过左、右各2个C字形铝压成型构件联接,台面高度约800mm,桌面板下设支撑框架,截面尺寸为30×30mm,承受力不少于300kg。 3.立柱采用工业铝型材成型工艺,表面氧化处理,截面尺寸：70×70mm,四面带槽,槽宽约8mm,端部配套塑料堵头,槽内适用工业铝型材通配螺母及配件。 4.C字形铝压成型构件为左、右对称件,外形约160×166×70mm,采用压铸成型工艺,经机加工、抛丸、喷砂,表面橘色静电喷涂工艺。 |
1套 |
2 |
实验台架 |
实验台架采用独立框架式结构设计,框架由上中下左右五根工业铝型材分割为上下两个区域,所有型材表面滑,无凹槽,用于放置仪表、实验模块等。 |
1套 |
3 |
存储柜 |
采用圆弧卷边冷冲压钣金一体成型,封闭式结构,表面静电喷涂,外形尺寸：约宽450x深550x高705（mm）,总重量≥31kg；柜体四边圆弧设计：R=30mm,柜体边框总厚度≤2.5mm；配有承重型卡扣式三节轨,导轨承重量≥30kg,抽屉把手采用卡套式钣金卷边工艺,把手尺寸≥440x45x18mm,抽屉采用联体锁设计,底部配有4个1.5寸万向带刹车脚轮。 |
1套 |
4 |
三相交流电源 |
（1）提供线电压380V交流电源、相电压220V交流电源。交流电源输出设有电源保护系统,相间、线间过电流及直接短路均能自动保护。提供三相漏电保护器作为整个实验平台的电源总开关。三相输出通过停止和启动按钮控制。 （2）实验室智慧用电安全控制系统 智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定7大保护功能；电源具有一键锁定功能,处理故障时,防止漏电保护器合闸,造成触电危险；电源具有故障锁定功能,发生故障导致跳闸时,不能人为上电,只能通过远程清除故障后,才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯,没有网络的情况下,教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。 智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心,采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面,实时监控设备运行情况,提供Zigbee、CAN等多种通信模式,具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率,功率因数、频率、电能等参数,液晶触摸屏监测数值。能监控实验室电源的故障类型和故障次数；设备时间管理包含年月日时间的显示；用户通过刷卡方式请求开启设备,PC端进行授权之后,设备可启动使用,PC端可分时预约设备的启动和停止。配套有网络接口扩展功能,方便基于互联网线上实验,可扩展线上线下混合实验模式。 |
1套 |
5 |
智能交流电表挂箱 |
7吋液晶触摸屏,能同时测试交流电流、交流电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素；电压电流波形和电压电流矢量图液晶实时显示,形象反映电压电流相位关系,自动识别负载性质（感性或容性）；配套上位机软件,和PC连接观测更直观,配套有网络接口扩展功能,方便基于互联网线上实验,可扩展线上线下混合实验模式。 |
1套 |
6 |
三相交流电挂箱 |
挂箱不少于3组,方便研究三相交流电Y型和△型线电压相电压、线电流相电流间相互关系;基于一个电感(1H)、一组电容(0.5?、1?、2?、4?、8?)和一个白炽灯研究交流电电流与电压相位关系、提高功率因素方法、白炽灯亮暗与有功功率无功功率视在功率关系；配套有网络接口扩展功能,方便基于互联网线上实验,可扩展线上线下混合实验模式。 |
1套 |
7 |
电路分析实验挂箱 |
电阻、电容、电感三种元件设计,实验时学生可通过触摸屏设定元件值；不少于5个数控电阻箱、3个数控电容箱和1个数控电感箱；数控电阻箱最大电阻≥90KΩ,步长≤1Ω,功率不小于1W；数控电容箱最大容值≥16?,步长≤2000pf;数控电感箱最大电感值≥70mh,步长≤10mh；运算放大器1组；配套有网络接口扩展功能,方便基于互联网线上实验,可扩展线上线下混合实验模式。 |
1套 |
8 |
综合仪表挂箱 |
万用表:自动量程,可以能测电阻、电压、电流等参数;测量数据可存储； 双路稳压源:输出电压≥32V,输出电流≥2A,电压步长正负0.1V,设有短路保护自动恢复功能; 2）DDS任意波形发生器：频率、幅度数字电位器连续可调。同时显示双通道输出波形。输出频率: 0.0000～10MHZ,输出幅度0～20VP-P,幅度分辨率≤10mV。信号类型:正弦波、三角波、方波、矩形波、锯齿波、任意波等。可调参数:占空比调节、幅度可调节、-100%～+100%的直流偏置调节、相位差可调、频率可调、幅度可调等。具有频率测量、周期测量、正负脉宽测量、占空比测量和计数功能。(6)具有通讯功能,能够使用PC控制,并且能够在PC上编辑任意波形后下载到仪器输出波形。配套有网络接口扩展功能,方便基于互联网线上实验,可扩展线上线下混合实验模式。 |
1套 |
19 |
实验导线 |
根据不同实验项目的特点,配备不同规格的实验连接线；强电和弱电导线均采用高可靠护套结构手枪插连接线（不存在任何触电的可能）；两种导线都只能配合相应内孔的插座,不能混插。 |
1套 |
20 |
实验配件 |
提供与实验设备相匹配的实验指导书、配件等。 |
1套 |
四、配套教学资源（30台共配1套）
一、在线教育课程开放平台（配1个登录帐号）:
1）本系统是互通教学多元化管理平台,将用户传统的各个平台系统实施整合,集中互通管理,解决多平台、多账号难以管理、数据库分散无法集中统计等问题。系统包含了：在线教务管理系统、在线课程资源管理平台、在线习题库平台、在线考试考核平台、线上视频课程管理平台及线上虚拟仿真教学管理平台,真正意义的一站互通数据集中统计！
2）课程资源：多个微课视频实拍采集教学视频素材,后期影视包装,片头10秒左右,片尾5秒左右,视频尺寸不低于1920*1080,视频格式MP4、FLV等；多个虚拟仿真内容采用unity引擎开发,在pc端win系统上运行（win7、win8、win10,注不包含win xp）软件。
3）套配微课内容
项目一、三相异步电动机启动线路制作、调试与故障排除 |
任务一：识别低压电器及异步电动机 |
2 |
任务二：点动与自锁正转控制线路的实施 |
12 |
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任务三：联锁正反转控制线路的实施与检测 |
12 |
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任务四：Y-△降压启动控制线路分析与接线 |
6 |
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任务五：三相异步电动机顺序控制线路安装与测试 |
6 |
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项目二三相异步电动机行程控制线路的设计及实施 |
任务一：电动葫芦控制线路设计及实施 |
6 |
任务二：工作台自动往返线路设计及实施 |
4 |
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项目三三相异步电动机制动控制线路分析设计及实施 |
任务一：三相异步电动机反接制动控制线路安装与测试 |
4 |
任务二：三相异步电动机能耗制动控制线路安装与测试 |
4 |
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项目四卷帘门控制电路的安装、调试及故障排除 |
任务一：卷帘门控制电路的安装、调试及故障排除 |
10 |
任务二：卷帘门PLC控制电路设计 |
4 |
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任务三：卷帘门PLC控制控制程序设计与调试 |
6 |
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项目五传送带送料装置控制线路的安装、调试及故障排除 |
任务一：传送带送料装置控制电路安装、调试及故障排除 |
10 |
任务二：用PLC技术实现传送带送料装置控制 |
4 |
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任务三：编写调试PLC程序及系统总调试 |
6 |
二、仿真软件
1、无纸化考核平台（基于云平台无纸化理论试题库考试系统）（网络版）
1.用户登录；
2.用户注册；
3.用户管理
（3.1用户查询
3.2添加用户
3.3修改用户
3.4用户删除）
4.级别管理
（4.1级别查询
4.2添加级别
4.3修改级别
4.4删除级别）
5.题库类别管理
（5.1题库类别查询
5.2添加题库类别
5.3修改题库类别信息
5.4删除题库类别信息）
6 .题库管理
（6.1题库查询
6.2添加单项选择题
6.3添加多项选择题
6.4添加判断题信息
6.5导入Excel题目信息
6.6题目信息修改
6.7删除题目信息）
7.试卷管理（
7.1试卷查询
7.2添加试卷
7.3自动抽题
7.4手动组卷、
7.5编辑试卷
7.6删除试卷
7.7启用试卷
7.8打印试卷）
8.模拟成绩
（8.1模拟成绩查询
8.2模拟成绩详细
8.3导出成绩）
9.实战成绩
（9.1实战成绩查询
9.2导出实战成绩）
10.在线考试
11.历史成绩（历史模拟成绩查看、历史实战成绩查看）
2、网络版电工作业培训教学软件（安全用电）（网络版）
本产品依据中华人民共和国劳动和劳动安全行业标准（LD/T81.2－2006）《"维修电工"职业技能实训和鉴定设备技术规范》与教育部有关专业教学大纲而设计研制,包含电工初步（电工基础、电工仪表、导线连接、安全用具、安全标志）、基本操作（低压电器、电机与变电器、照明电路、电子技术）、风险排除（灭火器类型、灭火器使用）、触电急救（触电方式、防护措施、接地与接零、心肺复苏）4大模块,15个实训单元,72个实训项目。
软件以技能为核心,项目为引领,任务为驱动,职场环境为背景,操作步骤为主线,以学生交互训练为主体,具有三维可视化、智能化、全交互的特点,集职业性、情境性、过程性、交互性和灵活性于一身,性价比极高。为职业教育与技能实训、鉴定信息化、现代化提供了丰富的教学资源。
3、电子仪表仪器仿真教学软件（网络版,具有软件著作权）
一、产品概述
本产品依据《电子设备装接工国家职业标准》、教育部有关专业电子技能训练教学大纲与中华人民共和国劳动和劳动安全行业标准（LD/T81.1-2006）《职业技能实训和鉴定设备通用技术规范》而设计,包含常用电子测量仪器、信号（函数信号、高频信号、彩色电视信号）发生器、电子电压表（毫伏表、数字万用表）、电子计数器、双踪示波器、扫频仪等六类仪器,每类仪器设有仪器简介、面板介绍、使用方法、仿真实训等4个学习任务。具有职业性、情境性、交互性、工艺性、智能性。本产品性能价格比高,是电子技术仿真实训室必备的主体软件。
二、实训项目
电子仪表仪器仿真教学软件 |
项目名称 |
实训任务 |
项目一：测量基础知识 |
任务一测量概述及数据处理 |
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任务二电子测量 |
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任务三电子测量仪器 |
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项目二： 万用表 |
任务一指针式万用表 |
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任务二数字万用表 |
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项目三： 毫伏表 |
任务一AS2173D型毫伏表 |
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任务二DF1930A数字毫伏表 |
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项目四： 兆欧表 |
任务一兆欧表 |
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项目五： 频率计 |
任务一HC-F1000L频率计 |
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项目六： 信号发生器 |
任务一SG1646A多功能函数信号发生器 |
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任务二GRG-450B高频信号发生器 |
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任务三低频信号发生器 |
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项目七：示波器 |
任务一模拟示波器 |
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任务二数字示波器 |
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项目八：扫频仪 |
任务一扫频仪 |
五、完成的实验项目：
1、常用电工仅表的厕量与误差分析:
2、减少仪表测量误差方法:
3、电路元件伏安特性测量:
4、节点电位与电路电压的研究;
5、基尔霍夫定律的验证:
6、线性电路特性的研究;
7、线性有源二端网络等效电路的研究;
8、运算放大器与受控源特性研究:
9、典型信号的观察与测量:
10、正弦稳态电路的研究;
11、二阶电路的响应研究;
12、串、并联谐振电路;
13、负阻变换器的特性测试:
14、无源二端口网络的研究:
15、无源和有源滤波器:
16、三相交流电路研究;
17、功率因数（有功功率、无功功率、视在功率、功率因素研究）;
二、NDS1102S示波器：
★1、100MHz带宽,1GSa/s实时采样率,双通道,2ns/div～1000s/div时基范围；
2、存储深度（每次采集波形的记录长度）不低于10K采样点；
★3、超便携示波器,体积不大于301 x 152 x 70 mm,超薄机身设计,厚度不大于70 mm,重量不大于1.1kg,节省更多桌面空间,超静音设计,功耗不高于18W；
★4、不小于7英寸TFT（真彩色）液晶屏幕,65535色,分辨率不低于800 × 480像素 ；
