開放式電工電子實驗教學平臺研制

吳寶江+唐瑞尹+錢莉

摘 要：為更好地培養學生的創新能力和實踐能力，結合我校電工電子實驗教學實際情況研發了電工電子技術實驗平臺。平臺不僅能完成多種課程的實驗任務要求，還具有極大拓展性，能滿足多種實踐教學環節的需求；并且在培養學生自主性、創新性，培養學生研究型學習的能力和實踐動手能力方面獨具特色，為培養應用型人才提供了有力的支撐。

關鍵詞：電工電子 實驗教學平臺 開放式

一、前言

實驗教學在培養大學生創新能力和實踐能力方面具有非常重要的作用。我校電工電子技術實驗室屬基礎實驗室，支撐全校7個電類專業的《電路》、《電路原理》課程及全校11個非電類專業的《電工學》課程的實驗教學，每年完成實驗課時數為1000-1100學時，實驗人時數約30000人時。原有實驗設備2003年購入，雖然能夠支撐理論教學的實踐性環節教學，能夠完成驗證性、設計性、綜合性實驗教學任務，但由于設備使用年限久，且使用率很高，存在老化嚴重，故障率較高等問題。而且設備的結構形式、核心技術、實驗教學理念等都已經不能適應新形勢下培養學生創新實踐能力的教學要求。

2015年，在學校、學院的領導下，自制設備課題組在廣泛吸收我校及其他院校從事該課程教學，實驗教學教師的建議，綜合了國內各類實驗裝置的特點，并進行了充分的調研論證的基礎上，經過召開多次會議研討，決定對電路/電工實驗設備進行自主研發。主要指導思想有：

實驗平臺不僅要完成電工電子技術的課程內基礎實驗、課外開放實驗，還要能完成電工電子類創新實驗、電子實習以及課程設計等教學任務，滿足多種實踐教學環節的需求；

實驗平臺應能最大限度的培養學生自主性、創新性，培養學生研究型學習的能力和實踐動手能力；

搭建開放式實驗平臺，能根據課程發展不斷拓展實驗內容和實驗項目；

實驗臺的設計和使用向工程實踐靠攏；

二、自制設備特點

自制設備在上述指導思想下，設計方案主要有以下特點：

1. 自制設備將交、直流實驗裝置分開，分別采用箱體和臺式設計。使設備便于放置，搬運和實驗老師的檢查。同時可以靈活移動使用，而不局限于一個實驗臺或單一實驗室。

2.設備以獨立的分立元件為模塊，學生自己動手積木式搭建電路。真正注重學生的動手能力、分析能力和實踐能力的培養和提高。

3.在直流實驗箱內，所有實驗負載（電容、電阻等通用標準器件為最小積木式模塊單元）積木式單元配合九孔方板可靈活組合不同要求的實驗電路，并可靈活組合搭建各種電路，完全實現開放式和自主創新性要求。

4.在交流實驗臺內，由于實驗所需電源一般為交流220V，安全性是首要考慮的因素，因此將交流模塊的負載和電源都采用固定式設計，交流元器件、導線及儀表都采用分立形式，但都采取完善的保護措施。

5.還原各種交流、直流測量儀表和各類負載元器件的本來面貌，使學生最大程度地接近工程實際的運用狀態。直流元件透明封裝，交流元件盡可能置于面板，使整個實驗過程中所有儀表、器件清晰可見，線路連接直觀。

6.實驗裝置只提供經過隔離的交流電源，保障學生實驗安全，其它儀器儀表，包括直流電源、信號發生器、交流毫伏表，示波器、萬用表等在滿足實驗精度的前提下全部采用工程實際普遍使用的儀器儀表，真正培養學生的實踐動手能力，實驗和企業實際應用的無縫化對接。

7.根據各個課程和老師的要求特色靈活配置選用各種模塊，充分體現現代實驗教學所要求的開發性、創新性、設計性和工程化等思想。

8.每組實驗裝置配備計算機及相應的電路仿真軟件。學生能夠更好地結合和對比電路的仿真結果和實際實驗結果。

9.實驗裝置具有充分的可擴展性，隨新課題等的拓展，只要增加核心部件或少量其他部件，即可滿足新的實驗要求。

三、研制及驗收

在學校、學院的大力支持下，新設備在2015年底研制完成，并通過專家組驗收，全部達到了預期要求，并且增加了部分拓展的新功能。

直流實驗箱采用亞克力箱體，箱體的上面板為元器件區，放置實驗中用到的所有器件。圖1所示為箱體下面板，板上有電源及儀器設備的接口，測試接口及數字可調電阻等，實驗區為插接段子，用來插接實驗中所要用到的元器件。實驗箱體同時加裝了無線通信模塊，服務器可以通過無線模塊遠程控制實驗箱，并實時采集實驗箱部分實驗數據。

交流實驗臺前面板見圖2，整體設計采用緊湊型方案，操作面傾斜放置，使操作面受光效果好；殼體采用2mm厚鋼板亞光噴塑，面板采用鋼板蝕刻工藝；實驗臺設有完整的人身安全保護系統，交流電源采用隔離浮地設計，并具有漏電保護和箱體帶電保護功能；實驗臺上的儀表及電子元器件具有短路和過流保護及報警功能，能完成全部電路及電工學課程實驗；并針對實驗臺開發了多個綜合性和設計性實驗項目。

四、結論

本文研制的電工電子技術實驗教學平臺不但滿足了學校的實驗教學要求，而且從實踐能力和創新能力培養兩個方面為教師和學生提供了更加優秀的平臺，為社會培養實踐型，符合時代需求的人才提供了更加有利的實驗教學條件。

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