基于Internet的電工電子虛擬實驗室構建

張英　潘科　閆敬旺

[摘 要] 高職電工電子課程實訓應注重學生職業能力的培養，分析了高職電工電子課程及貴州電力職業技術學院實驗室現狀，以基于Internet的電工電子虛擬實驗室設計思路為出發點，介紹了虛擬仿真實驗室系統構架、功能架構及實現和實訓項目，與傳統電工電子實驗室相對比，具備多項明顯優勢，并指出電工電子虛擬實驗室的下一步發展方向。該實驗室能培養學生的創新能力，有利于學生活學活用電工電子知識和技能。

[關 鍵 詞] 虛擬實驗室；電工電子；職業能力

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）02-0143-01

高等職業教育的目標是培養學生的職業能力，高職學生職業能力的培養應貫穿于所有課程教學。作為電類專業必修基礎課之一的電工、電子課程，該課程學習好壞，直接影響到專業課程學習效果。全面分析高職電工電子課程及我校實驗室現狀，介紹運用虛擬技術的電工、電子實驗室設計的思路，對已開放的電工電子實驗室進行分析，并提出該電工電子虛擬實驗室今后的發展方向。

一、現狀分析

目前，大部分高職院校電工電子教學分為理論、實驗兩部分。理論學習概念較為抽象，邏輯性強，教學內容枯燥。而高職學生錄取分數低，理解能力差。

高職學生樂于動手做、動手嘗試。經實踐，高職學生在實驗中能學會更多知識和技能，實訓環節我校投入大量資金購置天煌教儀電工、電子實驗設備，使用十多年，造成多臺實驗設備接近報廢，主要原因如下：一方面，高職院校學生動手能力強，初學者未能掌握要領，難免操作失誤，直接會導致實驗設備的損壞。另一方面，由于實驗環境、設備配置等因素限制，傳統實驗室僅能完成固定驗證實驗項目，嚴重影響了電工、電子實驗教學的效果，而使用專門的綜合實驗臺雖然教學效果比較理想，但投入甚大、實驗項目比較單一。據調研，國內大部分高職院校電工電子實驗教學在基礎實驗條件、實驗教學方法等方面均存在一定的問題，嚴重制約了學生電工、電子職業能力養成。

近年來，隨著虛擬技術、多媒體等技術的快速發展，虛擬仿真實驗室能解決上述兩方面不足，滿足學生電工電子項目化教學的需求。

二、虛擬實驗室設計思路

基于Internet的電工電子虛擬仿真實驗室，單臺普通服務器支持10000個以上注冊用戶使用，多個用戶同時在線使用。與傳統實驗室教學相比，虛擬仿真實驗室在靈活性、先進性等方面具有無可比擬的優越性和特點。該實訓室主要包括：

（一）系統整體構架

基于Internet的電工電子虛擬仿真實驗室整體架構分為系統服務器和虛擬仿真終端兩個部分：系統服務器用于安裝虛擬仿真教學系統，同時保存學生提交的實驗報告、實驗結果及其他一些數據。虛擬仿真終端可給用戶提供一個操作平臺，分教師PC端和學生PC端，學生和教師完成實驗電路的設計、搭建，擺脫了時間和場地限制。

（二）功能構架及實現

系統用戶分為學生、教師、教務管理人員和系統管理人員四種角色，不同角色分別擁有不同權限。

系統管理員有最高權限，可管理所有系統用戶賬號和角色管理、權限管理、系統維護等；教務管理人員可根據教學計劃和教學大綱進行學期課程管理相關的查看、增加、刪除、修改、發布以及相應信息的維護；教師負責實驗教學過程管理；學生按照任課教師安排，做實驗，提交實驗報告和結果給系統服務器，教師登錄系統后批改實驗，并公布成績，成績可供學生查看，同時自動存檔至教務系統。

（三）實訓項目介紹

為了保證實驗的順利開展，虛擬仿真實驗平臺提供了大量的實驗器材。該實訓室元件模型、典型項目選取，以電工基礎與應用、電子技術等相關課程內容為基礎，以進一步提高學生電工電子實驗技能為主導目標，在進行全面調查、分析、總結的基礎上，結合學院現有基礎實驗條件和需求，將“虛擬仿真實驗室”概念引入電工電子實驗教學領域，目前，包含14大類，136種實驗器材模型。虛擬仿真實驗器材的外觀、使用方法與真實的儀器儀表相一致。

有了充足的實驗器材，學生可完成典型案例庫，自行設計、搭建相關電工、電子實驗兩大類虛擬仿真實驗項目。其中，典型案例庫目前包括電工基礎與應用22種、電子技術38種。學生自主設計、搭建電路，提高了實驗室的使用效率，培養了學生的創新能力，有利于學生活學活用電工電子的知識和技能。

總之，基于Internet的虛擬電工電子實驗室為學生提供了功能強大的仿真實驗環境，經實踐，學生通過自主設計課程實驗和綜合性實驗，提高了電路設計能力和實際接線能力。

借助電工電子實驗室平臺，進一步可拓展實驗室功能，增加自動控制、單片機等虛擬仿真實驗，豐富典型虛擬實驗項目。教師應組織學生自主設計、搭建專門實驗庫。該虛擬仿真實驗室能不斷培養學生的創新能力和科研能力，促進了學生綜合素質的提高。

參考文獻：

[1]張英.二次回路及繼電保護檢測[M].中國電力出版社，2015.

[2]張雪輝，劉素貞，李華，等.引入虛擬仿真技術，促進電工學改革[J].電氣電子教學學報，2010，32（S2）.