新能源網絡化共享實驗教學平臺的建設＊

王麗飛，趙東亞，仉志華，吳明鉑

（中國石油大學（華東）新能源學院，山東 青島 266580）

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》指出“信息技術對教育發展具有革命性影響”，要求“加快教育信息化進程”。《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》明確提出，“要強化實踐育人環節，提升實驗教學水平”。建設實驗教學的網絡化共享平臺，將信息技術與實驗教學相結合，對提高實驗教學質量、培養學生的工程實踐能力、提高學生的綜合素質和創新思維起著重要作用。

為適應能源發展的需要，2019 年9 月中國石油大學（華東）成立了新能源學院，同年成立新能源學院實驗中心，中心由新能源科學與工程專業、儲能科學與工程專業、能源與動力工程專業、過程裝備與控制工程專業、電氣工程及其自動化專業、環保設備工程專業6 個專業的專業實驗室組成。

1 新能源學院的實驗教學存在的主要問題

1.1 實驗教學模式單一，時空固定化

實驗教學的教學方式以教師為主，學生按照固定的實驗方案和步驟進行操作，在固定時間進入固定的實驗室，進一步實踐、研究和探索的空間、時間都受到限制，不利于學生綜合實踐能力的提高，也導致了實驗室資源的浪費。

1.2 實驗平臺分散，難以實現資源共享

目前實驗教學資源依托于理論課程平臺，相互獨立，教學資源分散，信息共享不暢，不利于實驗教學效果的提高。同時實驗室地理位置分散，分布在不同教學樓，不利于實驗室的管理和設備資源的有效利用。

1.3 實驗教學資源單一，創新資源匱乏

目前學院大多數實驗僅有實驗教學大綱、多媒體課件、實驗視頻和專業軟件等基礎性實驗教學資源，而虛擬仿真實驗、實驗數據庫、工程案例資源庫等與科研活動、工程實際緊密結合的優質教學資源匱乏，不利于學生掌握專業前沿技術，不利于學生創新能力的培養。

1.4 實驗教學內容陳舊，缺乏創新性

實驗教學內容多為演示性、驗證性的實驗，并且多年不變，研究性、綜合性、設計性、創新性的實驗較少，難以提高學生學習興趣，不利于學生創新能力的培養。

為解決上述問題，新能源學院實驗中心以提高學生的綜合實踐能力和創新能力為目標，以實驗教學體系、教學資源和教學手段的改革為重點，構建了一個基于互聯網、云技術的自主式、開放式、交互式的共享實驗教學平臺。

2 網絡化共享實驗教學平臺的構建

2.1 建設思路

平臺以“科學規劃、資源共享、突出特色、注重創新”為指導思想，開發建設新能源學院網絡化共享實驗教學平臺，提升實驗教學效果和質量，提高工程人才培養質量。

2.2 建設內容

基于互聯網、云技術建立開放共享、資源豐富、多功能、互動式的實驗教學平臺，實現網上教學、網上學習、網上管理。平臺主要由實驗教學資源平臺、實驗教學管理平臺、公共信息發布平臺3 部分構成。

2.2.1 實驗教學資源平臺建設

實驗教學資源平臺主要包含基礎教學資源和拓展教學資源。實驗教學資源平臺框架如圖1 所示。

圖1 實驗教學資源平臺框架

2.2.1.1 基礎教學資源

依據層次化模塊化實驗教學體系，每個模塊不同層次實驗建設有實驗項目列表，每個實驗項目包含實驗大綱、實驗課件、實驗視頻、實驗動畫、實訓軟件等基礎教學資源。學生課前通過觀看這些內容，可以對實驗內容和操作流程有全面的了解，并通過自我測試檢驗預習效果。有利于激發學習興趣，為設計實驗方案、課上實驗操作打下良好基礎。課后學生可通過網絡資源進行復習，進一步鞏固實驗相關知識，提高學習效果。

2.2.1.2 拓展教學資源

實驗中心開發建設了虛擬仿真實驗、實驗數據庫、精品實驗案例資源庫和遠程控制實驗等拓展教學資源。

虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設的重要組成部分，可以實現新能源相關專業傳統實驗教學無法實現的教學功能。實驗教學中心依托虛擬現實、仿真裝備與多媒體技術，融合多種互動硬件與數據庫，構建了基礎性虛擬仿真實驗和創新性虛擬仿真實驗教學體系，虛實結合、相互補充、以虛助實，提高大學生工程實踐能力及創新精神，并實現廣泛資源共享，擴大輻射范圍。

中心研發了基礎性虛擬仿真實驗，重點開發建設了不具備真實實驗項目條件或實際運行困難，涉及高危或極端環境，高成本、高消耗、不可逆操作以及大型綜合訓練等實驗項目。如“壓力容器高壓爆破實驗”，在真實實驗中高壓操作具有一定風險，實驗一般采用教師演示，學生無法親手操作。通過建設虛擬仿真實驗，學生不僅可以清楚地觀察高壓爆破的過程和現象，還可以按照實驗流程進行模擬操作，有利于激發學習興趣，提高實驗教學效果。

研發了創新性虛擬仿真實驗，重點開發了緊密結合經濟社會發展對高校人才培養的需求，緊密結合專業特色、行業產業發展的最新成果以及教師的各類科研轉化的課題。如研發建設了與行業發展結合緊密的“煤粉鍋爐發電機組虛擬仿真系統”“典型石油鉆采設備節能技術虛擬仿真實驗系統”，以及由教師科研成果轉化的實驗“密閉循環式氣浮實驗裝置設計搭建及實驗探究”“多機械臂同步控制實驗平臺”等虛擬仿真實驗，將教學內容與工業生產實際緊密結合，學生利用該平臺可開展具有個性化的創新實驗和設計研究，有利于培養學生的創新能力和工程實踐能力。

建立了實驗數據庫，實驗數據是開展實驗分析研究的基本素材，中心將現實中的實際實驗數據、現實事件、文獻資料、典型案例和信息資料教學素材等進行整合，建立實驗數據庫，目前中心已經建立包含上百個實驗項目的實驗數據庫，對于提升實驗教學質量和學生實踐創新能力具有促進作用。

建立了精品實驗案例資源庫，凝煉精品項目，緊密結合經濟社會發展熱點問題和教師科研成果提煉，整合設計優秀的實驗案例，建立了案例資源庫。目前中心已建立如“多機械臂同步控制實驗”“振動信號的測試分析”“旋轉機械典型故障模擬實驗”等十幾個精品實驗案例，對于發揮優勢學科特色、培養復合型人才具有重要意義。

中心開發了遠程控制實驗，學生通過遠程終端可實時操作控制遠程的硬件設備實體，能夠得到真實客觀的實驗數據，并且通過視頻反饋能夠觀看實際實驗場景，加強實驗操作的真實性。遠程控制實驗作為一種嶄新的實驗方法和技術，彌補了仿真與虛擬實驗的不足，在實現軟件共享的同時，更重要的是做到了實驗硬件資源共享。遠程實驗把實驗的“時間、空間、深度、廣度”最大限度地延伸。目前實驗中心已開發的實驗有“單容水箱液位PⅠD 控制實驗”“水箱液位流量串級控制實驗”等十幾個遠程控制實驗。

2.2.2 實驗教學管理平臺建設

建立了開放性實驗教學管理系統，包含公告信息、課表查詢、實驗預約、報告提交、在線測試系統、交流互動等內容。不同專業的學生通過平臺可以預約實驗項目、時間、地點，查詢實驗成績，打破了班級的界限，進一步提高實驗室設備利用率，改變了過去按同一模式進行教學的方式，有利于因材施教，提高學生的主動性和積極性，培養探索和創新精神，真正實現實驗室的開放式教學，提高實驗教學質量，同時可使教師從繁雜的學生實驗安排工作中解脫出來。

設置交流互動模塊，學生在實驗過程中遇到疑問難點，可在線提問，實驗指導教師進行定時答疑解惑，低年級學生可以通過查閱高年級學生提出的問題，對提出問題進行探討，使問題的深度、廣度得到進一步拓展，進一步提高學生學習的主觀能動性，提高學習效果。

2.2.3 公共信息發布平臺建設

該平臺能夠發布實驗中心的師資隊伍、管理制度及運行機制、實驗儀器、實驗室信息、教學資源信息、取得的教學成果、教學實時動態等。訪問者可通過公共信息發布平臺，清楚明了地瀏覽實驗中心的基本狀況和基本數據。同時有利于中心的對外交流，加強對中心的宣傳，促進中心的發展。

3 應用效果

新能源網絡化共享實驗教學平臺已經在網上面向全校師生開放，主要應用在新能源科學與工程專業、儲能科學與工程專業、能源與動力工程專業、過程裝備與控制工程專業、電氣工程及其自動化專業、環保設備工程專業等專業共2 000 余人的實驗教學中。該平臺打破了專業間、課程間的界限，整合了實驗教學資源，提高了學習效果和學習效率。平臺在基本資源的基礎上，開發了拓展教學資源，為拓寬學生視野、提高工程意識和創新能力提供了有力支撐。同時功能先進的教學管理平臺，有效地提高了實驗管理的信息化水平和資源的利用率，促進了實驗驗教學水平和人才培養質量的提高。