教育乃千秋大業(yè)，國之大計。近年來，全面工程教育理論在國內(nèi)外教育界不斷被提起。從全球教育變革這一宏觀背景來看，強調(diào)全過程、全包容、全民性的全面工程教育，正作為新時代需要的一種新的教育哲學而得到重視。就工程教育而言，其最根本的目的是為學習者建立以理論指導實踐、以實踐完善理論的思想。實驗作為工科類專業(yè)教學過程的重要組成部分，是培養(yǎng)學生分析和解決實際問題能力的重要環(huán)節(jié)，被認為是工科“學習的核心”。 《國務院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》(國發(fā)〔2015〕40號)已提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”正式成為國家戰(zhàn)略。目前，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”正迅速成為一種教育新理念。正是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展和對遠程實踐教學的社會需求，基于“互聯(lián)網(wǎng)+實驗教學”的遠程實驗室應運而生。 遠程實驗室是工程教育遠程教學的重要組成部分，也是我國發(fā)展遠程教育的一個重要內(nèi)容。隨著我國遠程教育工程的啟動，開發(fā)建設(shè)遠程虛擬實驗室的熱潮已在全國各大院校蓬勃發(fā)展。結(jié)合現(xiàn)代教學方法，采用先進的計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)和多媒體技術(shù)，實現(xiàn)遠程教學和遠程實驗，通過網(wǎng)絡上的任何一臺工作站就可以不受時間、地點的限制，進行實驗教學和實驗模擬。 在遠程實驗室系統(tǒng)的研究熱潮中，國內(nèi)遠程實驗平臺快速地趨于多元化發(fā)展，目前已進入到“戰(zhàn)國時代”：部分高校紛紛開始建立相應的遠程實驗中心和實驗平臺，相關(guān)企業(yè)正在逐步開發(fā)各類面向公眾的遠程實驗平臺。目前國內(nèi)遠程實驗平臺主要有“遠程虛擬”和“遠程實物”兩種形式。遠程虛擬實驗建立在先進的計算機和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過交互界面實現(xiàn)人機交互，模擬產(chǎn)生真實的實驗環(huán)境。遠程虛擬實驗的實驗數(shù)據(jù)是根據(jù)理論模型計算得到的，無法獲得客觀真實的實驗數(shù)據(jù)和真實實驗中的各種誤差數(shù)據(jù)，而且真實實驗中出現(xiàn)的各種故障也無法體現(xiàn)，因此，缺乏實驗的真實性和臨場感。與遠程虛擬實驗不同，遠程實物實驗是在真實實驗環(huán)境下進行遠程操控。遠程實物實驗平臺主要由監(jiān)控端、客戶端和服務器端組成，通過各種接口與硬件設(shè)備相連，由遠程控制面板發(fā)送控制指令，遠程控制真實的實驗設(shè)備，并通過攝像頭觀察現(xiàn)象，獲得數(shù)據(jù)。但是，遠程實物實驗大多是控制遠程實驗儀器，遠程觀察示波器等儀器的測量現(xiàn)象，而實驗設(shè)備的連線都是事先接好的，實驗者仍然無法在實驗中觀察到實驗中可能出現(xiàn)的相關(guān)故障，也無法獲得實驗的各種誤差數(shù)據(jù)。因此，也可以說遠程實物實驗是一種“虛擬的偽真實”。另外，不同的儀器廠商及相關(guān)企業(yè)制定的遠程實驗儀器接口協(xié)議及標準都略有不同，缺乏通用性。 本書提出的工程教育遠程實驗室系統(tǒng)，是一種新的采用基于社交即時消息(IM)應用程序架構(gòu)的TURN-KEY遠程實驗集成解決方案。這個新框架作為遠程實驗室系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，通過HTML 5和Web 2.0技術(shù)，將遠程實驗課程作為唯一的ID節(jié)點靈活地添加到遠程實驗室系統(tǒng)中，而且易于集成到大多數(shù)流行的、基于Web的學習管理系統(tǒng)(LMS)中，并連接到社交網(wǎng)絡。本工程教育遠程實驗共享平臺是目前第一個使用流行的社交IM應用程序體系結(jié)構(gòu)的集成遠程實驗室系統(tǒng)，無需額外插件就能將電子信息類、人工智能類、機械控制類、結(jié)構(gòu)工程類等工程教育相關(guān)實驗接入，包括實驗硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務與存儲系統(tǒng)和實驗應用系統(tǒng)，可以實現(xiàn)實時視頻、桌面共享、實驗論壇、實驗預習、實驗過程控制、實驗報告管理和實驗評分等功能，同時還可擴展集成第三方的虛擬實驗課程資源或者自建課程資源，為各類院校提供遠程實驗教學環(huán)境與服務。該平臺還以課程管理為基礎(chǔ)，結(jié)合視頻點播、視頻直播和其他功能模塊，實現(xiàn)了班級管理、課程發(fā)布、課程預習、作業(yè)練習、小組討論及在線考試等功能，有效提高了教學過程管理的效率與遠程實驗的學習體驗，增強了學習平臺的教學黏性，為工程教育的實驗課程提供了一個非常重要的教學平臺。 本書為高級遠程實驗室技術(shù)的開發(fā)提供了完整的指南，為該領(lǐng)域當前研究和應用中遇到的核心問題提供了相應的解決方案。授其業(yè)謂之為“魚”，傳其法才能謂之為“漁”。為達到“魚漁雙授”的目的，本書所設(shè)計的實驗內(nèi)容以提升學習者在“理論→實踐→理論”過程中的學習能力為目的，結(jié)合現(xiàn)代教學方法，設(shè)置科學、合理的教學模式，張弛有度，引導學習者通過獨立思考、討論等各種方法進行探索，獲得新知，激發(fā)并培養(yǎng)學習者的主觀能動性，同時教會學習者理論聯(lián)系實際的方法，并引導學習者通過實踐反饋來印證理論，甚至是完善理論的思維方式。本書可作為高校相關(guān)專業(yè)本科生及研究生的學習參考資料，也可作為相關(guān)領(lǐng)域的教師及工程師開展遠程實驗的參考資料。 本書共8章。第1章介紹了遠程實驗室的概念，分析了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并對遠程實驗技術(shù)的發(fā)展進行了展望。第2章在分析國內(nèi)外主流遠程實驗技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的基于社交即時消息(IM)應用程序架構(gòu)的TURN-KEY遠程實驗集成解決方案，以提高學習者的工程教育和研究能力以及利用工業(yè)應用程序自定義遠程實驗的能力。第3章基于一種新型在線可編程實驗平臺，介紹了遠程實驗室系統(tǒng)(實驗平臺)的相關(guān)設(shè)計方法。第4章介紹了一種新型的面向移動設(shè)備優(yōu)化的應用程序架構(gòu)，該應用程序架構(gòu)作為一種開發(fā)工具，為眾多應用領(lǐng)域(如M-Learning應用、工業(yè)電子應用等)的應用程序開發(fā)提供了新的解決方案。第5章介紹了基于工程教育遠程實驗共享平臺的遠程實驗教學的內(nèi)容設(shè)置方法，并探討了其教學模式，同時給出了四個實驗案例，涉及嵌入式技術(shù)、人工智能、結(jié)構(gòu)檢測等領(lǐng)域，供學習者參考。第6章介紹了一種基于Web的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)的在線可編程平臺，借助這個平臺，用戶可以協(xié)作設(shè)計和實施新的遠程可編程控制實驗。第7章介紹了一種基于Wiki技術(shù)的優(yōu)勢和靈活性的統(tǒng)一框架開發(fā)遠程實驗系統(tǒng)(RL)的創(chuàng)新方法，可為學習者開發(fā)新的平臺提供新的思路。第8章作為全書的總結(jié)，探討了建設(shè)遠程實驗平臺的核心與要素，并對其發(fā)展趨勢進行了展望。 本書由昆山陽澄湖科技園、西安電子科技大學昆山創(chuàng)新研究院、昂徠博智能科技(昆山)有限公司、蘇州豐華聲赫智能科技有限公司和國家電工電子教學基地(西安電子科技大學)共同策劃。參與本書編寫的有鄧軍、戚玉濤、羅明璋、哈睿、王寧、劉旨陽、李修權(quán)、袁曉龍。在編寫本書的過程中得到了昆山陽澄湖科技園管理委員會和西安電子科技大學出版社的大力支持，在此表示衷心的感謝！ 由于作者知識水平和教學實踐經(jīng)驗有限，加之書中一些內(nèi)容為創(chuàng)新嘗試，因此難免存在不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。 作者聯(lián)系郵箱為：dengjun@xidian.edu.cn。 作 者 2022年3月