构建智慧教育新生态 引领数字化转型浪潮的意义(打造智慧教育生态圈)

“电子技术将控制未来的课堂。”随着“互联网+教育”的深入发展，教学场景、教研模式、教材使用等各个方面都在进行数字化升级。今年年初，《教育部2022年工作要点》提出“实施教育数字化战略行动”，加快教育数字化转型和智能化升级。

然而，近两年来COVID-19疫情的持续影响以及日益复杂多变的国际环境，给大学教育数字化转型带来了巨大挑战，也对质量和安全提出了更高的要求。数字化教育资源。面对现实困难和数字化转型的需要，华北电力大学尝试工业软件应用教学新模式，推动教育数字化转型，助力科技自力更生。

工业软件走进课堂，强力支持“在家持续学习”

电磁场课程是电信息类本科专业必修的一门重要的技术基础课。由于所需数学知识深厚、物理量抽象、学习难度高，基于电磁场有限元软件的建模与仿真实验成为不可或缺的一部分。但目前国内大学几乎全部使用国外软件。COVID-19疫情爆发后，许多大学生转向在家在线学习。由于版权限制，国外很多软件只能在实验室集中使用，无法在国内进行建模和仿真实验。

华北电力大学也面临着这样的困境。电气工程及其自动化专业必修课程《工程电磁场》包括2小时的建模和仿真实验。此前，一直使用学校购买的国外软件，所有实验都必须在实验室进行。然而，2020年初COVID-19疫情爆发后，所有春季学期课程全部转移至线上，建模和仿真实验面临被取消的困境。

但华北电力大学的老师们并没有放弃。他们了解到，近年来，我国涌现出一批具有自主知识产权的电磁场数值计算软件。北京云道智造科技有限公司（以下简称“云道智造”）自主研发的通用仿真软件Simdroid就是其中之一。一。在此前的项目合作中，华北电力大学的老师与运道智造创始人曲凯峰博士建立了密切的联系，了解到其公司的产品Simdroid平台可以支持学生在家进行建模和仿真实验。

经过努力沟通，华北电力大学得到了曲凯峰博士的全力支持。云道智造立即安排团队对学校教师进行Simdroid平台使用培训，并为学生提供免费使用该软件的机会，让所有学习工程电磁场课程的学生顺利完成建模与仿真实验在国内，对华北电力大学给予了大力支持。继续在家学习。”

“我们让学生自主确定两个二维电磁场边值问题来进行建模仿真实验，不受课时和实验地点的限制，充分发挥学生建模仿真实验的主动性事实证明，大多数学生能够主动发现并确定两个二维电磁场边值问题，有的学生将文献中的实际问题或参与课外研究的问题作为建模仿真问题，甚至制作了专门的仿真APP，这超出了我们的预期。”国家级教学名师、华北电力大学教授崔翔认为，这既达到了建模仿真实验的目的，又激发了学生自主创新，值得大力推广。他还表示：“将国产软件引入课堂，不仅可以实现建模、仿真实验，培养学生自主创新、自力更生、家国情怀；也为国产软件企业提供了机会。自主开发，赶超世界一流软件。”

此次成功合作，让华北电力大学进一步了解和认可了云道智能制造的能力。2020年底，云道智造向华北电力大学捐赠最新版本的Simdroid平台，并展开更深层次的合作，共建实践基地，共同培养高层次人才。

在2020年、2021年、2022年连续三届弹簧工程电磁场课程中，华北电力大学1200多名学生使用Simdroid进行建模和仿真实验，取得了积极的效果。贯通电工1901班的魏同学在建模仿真实验报告中写道：“建模仿真实验给了我一个平台，让我可以尝试各种稀奇古怪的想法，而不必考虑实验的成本和风险。出不出结果，或者是安全问题，在做作业的时候，如果我对某个特定领域的分布不是很了解，并且有很强的好奇心，我可以通过建模和仿真实验来建立模型，将其具体化。抽象问题。”

打造新形式教材，助力教育数字化战略实施

为了帮助学生更好地理解理论知识，教育部电工教学指导委员会副主任、北京市教学名师、华北电力大学王泽忠教授主编了《十一五规划》国家普通高等教育规划教材《工程电磁场》（第三版已引入二维码），用手机扫描即可观看相关理论知识的彩图和动画视频。但仅这些还远远不能满足数字化教学的需求。如何让抽象的电磁场更加直观可见？如何更形象地揭示电磁现象背后的物理规律？如何让学生随时随地进行建模仿真实验？

针对这些需要攻克的问题，华北电力大学再次与云道智造联手，基于《工程电磁场》（第3版）共同开发了相应的工程电磁场基本原理仿真实例，融入了抽象电磁场课本上的场论。通过在线模拟APP将公式和典型实例可视化、交互呈现，帮助学生更直观、更深入地学习相关知识。历时三个多月，开发出涵盖静电场、恒流场、恒磁场、交变电磁场四大模块的31个知识展示模拟APP和58个原理教学模拟APP，并已陆续应用于实际教学。

王泽忠教授说：“在仿真APP中，借助彩色云图、矢量箭头分布图、等高线分布图、场量变化曲线等，原本看不见、摸不着的电磁场可以直观地看到。在课堂上，老师可以给学生进行现场模拟计算演示，而且大部分APP都能在一分钟内出结果，互动性很强。”

除了用于课堂教学演示之外，模拟APP还可以将需要在实验室进行的物理实验“搬”到网上。按照北京市防疫要求，今年5月，北京学校学生全部返校。王泽忠教授进一步基于仿真APP设计了两个在线建模仿真实验，让学生在家就可以在线完成实验。例如，在静电场多导体部分电容实验中，学生可以使用“静电场-轴对称三环导体对地仿真APP”获得空间电场分布和多导体电感矩阵。“从实验内容来看，这和物理实验的效果是一样的。在模拟实验中，还可以改变导体的尺寸和间距，这是物理实验中很难做到的。当然，模拟实验不能完全代替物理实验，这个可以通过其他环节来补充。

据负责教学的皮伟副教授介绍，这两个实验今年6月已用于北京华北电力大学500多名本科生的教学。不仅如此，基于《工程电磁场》（版本3）的仿真APP还可以推广到东北电力大学、杭州电子科技大学、三峡大学等高校。据了解，原本没有使用过这本教材的河北科技大学老师在了解这些模拟APP的强大功能后，发现对教学很有帮助。为了配合APP使用，他们还购买了《工程电磁场》（第3版）教材。