張 穎， 王艷芳， 梁 科

（南開大學電子信息與光學工程學院，天津 300071）

0 引言

實驗教學是培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要手段和途徑，將單一的認知過程，過渡到“認知-實踐-再認知-再實踐”的過程，是學生將抽象的理論能夠在實踐中進行充分檢驗和運用的良好平臺。新穎的教育技術(shù)裝備在很大程度上對實驗教學的開展起到了事半功倍的效果。隨著計算機信息技術(shù)的不斷發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣和普及，基于網(wǎng)絡(luò)的互動式教學成為了時下教學改革的一個重要方向。網(wǎng)絡(luò)互動平臺的搭建，不僅能改革傳統(tǒng)的教學模式和管理模式，提高教育水平，還能極大程度降低實驗教學成本、提高工作效率。建立互動式網(wǎng)絡(luò)實驗教學綜合平臺，在網(wǎng)絡(luò)教學環(huán)境中向?qū)W生提供大量的主題學習資源和協(xié)作學習交流工具，讓教師和學生廣泛參與，培養(yǎng)學生的自主能力、創(chuàng)新能力和實踐能力，既展示了高校的自身形象、又與國內(nèi)外進行交流提升了教育教學層次和效果［1］。

1 網(wǎng)絡(luò)互動實驗教學的優(yōu)勢

網(wǎng)絡(luò)互動教學的開展，改變了傳統(tǒng)教學中以“教師”為中心的教學模式，轉(zhuǎn)變成以“學習者”為中心的學習模式［2］，促進自主學習和協(xié)作學習，推動學習者及時接受不同方面的幫助和反饋，開展有效的互動和交流［3］。與傳統(tǒng)實驗教學模式相比，網(wǎng)絡(luò)互動實驗教學具有以下優(yōu)勢：

（1）實現(xiàn)創(chuàng)新平臺的全面開放。實驗教學綜合平臺以培養(yǎng)學生動手、動腦及實驗設(shè)計能力為主要目的，讓學生真正作為主體參與到教學活動中去［4］。實驗教學綜合平臺實現(xiàn)了實驗教學對學生時間與空間的全面開放，使學生能極大程度的掌握學習主動權(quán)，充分利用網(wǎng)絡(luò)工具學習相關(guān)知識、模擬實驗內(nèi)容、實現(xiàn)人機互動和信息共享。

（2）多樣化的實驗教學。打破傳統(tǒng)實驗課教學的局限性，為學生提供多樣化的實驗教學環(huán)境，在共享教學資源的基礎(chǔ)上，充分體現(xiàn)資源應(yīng)用，發(fā)揮現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實驗教學中的優(yōu)勢，建立網(wǎng)絡(luò)虛擬學習環(huán)境，實現(xiàn)在線實驗、在線答疑、在線作業(yè)、在線考試等功能，為廣大師生提供資訊收集、互動交流的機會。

（3）培養(yǎng)學生自主學習的素養(yǎng)。充分給予學生發(fā)揮和想象的自由度，淡化強制和約束，強化學生的主體意識，從根本上提高學生的學習興趣，遵循學生的認知規(guī)律。在學生主動明確學習目標的同時，為學生提供學習方法、學習資源，給學生更多的啟發(fā)和引導，從而發(fā)揮他們的自覺性，給學生獨立思維的空間。

（4）提供“教”與“學”的雙向互動。網(wǎng)絡(luò)學習平臺在多元化內(nèi)容體系基礎(chǔ)之上具有指導性和交互性［5］，作為資源載體，對分散的課程資源進行統(tǒng)一建設(shè)和管理，便于師生查詢和使用，同時將教師與學生、學生與學生之間的交流和合作貫穿到整個教學活動過程中，建立“一對一、一對多、多對多”［6］的聯(lián)系。

（5）便于學生建立個性化的學習模式。網(wǎng)絡(luò)學習環(huán)境可以最大限度地發(fā)揮學習者的主動性、積極性，實現(xiàn)個性化學習［7］。不同層次的學生可以對學習的內(nèi)容、順序、方式等模式進行個性化的選擇［8］，充分考慮到學生之間的個體差異問題，解決了傳統(tǒng)課堂實驗教學模式中的普適問題，極大程度的增強教學效果。

總之，學生的興趣是學習最好的動力［9］，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)互動式實驗教學，能夠使教學模式從傳統(tǒng)的以講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生探究，從傳統(tǒng)的單一傳授轉(zhuǎn)變?yōu)槎帱c交流，從統(tǒng)一的集體學習轉(zhuǎn)變?yōu)閭€性化多樣化的自主學習，真正的調(diào)動學生捕獲新知識的積極能動性，激發(fā)學生學習興趣［10］，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和科學精神［11］，適應(yīng)現(xiàn)代化信息教育的發(fā)展趨勢。

2 互動式電子信息網(wǎng)絡(luò)實驗教學綜合平臺的設(shè)計原則

構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的互動教學模式［12］，針對電子信息相關(guān)專業(yè)不同年級學生的特點，結(jié)合現(xiàn)代電子新技術(shù)，引導和啟發(fā)學生沿著“提出假設(shè)、分析研究、解決問題、創(chuàng)新探索”的學習過程，把接受性和積累性的學習轉(zhuǎn)變成探索性和發(fā)展性的學習［13］。因此，構(gòu)建互動式電子信息網(wǎng)絡(luò)實驗教學綜合平臺（以下簡稱“實驗教學綜合平臺”）應(yīng)該遵循以下原則：

（1）以高新技術(shù)為導航。及時將新知識、新概念和新方法引入網(wǎng)絡(luò)綜合教學平臺，兼顧先進性與科學性［14］，從而引導課程改革，更好的開展實驗教學。在校的學生很少接觸實際的項目，也缺少系統(tǒng)工程的概念，課堂上學到的理論很難直接聯(lián)系到實際應(yīng)用，學生難免會產(chǎn)生迷茫、不知所云的感覺。實驗教學綜合平臺，能生動的將當前最新的技術(shù)展示出來，將相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)介紹給大家，使得學生覺得科技實際并不是遙不可及，這樣就能激發(fā)學生的探索與創(chuàng)新能力。

（2）以培養(yǎng)能力為目標。如何培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的高素質(zhì)應(yīng)用人才，是實施質(zhì)量工程、提高本科教育質(zhì)量的主要任務(wù)［15］。實驗教學綜合平臺以學生為中心，以教師和學生的相互交流學習為主要目標，為學生提供網(wǎng)絡(luò)在線交流和學習的平臺。將實驗課程內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)形式全面的展示出來，能夠滿足學生實時動態(tài)的學習需求，及時和主動的適應(yīng)學生的學習情況，將課程特征與學生的認知過程結(jié)合起來，創(chuàng)造一切以學生為本的重要教育教學理念。

（3）以積極互動為途徑。實驗教學綜合平臺既能為學生的個性發(fā)展創(chuàng)造適宜的環(huán)境，還可以為師生的合作學習創(chuàng)造良好的空間，增強師生情感，促進學習小組互動。在傳統(tǒng)課堂上，教師和學生的交流是面對面的，師生間的情感傳遞迅速而有效，在課堂以外，師生交流的機會少之又少，網(wǎng)絡(luò)互動平臺的建立能夠給師生提供一個課外交流的契機，利用當下人們對網(wǎng)絡(luò)虛擬時空的興趣，采用協(xié)作學習、小組討論等教學策略、通過更加積極和自由的環(huán)境來激發(fā)學生在良好學習氛圍的學習興趣。

（4）以及時準確為原則。實驗教學綜合平臺應(yīng)及時更新課程信息并提供反饋，為師生交互的開展提供了十分重要的作用，在一定程度上能夠填補老師和學生之間的交流間隙，及時有效的反饋學生的學習效果，強化學生的學習能力。開辟的開放預(yù)約系統(tǒng)和留言板系統(tǒng)都可以及時的接收到老師和學生的各種意見和反饋，有助于實驗教學更好的開展，促進教學改革。

3 互動式電子信息網(wǎng)絡(luò)實驗教學綜合平臺系統(tǒng)

3.1 實驗教學綜合平臺的結(jié)構(gòu)體系

實驗教學綜合平臺要為用戶提供一個可視化接口即管理界面，全方面的顯示教學信息和接收相關(guān)數(shù)據(jù)?？紤]到電子信息系列課程的前后銜接，把成果展示、學習空間、互動空間等模塊進行整合優(yōu)化，形成一個有層次結(jié)構(gòu)的、統(tǒng)一貫穿的互動式網(wǎng)絡(luò)實驗教學綜合平臺體系。如圖1所示，整個平臺大致分為“展示-教學-互動”三個階段。

圖1 實驗教學綜合互動平臺的體系結(jié)構(gòu)

實驗教學綜合平臺將實驗教學中心和實驗平臺的整體概況進行展示，使得學生對課程和中心教學構(gòu)架加深了解，而后通過網(wǎng)絡(luò)學習，在線實驗、考核等功能，彌補傳統(tǒng)實驗教學中學習的漏洞，按照“基礎(chǔ)課程”、“專業(yè)進階”、“綜合訓練”、“創(chuàng)新實踐”的教學層次設(shè)立實驗教學課程：基礎(chǔ)課程主要通過模擬電路實驗、數(shù)字電路實驗、電子電工實驗等基礎(chǔ)實驗課程的設(shè)置，重點培養(yǎng)學生的動手能力;專業(yè)進階主要是以專業(yè)實驗課程為主，重點培養(yǎng)學生利用專業(yè)知識分析、解決問題的能力［16］;綜合訓練主要是以集成器件為硬件平臺，組合邏輯語言為軟件支持而設(shè)計的工程實訓課程，重點培養(yǎng)學生將軟硬件結(jié)合實現(xiàn)真實應(yīng)用的能力;創(chuàng)新實踐主要是為學生提供學生科技創(chuàng)新活動，如大學生電子設(shè)計競賽、“挑戰(zhàn)杯”科技作品大賽、“百項創(chuàng)新工程”等項目機會，重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。這樣，每個學生都可以為自己量身定做學習思路，針對不同需求開放不同模塊，提高學生的動手能力。而學生因此獲得的各種成果和獎勵，又在很大程度上激勵了自己和他人更好的開發(fā)思維努力創(chuàng)新，因此可以說，整個網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)了“展示-教學-互動-展示”的良性7循環(huán)。

3.2 實驗教學綜合平臺的功能框架

實驗教學綜合平臺的框架及具體版塊內(nèi)容均是以“展示-教學-互動-展示”為主線，設(shè)置中心簡況、資源環(huán)境、實驗教學、成果展示、在線學習、師生互動、開放預(yù)約等一級模塊，突出電子信息實驗教學的開放創(chuàng)新教學特色，每個一級模塊下還細化了多個二級模塊，使得教學綜合互動平臺的整體結(jié)構(gòu)更加清晰明朗，具體的框架、模塊及系統(tǒng)內(nèi)容設(shè)置如圖2所示。

圖2 教學綜合平臺的功能框架

（1）平臺的角色、權(quán)限分配。系統(tǒng)共分為系統(tǒng)管理員、實驗室管理員、實驗中心主任、實驗室主任、實驗技術(shù)人員、資產(chǎn)管理員、教師、學生和未登錄游客，每個角色依據(jù)實際情況分配相應(yīng)的權(quán)限。如，系統(tǒng)管理員具有系統(tǒng)最高權(quán)限，其中包括用戶管理和整理平臺所有的信息和資訊等;實驗中心主任和實驗室主任擁有次級權(quán)限，其中包括新聞的發(fā)布和管理等;實驗室管理員和資產(chǎn)管理員具有開放實驗和場地儀器預(yù)約的管理權(quán)限;實驗技術(shù)人員、教師和學生擁有師生互動模塊的權(quán)限;而教師和實驗技術(shù)人員能夠方便地管理教學內(nèi)容，將教學網(wǎng)絡(luò)資源如教學大綱、電子教案、影視錄像、習題作業(yè)等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，發(fā)布教學內(nèi)容;學生擁有上傳作業(yè)、在線實驗、課后習題、在線預(yù)約等權(quán)限;未登錄游客只能進行平臺信息的瀏覽。

（2）展示模塊的功能設(shè)置。展示模塊主要分中心展示、教學展示、成果展示三個部分：中心展示模塊用豐富的動態(tài)界面設(shè)計，將實驗教學中心的整體情況，活靈活現(xiàn)的表露出來，更有助于人們了解實驗教學中心的歷史建設(shè)、教育特色、師資隊伍、輻射作用，準確而完整的體現(xiàn)了教學定位、培養(yǎng)體系和教學方法，介紹中心承擔的實驗課程教學任務(wù)、中心主任及工作人員的崗位職責，展示實驗教學環(huán)境，實驗室分布、儀器狀況等;教學展示模塊列出中心所開設(shè)的所有實驗課及具體內(nèi)容，包括教學大綱、實驗項目、實驗教材、教學課件等，開設(shè)教學視頻專欄，介紹每一門實驗課的特色;成果展示模塊主要包括全體教職員工和學生所獲得的各項國家級、省部級和學校級的教學成果獎、競賽獎、科研成果和項目成果，以及實驗教學中心所承擔的校企合作工程計劃和兄弟院校合作計劃。

（3）教學模塊的功能設(shè)置。教學模塊按照電子信息實驗教學中心的教學體系，將實驗課程分成了基礎(chǔ)課程、專業(yè)進階和綜合創(chuàng)新三個部分，針對不同年級的學生開展不同的課程群。按照課程分類，每位授課教師都可以在自己的課程下發(fā)布課程信息、教學視頻、布置作業(yè)、課后習題、查看學生作業(yè)情況、給學生作業(yè)評定成績。每位學生可以根據(jù)自身情況進行選課、在線預(yù)習實驗、在線聽課觀看實驗視頻、遠程登錄服務(wù)器虛擬完成實驗，并且實現(xiàn)線上提交實驗報告、課后自主練習、考試之前復(fù)習自測等功能。在創(chuàng)新實踐基地模塊中，實驗教學中心為學生提供了“電子競賽”、“百項創(chuàng)新”、“挑戰(zhàn)杯”、“國創(chuàng)”等板塊，并提供相應(yīng)的教學資源，包括基礎(chǔ)知識、典型電路、解題思路等資料，供學生開拓思維，根據(jù)個人情況進行自主學習。

（4）互動模塊的功能設(shè)置?；幽K主要分為師生互動和開放預(yù)約兩個環(huán)節(jié)。師生互動分別按照課程設(shè)計、創(chuàng)新實踐和互幫互助等內(nèi)容開辟專區(qū)，給師生更好的平臺進行情感交流。不僅老師可以提供答疑解惑，還為能力比較強的學生提供展現(xiàn)自己幫助別人的平臺，實現(xiàn)優(yōu)勢互補、資源共享。除此之外，學生可以在線提交留言板和學習點評，將意見和建議反饋給教師，有助于教學改革。開放預(yù)約環(huán)節(jié)主要為學生提供一些可以提高自身能力的機會，需要教師提供項目指導的學生可以進行開放實驗的預(yù)約，我們還為學生提供模擬工位式的實驗環(huán)境，每組課題配備一個“工位”和足夠的實驗儀器，這樣可以保證精密儀器的規(guī)范管理和合理使用，同時確保實驗項目的有序進行。

4 結(jié)語

提出了互動式網(wǎng)絡(luò)實驗教學綜合平臺的設(shè)計，以電子信息實驗教學中心為例給出了平臺建設(shè)方案，并指出相應(yīng)的開發(fā)重點。互動式網(wǎng)絡(luò)實驗教學綜合平臺，是在共享教學資源的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)資源應(yīng)用，對分散的課程資源進行了統(tǒng)一的建設(shè)和管理，給廣大師生體統(tǒng)資訊收集、交流互動的機會。在教師教學方面，能夠方便地管理教學內(nèi)容;在學生學習方面，可以根據(jù)自己的實際需求自主打造學習方案，充分利用學校的網(wǎng)絡(luò)資源和知識資源，促進自主學習和協(xié)作學習;在教學管理方面，實現(xiàn)教與學的相互監(jiān)督和了解，促進學習效果，提高教學資源的利用水平和教學管理水平。

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