理工科綜合設《計性實驗網》絡資源的設計——以 數字電子技術 為例*

倪 浩，劉芳華

（湖北科技學院 電子與信息工程學院，湖北 咸寧 437005）

數字電子技術是普通高校電工電子類學科課程的重要組成部分，而數字電子技術的實驗課程在教學中有特殊的地位，是加強基礎知識教學不可缺少的環節.特別是其中的綜合設計性實驗，不僅有助于學生形成正確的概念，加深對規律的理解，增強分析問題、解決問題的能力，而且能直接培養學生用實驗驗證和探索基本的數字電子技術規律的能力，是其它任何手段不能替代的.因此，在數字電子技術綜合設計性實驗開展的過程中，如何利用計算機網絡，為學生提供足夠的實驗課教學資源，引導學生進行探究性學習和實驗，使實驗課發揮提高教學質量、造就開拓型、創新型人才的作用，是數字電子技術教學改革的重要課題之一.

1 數字電子技術綜合設計性實驗開展

探究為基礎的學習，是以探究未知問題為基礎、設計性、綜合性實驗為載體構建的一種開放式、學生主動參與的學習形式.在數字電子技術的教學過程中，綜合設計性實驗是引導學生自主探究，并培養學生創新能力的重要內容.

1.1 綜合設計性實驗開展的方式

目前，各普通高校由于在師資力量、硬件設備、辦學層次等方面的不同，開設數字電子技術綜合設計性實驗的方式也不盡相同，但大致上可以分為兩種情況.方式一是根據參考數字電子技術實驗指導書中制定的幾個綜合設計性實驗，如數字計時電路、電梯樓層顯示電路、循環燈電路等實驗小組選擇其中的一個或兩個實驗來開展.方式二是學生通過自主組合的形式，以小組為單位自主擬定實驗主題開展實驗，實驗主題并不限于上述幾個.在以上兩種方式中，方式二對學生的自主性、搜索信息的能力等方面要求較高，實驗周期也較長，對實驗儀器、設備、耗材等的要求也更復雜.因此，方式二在華中科技大學、上海交通大學等較高層次的本科院校應用較為廣泛.而方式一中所列出的五個綜合設計性實驗，實驗指導書中對其原理及操作步驟都有較為系統的闡述，在硬件要求方面也相對簡單，因此，大多數本科院校采用了方式一來開展數字電子技術中的綜合設計性實驗.

1.2 存在的問題

高校在進行數字電子技術綜合性設計實驗的過程中，參照數字電子技術實驗指導書中制定的幾個綜合設計性實驗開展實驗時，往往會存在實驗效率低、學生在實驗完成之后進行分析總結時困難等問題，導致實驗效果不是很好.

1.2.1 實驗效率低

同樣的實驗，根據準備情況和實施方案的不同，會有不同的效率.達成高效的第一個要素是要保證實驗的有效性.在保證實驗有效性的前提下，需要對實驗的流程的合理性和獲取數據的最佳方案進行策劃.對于提高效率而言，實驗技巧當然會有很重要的作用，但是我們不可能要求所有實驗參與人員對所進行的實驗都具備成熟的技巧，這時，采用一些先進的實驗數理工具，就非常重要了，比如采用黃金分割定律來規劃實驗次數和取舍實驗數據，就是一種有效的方法.而對于學生來說，是否具備這樣的實驗技巧與實驗數理工具就顯得非常重要了，教師需要將實驗的預習、開展過程中及時地將這些技巧和工具作為實驗資源提供給學生.

1.2.2 實驗分析與總結困難

實驗結束后對實驗數據的分析、實驗過程的總結非常重要，是體現實驗效果的重要內容.由于綜合設計性實驗教學需要學生自己觀察結果、分析結果，特別是在實驗失敗后需要自己修改實驗方案，重新做實驗.但一部分學生在實驗分析與總結時感覺難于下筆，幾句話草草了事.實際上，這是在實驗結束后缺少交流所導致的.不管是實驗預習、實驗開展還是實驗總結過程中，小組成員之間、各小組之間的交流顯得尤為重要，在交流與討論中擦出靈感的火花，創新思維就隨之而來.而實驗課所安排的課時是非常有限的，如果把實驗課的時間用來進行交流與討論，這是很不現實的.因此，可以借助網絡，將學生之間的討論、教師的適時指導搬到課外，在網絡上形成一個小型的學習共同體的氛圍，互相幫助、答疑，解決實驗中可能會遇到的一些困難，這樣實驗課堂的效率必定會大幅度地提高.

2 網絡資源在綜合設計性實驗中的應用模式

探究是數字電子技術綜合性設計實驗的靈魂，也是學生進行創新的基礎.在開展數字電子技術實驗過程中，通過充分調動學生的學習主動性、積極性和創造性，在學習和掌握基礎數字電子技術的基礎理論、基本知識和基本技能的基礎上，在教師的指導下，學生發揮自己的創造性自主地設計一個或幾個小型實驗研究項目，在一定的實驗條件和范圍內，完成從查閱文獻、選擇主題、實驗設計、實驗操作、統計處理、結果分析的基本學習過程（如圖1）.在本科生階段接受創新意識的基本訓練，通過自己參與實驗、結合各種電工電子器件使用的體驗，分析和掌握其運行機制，把理論知識與實驗實踐相結合.

圖1 網絡資源在綜合設計性實驗中的應用模式

在實驗預習階段，學生在查閱文獻、收集資料的基礎上，通過在線提供的實驗資源和在Internet上查閱的相關資源，以所選擇的實際問題為基礎進行在線自主學習、探討，理解并掌握實際問題中所包含的知識點.

在實驗開展階段，學生通過實驗研究、提出見解、并通過網絡進行在線協作、討論、教師輔導、答疑等各種不受時間和地點限制的方式，靈活地在實驗設計和操作過程中交流經驗，以便能夠更好地開展分析問題、解決問題等基礎訓練.

在實驗總結與反思階段，實驗完成后，利用網絡資源提供的交互方式交流實驗經驗，并將優秀的電子設計作品通過圖片、圖形等方式與其他同學進行分享，在線提交實驗報告，還可以登陸在線測試題庫進行實驗知識點的復習和鞏固，形成批判性思維和探究未知世界的意識及能力既有新知識、新理論的學習，也涉及實驗操作的實踐.學生在網絡上開展的這些實驗分析和總結活動都會被網絡一一記載下來，一方面供同學們之間參考和借鑒，另一方面，系統自動地統計這些活動數據，結合教師在線對學生在線交流的內容的評分，作為學生實驗成績的一部分.

3 探究型網絡資源的設計

對學習資源的理解，有狹義和廣義兩種.狹義的學習資源指學習內容和學習資料，而廣義的學習資源是指在學習過程中可被學習者利用的一切要素，它不僅包括學習內容和學習資料，還包括那些學習者能夠與之發生有意義聯系的人、媒體、策略、方法以及環境條件等要素.數字電子技術綜合設計性實驗中，教師可以根據實驗需要，給出相應網絡資源，供學生參考，從而開展自主探究實驗活動.這里，我們把供學生進行探究性實驗的網絡資源分為兩大類，一類是學習內容和學習材料，另一類是網絡交互環境.

3.1 實驗網絡資源的種類

根據學生探究性實驗開展的需要，教師給學生提供的實驗網絡資源主要有實驗通知公告、教學大綱、教學內容、教學視頻、規章制度、作品展示、科技資訊、經驗交流等幾個部分（如圖2），綜合起來看，可以大致分為以下四種：

圖2 綜合設計性實驗中網絡資源的種類

3.1.1 實驗文本資源

在實驗開展初期的實驗預習階段，文本資源應占主導地位，學生通過熟悉實驗教學大綱和教學內容，理解實驗所依據的數字電子技術中的知識點，這是學生進行動手操作的基礎.掌握好理論知識后，根據教師在網絡上發布的實驗通知公告等信息，學生按照所安排的時間和地址來有序地開展實驗.

3.1.2 實驗圖形資源

數字電子技術綜合設計性實驗中所涉及到的邏輯圖、芯片引腳圖及集成電路的內部邏輯圖非常復雜，這也是學生能否高效、正確地完成實驗的必要條件.在學生進行實驗預習和具體的實驗操作階段，學生要理解這些圖形的實際意義和功能，并按照圖形進行準確而細致的接線.

3.1.3 實驗視頻資源

學生在綜合設計性實驗的探究過程中，如果失敗的經驗過多，則他們會喪失信心，從而導致對接下來的實驗失去興趣，這樣實驗效率和實驗效果就都無從談起了.因此，適當地為學生提供各個階段的實驗視頻資源是非常必要的.當然，這種視頻資源并不是整個實驗的完整演示，如果是這樣的話，探究就無從談起了，它只是其中涉及到的一些知識點的基本實驗演示.學生在實驗遇到無法解決的困難時，可以參照這些基本操作演示視頻，找出自身實驗操作中的設置、接線中的問題，修正并進行下一步實驗.

3.1.4 實驗圖片資源

實驗完成后的實驗分析與總結階段，學生可以將自己的實驗作品、實驗結果用手機、相機等工具拍攝下來，作為網絡資源供其他同學參考，或者可以將自己在實驗中所得到的錯誤接線、結果用圖片的方式記錄下來，讓其他同學幫自己找出問題.其中，圖片資源是實驗作品展示和經驗交流的一種非常有效的交流形式.

3.2 實驗網絡環境的創建

圍繞所開出的數字電子技術綜合設計性實驗項目，保證學生在實驗開展過程中進行持續的交流協作活動，需要為他們提供有力的交互工具，這包括界面友好的溝通工具（如電子郵件、功能不同的BBS、聊天室、有聲聊天工具、爭論性論壇、意見投票等）、協作工具（如角色扮演工具、虛擬白板、MOO、應用軟件共享等）、實驗電子作品展示空間（如電子檔案夾等）等（如圖3）.

圖3 網絡資源中提供的實驗環境

3.2.1 實驗溝通環境

學生和教師在實驗預習、實驗操作及實驗分析與總結整個階段都需要進行溝通，其中包括實驗小組成員之間以及各實驗小組之間的討論和交流.在實驗網絡環境中，為學生之間、師生之間的溝通提供了討論區和聊天室等多種交流方式.在討論區中學生可以發帖求助、回帖幫助有困難的同學解決問題，教師可以答疑、激發、參與學生的討論，這種討論可以是同步的，也可以是異步的.在聊天室中，小組成員之間、師生之間、小組之間的討論主題、思路都以聊天記錄的形式由系統記錄下來，這為學生以后進行實驗總結和反思提供了詳實的文字材料，有利于學生進行更深刻的實驗反思.

3.2.2 實驗協作環境

培養團隊意識、協作精神是學生進行小組實驗的重要目標之一.學生在實驗操作的過程成互相啟發，不斷完善，最后成功的完成實驗，依賴于團隊協作.在網絡環境下，學生可以利用網絡環境中的詞匯表功能，根據自己的理解，以詞條的方式添加實驗相關的知識點.通過不斷完善詞匯表中實驗相關的知識點，學生可以在實驗預習階段共同鞏固實驗理論知識.另外，在實驗的設計、階段，學生可以利用WIKI的協作功能.學生可以發揮各自的創新思路，將自己的理解和創意通過WIKI項目在網絡上呈現出來，特別是在數字電子技術實驗中共同完善實驗的真值表、邏輯圖、實驗步驟等信息時，非常適合采用這種形式.

3.2.3 實驗管理環境

學生實驗的在線管理主要包括測試管理、實驗報告管理和成績管理三個部分.學生可以依據網絡環境中設置的用戶注冊策略進入實驗.學生注冊成功后，選擇實驗項目，依據項目設置輸入注冊密碼或等待審批，審批通過后進入實驗項目開展實驗.實驗報告提交可以分為提交一個文件、在線文本和離線項目等多種形式，每種均支持評分.測試作為現階段評價學生實驗成果的重要方式.管理員或教師可以設置實驗測試的多種屬性，包括開放和結束時間、評分模式、考試過程控制，還具有一些安全措施，如在安全窗口考試、設置進入密碼、限制IP范圍等.對于分頁試卷、隨機出題、亂序答案等防止舞弊的措施也有很好支持.系統還支持自適應測驗模式，可以依據學生答題情況調整后續題目的難度.成績評估分兩種，一種是教師的評語，另外一種是教師直接評分.每個活動的評分依據活動類型不同有：自動評分和手工評分兩種，如測驗是自動評分的，而作業是需要老師手工給出評分并給出相應的評語.此外，活動還可以允許采用學生互評的機制.

4 小結

通過網絡資源和交互環境的設計，構建的“探究為基礎”的實驗教學模式，旨在提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力；提高學生的自學能力和實踐能力培養學生的科學思維、創新意識和創新能力；提高綜合競爭力，樹立科研合作精神.同時轉變教師的教學理念，提高數字電子技術綜合設計性實驗的效率，推進教學改革，進而順應自主創新和國家創新體系建設對人才培養的要求.

［1］周宜君，馮金朝，戴景峰等.綜合設計性實驗與學生綜合素質培養［J］.中央民族大學學報（自然科學版），2007，（3）：277 ～280.

［2］朱昌平，黃波，朱陳松等.通過“三層次實驗”培養學生實踐創新能力［J］.實驗室研究與探索，2007，26（7）.

［3］朱金秀等.數字信號處理綜合設計性實驗教學探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2008，（10）：125～127.

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