一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理新模式的探索

肖永生 黃麗貞

南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院 江西南昌 330063

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，校園內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室(包括機(jī)房)越來(lái)越多。以往采用人工管理完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的出勤登記、實(shí)驗(yàn)考試的身份認(rèn)證、實(shí)驗(yàn)紀(jì)律的監(jiān)控模式越來(lái)越不能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的需要。因此，開發(fā)一個(gè)可減少課堂中教師工作量，方便準(zhǔn)確地完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計(jì)工作的實(shí)驗(yàn)管理新模式具有十分重要的意義。

本文提出了一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式—基于指紋識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式。其中的指紋識(shí)別是一種能夠準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行身份認(rèn)證的最有效的鑒別方法之一；而網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)方便教師全面掌握學(xué)生的實(shí)驗(yàn)狀況，提高了教師的工作效率。

1 目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

高校教學(xué)工作主要包括理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于理論教學(xué)內(nèi)容的融會(huì)貫通，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)于學(xué)生的實(shí)踐、分析解決問題以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式等能力培養(yǎng)是一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。但隨著實(shí)驗(yàn)人數(shù)和次數(shù)的增多，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量以及實(shí)驗(yàn)室的管理出現(xiàn)了一些新問題。(1)實(shí)驗(yàn)存在冒名頂替，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有部分學(xué)生不認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)而玩游戲等現(xiàn)象。(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，指導(dǎo)教師必須不停地來(lái)回巡視以發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問題。(3)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常有被損壞的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這增大了實(shí)驗(yàn)教師的工作強(qiáng)度。基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性以及目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的諸多不足，充分利用各種先進(jìn)技術(shù)以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效率，是一件迫在眉睫的工作。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理新模式

本文利用指紋識(shí)別技術(shù)、Delphi、Windows系統(tǒng)編程、網(wǎng)絡(luò)編程以及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，開發(fā)了基于指紋識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，建立了實(shí)驗(yàn)教學(xué)智能化、網(wǎng)絡(luò)化及快捷化的管理新模式。對(duì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室/機(jī)房的學(xué)生進(jìn)行考勤管理，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)控管理，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室/機(jī)房各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)管理等，解決目前實(shí)驗(yàn)室人工管理模式存在的問題，進(jìn)一步提高質(zhì)量和效率。該管理模式主要包括以下幾個(gè)方面的功能：

(1)監(jiān)控管理功能：監(jiān)控學(xué)生實(shí)驗(yàn)的具體情況，如在教師機(jī)上顯示學(xué)生機(jī)當(dāng)前屏幕的內(nèi)容，當(dāng)學(xué)生沒有認(rèn)真實(shí)驗(yàn)或從事與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的活動(dòng)時(shí)，教師機(jī)可向?qū)W生發(fā)出警告或強(qiáng)行關(guān)閉該生計(jì)算機(jī)。

(2)信息查詢功能：查閱學(xué)生的所有實(shí)驗(yàn)情況和實(shí)驗(yàn)室的使用情況等。此功能不僅可以通過(guò)教師機(jī)實(shí)現(xiàn)，還可以通過(guò)Web方式實(shí)現(xiàn)，在校園網(wǎng)上獲取這些信息。

(3)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能：縱向統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生的全部實(shí)驗(yàn)信息；橫向統(tǒng)計(jì)班級(jí)實(shí)驗(yàn)的信息；統(tǒng)計(jì)教師上機(jī)指導(dǎo)信息；統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)室的利用率等。

(4)指紋管理功能：學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須進(jìn)行指紋識(shí)別，待確認(rèn)后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；結(jié)束實(shí)驗(yàn)時(shí)，待指導(dǎo)教師檢查認(rèn)可后，進(jìn)行指紋確認(rèn)實(shí)驗(yàn)完成。

(5)信息編輯功能：提供教師信息、學(xué)生信息、班級(jí)信息、實(shí)驗(yàn)室信息、實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息等的增加、修改、刪除功能。

(6)電源控制功能：學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)或考試時(shí)，待指紋識(shí)別確認(rèn)后，開啟相應(yīng)設(shè)備的電源。當(dāng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)或考試完成后，教師機(jī)發(fā)出命令關(guān)閉學(xué)生機(jī)。

(7)安全管理功能：系統(tǒng)在學(xué)生機(jī)端開機(jī)自動(dòng)運(yùn)行并且隱藏，以防止學(xué)生關(guān)閉系統(tǒng)。

(8)輸出功能：提供屏幕輸出和打印機(jī)輸出。輸出形式有表單形式、圖表形式、Web頁(yè)形式。

3 系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中的具體功能及應(yīng)用

安裝在實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。本實(shí)驗(yàn)室/機(jī)房管理系統(tǒng)由4個(gè)子模塊構(gòu)成，分別是學(xué)生機(jī)、主控服務(wù)、教師機(jī)以及MCU(Microcontroller Unit)電源管理子系統(tǒng)(如圖2所示)。

圖1 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中，各子模塊承擔(dān)的工作如下：

3.1 學(xué)生機(jī)子系統(tǒng)

如圖2所示，該子系統(tǒng)由三部分構(gòu)成。按參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程，具體完成如下功能。

(1)初始化與身份驗(yàn)證階段。

①接收教師機(jī)的開機(jī)指令，開機(jī)運(yùn)行并初始化自身運(yùn)行環(huán)境。

②自行啟動(dòng)監(jiān)控程序，將學(xué)生輸入的驗(yàn)證信息傳輸給教師機(jī)，等待其激活指令。

(2)實(shí)驗(yàn)階段。

①進(jìn)行此時(shí)間段所需完成的實(shí)驗(yàn)。

②響應(yīng)教師機(jī)的監(jiān)控指令(主要有屏幕截圖、警告提示、卸載學(xué)生裝載的無(wú)關(guān)程序以及通過(guò)安保部件完成強(qiáng)行關(guān)機(jī)等指令)以便更好地督促學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

(3)實(shí)驗(yàn)完成后處理。

①提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果傳輸給教師機(jī)。

②學(xué)生機(jī)關(guān)閉時(shí)重新設(shè)置其監(jiān)控程序?yàn)樽詥?dòng)程序。

3.2 主控服務(wù)子系統(tǒng)

如圖2所示，該子系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)的核心樞紐部分，由五部分構(gòu)成。完成以下主要功能：

(1)“翻譯”與傳輸教師機(jī)的各種指令給學(xué)生機(jī)，并轉(zhuǎn)發(fā)學(xué)生機(jī)相應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)給教師機(jī)。

(2)驗(yàn)證教師機(jī)上傳指紋信息的合法性與正確性。

(3)考勤信息、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等動(dòng)態(tài)信息的維護(hù)。

(4)提供基于Internet技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備信息、開放性實(shí)驗(yàn)預(yù)約及實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排等信息瀏覽與查詢。

3.3 教師機(jī)子系統(tǒng)

如圖2所示，該子系統(tǒng)由七部分構(gòu)成，是教師的操控平臺(tái)，具體功能如下：

(1)學(xué)生考勤功能，即接收學(xué)生指紋錄入信息，與主控服務(wù)子系統(tǒng)中的學(xué)生信息進(jìn)行比對(duì)。

(2)監(jiān)控整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生的狀態(tài)，更好地督促其完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

(3)數(shù)據(jù)錄入和編輯功能，如錄入本實(shí)驗(yàn)室的學(xué)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排，開放性實(shí)驗(yàn)安排等。

(4)提供定制功能，如不同的實(shí)驗(yàn)類型，受控和非受控的設(shè)置，不同的實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排。

(5)提供友好、簡(jiǎn)潔的管理員界面。

3.4 MCU電源管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)由通訊部件及電源管理部件構(gòu)成。主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：

(1)與教師機(jī)進(jìn)行通信，接收教師機(jī)子系統(tǒng)的各類控制命令。

(2)電源控制功能，控制實(shí)驗(yàn)室/機(jī)房?jī)?nèi)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的電源。

4 新模式的特色及推廣

基于指紋識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)具有以下一些特色：

(1)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生考勤與實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化，減輕了教師的勞動(dòng)成本，也提高了相應(yīng)的工作效率。

(2)通過(guò)可視化的監(jiān)控方式，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程能夠得到有效跟蹤，從而提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

(3)自動(dòng)化、信息化指紋識(shí)別的身份驗(yàn)證方式，方便了高校對(duì)學(xué)生的管理。

(4)教師機(jī)與學(xué)生機(jī)兩級(jí)主從式結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)擴(kuò)展，具有非常強(qiáng)的推廣性。

采用本系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠減輕廣大實(shí)驗(yàn)管理人員繁重的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和設(shè)備維護(hù)工作；能夠使實(shí)驗(yàn)教師在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，減少和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無(wú)關(guān)的監(jiān)控工作，集中精力輔導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)；能夠更加公平高效地考勤，杜絕考試冒名、舞弊、實(shí)驗(yàn)抄襲現(xiàn)象；能夠督促學(xué)生端正實(shí)驗(yàn)態(tài)度，為廣大學(xué)生營(yíng)造公平、公開、高質(zhì)、高效、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)室/機(jī)房環(huán)境，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。系統(tǒng)所需設(shè)備各高?；揪邆洌也僮骱?jiǎn)單、易于推廣，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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