互動式網絡實驗教學綜合平臺建設
——以電子信息實驗教學中心為例

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

實驗教學是培養學生綜合素質和創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的不斷發展和互聯網技術的推廣和普及，基于網絡的互動式教學成為了時下教學改革的一個重要方向。網絡互動平臺的搭建，不僅能改革傳統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。建立互動式網絡實驗教學綜合平臺，在網絡教學環境中向學生提供大量的主題學習資源和協作學習交流工具，讓教師和學生廣泛參與，培養學生的自主能力、創新能力和實踐能力，既展示了高校的自身形象、又與國內外進行交流提升了教育教學層次和效果［1］。

1 網絡互動實驗教學的優勢

網絡互動教學的開展，改變了傳統教學中以“教師”為中心的教學模式，轉變成以“學習者”為中心的學習模式［2］，促進自主學習和協作學習，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］。與傳統實驗教學模式相比，網絡互動實驗教學具有以下優勢：

（1）實現創新平臺的全面開放。實驗教學綜合平臺以培養學生動手、動腦及實驗設計能力為主要目的，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，充分利用網絡工具學習相關知識、模擬實驗內容、實現人機互動和信息共享。

（2）多樣化的實驗教學。打破傳統實驗課教學的局限性，為學生提供多樣化的實驗教學環境，在共享教學資源的基礎上，充分體現資源應用，發揮現代網絡技術在實驗教學中的優勢，建立網絡虛擬學習環境，實現在線實驗、在線答疑、在線作業、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）培養學生自主學習的素養。充分給予學生發揮和想象的自由度，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，給學生更多的啟發和引導，從而發揮他們的自覺性，給學生獨立思維的空間。

（4）提供“教”與“學”的雙向互動。網絡學習平臺在多元化內容體系基礎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一建設和管理，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］的聯系。

（5）便于學生建立個性化的學習模式。網絡學習環境可以最大限度地發揮學習者的主動性、積極性，實現個性化學習［7］。不同層次的學生可以對學習的內容、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］，在網絡環境下實現互動式實驗教學，能夠使教學模式從傳統的以講授為主轉變為學生探究，從傳統的單一傳授轉變為多點交流，從統一的集體學習轉變為個性化多樣化的自主學習，真正的調動學生捕獲新知識的積極能動性，激發學生學習興趣［10］，培養創新能力和科學精神［11］，適應現代化信息教育的發展趨勢。

2 互動式電子信息網絡實驗教學綜合平臺的設計原則

構建網絡環境下的互動教學模式［12］，針對電子信息相關專業不同年級學生的特點，結合現代電子新技術，引導和啟發學生沿著“提出假設、分析研究、解決問題、創新探索”的學習過程，把接受性和積累性的學習轉變成探索性和發展性的學習［13］。因此，構建互動式電子信息網絡實驗教學綜合平臺（以下簡稱“實驗教學綜合平臺”）應該遵循以下原則：

（1）以高新技術為導航。及時將新知識、新概念和新方法引入網絡綜合教學平臺，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，也缺少系統工程的概念，課堂上學到的理論很難直接聯系到實際應用，學生難免會產生迷茫、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展示出來，將相關的關鍵技術介紹給大家，使得學生覺得科技實際并不是遙不可及，這樣就能激發學生的探索與創新能力。

（2）以培養能力為目標。如何培養適應社會需求的高素質應用人才，是實施質量工程、提高本科教育質量的主要任務［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，為學生提供網絡在線交流和學習的平臺。將實驗課程內容通過網絡形式全面的展示出來，能夠滿足學生實時動態的學習需求，及時和主動的適應學生的學習情況，將課程特征與學生的認知過程結合起來，創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展創造適宜的環境，還可以為師生的合作學習創造良好的空間，增強師生情感，促進學習小組互動。在傳統課堂上，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，網絡互動平臺的建立能夠給師生提供一個課外交流的契機，利用當下人們對網絡虛擬時空的興趣，采用協作學習、小組討論等教學策略、通過更加積極和自由的環境來激發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。開辟的開放預約系統和留言板系統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 互動式電子信息網絡實驗教學綜合平臺系統

3.1 實驗教學綜合平臺的結構體系

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數據。考慮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化，形成一個有層次結構的、統一貫穿的互動式網絡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構

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架加深了解，而后通過網絡學習，在線實驗、考核等功能，彌補傳統實驗教學中學習的漏洞，按照“基礎課程”、“專業進階”、“綜合訓練”、“創新實踐”的教學層次設立實驗教學課程：基礎課程主要通過模擬電路實驗、數字電路實驗、電子電工實驗等基礎實驗課程的設置，重點培養學生的動手能力;專業進階主要是以專業實驗課程為主，重點培養學生利用專業知識分析、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計的工程實訓課程，重點培養學生將軟硬件結合實現真實應用的能力;創新實踐主要是為學生提供學生科技創新活動，如大學生電子設計競賽、“挑戰杯”科技作品大賽、“百項創新工程”等項目機會，重點培養學生的創新意識和創新能力。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思維努力創新，因此可以說，整個網絡平臺實現了“展示-教學-互動-展示”的良性7循環。

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容均是以“展示-教學-互動-展示”為主線，設置中心簡況、資源環境、實驗教學、成果展示、在線學習、師生互動、開放預約等一級模塊，突出電子信息實驗教學的開放創新教學特色，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構更加清晰明朗，具體的框架、模塊及系統內容設置如圖2所示。

圖2 教學綜合平臺的功能框架

（1）平臺的角色、權限分配。系統共分為系統管理員、實驗室管理員、實驗中心主任、實驗室主任、實驗技術人員、資產管理員、教師、學生和未登錄游客，每個角色依據實際情況分配相應的權限。如，系統管理員具有系統最高權限，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限，其中包括新聞的發布和管理等;實驗室管理員和資產管理員具有開放實驗和場地儀器預約的管理權限;實驗技術人員、教師和學生擁有師生互動模塊的權限;而教師和實驗技術人員能夠方便地管理教學內容，將教學網絡資源如教學大綱、電子教案、影視錄像、習題作業等實現網絡化，發布教學內容;學生擁有上傳作業、在線實驗、課后習題、在線預約等權限;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界面設計，將實驗教學中心的整體情況，活靈活現的表露出來，更有助于人們了解實驗教學中心的歷史建設、教育特色、師資隊伍、輻射作用，準確而完整的體現了教學定位、培養體系和教學方法，介紹中心承擔的實驗課程教學任務、中心主任及工作人員的崗位職責，展示實驗教學環境，實驗室分布、儀器狀況等;教學展示模塊列出中心所開設的所有實驗課及具體內容，包括教學大綱、實驗項目、實驗教材、教學課件等，開設教學視頻專欄，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課程、專業進階和綜合創新三個部分，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布課程信息、教學視頻、布置作業、課后習題、查看學生作業情況、給學生作業評定成績。每位學生可以根據自身情況進行選課、在線預習實驗、在線聽課觀看實驗視頻、遠程登錄服務器虛擬完成實驗，并且實現線上提交實驗報告、課后自主練習、考試之前復習自測等功能。在創新實踐基地模塊中，實驗教學中心為學生提供了“電子競賽”、“百項創新”、“挑戰杯”、“國創”等板塊，并提供相應的教學資源，包括基礎知識、典型電路、解題思路等資料，供學生開拓思維，根據個人情況進行自主學習。

（4）互動模塊的功能設置。互動模塊主要分為師生互動和開放預約兩個環節。師生互動分別按照課程設計、創新實踐和互幫互助等內容開辟專區，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自己幫助別人的平臺，實現優勢互補、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。開放預約環節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約，我們還為學生提供模擬工位式的實驗環境，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范管理和合理使用，同時確保實驗項目的有序進行。

4 結語

提出了互動式網絡實驗教學綜合平臺的設計，以電子信息實驗教學中心為例給出了平臺建設方案，并指出相應的開發重點。互動式網絡實驗教學綜合平臺，是在共享教學資源的基礎上，體現資源應用，對分散的課程資源進行了統一的建設和管理，給廣大師生體統資訊收集、交流互動的機會。在教師教學方面，能夠方便地管理教學內容;在學生學習方面，可以根據自己的實際需求自主打造學習方案，充分利用學校的網絡資源和知識資源，促進自主學習和協作學習;在教學管理方面，實現教與學的相互監督和了解，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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