開放式實驗教學信息化平臺的設計探討

教育現代化的核心之一是信息化改革，建設智能化校園已成為高校發展的重要方向。開放式實驗教學信息化平臺作為智慧校園的重要組成部分，不僅能夠優化資源配置，還能促進學生個性化學習和實踐能力的培養。佛山大學電工電子實驗中心經過三十多年的發展，逐步實現了信息化平臺的更新與優化，將網絡化教學與智能化管理高效融合，為實驗教學提供了強有力的技術支持。

一、開放式實驗教學信息化平臺設計

（一）開放式實驗教學信息化平臺的系統框架

開放式實驗教學信息化平臺以校園網為樞紐，整合數據庫、互聯網及單片機等技術，構建了開放實驗室信息管理系統和開放式實驗教學運行管理系統兩大核心模塊。平臺通過后臺數據庫實現子系統的高效協同，為實驗教學的開放式管理提供了技術保障[。

（二）開放式實驗室信息管理系統

基于B/S架構建設的開放實驗室信息管理系統，使用戶可以直接通過Web瀏覽器進行系統訪問，具有簡便操作、方便使用和易于更新維護的優勢，可以降低人工維護的成本，便于更多高校進行引進和使用2。用戶在進入登錄界面之后可以通過點擊“資源使用詳情”項目進入實驗室，用來查看這些實驗室具體的資源使用情況。該界面通過列表的形式直接將現在實驗室和未來一段時間實驗室的使用詳情進行展現，便于用戶及時了解實驗室的運行情況。如果實驗室被占用，系統可以直接顯示出使用人的姓名和班級，對使用者的情況更加清晰。如果沒有人使用該實驗室，系統將會以橫線的形式展現。學生可以在任何接入網絡的地方登錄，實時了解實驗室的使用情況，合理安排個人或者小組的實驗時間，減少實驗室的空置時間，避免實驗室資源的浪費。該系統可以設置管理員、實驗教師與學生等用戶分類，并根據用戶類型設置不同的使用權限。不同的用戶登錄系統之后可以打開不同的實驗室子系統，保證用戶的精準使用，提高系統的使用效率。開放實驗室信息管理系統中包括多個子系統，具體介紹如下：

1.開放實驗室后臺管理系統

開放實驗室后臺管理系統由系統管理員進行統一管理和維護，并且管理員要負責課程設置工作。

（1）用戶信息管理。支持管理員在后臺系統中輸入學生和教師的基礎信息，支持使用手工錄入，也支持利用Excel表進行批量錄入。提高了數據采集效率，符合教育數據標準化要求。系統有數據校驗機制，確保用戶信息的準確性，減少人工錄入錯誤。錄入完畢之后，學生和教師在注冊后即可應用系統。

（2）實驗室信息管理。該功能提供包括儀器設備管理、場地資源管理和配置實驗室的資源。管理員應對所有實驗室的儀器設備進行統一登記和更新，將現有的實驗室場地信息和參數準確錄入系統，注明各種儀器設備的使用狀態，對出現故障或者短缺的儀器設備應及時進行報備和更新，確保使用人可以準確獲取實驗室的信息，選擇合適的實驗室開展實驗研究，節省用戶的尋找時間和成本。該系統支持根據儀器設備的使用狀態和配置情況自動生成配置信息表，明確每個實驗室支持的項目，實時更新儀器設備狀態和實驗室參數，便于用戶快速匹配實驗需求，優化實驗資源配置效率。

（3）實驗課程管理。該系統包括實驗項目管理、具體的實驗課程管理和教師的實驗課程授課等內容。支持用戶對實驗項目進行編輯和修改，明確實驗項目參數，科學劃分儀器設備的配置，保證對項目進度的實時跟蹤和保存，動態調整實驗參數，符合自適應學習理念。對實驗課程進行信息錄入和修改，明確實驗所需要的設備配置，并實現實驗課程進行科學安排。在實驗課程授課中，對每門課程的教師姓名、班級、授課時間等信息進行詳細錄入，保證界面干凈，以便學生查看實驗課程。結合實驗室占用情況智能排課，減少沖突，提[4]高教學管理效率，提升教學管理的靈活性 。

（4）開放規則設置。該系統包括設置開放規則和開放資源管理。管理員根據具體的課程安排特點，對開放時間、開放頻率、開放課程等規則進行設置。該系統可以自動生成明細表，便于管理員進行查看和調整，實現優化資源利用效率，符合智能排課算法理論。

（5）試題庫管理。該系統包括試題管理和測試預約安排。試題管理由預約試題庫和測試題庫兩部分組成，并且根據實驗室的類型可在題庫中設置單選、多選和判斷等題型、題量、分值等內容，符合計算機化自適應測試理論。

2.開放實驗室教師管理系統

（1）實驗室管理。教師可以對實驗室中的儀器設備和實驗臺的使用狀態進行設置，將狀態分為正常、故障和備用。正常實驗臺表明該設備可以進行預約；故障實驗臺表明該設備不能正常預約，也不能使用；備用實驗臺表明該設備不能進行正常的預約，但是設備良好可以開展實驗。備用狀態的設置創新性地解決了特殊實驗需求與常規管理的矛盾。教師可以對實驗室或者各種儀器設備的參數進行查詢，了解設備的故障記錄，明確實驗室資源的利用情況，正常一故障一備用的分類方式構建了完整的設備生命周期管理模型，為實驗室設備的可靠性工程研究提供了數據基礎。

（2）預約管理。該系統包括預約調整和預約查詢。教師可以根據班次、姓名、學號等指標查詢實驗室的預約情況，準確了解學生的預約情況。對不合理的預約情況，教師有權限進行編輯和修改，也允許其調整和取消暫時不用的實驗臺。教師對預約的干預權保障了實驗教學的有序性，為混合式實驗教學管理提供了新范式。

（3）實驗記錄查詢。教師可以根據班次、實驗臺、學號等信息查詢某位學生的實驗記錄，及時發現和指出學生在實驗過程中不準確的操作，并且跟蹤了解實驗室的具體使用情況。異常操作識別功能實現了實驗教學的實時反饋，符合即時學習分析的理論框架。

（4）報告管理。該系統主要包括報告批閱和查詢。教師在管理系統平臺上及時批閱學生提交的實驗報告，用于成績評定和實驗評估，并將此報告及時保存至系統中，做好報告的溯源和備份工作。教師利用系統可以對已經批閱完畢的報告進行精準查詢，便于教師及時掌握學生的實驗進度和成果獲取。數字化評閱系統實現了實驗報告的多元評價，支持量規評估等現代評價方法的應用。

（5）學生獎懲管理。該系統包括對學生實驗活動的獎懲審核和具體的獎懲措施。該系統可以直接記錄學生實驗報告的提交情況和實驗記錄，并且可以利用時間查詢自動生成相關獎懲列表，并經教師審核批準后予以生效。例如，正課違紀包括沒有進行預約和實驗、有預約記錄但沒有進行實驗、沒有按照規定時間進行實驗、未結束而提前離開等情況。如果學生出現以上情況應對平時成績進行適當扣除。獎勵查詢就是指如果學生的非正課時間超出規定時間，那么應及時給予額外的實驗時長，以鼓勵學生自主參加實驗。獎懲數據的積累為實驗教學的行為研究提供了實證數據，可支持實驗教學管理策略的優化研究。

（6）教學資源管理。教師將微課、PPT、音頻等輔助教學資料錄入系統中，并對其進行管理。

（7）信息發布。教師有權限對與實驗課程有關的信息進行發布、修改和刪除。

（8）答疑解惑。教師針對學生在系統中提出的實驗問題進行回復，及時解決學生的困惑。另外，教師也可以查看和參與學生的討論，了解學生的實驗想法。在線答疑系統構建了實驗教學的學習共同體。

3.開放實驗室學生應用系統

（1）實驗預約。學生可以根據自己的安排進行線上預約實驗室。在正式預約實驗室前，學生應先通過預約測試，可以有效約束學生的預習。學生在系統中應明確自己的實驗室和實驗時段，在完成實驗之后提交實驗報告。當某位學生預約成功之后該學生便不能自行取消實驗安排，并且其他學生不能再預約該實驗室。為了保證學生有充足的時間和機會參與實驗，在正課時間只允許正課學生參與預約。

（2）實驗預約情況。在學生預約成功之后，該系統會以列表的形式展現學生預約的時間段、實驗臺等信息，提高時間管理效率。

（3）實驗報告。學生在完成實驗后應提交線上實驗報告。該系統應包括測試數據、報告提交、報告模板和成績查詢等功能。系統會對實驗測試數據范圍進行設置，所以如果學生實驗報告的數據超出系統數據范圍將會被駁回，及時提醒學生實驗有誤，重新測試。數據范圍驗證功能實現了實驗結果的自動評判，將計算機化自適應測試技術應用于實驗教學，提高了反饋的即時性和客觀性。

（4）信息瀏覽。學生可以在系統中及時瀏覽教師發布的信息和任務，并對學習資料進行下載。資源下載功能構建了分布式學習環境，支持移動學習，拓展了實驗教學的時間和空間維度。

（5）答疑解惑。學生可以在系統中提出自己的問題等待教師回復和解答，也可以建立小組對實驗問題開展討論和交流。

（三）開放式實驗教學運行管理系統

1.實驗資源實時顯示系統

實驗資源實時顯示系統主要由液晶顯示屏組成，可以實時觀察實驗室當前和下個階段的運行情況，方便學生隨時查看動態，并做出合適的時間安排，提升學生的實驗效率。

2.實驗室運行管理控制系統

實驗室運行管理控制系統將實驗室作為單位進行設置和部署，用于控制實驗室內的各項資源。實驗室資源控制系統由接入校園網的計算機、無線通信控制器、讀卡器和相關軟件構成。計算機通常放在實驗室入口處，便于教師和學生隨時查看實驗室的具體使用情況。無線通信控制器用于與實驗臺控制終端通信，實時傳輸信息。讀卡器是用來確認教師身份的，保證只有教師有操控軟件的權限。

該系統分為批量控制、正課狀態和開放狀態，并且可以隨時查看學生的預約記錄和實驗報告。其中，批量控制是將實驗臺進行統一斷電或者加電，不用學生刷卡；正課狀態表明控制系統不支持實驗臺預約查詢，學生刷卡就可以為實驗臺加電；開放狀態表明控制系統支持實驗臺查詢預約，如果學生刷卡和預約情況一致就可以為實驗臺加電。該系統還能完成學生賬號注冊、實驗參數設置、實驗預約等工作，并且可以支持教師調整實驗臺，保證實驗的順利進行。

3.實驗臺控制終端

實驗臺控制終端由單片機、顯示屏、鍵盤、讀卡模塊等硬件設備構成。每個實驗臺應配備一部控制終端，做好實驗臺的電源控制、實驗記錄、數據顯示等工作。

實驗臺控制終端由系統之間的通信傳輸和回轉進行控制。學生到達實驗室刷卡之后啟動電源，如果通過則會顯示學生的相關信息，如果不通過則會發出提示信息，為學生明確下一步的指令。學生在完成實驗后取回ID卡，則系統會自動切斷電源，并且在系統上放開該資源。教師可以查詢實驗臺各種儀器設備的使用狀態。

4.系統運行

開放式實驗教學過程中需要學生嚴格按照實驗流程進行操作。具體流程如下：

（1）學生通過平臺在線學習并完成仿真實驗；（2）學生在線完成預習并通過測試；（3）學生通過系統在網上預約實驗；（4）學生通過刷卡，完成身份認證，確認

符合預約信息后，實驗臺通電；（5）學生在做實驗的同時，實驗員、導師

能從旁輔導并協助，學生也可以通過遠程連線，

在線找教師同步指導學習；（6）完成實驗后，所有測試數據通過平臺

記錄并提交審核；

（7）學生取卡，關閉實驗臺電源；（8）實驗的測試數據通過審核后，學生可登錄平臺查詢結果，并提交實驗報告；（9）報告提交后，教師可通過平臺對實驗報告進行批閱。實驗報告可以在斷電后登錄任意一臺計算機進行提交，也可以在系統斷電之前進行提交。

二、開放式實驗教學信息化平臺實施效果

開放式實驗教學信息化平臺于2016年投入使用，獲得了良好的效果。學生認為利用該系統可以最大程度節省時間，充分滿足了個性化需要，調動了學生的學習積極性。教師對學生的實驗情況進行實時跟蹤，將復雜的工作簡單化，這減輕了教師的工作壓力，規范了實驗流程秩序，提升了實驗管理質量。該系統已經在其他高校進行推廣使用，獲得一致好評。一方面，該系統為學生創造了開放動態的實驗環境，打破了學生在實驗室使用上的時間和空間限制，激發了學生的學習熱情。另一方面，該系統的應用解決了實驗室教學的問題，實現了實驗室資源的優化配置，幫助教師實現精細化學生管理，減少實驗室的空置時間，為建設智能化校園提供信息技術支撐。

結束語

開放式實驗教學信息化平臺的設計與應用，為實驗教學提供了高效、靈活的管理工具。通過多模塊協同運作，平臺不僅提高了實驗室資源利用率，還為智慧校園建設提供了有力支撐。未來，平臺將進一步優化功能，推動實驗教學創新發展。

參考文獻

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作者簡介

潘光平（1966—），男，漢族，廣東肇慶人，佛山大學，助理實驗師，本科。研究方向：實驗室多媒體教育技術。