互动式网络实验教学综合平台建设——以电子信息实验教学中心为例

张 颖， 王艳芳， 梁 科

（南开大学电子信息与光学工程学院，天津 300071）

0 引言

实验教学是培养学生综合素质和创新能力的重要手段和途径，将单一的认知过程，过渡到“认知-实践-再认知-再实践”的过程，是学生将抽象的理论能够在实践中进行充分检验和运用的良好平台。新颖的教育技术装备在很大程度上对实验教学的开展起到了事半功倍的效果。随着计算机信息技术的不断发展和互联网技术的推广和普及，基于网络的互动式教学成为了时下教学改革的一个重要方向。网络互动平台的搭建，不仅能改革传统的教学模式和管理模式，提高教育水平，还能极大程度降低实验教学成本、提高工作效率。建立互动式网络实验教学综合平台，在网络教学环境中向学生提供大量的主题学习资源和协作学习交流工具，让教师和学生广泛参与，培养学生的自主能力、创新能力和实践能力，既展示了高校的自身形象、又与国内外进行交流提升了教育教学层次和效果［1］。

1 网络互动实验教学的优势

网络互动教学的开展，改变了传统教学中以“教师”为中心的教学模式，转变成以“学习者”为中心的学习模式［2］，促进自主学习和协作学习，推动学习者及时接受不同方面的帮助和反馈，开展有效的互动和交流［3］。与传统实验教学模式相比，网络互动实验教学具有以下优势：

（1）实现创新平台的全面开放。实验教学综合平台以培养学生动手、动脑及实验设计能力为主要目的，让学生真正作为主体参与到教学活动中去［4］。实验教学综合平台实现了实验教学对学生时间与空间的全面开放，使学生能极大程度的掌握学习主动权，充分利用网络工具学习相关知识、模拟实验内容、实现人机互动和信息共享。

（2）多样化的实验教学。打破传统实验课教学的局限性，为学生提供多样化的实验教学环境，在共享教学资源的基础上，充分体现资源应用，发挥现代网络技术在实验教学中的优势，建立网络虚拟学习环境，实现在线实验、在线答疑、在线作业、在线考试等功能，为广大师生提供资讯收集、互动交流的机会。

（3）培养学生自主学习的素养。充分给予学生发挥和想象的自由度，淡化强制和约束，强化学生的主体意识，从根本上提高学生的学习兴趣，遵循学生的认知规律。在学生主动明确学习目标的同时，为学生提供学习方法、学习资源，给学生更多的启发和引导，从而发挥他们的自觉性，给学生独立思维的空间。

（4）提供“教”与“学”的双向互动。网络学习平台在多元化内容体系基础之上具有指导性和交互性［5］，作为资源载体，对分散的课程资源进行统一建设和管理，便于师生查询和使用，同时将教师与学生、学生与学生之间的交流和合作贯穿到整个教学活动过程中，建立“一对一、一对多、多对多”［6］的联系。

（5）便于学生建立个性化的学习模式。网络学习环境可以最大限度地发挥学习者的主动性、积极性，实现个性化学习［7］。不同层次的学生可以对学习的内容、顺序、方式等模式进行个性化的选择［8］，充分考虑到学生之间的个体差异问题，解决了传统课堂实验教学模式中的普适问题，极大程度的增强教学效果。

总之，学生的兴趣是学习最好的动力［9］，在网络环境下实现互动式实验教学，能够使教学模式从传统的以讲授为主转变为学生探究，从传统的单一传授转变为多点交流，从统一的集体学习转变为个性化多样化的自主学习，真正的调动学生捕获新知识的积极能动性，激发学生学习兴趣［10］，培养创新能力和科学精神［11］，适应现代化信息教育的发展趋势。

2 互动式电子信息网络实验教学综合平台的设计原则

构建网络环境下的互动教学模式［12］，针对电子信息相关专业不同年级学生的特点，结合现代电子新技术，引导和启发学生沿着“提出假设、分析研究、解决问题、创新探索”的学习过程，把接受性和积累性的学习转变成探索性和发展性的学习［13］。因此，构建互动式电子信息网络实验教学综合平台（以下简称“实验教学综合平台”）应该遵循以下原则：

（1）以高新技术为导航。及时将新知识、新概念和新方法引入网络综合教学平台，兼顾先进性与科学性［14］，从而引导课程改革，更好的开展实验教学。在校的学生很少接触实际的项目，也缺少系统工程的概念，课堂上学到的理论很难直接联系到实际应用，学生难免会产生迷茫、不知所云的感觉。实验教学综合平台，能生动的将当前最新的技术展示出来，将相关的关键技术介绍给大家，使得学生觉得科技实际并不是遥不可及，这样就能激发学生的探索与创新能力。

（2）以培养能力为目标。如何培养适应社会需求的高素质应用人才，是实施质量工程、提高本科教育质量的主要任务［15］。实验教学综合平台以学生为中心，以教师和学生的相互交流学习为主要目标，为学生提供网络在线交流和学习的平台。将实验课程内容通过网络形式全面的展示出来，能够满足学生实时动态的学习需求，及时和主动的适应学生的学习情况，将课程特征与学生的认知过程结合起来，创造一切以学生为本的重要教育教学理念。

（3）以积极互动为途径。实验教学综合平台既能为学生的个性发展创造适宜的环境，还可以为师生的合作学习创造良好的空间，增强师生情感，促进学习小组互动。在传统课堂上，教师和学生的交流是面对面的，师生间的情感传递迅速而有效，在课堂以外，师生交流的机会少之又少，网络互动平台的建立能够给师生提供一个课外交流的契机，利用当下人们对网络虚拟时空的兴趣，采用协作学习、小组讨论等教学策略、通过更加积极和自由的环境来激发学生在良好学习氛围的学习兴趣。

（4）以及时准确为原则。实验教学综合平台应及时更新课程信息并提供反馈，为师生交互的开展提供了十分重要的作用，在一定程度上能够填补老师和学生之间的交流间隙，及时有效的反馈学生的学习效果，强化学生的学习能力。开辟的开放预约系统和留言板系统都可以及时的接收到老师和学生的各种意见和反馈，有助于实验教学更好的开展，促进教学改革。

3 互动式电子信息网络实验教学综合平台系统

3.1 实验教学综合平台的结构体系

实验教学综合平台要为用户提供一个可视化接口即管理界面，全方面的显示教学信息和接收相关数据。考虑到电子信息系列课程的前后衔接，把成果展示、学习空间、互动空间等模块进行整合优化，形成一个有层次结构的、统一贯穿的互动式网络实验教学综合平台体系。如图1所示，整个平台大致分为“展示-教学-互动”三个阶段。

图1 实验教学综合互动平台的体系结构

实验教学综合平台将实验教学中心和实验平台的整体概况进行展示，使得学生对课程和中心教学构架加深了解，而后通过网络学习，在线实验、考核等功能，弥补传统实验教学中学习的漏洞，按照“基础课程”、“专业进阶”、“综合训练”、“创新实践”的教学层次设立实验教学课程：基础课程主要通过模拟电路实验、数字电路实验、电子电工实验等基础实验课程的设置，重点培养学生的动手能力;专业进阶主要是以专业实验课程为主，重点培养学生利用专业知识分析、解决问题的能力［16］;综合训练主要是以集成器件为硬件平台，组合逻辑语言为软件支持而设计的工程实训课程，重点培养学生将软硬件结合实现真实应用的能力;创新实践主要是为学生提供学生科技创新活动，如大学生电子设计竞赛、“挑战杯”科技作品大赛、“百项创新工程”等项目机会，重点培养学生的创新意识和创新能力。这样，每个学生都可以为自己量身定做学习思路，针对不同需求开放不同模块，提高学生的动手能力。而学生因此获得的各种成果和奖励，又在很大程度上激励了自己和他人更好的开发思维努力创新，因此可以说，整个网络平台实现了“展示-教学-互动-展示”的良性7循环。

3.2 实验教学综合平台的功能框架

实验教学综合平台的框架及具体版块内容均是以“展示-教学-互动-展示”为主线，设置中心简况、资源环境、实验教学、成果展示、在线学习、师生互动、开放预约等一级模块，突出电子信息实验教学的开放创新教学特色，每个一级模块下还细化了多个二级模块，使得教学综合互动平台的整体结构更加清晰明朗，具体的框架、模块及系统内容设置如图2所示。

图2 教学综合平台的功能框架

（1）平台的角色、权限分配。系统共分为系统管理员、实验室管理员、实验中心主任、实验室主任、实验技术人员、资产管理员、教师、学生和未登录游客，每个角色依据实际情况分配相应的权限。如，系统管理员具有系统最高权限，其中包括用户管理和整理平台所有的信息和资讯等;实验中心主任和实验室主任拥有次级权限，其中包括新闻的发布和管理等;实验室管理员和资产管理员具有开放实验和场地仪器预约的管理权限;实验技术人员、教师和学生拥有师生互动模块的权限;而教师和实验技术人员能够方便地管理教学内容，将教学网络资源如教学大纲、电子教案、影视录像、习题作业等实现网络化，发布教学内容;学生拥有上传作业、在线实验、课后习题、在线预约等权限;未登录游客只能进行平台信息的浏览。

（2）展示模块的功能设置。展示模块主要分中心展示、教学展示、成果展示三个部分：中心展示模块用丰富的动态界面设计，将实验教学中心的整体情况，活灵活现的表露出来，更有助于人们了解实验教学中心的历史建设、教育特色、师资队伍、辐射作用，准确而完整的体现了教学定位、培养体系和教学方法，介绍中心承担的实验课程教学任务、中心主任及工作人员的岗位职责，展示实验教学环境，实验室分布、仪器状况等;教学展示模块列出中心所开设的所有实验课及具体内容，包括教学大纲、实验项目、实验教材、教学课件等，开设教学视频专栏，介绍每一门实验课的特色;成果展示模块主要包括全体教职员工和学生所获得的各项国家级、省部级和学校级的教学成果奖、竞赛奖、科研成果和项目成果，以及实验教学中心所承担的校企合作工程计划和兄弟院校合作计划。

（3）教学模块的功能设置。教学模块按照电子信息实验教学中心的教学体系，将实验课程分成了基础课程、专业进阶和综合创新三个部分，针对不同年级的学生开展不同的课程群。按照课程分类，每位授课教师都可以在自己的课程下发布课程信息、教学视频、布置作业、课后习题、查看学生作业情况、给学生作业评定成绩。每位学生可以根据自身情况进行选课、在线预习实验、在线听课观看实验视频、远程登录服务器虚拟完成实验，并且实现线上提交实验报告、课后自主练习、考试之前复习自测等功能。在创新实践基地模块中，实验教学中心为学生提供了“电子竞赛”、“百项创新”、“挑战杯”、“国创”等板块，并提供相应的教学资源，包括基础知识、典型电路、解题思路等资料，供学生开拓思维，根据个人情况进行自主学习。

（4）互动模块的功能设置。互动模块主要分为师生互动和开放预约两个环节。师生互动分别按照课程设计、创新实践和互帮互助等内容开辟专区，给师生更好的平台进行情感交流。不仅老师可以提供答疑解惑，还为能力比较强的学生提供展现自己帮助别人的平台，实现优势互补、资源共享。除此之外，学生可以在线提交留言板和学习点评，将意见和建议反馈给教师，有助于教学改革。开放预约环节主要为学生提供一些可以提高自身能力的机会，需要教师提供项目指导的学生可以进行开放实验的预约，我们还为学生提供模拟工位式的实验环境，每组课题配备一个“工位”和足够的实验仪器，这样可以保证精密仪器的规范管理和合理使用，同时确保实验项目的有序进行。

4 结语

提出了互动式网络实验教学综合平台的设计，以电子信息实验教学中心为例给出了平台建设方案，并指出相应的开发重点。互动式网络实验教学综合平台，是在共享教学资源的基础上，体现资源应用，对分散的课程资源进行了统一的建设和管理，给广大师生体统资讯收集、交流互动的机会。在教师教学方面，能够方便地管理教学内容;在学生学习方面，可以根据自己的实际需求自主打造学习方案，充分利用学校的网络资源和知识资源，促进自主学习和协作学习;在教学管理方面，实现教与学的相互监督和了解，促进学习效果，提高教学资源的利用水平和教学管理水平。

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