信息技术在金相实验教学中的应用

高 圆 席生岐 范传伟 孙巧艳 高义民

西安交通大学材料科学与工程学院 陕西西安 710049

2012年，教育部颁布的《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》对教育信息化进行了总体部署，总任务是使教育管理信息化水平显著提高，信息技术与教育融合发展的水平显著提升[1,2]。这标志着教育信息化的战略地位得到进一步确定，各学校由此大力开展教育信息化工作。高校实验室建设水平和运行效率在某种程度上体现了高校教育水平。随着计算机和网络技术的不断发展和广泛应用，现代信息技术得到了飞速发展，同时，现代信息技术对现代教育产生了巨大影响[3]。金相实验课在我校开设已有60多年的历史，目前已成为材料类、机械类、能源动力类、航天航空类和口腔医学类等专业的学科基础课和专业课的重要实验教学内容，占有重要地位。学生通过金相实验初步认识材料的微观世界，掌握金相显微镜使用和样品制备等技能，为今后从事金相检验或相关研究工作打下基础。

我院面向多个学院开设了多个金相实验项目，参加实验学生人数众多。如国家精品资源课程工程材料基础的8学时课内实验，包括金相样品的制备及金相显微镜的使用、碳钢和铸铁平衡及非平衡组织的观察分析、钢铁合金成分—工艺—组织—性能综合分析，每年参加实验的学生有1 000余人。面向材料专业学生开设的材料科学基础配套实验课金相技术与材料组织分析以及与材料研究方法配套的材料测试技术(金相部分)实验，每年有120余人参加实验。传统的金相实验教学存在互动性差、实践机会少、知识面窄、时间紧等不足，使得学生学习盲目性大、积极性不高，教学效果不尽如人意。我院顺应教育信息化建设趋势，将多媒体互动教学系统、精品课程资源共享、实验预约平台等多项信息技术应用到金相实验的教学中，极大地提高了学生的学习兴趣和教师的工作效率，有力地推进了教育信息化的进程。

1 金相实验预约平台

在教育信息化日趋发展的背景下，为了提高实验室预约管理效率，迫切需要开发一套智能化和人性化的实验室预约管理系统。金相实验预约系统可以实现计算机和智能手机同步预约。该系统不仅可以把实验室管理人员从繁重琐碎的管理工作中解脱出来，而且极大地提高了学生参与实验的积极性，提高了实验室的利用率。

实验网上预约管理系统的主体设计思路是：实验室管理人员对实验教学进行宏观调控，合理安排实验时间、实验场地、实验设备及辅导教师；学生根据自己的实际情况，在实验室开放时间内自行选择实验时间；实验辅导教师能够及时获得实验预约结果，据此安排必要的实验准备工作等[4]。

实验网上预约管理系统的用户角色有学生、教师和实验室管理员[5]。用户输入用户名和密码登录系统后，系统会自动识别用户角色，显示不同的用户界面。系统总体架构图如图1所示。

图1 实验室预约管理系统架构图

1.1 学生用户

在线预约：学生可以通过计算机或手机进行实验项目、实验室的预约申请、预约撤销、查看预约结果等操作，在操作完成后，会收到系统自动发送的邮件，以告知其预约情况。

实验签到：当天实验日程分组信息会显示在实验室公共大屏幕上，实验开始时，学生通过个人账号登录系统进行签到并开始实验。

报告提交：完成实验项目后，提交实验报告和相关文档。

成绩查询：实验课结束后查询实验项目成绩情况。

信用查询：查询个人实验违约情况等信用信息。

1.2 教师用户

课程查询：教师可以通过系统查看自己的实验课程和上课时间。

在线预约：教师可以通过系统进行调课申请、项目临时预约、预约结果查询、撤销预约等操作。

成绩评定：教师对选择其项目的学生提交的实验进行评定，实验评定结果由学生违约次数和实验项目完成情况共同决定。

1.3 实验室管理员用户

实验室管理：设置实验室名称、位置、简介和可用数量等信息。

设备管理：设置实验室设备信息，如设备编号、名称、设备状态(可用与否)、故障描述、设备IP等信息。

课程管理：负责安排教师在实验室的课表，审批调课。

预约管理：审核学生、教师的预约信息，设置邮件通知内容。

成绩管理：管理学生的实验项目成绩，设置成绩允许查询时间。

违约管理：查看、统计学生违约信息，设置违约权重，即占实验项目总成绩的比例，重置、修改违约信息等。

实验室网上预约管理系统为实验预约管理提供了一种实际可行的办法，对于保证实验室开放式运行起着重要作用。利用计算机的运算和存储能力，可根据实验教学改革和发展要求，不断扩充该管理系统，丰富和完善系统的内容和功能，更好地满足学校的实际教学和管理需求，从而不断推动学校的教育信息化进程[6]。

2 精品课程资源网络共享

教育部在精品课程的定义中谈到：“要使用先进的教学方法和手段，相关的教学大纲、教案、习题、实验指导、参考文献目录等要上网并免费开放，实现优质教学资源共享。”[7]我院以金相实验教学为重要组成部分的工程材料基础课程，2007年被评为陕西省精品课程，2009年入选国家精品课程，2013年入选国家精品资源共享课程，目前正在建设东西部高校课程共享平台。在学校课程中心的带动下，课程组建设了工程材料基础精品课程资源网站，包含课程简介、教学内容、教师团队、教材与参考、教案与素材、教学录像、答疑解惑和网上学习多个板块。此外，我校陕西省材料教学示范中心也已完成网站建设，它包含实验教材与大纲、多媒体课件、典型实验教学案例视频等多项精品课程资源。

精品课程资源网站为广大师生提供了教学和学习资源，通过计算机网络实现了优质教学资源共享，通过示范带动其他课程建设，全面提高了高等教育教学质量[8]。一方面，教师本身已经具备了丰富的材料专业知识，他们在浏览资源网站时，更希望获得与自己所教课程有关的新思想、新理念、新发展，希望了解其他教师如何组织这些课程内容，并把网站上的资源经过编辑修改整合到自己教授的课程中，借此完善自己的教学内容，提高教学质量。工程材料基础精品资源网站可以提供与金相实验相关的实验指导书和大纲、实验教学录像、教师授课用可选教学素材库以及自测试题库等内容，实现了服务教师教学的目的。学习本课程的在校学生，是精品课程网站最直接的使用者和受益者。他们在课堂上已经充分领略了优秀教师的教学风采，吸收了大量优秀的教学内容，在课下，精品课程网站的资源可作为其课外拓展的有益工具。例如：学生课后利用网络课件进一步消化课内知识；利用电子邮件解决疑惑；利用网上自测试题进行自我检测和习题解答；观看课程动画、实物录像和照片、组织照片，阅读材料轶事来提升学习兴趣和培养创新意识。同时，教师也可以利用网站资源进行网络教学，通过互动教学启发学生探询知识，鼓励学生进行自主学习。对于其他的学生和自学者来说，工程材料基础国家精品资源网站代表着国内最高水平的课程教学，学习者可以通过网络资源与自己所学的课程优化组合，把网站课程材料作为补充学习资源；还可以通过电子教案和教学录像自主学习；也可以利用课程网站上的往届试题或自测题测试自己的学习水平。

3 金相多媒体互动教学系统

我院引进的多媒体互动教学系统是一套集数码金相显微镜和计算机局域网为一体的设备，可以实现现代化多媒体互动教学。该多媒体互动教学系统包括一台教师计算机和教师用数码金相显微镜，16台学生计算机和学生用数码金相显微镜，能够满足小班实验教学需要，系统界面如图2所示。

图2 金相多媒体互动教学系统

教师机是该系统的控制中枢，学生机是系统的受控终端。课堂上，教师机可全面控制教室里整个网络的运行，如实时播放或演示显微镜中的活动图像或其他文件等，监视各个学生的显微镜视场和计算机运行状态，指导学生观察显微图像，与学生进行互动式讨论[9-11]。通过该互动系统，教师可将配套的多媒体课件和动画展示给学生，更加清楚直观地讲解金相显微镜的构造、原理和使用方法。同样，教师可针对显微组织中的特征相或组织进行讲解，指导学生观察显微组织图像，辨别各种组织类型。此外，该互动教学系统的引入一改传统教学中教师调好视场学生进行观察的教学方式，鼓励和指导学生亲自动手调像和选视场，激发了学生的学习兴趣，同时锻炼了其动手能力和分析问题的能力。通过系统中的远程控制，教师和学生能在各自的计算机上观察同一图像画面，学生可通过电子举手或网上短信，随时向教师发出互动交流要求或提问，教师可与任意选定的学生通话，进行图像的实时指导，或是参与学生的讨论，实现网上手把手教学[12]。

4 结束语

随着信息技术的迅速发展和教育信息化进程的加快，金相实验的教学方式也在发生着变化。我校正在设计和开发的实验预约管理系统将实现学生在课前通过计算机或智能手机预约课表的功能，提高实验室管理人员的工作效率，方便师生自主安排时间，更好地满足学校的实际教学和管理要求。精品课程资源的网络共享，使师生能够轻松获取优质的教学资源，为学生自主学习提供了一个优秀的平台，也为教师提供了一个互相交流共同进步的平台。多媒体互动教学系统的引入，真正实现了师生互动式教学，激发了学生自主学习的兴趣和积极性，提高了学生的动手实践能力。我们期待有更多信息技术应用到金相实验教学中，不断推进高等教育的信息化进程。

[1]汪基德.从教育信息化到信息化教育[J].电化教育研究,2001(9):5-10,15.

[2]何克抗.我国教育信息化理论研究新进展[J].中国电化教育,2011(1):1-19.

[3]周平红.我国高等教育信息化水平评测与发展预测研究[D].武汉:华中师范大学,2012.

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[5]王彬.基于.NET/WAP分布式高校开放式实验预约管理系统的设计与实现[D].青岛:中国海洋大学,2010.

[6]黄浩,陈寅山,张彦定.基于WEB的实验室开放预约管理系统的设计和实践[J].福建师范大学学报:自然科学版,2011,27(3):59-63.

[7]周子游.国家级精品课程网络共享研究[D].沈阳:沈阳师范大学,2012.

[8]徐磊.精品课程资源网站的设计与研究[D].北京:首都师范大学,2008.

[9]刘长虹,艾云龙,邓克明.基于多媒体显微互动系统的金相实验教学的改革[J].实验技术与管理,2008,25(5):89-91,95.

[10]葛利玲,井晓天,卢正欣.多媒体金相实验教学平台的建立[J].实验技术与管理,2004,21(1):96-99.

[11]陈洪玉,王振廷,徐家文.利用数码金相互动教学系统提高学生综合能力[J].实验室研究与探索,2010,29(1):111-112,117.

[12]袁永瑞,罗军明,邓莉萍.金相多媒体示教系统建立及数据库开发[J].热处理技术与装备,2009,30(3):56-59.