浅探信息化理实一体教室的应用

许康

[摘要]理实一体化教室具有三维电子教室、网络教学等功能。教师可以通过各方面教学实践，探索充分利用理实一体化教室的方法。

[关键词]信息化;理实一体化教学;理实一体化教室

[中图分类号]G71 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2020）12-0095-02

理实一体化教学法即理论实践一体化教学法，让学生通过实践操作来体验工作过程，增加直接经验。这是一种突出学生动手能力和专业技能培养、充分激发学生学习兴趣的教学方法。普通教室不能作为理实一体化教学场所来使用。大部分学校使用各类实训室来开展理实一体化教学，这类场所主要提供操作场地，同时提供黑板、投影仪等作教学之用，相关配置难以满足信息化教学需要。

一、当前理实一体化教室的缺陷

在理实一体化教学实施过程中，教师常被一些问题困扰，例如常用的电子实训场地因容纳空间有限、安全等原因，不能安装计算机，而微视频、仿真等信息化教学方式离不开计算机，因此不得不让学生在多媒体教室和理实一体化教室之间跑来跑去;电子仪器面板较小，教师操作时，学生很难观察，只能让部分学生上台来看，轮流观察，效率低下;学生所用仪器不能够远程控制，每台仪器的每个操作都必须由学生独立完成，无法有效地循序渐进地控制，不利于教学的有效进行;对于学生的错误，教师需要一对一讲解，无法将典型错误及时展现给其他学生。

二、信息化理实一体教室的配置及功能

1.配置

笔者所在学校已建成的信息化理实一体教室共有32个学生工位和1个教师工位，每个工位配有数字示波器、智能电源、信号发生器、万用表各一个。所有仪表均带有网线接口，可接入网络。任一智能终端，只要自带浏览器，即可设置仪表的参数，读取仪表测量的数据，且数据可保存于服务器并在浏览器中查看。

所有工位均配有触摸屏工业计算机和摄像头，教室后方安装具有跟踪功能的网络摄像头一台、服务器一台，所有触摸屏计算机、摄像头和各工位的所有仪器均通过路由器连接在一起，并连接到服务器上。

2.功能

（1）三维电子教室。由于每个工位（包括教师工位）都有摄像头，因此教师可以在操作时将摄像头对准操作对象，然后实时“广播”，让每位学生都能看清操作的过程和细节，不再需要教师分组讲解、多次演示。学生的操作也可以通过摄像头在教师机上展示，教师在讲台上即可观看各工位学生的操作，并可对特别关心的工位放大观看。必要时，可以通过黑屏等方法强令学生从实践操作状态切换回听课状态。

（2）统一控制仪器、仪表参数。电子技术等课程在整个教学过程中都要用到示波器、信号发生器、万用表等仪器仪表，然而在学生刚开始学习本课程时就教学生使用这些仪表并不合适，学生对原理一无所知，学起来困难，教的“度”也难以掌握。利用仪器远程控制功能，教师可以控制学生端各种设备的参数，就不需要学生自行设置了。

（3）工作/学习过程记录。各工位的摄像头可以记录学生的操作并将其保存于服务器上。在当前条件下，硬盘可以存储32路摄像头最长40小时的数据。以一个班级每周4课时来计算，可以保存5个班级2周半的数据。如果学生某一次理实一体化项目的最终结果不正确，而教师难以根据最终结果推断其出错的原因，就可以通过观察过程記录来进行分析。

（4）教学平台。通过专门为本系统设计的教学平台，可以设置课程直播的起、止时间。在这段时间之内，学生计算机登录上网后，可以收看教师机的直播。直播中，教师可以插入各种视频、动画、PPT等。学生在直播课堂中或者课后均可以使用练习模块，练习模块中可给出电路图并要求测量各测试点的电压、电流、频率、波形等参数。测试的数据可以直接读人计算机并上传到服务器，服务器端可以直接判断学生操作是否正确。这一功能也有助于实现理实一体化教学评价的自动化。

（5）网络教学。将服务器接入互联网，教学直播操作可以在互联网上进行，如果远在千里之外的学习者手中有一套仪器，那么那些仪器同样可以接受控制，而学习者测量的数据、波形也可返回到教师机上，这是一个巨大的突破。

三、教学实例

1.信息化教学

教学内容：放大器的偏置电路。该部分内容使用信息化方法来进行教学。①微视频。使用Multisim录制微课，要求学生通过观看视频回答问题，自主学习。每个工位都有电脑，学生通过反复看视频、观察细节，最终都能完成任务。②实物测试。对于使用仿真方式难以讲解清楚的信号叠加问题，借助于实物信号发生器和示波器，学生在教师指导下连接一根导线（参数统一由教师通过教师机设置），学生直观地观察信号叠加后出现的波形上移直到移出视界之外的现象，理解“偏置”的概念。

2.“三维空间”电子教室教学

教学内容：万用表的使用、示波器的使用等。这些内容的教学均需要实际操作仪表。传统教学中，如果教师演示，则学生需要分组观看，否则是看不清楚的。“三维空间”电子教室里的摄像头可以将教师的操作呈现在各工位的电脑上，学生可以直观地看到教师的操作。教师通过“巡检”，观察每个学生的操作，发现问题，直接进行现场指导。

3.教学平台的利用

教学内容：晶体管稳压电源的制作与调试。该部分内容需要学生掌握整流、滤波、稳压相关知识，学会调节示波器量程，学会使用万用表测电压。教师可利用平台备课，将教学内容分解成若干部分，并且设定若干测试题，预设测量的结果，如稳压电源的输出要求为5v，按要求±10%均符合要求。系统要求设置答案时，有两种方法，一种是给定标准答案和误差比例，这适合于偏差值正负对称的情况;另一种是设定上极限和下极限，例如理论上整流滤波电路的输出电压为12V，但由于器件误差、供电电压误差等因素，其值变动可能很大，但只要不低于12V，即可认为是正确的，那么就可以设置该点电压答案上极限为30V，下极限为12V。学生利用平台提供的万用表进行测试，并且将测试的结果直接输入系统中，系统可以根据预设的值来判断测试结果是否正确。借此可以完成自动评价，将教师从繁重的工作中解放出来，让教师专注于教学设计及教学过程。

四、反思及建议

限于经费、技术水平等原因，当前理实一体化教室可以自动采集与识别的参数仍较少，主要是电压、电流、频率等有限的几种，而对于波形等参数尚无法做到自动识别，只能采集图形，由教师来评阅。其实图形、图像识别技术已非常成熟，如果有相关领域的专业公司介入，扩大参数采集和识别范围并不困难。

（责任编辑：周侯辰）