淺談實(shí)驗教學(xué)資源數字化與教學(xué)模式革新研究論文
論文關(guān)鍵詞：實(shí)驗教學(xué) 教學(xué)信息化 教學(xué)資源數字化
論文摘要：信息化是高校實(shí)驗教學(xué)發(fā)展的必然趨勢[1]，而教學(xué)資源數字化是實(shí)施和實(shí)現教育教學(xué)信息化的基礎。本文從高校實(shí)驗教學(xué)和教學(xué)資源建設的現狀和實(shí)際出發(fā)，以“信號與系統”課程實(shí)驗教學(xué)為主要研究對象，對網(wǎng)絡(luò )化實(shí)驗教學(xué)平臺構建、電子學(xué)習（E-learning）資源開(kāi)發(fā)、虛擬實(shí)驗資源開(kāi)發(fā)和利用、創(chuàng )新和完善實(shí)驗管理及考核與成績(jì)評價(jià)機制等方面進(jìn)行了研究，并以此為基礎進(jìn)行教學(xué)模式革新的探索。
一、高校實(shí)驗教學(xué)的現狀
實(shí)驗教學(xué)與理論課不同，受實(shí)驗設備和教學(xué)條件等因素的影響，實(shí)驗教學(xué)數字化資源建設似乎難度更高。目前，高校實(shí)驗教學(xué)的現狀為：
1.取得了長(cháng)足進(jìn)步
實(shí)驗教學(xué)得到了普遍重視，實(shí)驗室和實(shí)驗教學(xué)的概念從自然科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域擴展到了經(jīng)濟與其他科學(xué)領(lǐng)域[2]；實(shí)驗教學(xué)成本大大降低，新的實(shí)驗設施和教學(xué)實(shí)驗室建設方面取得了喜人成績(jì)；信息技術(shù)正逐步應用于實(shí)驗教學(xué)。
2.存在的問(wèn)題
實(shí)驗教學(xué)本身具有對實(shí)驗設備、實(shí)驗場(chǎng)所和授課時(shí)間等因素依賴(lài)性較強的特點(diǎn)。目前，實(shí)驗教學(xué)資源的建設大多局限于實(shí)驗教材的電子化、CAI課件的制作、實(shí)驗報告規范和要求等。一般采用按部就班的教學(xué)程式，即教師講解實(shí)驗原理、演示實(shí)驗步驟或例程；學(xué)生按指定步驟實(shí)驗并“填寫(xiě)”實(shí)驗報告的方式。
與理論課一樣，實(shí)驗教學(xué)數字化資源建設和真正應用也應受到足夠的重視。
二、對數字化教學(xué)資源的理解
于文秀在《光明日報》發(fā)文指出：有效地利用數字化教學(xué)資源，對于學(xué)生學(xué)習能力以及問(wèn)題意識的培養乃至懷疑精神的塑造具有重要意義。通過(guò)對數字化教學(xué)資源的有效利用，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習與發(fā)現的興趣，是培養自主學(xué)習能力和創(chuàng )業(yè)能力極佳的路徑。[3]
教學(xué)資源數字化建設是一項復雜的系統工程，它不只是一種簡(jiǎn)單的投資行為和硬件設施、信息網(wǎng)絡(luò )建設的過(guò)程；也不只是片面地將計算機等工具應用于教學(xué)。而是在現代教育思想和先進(jìn)理念的指導下，通過(guò)信息環(huán)境的支持，積極應用現代信息技術(shù)，理順教師、學(xué)生和資源三者間的關(guān)系，革新和開(kāi)發(fā)教學(xué)資源，為教學(xué)效率的提升、為教學(xué)模式的深化改革和為教學(xué)效果的提高提供基礎性條件和可靠保證。教學(xué)資源數字化遠不只是將教材電子化，不是教材和講義的簡(jiǎn)單重復。而是現代教育教學(xué)理念和方法、認知和學(xué)習規律、現代學(xué)習評價(jià)和考核方式的綜合應用。
實(shí)驗教學(xué)數字化可以解決目前實(shí)驗教學(xué)資源相對單一的問(wèn)題，促進(jìn)新教學(xué)模式的探索和應用、促進(jìn)教學(xué)效率和成效的'提高。信息化是實(shí)驗教學(xué)發(fā)展的必然趨勢，而教學(xué)資源數字化則為教育教學(xué)信息化的基礎。
三、實(shí)驗教學(xué)資源數字化
基于對教學(xué)資源數字化的理解，從實(shí)驗教學(xué)和教學(xué)資源建設的現狀和實(shí)際出發(fā)，以“信號與系統”課程實(shí)驗教學(xué)為主要研究對象，筆者進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò )化實(shí)驗教學(xué)平臺構建、電子學(xué)習（E-learning）資源開(kāi)發(fā)、虛擬實(shí)驗資源開(kāi)發(fā)和利用、創(chuàng )新和完善實(shí)驗管理以及考核與成績(jì)評定機制等方面的探索。
1．依托信息環(huán)境，構建網(wǎng)絡(luò )化教學(xué)平臺
依托信息環(huán)境，根據教學(xué)目標，參考教材[4]，筆者構建了“信號與系統”實(shí)驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò )平臺。一級菜單設濾波器、電路響應、方波信號分解與合成、信號抽樣與恢復、綜合測試、第二課堂、有用鏈接等；二級菜單，對應“濾波器”設置：E-learning、虛擬實(shí)驗、低通、高通、帶通、帶阻等；三級菜單，對應“低通”設有：知識講座、問(wèn)題引導、操作參考等。
2．積極轉變教師角色，建設數字化教學(xué)資源和電子學(xué)習模塊資源
教學(xué)資源數字化要求我們及時(shí)理順教師、學(xué)生和資源三者間的關(guān)系。教師不能再維持自己的“專(zhuān)家”角色，而是和學(xué)生協(xié)作，指引和幫助學(xué)生獲取、組織、解釋、轉換及重組各種教學(xué)信息和資源；教學(xué)也不再是“滿(mǎn)堂灌”，而是以適當的教學(xué)資源為媒介，通過(guò)個(gè)性化教學(xué)、任務(wù)驅動(dòng)、師生協(xié)作、自主探索的方式進(jìn)行知識建構。
據此，要求構建包括CAI課件、電子講義等在內的一系列數字化教學(xué)資源。根據教學(xué)需求，利用Captivate軟件結合Matlab和Photoshop等軟件設計和開(kāi)發(fā)了信號抽樣和恢復實(shí)驗、線(xiàn)性電路零輸入響應和階躍態(tài)響應實(shí)驗等的電子學(xué)習模塊軟件資源。這些資源的設計和開(kāi)發(fā)，使學(xué)生能在課前課后，不拘泥于實(shí)驗場(chǎng)所和地點(diǎn)，根據自身需求互動(dòng)式地進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習。這些用Captivate制作出的E-learning軟件模塊與普通CAI課件相比，最大特色就在于它與學(xué)習者之間有更多的交互（Interaction）操作，更易于激起學(xué)習興趣，學(xué)習效果更好。當然，這需要花更多時(shí)間來(lái)準備和加工這些教學(xué)資源，而且還應盡量做到信息技術(shù)和教學(xué)目標的無(wú)縫結合。
3．開(kāi)展虛擬實(shí)驗研究，實(shí)現“虛實(shí)”結合
在“信號與系統”實(shí)驗教學(xué)改革中，利用Java、Matlab、SQLServer等軟件設計和開(kāi)發(fā)了幾個(gè)典型的虛擬實(shí)驗，如濾波器、方波信號分解和合成、信號抽樣和恢復、常見(jiàn)電路響應等虛擬仿真實(shí)驗。這樣，學(xué)生可在課前、課后根據自己的實(shí)際情況進(jìn)行交互式學(xué)習，還可方便地修改實(shí)驗參數、設計實(shí)驗步驟、創(chuàng )設實(shí)驗情境進(jìn)行“研究式”和“協(xié)作式”學(xué)習，而不再是“按圖索驥，生搬硬套”，也突破了時(shí)間和地域的限制。譬如，在濾波器實(shí)驗中，有了虛擬實(shí)驗器件，學(xué)生可利用分立元件或集成運放自行設計構成各種濾波器電路，自行修改其中元器件的參數并可以方便地進(jìn)行比較。這種方式還允許部分學(xué)生有個(gè)性地“先行”，對于現行的班級授課制也是一個(gè)有益補充。 虛擬實(shí)驗方便學(xué)生更改實(shí)驗電路、大膽設想和創(chuàng )設實(shí)驗情境并證實(shí)設想的正誤；也有利于培養其發(fā)現問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。傳統實(shí)驗能形成和提高學(xué)生的實(shí)驗基本技能和實(shí)踐動(dòng)手操作能力。兩者可以而且應該很好地結合起來(lái)。
4．學(xué)、練、評相結合，構建數字化評價(jià)與管理體系
在每個(gè)實(shí)驗中設置了若干知識主題，在網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺中對每一主題根據需要設置了“知識講座”、“問(wèn)題引導”、“操作參考”等模塊。系統能記下學(xué)生的操作次數、學(xué)習時(shí)間長(cháng)短及操作類(lèi)型，這幾個(gè)指標可為教學(xué)管理和評價(jià)提供原始數據。此外，每個(gè)實(shí)驗都有“在線(xiàn)測驗”模塊——利用Captivate軟件對每個(gè)主題設置了“問(wèn)題池”和相應的答案，這樣每次學(xué)生進(jìn)行測試時(shí)能進(jìn)行隨機抽取試題，并當場(chǎng)判斷學(xué)生答問(wèn)是否正確，給出量化成績(jì)�；咀龅綄W(xué)、練、評這三者相結合，實(shí)現了實(shí)驗教學(xué)管理和成績(jì)評定數字化，提高了教學(xué)效率。
5．積極開(kāi)展網(wǎng)上“第二課堂”建設
在實(shí)驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò )平臺中設置了“第二課堂”，加強師生課后交流，也能在一定程度上豐富生活和激起學(xué)習興趣，正所謂“在玩中學(xué)，在學(xué)中樂(lè )”。師生可以借此發(fā)布討論主題、各抒己見(jiàn)，可以是電子制作或系統的設計思路、工具和元器件選擇及注意事項；可以圍繞某一數學(xué)公式，從公式特征、形式到公式物理意義，進(jìn)而討論其在工程實(shí)踐中的應用。
四、實(shí)驗教學(xué)資源數字化應用與教學(xué)模式革新探索
上述探索與研究的部分成果已在本校信息工程專(zhuān)業(yè)2005級、2006級兩個(gè)年級的“信號與系統”實(shí)驗教學(xué)中得到了初步應用。學(xué)生能借助網(wǎng)絡(luò )信息環(huán)境，利用數字化資源進(jìn)行實(shí)驗前預習、討論甚至自行提出實(shí)驗方案，開(kāi)展實(shí)驗后討論、總結和實(shí)驗數據分析。革新了傳統“按部就班”式的實(shí)驗教學(xué)模式，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習自主性、積極性，不斷培養和提高學(xué)生的創(chuàng )新能力。
使用信息反饋表表明：81.1%的學(xué)生認為網(wǎng)絡(luò )化教學(xué)平臺的設計和開(kāi)發(fā)符合自學(xué)和實(shí)驗需求；92%的學(xué)生認為基于Captivate的相關(guān)習題和在線(xiàn)測試模塊十分有利于對有關(guān)知識的學(xué)習和自測；87.8%的學(xué)生覺(jué)得網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺易于使用。當然，有部分同學(xué)提出建議，下一步可結合學(xué)校圖書(shū)館資源加強教學(xué)資源的建設，特別是在實(shí)驗數據處理與實(shí)驗結果分析方面的資源建設。
五、結束語(yǔ)
筆者立足現實(shí)、結合網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，對實(shí)驗教學(xué)資源數字化進(jìn)行了有益探索，并以此為基礎開(kāi)展了革新教學(xué)模式研究。資源數字化有利于充分利用網(wǎng)絡(luò )環(huán)境和信息技術(shù)發(fā)展的成果，有助于實(shí)現教學(xué)模式的革新，有利于提高學(xué)生自主學(xué)習的積極性，有利于提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和培養學(xué)生創(chuàng )新能力。
參考文獻：
[1]熊大紅,高志強,李坤.高校實(shí)驗教學(xué)信息化研究[J].湖南農業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會(huì )科學(xué)版),2008,9(2):88-89.
[2]牛瑞霞,張榮明.淺談高校實(shí)驗教學(xué)信息化[J].廣州化工,2006,34(6):59-61.
[3]于文秀.數字化教學(xué)資源的意義與挑戰[N].光明日報,2008-2-27(10).
[4]吳大正.信號與線(xiàn)性系統分析[M].北京:高等教育出版社,2004.
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