交互式開放電工電子實驗教學(xué)管理平臺的建設(shè)與開發(fā)

羅桂娥+覃愛娜+李飛+彭衛(wèi)韶+陳里

摘要：中南大學(xué)電工電子基礎(chǔ)教學(xué)實驗中心承擔(dān)全校電工電子系列課程的實驗教學(xué)和實驗管理工作。為與時俱進，緊跟世界先進大學(xué)的管理水平，以及學(xué)校為培養(yǎng)學(xué)生的自主實驗、創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力，注重學(xué)生個性化教育的教學(xué)改革需要，提出并開發(fā)了一個集開放式、交互式于一體的實驗教學(xué)管理平臺。該平臺借助當代信息技術(shù)，以“開放”、“交互”為主要特征，其中電工電子實驗網(wǎng)上遠程預(yù)約系統(tǒng)實現(xiàn)了開放式實驗教學(xué)；電工電子實驗自助查詢系統(tǒng)、LCD信息發(fā)布系統(tǒng)實現(xiàn)了交互式實驗教學(xué)管理。為實踐教學(xué)提供了一套完整、成熟、規(guī)范、高效、公開、公正的系統(tǒng)化工作流程；為教師、學(xué)生提供了一個資源豐富、擴展能力強的交流平臺。

關(guān)鍵詞：交互式；開放，實驗教學(xué)管理；自主學(xué)習(xí)

中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0274-03

一、引言

中南大學(xué)電工電子基礎(chǔ)教學(xué)實驗中心承擔(dān)全校電工電子系列課程的理論教學(xué)、實踐教學(xué)與管理工作。在電工電子系列課程的教學(xué)與改革中，實踐教學(xué)既是教學(xué)改革的重點，也是難點所在，而且直接關(guān)系到學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了調(diào)動學(xué)生在實踐教學(xué)過程中的主動地位，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性及創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、批判性思維能力與創(chuàng)新思維能力，打破傳統(tǒng)班級概念、打破傳統(tǒng)實驗教學(xué)中主要以驗證性為主的教學(xué)理念，把實驗自主權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實驗，我們對交互式開放實驗教學(xué)管理平臺進行了建設(shè)與開發(fā)。

二、電工電子交互式開放實驗網(wǎng)上遠程預(yù)約系統(tǒng)

在電工電子交互式開放實驗網(wǎng)上遠程預(yù)約系統(tǒng)的開發(fā)中，對同類專業(yè)同一班級學(xué)生打破班級概念，每個學(xué)生是一個個體，在實驗教學(xué)大綱的范圍內(nèi)，每個學(xué)生的選課時間及指導(dǎo)教師安排都可以不相同。因此，這種實驗時間采用自由預(yù)約方式，能更好地適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)時間的隨機性，讓有相同時間的學(xué)生一起進行實驗，這與打破課程班級制是相適應(yīng)的，從而大大提高實驗室的運行效率，更能讓學(xué)生進行自主實驗。

（一）電工電子交互式開放實驗網(wǎng)上遠程預(yù)約系統(tǒng)的主要功能

1.電工電子實驗網(wǎng)上遠程自由預(yù)約模式。首先，進行實驗開課前的準備工作，主要工作是由實驗教學(xué)管理主任導(dǎo)入、完善、修正各類教學(xué)數(shù)據(jù)，修改各種與本學(xué)期相關(guān)的實驗規(guī)則。然后，由授課教師輸入教學(xué)進度信息，對包含在課內(nèi)實驗的學(xué)生進行預(yù)約實驗?zāi)Ｊ郊s束。之后，讓包含在課內(nèi)實驗的學(xué)生優(yōu)先預(yù)約實驗。最后，讓單獨設(shè)實驗課的學(xué)生在公共約束規(guī)則下預(yù)約實驗。

預(yù)約實驗分三輪進行：第一輪，在選課時間內(nèi)以及各種預(yù)約規(guī)則條件下，學(xué)生根據(jù)自己的電工電子實驗教學(xué)任務(wù)，登錄系統(tǒng)預(yù)約自己相關(guān)的實驗項目及實驗時間。如果預(yù)約不成功，則進行第二輪預(yù)約；第二輪，系統(tǒng)管理員將不滿足開課規(guī)則的預(yù)約時間點進行清理，關(guān)閉部分預(yù)約時間，開放新的預(yù)約時間點。固定符合開課要求的預(yù)約時間點，取消不符合開課規(guī)則的預(yù)約時間點，部分學(xué)生重新選擇被取消的預(yù)約時間點；第三輪，重復(fù)第二輪方法。特別情況的處理：少數(shù)學(xué)生填寫申請，實驗中心主任批準后由系統(tǒng)管理員處理。

2.學(xué)生實驗操作管理。學(xué)生按照自己在網(wǎng)上預(yù)約的時間點到相應(yīng)的實驗室進行實驗，必須攜帶校園卡、實驗條形碼和預(yù)習(xí)報告進實驗室簽到，其中實驗條形碼是關(guān)聯(lián)該學(xué)生的本次實驗與其實驗成績的唯一標識。沒有條形碼將無法將本次實驗關(guān)聯(lián)到該學(xué)生的實驗成績，即實驗無效。同時，嚴格考勤制度，實驗課開始15分鐘后不得進入實驗室，系統(tǒng)自動關(guān)閉其簽到程序。

3.學(xué)生實驗成績的構(gòu)成。學(xué)生實驗成績由以下兩部分構(gòu)成。（1）實驗操作評分：由指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生實驗操作的規(guī)范性、數(shù)據(jù)結(jié)果的準確性、完成實驗后儀器設(shè)備及實驗桌椅的整理情況，當場進行相應(yīng)的實驗操作評分。學(xué)生在實驗后可看到自己本次實驗的操作分。（2）實驗報告評分：學(xué)生完成一個實驗后的一周之內(nèi)將實驗報告交到電工電子教學(xué)實驗中心各相關(guān)實驗室門口的實驗報告箱內(nèi)，必須貼有與該個實驗相關(guān)聯(lián)的條形碼，未貼或錯貼條形碼的實驗報告評分為零。老師從實驗報告箱拿到實驗報告，批改好后用掃描器對著實驗報告的條形碼進行掃描，系統(tǒng)自動彈出該學(xué)生本次實驗的實驗報告成績界面，老師將實驗報告成績輸入即可。

4.實驗成績匯總。到學(xué)期結(jié)束，學(xué)生完成所規(guī)定的實驗教學(xué)任務(wù)，系統(tǒng)按照給定的評分規(guī)則，自動評出所有參與實驗的學(xué)生本門實驗課程總成績。同時，將該成績匯總成Excel表格，經(jīng)過實驗教學(xué)管理主任把關(guān)后，與學(xué)校本科生院教務(wù)管理系統(tǒng)接軌，自動導(dǎo)入到其數(shù)據(jù)庫。

（二）電工電子實驗網(wǎng)上遠程預(yù)約系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)技術(shù)

1.軟件開發(fā)平臺。系統(tǒng)采用J2EE，它是在大型管理系統(tǒng)中被廣泛使用的技術(shù)，經(jīng)受了大量實際應(yīng)用的考驗；自主開發(fā)了BinaryStar框架，該框架穩(wěn)定、高效、可靠、可維護性強。采用業(yè)內(nèi)公認最穩(wěn)定、最高效的大型數(shù)據(jù)庫軟件Oracle；系統(tǒng)服務(wù)器用的是Tomcat應(yīng)用服務(wù)器，它是一個開放免費的應(yīng)用服務(wù)器，可以支持K級并發(fā)任務(wù)請求；采用的操作系統(tǒng)是Linux企業(yè)級操作系統(tǒng)，這是業(yè)內(nèi)公認最穩(wěn)定、最安全的操作系統(tǒng)，可連續(xù)運行數(shù)年不死機、不需重新啟動、無需人工維護、漏洞最少、無需不斷升級。最大程度地節(jié)省了系統(tǒng)開發(fā)費用，以及未來軟件升級所帶來的開支。

2.相關(guān)硬件的開發(fā)。（1）校園卡讀卡設(shè)備：采用當前主流的“射頻識別”RFID技術(shù)，通過識別學(xué)生校園卡這一唯一標識，并與學(xué)生信息數(shù)據(jù)庫結(jié)合查詢學(xué)生信息。該技術(shù)的應(yīng)用極大地加快了實驗的學(xué)生登錄過程、學(xué)生在自主查詢終端上的查詢過程。（2）條碼掃描器：采用線式CCD讀取條碼內(nèi)容，經(jīng)過MCU譯碼、編碼，然后以鍵盤數(shù)據(jù)的形式發(fā)送到PC機。通過軟件獲取條碼，對條碼數(shù)據(jù)庫進行查詢，確定與條碼相關(guān)的學(xué)生、實驗內(nèi)容、實驗時間等信息。該技術(shù)的實現(xiàn)可以極大地加快實驗報告的內(nèi)容讀取速度。（3）手持式無線評分器：采用嵌入式處理器、大容量Flash存儲器、無線局域網(wǎng)、觸摸、高效電源管理、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式網(wǎng)頁瀏覽器、嵌入式圖形界面、文件系統(tǒng)等軟、硬件技術(shù)結(jié)合而成。該設(shè)備的開發(fā)大大提高了實驗指導(dǎo)教師對學(xué)生實驗操作分的評分效率。endprint

（三）開放式電工電子實驗教學(xué)模式的實現(xiàn)

電工電子實驗網(wǎng)上遠程預(yù)約系統(tǒng)真正打破了傳統(tǒng)以班級為單位進行實驗的模式，以學(xué)生個體為單位，自主選擇實驗時間，根據(jù)所學(xué)專業(yè)和不同層次需求選修不同模塊的實驗項目，真正實現(xiàn)了時間上和內(nèi)容上的全方位開放式實驗教學(xué)，更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的個性化需求。

三、電工電子實驗自助查詢系統(tǒng)

1.電工電子實驗自助查詢系統(tǒng)的主要功能。針對實驗學(xué)生，只需刷校園卡即可查詢個人全部實驗信息，包括：所有實驗項目內(nèi)容、實驗時間、實驗地點、指導(dǎo)教師、已完成實驗操作成績、已批改實驗報告成績、實驗報告條碼；本學(xué)期實習(xí)內(nèi)容、實習(xí)時間、實習(xí)指導(dǎo)教師；當前系統(tǒng)重要信息；查詢教師聯(lián)系電話；查詢以往學(xué)期實驗成績等相關(guān)信息。

針對實驗任課教師，只需刷校園卡即可查詢個人本學(xué)期實驗指導(dǎo)時間、合作老師信息、實驗指導(dǎo)內(nèi)容、每次實驗的學(xué)生名單、本學(xué)期需要批改的實驗報告數(shù)量。

2.電工電子實驗自助查詢系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)技術(shù)。集成了RFID技術(shù)、觸摸屏技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，軟件方面包括：驅(qū)動程序、Web界面開發(fā)、瀏覽器、操作系統(tǒng)定制等。

四、電工電子實驗LCD信息發(fā)布系統(tǒng)

1.電工電子實驗LCD信息發(fā)布系統(tǒng)的主要功能。提供實驗室地圖，地圖上可以顯示本中心所有實驗室的位置，當前開放實驗室，當前開放實驗室的實驗人數(shù)、實到人數(shù)、實驗內(nèi)容、指導(dǎo)教師姓名等信息。學(xué)生可以很快找到實驗室開展實驗，節(jié)省時間。

提供實踐環(huán)節(jié)中常用實驗儀器如何使用的視頻及初級實驗項目操作的視頻等，為學(xué)生預(yù)習(xí)制度的建立提供支撐。學(xué)生通過在線瀏覽、下載視頻教程，學(xué)習(xí)實驗內(nèi)容，了解實驗過程，掌握儀器使用等。大大降低了教師簡單的、重復(fù)性勞動，使得實踐教學(xué)的重點從“填鴨式”轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)式。學(xué)生可以實現(xiàn)從被動學(xué)習(xí)到主動實踐（工程實踐能力、創(chuàng)新思維）的轉(zhuǎn)變，從而提升學(xué)生實踐的層次與能力。

可以配合學(xué)校開展各種宣傳工作。提供多媒體信息展示，支持JPG、AVI、PNG、flash動畫等多種格式的圖像、視頻、音頻等多媒體數(shù)據(jù)展示。

2.電工電子實驗LCD信息發(fā)布系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)技術(shù)。在新校區(qū)綜合實驗樓大門顯著位置懸掛了2.5m×3m的LCD顯示屏，在綜合實驗樓三樓各入口處懸掛了高清顯示屏及觸摸屏，同時開發(fā)了各種軟件支持多媒體數(shù)據(jù)的上傳、多媒體數(shù)據(jù)播放等控制操作。

五、完善的交互性開放實驗教學(xué)管理規(guī)章制度

項目組成員設(shè)計了一套適合“交互式開放實驗教學(xué)”的一系列規(guī)章制度，通過信息化系統(tǒng)將實驗課程設(shè)置、主講教師和輔助人員隊伍職責(zé)要求與數(shù)量配備、教學(xué)大綱與教學(xué)計劃、實驗“班級”規(guī)模、指導(dǎo)教師教學(xué)指導(dǎo)與管理規(guī)范、批改實驗報告、學(xué)生實驗成績評定、實驗教學(xué)改革與研究等方面的要求切實轉(zhuǎn)變到提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力上來。此外，平臺還實現(xiàn)了實驗過程的良好秩序，解決了不依賴行政班級的高效率實驗報告批改流程，并在近兩年的時間中不斷修正，內(nèi)容包括：（1）開放實驗室運行管理規(guī)定；（2）教師指導(dǎo)實驗工作條例；（3）教師進行實驗操作評分原則；（4）教師批改實驗報告評分原則；（5）實驗成績匯總導(dǎo)出總審核規(guī)定。

六、結(jié)束語

通過交互式開放實驗教學(xué)管理平臺的建設(shè)與開發(fā)，構(gòu)筑了電工電子實驗網(wǎng)上遠程自由預(yù)約系統(tǒng)、自助查詢系統(tǒng)和LCD信息發(fā)布系統(tǒng)，以及一系列完善的規(guī)章制度，從而最大效率地實現(xiàn)信息共享、教學(xué)與實踐同步，提高實驗室資源利用率、降低實驗成本。隨著對實踐手段、實踐內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等主要內(nèi)容進行更新、細化、分類化，系統(tǒng)可以滿足不同培養(yǎng)模式的培養(yǎng)需求，以及學(xué)生日益增長的工程實踐能力需求。交互式開放電工電子實驗教學(xué)管理平臺的建設(shè)與開發(fā)對于我校培養(yǎng)面向21世紀高質(zhì)量的創(chuàng)新型、研究型、工程型科技人才而言是一次有益嘗試，系統(tǒng)的開發(fā)有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實驗。

參考文獻：

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[3]孫惠英，陳秀麗.高校電工電子類實驗室開放管理模式探討[J].教育教學(xué)論壇，2015，（37）：276-278.

Abstract：The experimental teaching and experimental management of the electrical and electronic courses of Central South University is undertaken by the teaching and experiment center of electrotechnics and electronics. In order to keep pace with the times，keep up with the world advanced level of management of the university，and the school for the training of students' independent experiment，creative thinking and innovation ability，pay attention to students' individualized education teaching reform，proposed and developed a set of open，interactive experimental teaching management platform. With the help of modern information technology to the platform，"open"，"interactive" as the main feature，the electrical and electronic experimental online booking system to achieve remote open experimental teaching；electronic experiment self inquiry system，LCD information system to realize the interactive experimental teaching management. In order to practice teaching provides a complete，mature，standardized，efficient，open，systematic work process justice；for teachers to provide students with a rich in resources，the ability to expand the communication platform.

Key words：interactive；open，experimental teaching management；autonomous learningendprint