工科專業(yè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)開展的現(xiàn)狀及對(duì)策研究

常江 鞏雪 任嬋媛

摘 ? ?要：近年來，媒體融合技術(shù)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)意義上的多媒體虛擬技術(shù)已逐漸被形式更加多樣、交互性更好的新媒體取代。將多種媒體形式與傳播媒介相融合，依托互聯(lián)網(wǎng)開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施，成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的新方向和熱點(diǎn)。文章從工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)開展中遇到的問題出發(fā)，從加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的數(shù)字化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與媒體介質(zhì)的融合及構(gòu)建數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)三個(gè)方面提出了完善工科數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的對(duì)策，為后續(xù)開展相應(yīng)教研實(shí)

踐奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn);工科;媒體融合;對(duì)策

中圖分類號(hào)：G642.3 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2019）010-0055-02

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)來完成部分或全部功能的實(shí)驗(yàn)[1]。國際上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)主要有兩類：一類是微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，另一類是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。自1984年美國馬薩諸塞州劍橋?qū)W院技術(shù)研究中心的Tinker提出數(shù)字化實(shí)驗(yàn)構(gòu)想以來，經(jīng)過三十多年的不斷發(fā)展，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)整合和開發(fā)研究方面取得了大量的成果。我國也在1999年左右開始了以虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)為代表的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探索。

新媒體技術(shù)以數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)為基礎(chǔ)，是一個(gè)多種產(chǎn)業(yè)技術(shù)整合的動(dòng)態(tài)產(chǎn)物，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，呈現(xiàn)出PC和多種移動(dòng)終端如手機(jī)、平板電腦的不斷融合。傳統(tǒng)意義上的多媒體虛擬技術(shù)已經(jīng)逐漸被形式更加多樣、交互性更好的新媒體取代。

將多種媒體形式和傳播媒介相融合，依托互聯(lián)網(wǎng)開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施，成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的新的方向和熱點(diǎn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究一直是自然科學(xué)、技術(shù)學(xué)、工程學(xué)及數(shù)學(xué)學(xué)科領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。在媒體融合背景下的開放式的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是一種高層次的自主性的合作實(shí)踐過程。在這種開放式的實(shí)驗(yàn)過程中，從選題到資料收集整理，再到研究方案確定、實(shí)驗(yàn)過程實(shí)施，最后形成實(shí)驗(yàn)成果，整個(gè)過程始終是以學(xué)生為中心，以學(xué)生自主和主動(dòng)的參與為基礎(chǔ)，學(xué)生經(jīng)歷的不僅僅是一個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程，體會(huì)更多的是科研的方法[2]。

將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容與現(xiàn)有的多種媒體形式相結(jié)合，通過不同的媒介形式進(jìn)行傳播推送，將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程以數(shù)字化的形式進(jìn)行再現(xiàn)和實(shí)施，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程以多種形式展現(xiàn)，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)視頻演示到儀器設(shè)備的仿真操作，從實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)預(yù)約到實(shí)驗(yàn)過程的交互式交流，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可視化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到實(shí)驗(yàn)成績的有效評(píng)價(jià)等方面開展研究和實(shí)踐，能夠有序地把媒體及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到開放式實(shí)驗(yàn)過程中，將會(huì)為最大限度地發(fā)揮學(xué)生自主性、積極性和創(chuàng)造性奠定良好的基礎(chǔ)。在媒介融合背景下構(gòu)建合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和實(shí)驗(yàn)管理模式，能夠有效地提高工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的信息化建設(shè)程度，方便實(shí)驗(yàn)室的開放式管理，有效提高教學(xué)資源的共享利用率，可以顯著提高人才培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[3]。

一、當(dāng)前工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)開展的現(xiàn)狀

對(duì)哈爾濱商業(yè)大學(xué)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展情況，尤其是對(duì)工科專業(yè)專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施過程進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程或者簡單的虛擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有教學(xué)的需求。

1.隨著學(xué)生數(shù)量的迅速增加，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的補(bǔ)充不到位。實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)不足，造成分組實(shí)驗(yàn)中，單組學(xué)生人數(shù)過多。以哈爾濱商業(yè)大學(xué)印刷工程專業(yè)為例，原有的5人一組的紙張性能測試實(shí)驗(yàn)，目前基本上為8人以上。在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)中，只能減少單個(gè)學(xué)生的測試任務(wù)量。學(xué)生在一次實(shí)驗(yàn)過程中，只能對(duì)單一樣品進(jìn)行單次測量，以小組為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)整合分析。學(xué)生對(duì)不同試樣測試過程和測試結(jié)果的直觀感受減少，不同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間人為的數(shù)據(jù)誤差增大，學(xué)生后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確或湊結(jié)果的現(xiàn)象增多。

2.由于學(xué)生實(shí)際操作時(shí)間的減少，學(xué)生更多的是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定動(dòng)作，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上步驟，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。留給學(xué)生開放式的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，或者試錯(cuò)的時(shí)間幾乎沒有。這就造成了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課后，也只是做過實(shí)驗(yàn)，知道實(shí)驗(yàn)流程而已，而對(duì)于為什么要這么做、否則會(huì)有什么樣的結(jié)果等問題缺少思考。同時(shí)，師生之間有效的交流減少，教師要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成基本實(shí)驗(yàn)過程的講解，再加上學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果并不好，使部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開始階段并不能有效地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，教師無法針對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題進(jìn)行及時(shí)的反饋。

3.對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成績?cè)u(píng)價(jià)形式單一，更多地以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式完成。學(xué)生把更多的精力投放到實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)的處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫上。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程、儀器設(shè)備的調(diào)試和操作關(guān)注度不夠，實(shí)際訓(xùn)練的目的并未達(dá)到。

4.由于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件無法實(shí)現(xiàn)7天×24小時(shí)實(shí)時(shí)開放，加之學(xué)生缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練、部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備也不能隨時(shí)使用，造成實(shí)驗(yàn)室開放不夠，設(shè)備利用率不足。很多設(shè)備僅僅面向一個(gè)專業(yè)一門課程，造成了嚴(yán)重的浪費(fèi)。以學(xué)生開展科創(chuàng)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，需要教師花大量時(shí)間進(jìn)行儀器使用培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)流程演示，學(xué)生綜合利用設(shè)備的能力不夠。

以上現(xiàn)象實(shí)際上是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)開展過程中的通病，尤其是在傳統(tǒng)的課堂講授+實(shí)驗(yàn)室操作這樣的教學(xué)模式下，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，開放性的思考和交互式的信息反饋效果不好，造成學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課興趣不高，理解不深等問題。這也從一定程度上造成了培養(yǎng)應(yīng)用型人才的工科專業(yè)開設(shè)最多的是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開設(shè)數(shù)量較少，質(zhì)量較差。雖然在一些課程中開展了多媒體演示或者虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐和研究，但是由于媒體形式單一，缺乏內(nèi)容間的聯(lián)系，缺乏師生間交互信息的反饋，實(shí)際效果一般，仍有較大的提升和研究空間。

二、完善工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)策

在對(duì)現(xiàn)階段研究成果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的數(shù)字化設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與媒體介質(zhì)的融合和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建三個(gè)方面進(jìn)行研究及實(shí)踐能夠在實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化實(shí)現(xiàn)過程中解決一定問題，起到一定的作用。

（一）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的數(shù)字化設(shè)計(jì)

在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中，并不是所有內(nèi)容都適合數(shù)字化實(shí)驗(yàn)過程，所以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇對(duì)最終的實(shí)驗(yàn)效果有很大影響。對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行整合加工，設(shè)計(jì)開放性更強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方案。對(duì)于一些設(shè)計(jì)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不要求學(xué)生進(jìn)行一步步的實(shí)驗(yàn)?zāi)７?，而是基于一定?shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)要求，由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法、步驟及整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，讓學(xué)生按此步驟自行實(shí)驗(yàn)和探究，最后完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

（二）實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與媒體介質(zhì)的融合

媒介與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的融合取決于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，信息傳播形式單一、教師對(duì)學(xué)生單向信息傳遞等問題，在實(shí)驗(yàn)開展的不同階段，選擇不同形式的媒介和媒體形式對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行加工，突出內(nèi)容特征，加強(qiáng)信息的傳遞和反饋效果[4]。

（三）構(gòu)建數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)開展過程中對(duì)多媒介數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的預(yù)期要求，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該包括以下幾部分內(nèi)容。

1.數(shù)字化資源庫模塊，主要包含數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料，實(shí)驗(yàn)操作過程的各實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的圖片或視頻。以上內(nèi)容以多媒體素材創(chuàng)作平臺(tái)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以云平臺(tái)為發(fā)布媒介。針對(duì)前期實(shí)驗(yàn)要求，多媒體素材加工后，可針對(duì)PC、手機(jī)、平板電腦等終端進(jìn)行整合，以手機(jī)網(wǎng)站、公眾號(hào)、APP、H5等形式進(jìn)行推送[5]。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，以交互式動(dòng)畫或虛擬顯示技術(shù)的形式虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能對(duì)虛擬的儀器和器材進(jìn)行模擬操作，對(duì)測試數(shù)據(jù)情況進(jìn)行反饋。學(xué)生在完成預(yù)習(xí)內(nèi)容的情況下，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)室操作之前，可以在虛擬實(shí)驗(yàn)條件下完成個(gè)性化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和合理性驗(yàn)證。這一方面保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果;另一方面，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少的情況下，能夠把更多的時(shí)間投入到有效的實(shí)驗(yàn)操作中。充分利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)少的問題。對(duì)目前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容進(jìn)行分析研究，對(duì)其測試的指標(biāo)和過程進(jìn)行分類，探討數(shù)字化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇的依據(jù)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的參數(shù)指標(biāo)，是本項(xiàng)目研究的首要問題。

3.實(shí)驗(yàn)信息反饋模塊，交互性是多媒介融合下數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的核心。學(xué)生預(yù)習(xí)效果的反饋，實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)備信息的采集和顯示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和圖形化呈現(xiàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交和教師審查反饋都要依靠信息反饋功能來實(shí)現(xiàn)。

建立一個(gè)適合于工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的、依托多媒介傳播形式的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)流程和平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基本功能要求。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。優(yōu)化現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法。利用靈活性、自主性更強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法，滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)需要。

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