在線教育在高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)現(xiàn)

呂念玲， 秦慧平， 殷瑞祥， 李 斌

（華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院，廣州510640）

0 引 言

我國從2005年開始開展工程教育認(rèn)證，并于2013年6月加入了世界上最具影響力的國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》，有力地推動了我國構(gòu)建與國際實(shí)質(zhì)等效的工程教育認(rèn)證體系，培養(yǎng)面向世界的中國工程師［1］。2017年，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》，對人才的工程能力培養(yǎng)提出“理念新、要求新和途徑新”的要求［2］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為工程教育的重要組成部分，如何突破技術(shù)瓶頸和管理障礙，尋求實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的再提升，是當(dāng)前教學(xué)研究的焦點(diǎn)所在。本文就是取在線教育之長，補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之短的思考與實(shí)踐。

1 在線教育的發(fā)展及其特點(diǎn)

互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)改變了人們的生活，也推動教育方式的革新。2011年第一門MOOC課程——斯坦福大學(xué)Sebastian Thrun教授的研究生課程《人工智能導(dǎo)論》上線；2012年開始，Coursera、Edx及Udacity三大MOOC平臺向全世界提供世界著名高校的相關(guān)專業(yè)課程［3-4］。國內(nèi)高校于2013年開始，也出現(xiàn)了MOOC熱潮；相關(guān)的主管部門、學(xué)校、教師對在線課程、MOOC、微課表現(xiàn)出極大興趣。以MOOC（Massive open online course，大規(guī)模開放在線課程）為代表的在線教育，成為高校實(shí)施在線教育的主要模式［5-7］。

經(jīng)過多年發(fā)展，現(xiàn)階段在線教育具有以下特點(diǎn)：

（1）互聯(lián)互通的廣泛性。對于學(xué)習(xí)者而言，通過互聯(lián)網(wǎng)，MOOC讓世界上每一個(gè)學(xué)生都有機(jī)會選修最頂尖大學(xué)的優(yōu)秀課程，擺脫了時(shí)間和地點(diǎn)的限制，使得高質(zhì)量的課程資源可以觸及任何一個(gè)能接入互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備，優(yōu)質(zhì)課程資源的易獲得性，平衡了教學(xué)資源分配、提高了高質(zhì)量教學(xué)資源的受益面［8］。

（2）受眾的自由性。由于基于寬帶網(wǎng)絡(luò)、智能手機(jī)和移動技術(shù)的迅速普及，在線教育受眾面越來越廣泛。任何人都可以通過互聯(lián)網(wǎng)完成在線教育的注冊，并且學(xué)習(xí)者的數(shù)量和時(shí)空不受限制，可以按照自己的情況合理安排學(xué)習(xí)過程和內(nèi)容，靈活選擇不同學(xué)校的課程資源，降低了課程的進(jìn)入門檻，時(shí)空和經(jīng)費(fèi)對學(xué)習(xí)的影響降到極小。

（3）過程與行為記錄的實(shí)時(shí)性。在MOOC平臺上，學(xué)生提了哪些問題，做了哪些練習(xí)，練習(xí)題做得怎樣等都被在線實(shí)時(shí)記錄下來，成為觀察學(xué)習(xí)過程、評價(jià)學(xué)習(xí)效果的依據(jù)。在線記錄學(xué)習(xí)的過程與行為，是在線教育有別于傳統(tǒng)課堂教學(xué)的最顯著特點(diǎn)［9］。

（4）效果評價(jià)的透明性。在線課程面向更為廣泛的學(xué)生和教師群體，有可能獲取更大數(shù)量、更客觀的反饋與評價(jià)。課程好不好，上網(wǎng)去亮亮相；學(xué)生說好，才是真的好！在線課程讓某一高校的課程與教學(xué)質(zhì)量不再是本校的事情，教學(xué)質(zhì)量的評估在全國甚至全球范圍內(nèi)變得具體而透明。優(yōu)質(zhì)課程的提高與進(jìn)步，獲得強(qiáng)大助推力。

2 高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)與突出問題

高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以培養(yǎng)工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，與面向知識傳授的理論課程教學(xué)存在較大的差異性，而現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)和問題。

2.1 對資源的依賴性強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)不同，實(shí)驗(yàn)課對資源的依賴非常強(qiáng)，即實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往需要在特定地點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)室），借助特定工具（儀器設(shè)備），才能完成對特定實(shí)驗(yàn)對象（元件、器件或系統(tǒng)）的研究［10］。學(xué)生很難突破時(shí)空的制約，在實(shí)驗(yàn)室之外的宿舍和自習(xí)室得到完備的實(shí)驗(yàn)條件。課外實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的開展舉步維艱，是目前不爭的事實(shí)。近年來，雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件研發(fā)不斷進(jìn)步，但其“仿”的效果，遠(yuǎn)不能替代從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場獲取“真”經(jīng)驗(yàn)。

2.2 過程管理有效性差

實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的目標(biāo)是通過成熟的內(nèi)容，訓(xùn)練學(xué)生的動手能力。因此，獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)；通過實(shí)驗(yàn)操作過程，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維、提升動手能力才是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)關(guān)注。因此，實(shí)驗(yàn)過程比實(shí)驗(yàn)結(jié)果更重要［11］。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程通常由實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施和提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告3個(gè)環(huán)節(jié)組成，主要工作內(nèi)容包括：閱讀預(yù)習(xí)報(bào)告或以提問方式檢查預(yù)習(xí)情況；實(shí)驗(yàn)課堂上輔導(dǎo)、答疑及糾正錯(cuò)誤操作；課后批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告。該過程主要依靠教師人力實(shí)施管理，且存在不足。

（1）管不過來。實(shí)驗(yàn)課上，主講教師和實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)人員承擔(dān)整個(gè)實(shí)驗(yàn)課幾十個(gè)學(xué)生的答疑、糾錯(cuò)、輔導(dǎo)、數(shù)據(jù)審核或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)收等工作，其注意力幾乎都投放在幫助實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)故障問題或?qū)嶒?yàn)失敗的學(xué)生身上；實(shí)驗(yàn)過程不提問的學(xué)生就沒有問題么？顯然不是，只是老師們顧不過來。

（2）教不到位。實(shí)驗(yàn)課上集中講授，只解決實(shí)驗(yàn)共性問題；過程中，學(xué)生個(gè)體出現(xiàn)操作錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)誤差無法得到及時(shí)糾正，過程管理無法體現(xiàn)因材施教。

（3）了解不足。教師僅知道學(xué)生是否做了預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果是否正確等“表面現(xiàn)象”，而學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能是否掌握、熟練程度及應(yīng)用能力等反映學(xué)習(xí)效果的“深層次信息”了解不全面，對實(shí)驗(yàn)的實(shí)際效果心里沒數(shù)。所以，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程管理有效性比較差。

2.3 缺乏自整定機(jī)制

教、學(xué)相長，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也一樣。教學(xué)過程中，學(xué)生和課程都需要持續(xù)改進(jìn)。學(xué)生要在學(xué)習(xí)中及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略，才能提高學(xué)習(xí)效率。課程內(nèi)容和教學(xué)方法及時(shí)優(yōu)化，才能取得好的教學(xué)效果。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作及提交報(bào)告是單向、開環(huán)的過程，有價(jià)值的學(xué)情信息流失。效果評價(jià)需要足夠多的客觀依據(jù)，必須強(qiáng)化教學(xué)過程大數(shù)據(jù)收集，并以其為紐帶，把教學(xué)設(shè)計(jì)、過程管理、效果分析與反饋調(diào)整等環(huán)節(jié)緊密關(guān)聯(lián)起來，形成閉環(huán)的、直接作用于教師與學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程信息處理系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程有效的自我整定和質(zhì)量的持續(xù)提升。

2.4 發(fā)展不平衡，孤島現(xiàn)象嚴(yán)重

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)水平，直接影響人才培養(yǎng)質(zhì)量。但實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍偏弱，水平提升受理念、內(nèi)容、資源、管理等諸多因素共同作用。發(fā)達(dá)地區(qū)、前列高校，集中較多的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源；而邊遠(yuǎn)地區(qū)，推動教學(xué)改革存在較大困難，理念、內(nèi)容及手段滯后。在缺乏校際交流，同行間信息不暢的當(dāng)下，各干各的。加速實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量整體提升的呼聲大，實(shí)招少。所以需要采取有效方式，切實(shí)推動優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)課程資源校際共享，改變各校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“孤島”現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)高校實(shí)驗(yàn)室在基礎(chǔ)設(shè)施、管理及資源應(yīng)用層面的“動態(tài)融入”，達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)與先進(jìn)理念的“緊密跟隨”；縮小甚至填平傳統(tǒng)的因地域、時(shí)間和師資力量導(dǎo)致的教育鴻溝［12］。

3 在線教育在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)現(xiàn)方法［13-15］

工程教育不能缺少實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，而且工程專業(yè)認(rèn)證對實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的要求很嚴(yán)格，人才能力的培養(yǎng)更需要扎實(shí)的實(shí)踐教育支撐。但是當(dāng)下如火如荼的MOOC課程多限于理論教學(xué)課程，實(shí)驗(yàn)在線教育呼聲大、動作少。在線教育的發(fā)展模式提示需資源共享方向，實(shí)驗(yàn)在線教育必須克服困難，把握機(jī)遇，有所作為。

電工電子實(shí)驗(yàn)的主要測量對象是電參數(shù)，電參數(shù)具備易于在線獲取、存儲的特點(diǎn)，因此電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施在線教學(xué)與管理，擁有更多有利的條件?，F(xiàn)結(jié)合電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域介紹在線教學(xué)方法。

3.1 實(shí)驗(yàn)上網(wǎng)，發(fā)揮共享效益

實(shí)驗(yàn)是用來“做”的?；ヂ?lián)網(wǎng)覆蓋的地方，學(xué)生都可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共享才能達(dá)到效益最大化，讓身處不同地方的學(xué)生都能保質(zhì)保量完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，是一項(xiàng)大工程，必須創(chuàng)造以下條件：

（1）在線管理?xiàng)l件。具備發(fā)布實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生信息收集管理、在線監(jiān)控實(shí)驗(yàn)全過程、獲取并記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)、自動進(jìn)行效果評價(jià)等功能。

（2）提供實(shí)施實(shí)驗(yàn)所必需的軟件、硬件條件。采用計(jì)算機(jī)終端操控硬件設(shè)備，開展遠(yuǎn)程實(shí)物實(shí)驗(yàn)。

（3）具備信息反饋通道。實(shí)驗(yàn)完成，學(xué)生有機(jī)會反映其真實(shí)體會及評價(jià)，并提出意見與建議；系統(tǒng)動態(tài)推送優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目排行榜，鼓勵(lì)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共享。

讓實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目亮相，打破壁壘，推行共享共建。

3.2 將資源依賴變?yōu)樵诰€認(rèn)證優(yōu)勢

高等教育承擔(dān)學(xué)生知識傳授與能力培養(yǎng)的同時(shí)，也承擔(dān)認(rèn)證職能。實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中的抄襲、代做、代考等行為，都有悖于認(rèn)證的真實(shí)性原則。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對資源的依賴性，主要是指必須借實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室空間才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的教學(xué)特點(diǎn)。這曾是阻礙資源共享的短板，但學(xué)生身處獨(dú)一無二物理空間的真實(shí)性和充足的設(shè)備支撐條件，恰好為實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)提供了可能；為數(shù)據(jù)的真實(shí)性做了背書；為動態(tài)認(rèn)證提供了依據(jù)。只要利用技術(shù)手段，將特征數(shù)據(jù)收集起來，就可成為認(rèn)證優(yōu)勢。關(guān)鍵環(huán)節(jié)有2個(gè)：

（1）人臉識別登錄。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，刷臉登錄實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)。改進(jìn)刷學(xué)生卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，身份真實(shí)性存疑的問題，也為后續(xù)監(jiān)控的開展提供比對依據(jù)。

（2）全過程的不定時(shí)掃描。使用攝像頭，不定時(shí)采集實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場每張實(shí)驗(yàn)臺學(xué)生的面部信息，與登錄人的面部信息比較。可以采用規(guī)律觸發(fā)掃描、條件觸發(fā)掃描和強(qiáng)制觸發(fā)掃描相結(jié)合的方式；發(fā)現(xiàn)人不在、換人及上傳數(shù)據(jù)的時(shí)候，觸發(fā)多次掃描和強(qiáng)制掃描，有效實(shí)施動態(tài)認(rèn)證。

3.3 在線獲取實(shí)驗(yàn)實(shí)施大數(shù)據(jù)，提升管理有效性

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場反映的問題，是做出教學(xué)效果研判的最可靠依據(jù)；在線獲取數(shù)據(jù)，是了解實(shí)驗(yàn)實(shí)施情況最真實(shí)、最便捷的方法。關(guān)鍵數(shù)據(jù)有2類：

（1）實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)。采集學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的儀器測量值；通過NI-VISA協(xié)議使用USB通信，讀取和控制儀器設(shè)備相關(guān)參數(shù)信息。數(shù)據(jù)分為兩部分：文本數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)；文本數(shù)據(jù)采用JSON格式傳輸、圖片先在本地壓縮后再進(jìn)行傳輸。

（2）實(shí)驗(yàn)過程狀態(tài)數(shù)據(jù)。采集實(shí)驗(yàn)操作過程中重復(fù)次數(shù)、時(shí)間、試錯(cuò)及速度等數(shù)據(jù)。對于實(shí)驗(yàn)過程中每一步的操作時(shí)間，使用前端埋點(diǎn)進(jìn)行緩存后統(tǒng)一提交至后臺。學(xué)生提交次數(shù)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確率，以及提交的過程數(shù)據(jù)在系統(tǒng)后臺按一定算法定時(shí)進(jìn)行計(jì)算后更新。

3.4 精準(zhǔn)分析推送，達(dá)成閉環(huán)整定

在海量學(xué)情大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過挖掘和篩選，可以獲得滿足不同教學(xué)觀測視角所需的分析結(jié)果。達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，需要3個(gè)步驟：

（1）打標(biāo)簽。每一類的學(xué)情數(shù)據(jù)都被打上多個(gè)“標(biāo)簽”，即被賦予了多重的意義；在不同的應(yīng)用場景下，形成各有權(quán)重的數(shù)據(jù)組合。

（2）建立數(shù)據(jù)與評價(jià)觀測點(diǎn)的映射關(guān)系。設(shè)計(jì)關(guān)鍵效果評價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)計(jì)算模型。

（3）軟件編程。通過軟件設(shè)計(jì)，自動將分析結(jié)果推送給指定對象，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、分析及應(yīng)用的閉環(huán)。

4 在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

學(xué)校開發(fā)了電工電子實(shí)驗(yàn)在線共享管理平臺，借助技術(shù)工具，推動實(shí)驗(yàn)在線教育的實(shí)施。

4.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)要解決的主要問題

4.1.1 解決電源條件控制問題

配合管理過程中實(shí)驗(yàn)臺條件供電的需要，開發(fā)了電類實(shí)驗(yàn)臺電源智能控制系統(tǒng)。包括控制開關(guān)硬件，以及實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)自動組卷、自動評分、滿足條件時(shí)命令控制開關(guān)自動接通的軟件系統(tǒng)。電源智能控制的具體實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。采用B／S＋C／S結(jié)合使用的模式解決瀏覽器的限制問題。系統(tǒng)數(shù)據(jù)都存儲在遠(yuǎn)程服務(wù)器，考慮到實(shí)際的應(yīng)用場景系統(tǒng)采用B／S架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，為了實(shí)現(xiàn)智能電源的控制效果和解決瀏覽器的限制問題，引入基于C＃開發(fā)的客戶端程序。系統(tǒng)在服務(wù)端設(shè)定了多重邏輯條件，當(dāng)滿足特定條件的要求時(shí)，客戶端作為服務(wù)器和電源通信的中間橋梁，傳達(dá)著彼此的指令信息。

圖1 電源智能控制的具體實(shí)現(xiàn)

4.1.2 解決在線做實(shí)驗(yàn)的問題

開發(fā)遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)，其中ELF-BOX遠(yuǎn)程智能實(shí)驗(yàn)平臺包含真實(shí)的實(shí)驗(yàn)元器件、電路實(shí)物模塊及實(shí)驗(yàn)用示波器、電壓源、信號源和頻譜儀等真實(shí)測量儀器；學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室外具備網(wǎng)絡(luò)條件的任何地方，通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操控智能實(shí)驗(yàn)平臺上的實(shí)物電路和測量儀表，實(shí)現(xiàn)如在現(xiàn)場操作一樣的電路元件調(diào)整效果和測量結(jié)果。借助此系統(tǒng)，按要求上傳的關(guān)鍵數(shù)據(jù)被自動存入學(xué)生賬號。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程全“真”硬件實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)、外大數(shù)據(jù)采集無死角。圖2是遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。

圖2 遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

4.1.3 解決數(shù)據(jù)在線獲取的問題

系統(tǒng)必須支持不同品牌測試儀器接入，滿足根據(jù)課前老師設(shè)置的實(shí)驗(yàn)監(jiān)測點(diǎn)，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)提交數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動采集，確保數(shù)據(jù)真實(shí)性、不可作弊的要求。除了實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)采集之外，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程數(shù)據(jù)全部在采集范圍之內(nèi)，例如：試錯(cuò)因數(shù)、速度因數(shù)等，用于課后學(xué)情分析。由于瀏覽器應(yīng)用無法直接訪問本地設(shè)備，需要在本地安裝一個(gè)Windows服務(wù)，用來提供本地Web服務(wù)，作為連接瀏覽器應(yīng)用與本地硬件控制應(yīng)用的橋梁。將VISA控制模塊內(nèi)置到本地服務(wù)中，這時(shí)瀏覽器通過http請求本地Web服務(wù)，即可實(shí)現(xiàn)對本地儀器控制。圖3為在線數(shù)據(jù)獲取示意圖。

4.2 應(yīng)用亮點(diǎn)

4.2.1 有效推行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入制

學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，強(qiáng)制進(jìn)行預(yù)習(xí)檢測：系統(tǒng)隨機(jī)組卷，在15～20 min內(nèi)，最多可以進(jìn)行3次檢測；只有達(dá)到60分條件，實(shí)驗(yàn)臺才自動上電：預(yù)習(xí)效果不達(dá)標(biāo)，該次將無法做實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)對所有用戶一視同仁，做出的判斷客觀而嚴(yán)謹(jǐn)；人機(jī)對話，避免了師生面對面可能引發(fā)沖突，使嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入制度，以學(xué)生可以接受的方式柔性落地。強(qiáng)制預(yù)習(xí)帶來學(xué)習(xí)風(fēng)氣的改變，學(xué)生投入實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備的積極性和主動性被激發(fā)，實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和效率大大提高。圖4是我校電信學(xué)院2018級創(chuàng)新班進(jìn)行“儀器與測量”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，現(xiàn)場預(yù)習(xí)檢測的情況統(tǒng)計(jì)截圖。

圖3 在線數(shù)據(jù)獲取實(shí)現(xiàn)示意圖

4.2.2 全過程自動監(jiān)控，無死角獲取數(shù)據(jù)

圖4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場預(yù)習(xí)檢測情況統(tǒng)計(jì)截圖

實(shí)驗(yàn)臺計(jì)算機(jī)熒光屏上方的攝像頭不定時(shí)對實(shí)驗(yàn)操作者進(jìn)行掃描，確認(rèn)實(shí)驗(yàn)者為本人；實(shí)驗(yàn)開始前，教師按照實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)置關(guān)鍵檢測點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)過程中，系統(tǒng)自動記錄學(xué)生上傳的數(shù)據(jù)和刷新的次數(shù)，如圖5所示是系統(tǒng)后臺實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)的原始記錄表截圖；表中記錄了學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中首次上傳數(shù)據(jù)錯(cuò)誤數(shù)量、最后一次上傳數(shù)據(jù)正確數(shù)量以及每個(gè)數(shù)據(jù)被刷新（試錯(cuò)）次數(shù)，并自動做出正／誤比率統(tǒng)計(jì)。以上是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場數(shù)據(jù)獲取情況。實(shí)驗(yàn)室外操控ELF-BOX的過程記錄由遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)獲取，記錄到后臺數(shù)據(jù)庫。課內(nèi)課外過程監(jiān)控與數(shù)據(jù)收集無一遺漏。

圖5 系統(tǒng)后臺實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)的原始記錄表

4.2.3 大數(shù)據(jù)分析結(jié)果精準(zhǔn)推送

系統(tǒng)通過對預(yù)習(xí)檢測、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場操作及學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)分析，將教師和學(xué)生關(guān)注的信息分別予以推送。教師得到實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)率、實(shí)驗(yàn)熟練度，項(xiàng)目實(shí)施難、易程度等的大數(shù)據(jù)分析結(jié)果推送，診斷教學(xué)設(shè)計(jì)的問題，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生則能從系統(tǒng)推送信息，看到自己實(shí)驗(yàn)過程出錯(cuò)的詳細(xì)記錄，獲得教師對于改進(jìn)不足之處的點(diǎn)評與建議（關(guān)聯(lián)推送）等個(gè)性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)，明確每次實(shí)驗(yàn)存在的優(yōu)勢與不足，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略。

4.2.4 實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)整定

在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程，形成了基于學(xué)情信息獲取、分析及反饋的雙閉環(huán)系統(tǒng)，達(dá)成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)課程的自整定。圖6是在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)雙閉環(huán)整定過程的示意圖。小閉環(huán)，將傳統(tǒng)的“實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)—實(shí)驗(yàn)實(shí)施—提交報(bào)告”的單向開環(huán)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程，變?yōu)椤皩?shí)驗(yàn)實(shí)施—達(dá)標(biāo)評價(jià)—附加訓(xùn)練（補(bǔ)短）—再評價(jià)…直至達(dá)標(biāo)”的過程控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)問題，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。大閉環(huán)，則基于實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施數(shù)據(jù)綜合分析，調(diào)整優(yōu)化課程中各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程的持續(xù)改進(jìn)。

圖6 在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)雙閉環(huán)整定過程示意圖

5 結(jié) 語

“互聯(lián)網(wǎng)＋”與教育教學(xué)的深度融合，令傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)體制、教學(xué)理念和教學(xué)方式方法等方面獲得更為寬廣的創(chuàng)新改革路徑。在信息技術(shù)支持下，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，改革運(yùn)行機(jī)制，消除實(shí)驗(yàn)資源共享壁壘，切實(shí)提升教學(xué)質(zhì)量，我們要做的探索還有很多。