淺談實驗教學資源數字化與教學模式革新研究論文
論文關鍵詞：實驗教學 教學信息化 教學資源數字化
論文摘要：信息化是高校實驗教學發展的必然趨勢[1]，而教學資源數字化是實施和實現教育教學信息化的基礎。本文從高校實驗教學和教學資源建設的現狀和實際出發，以“信號與系統”課程實驗教學為主要研究對象，對網絡化實驗教學平臺構建、電子學習（E-learning）資源開發、虛擬實驗資源開發和利用、創新和完善實驗管理及考核與成績評價機制等方面進行了研究，并以此為基礎進行教學模式革新的探索。
一、高校實驗教學的現狀
實驗教學與理論課不同，受實驗設備和教學條件等因素的影響，實驗教學數字化資源建設似乎難度更高。目前，高校實驗教學的現狀為：
1.取得了長足進步
實驗教學得到了普遍重視，實驗室和實驗教學的概念從自然科學和技術領域擴展到了經濟與其他科學領域[2]；實驗教學成本大大降低，新的實驗設施和教學實驗室建設方面取得了喜人成績；信息技術正逐步應用于實驗教學。
2.存在的問題
實驗教學本身具有對實驗設備、實驗場所和授課時間等因素依賴性較強的特點。目前，實驗教學資源的建設大多局限于實驗教材的電子化、CAI課件的制作、實驗報告規范和要求等。一般采用按部就班的教學程式，即教師講解實驗原理、演示實驗步驟或例程；學生按指定步驟實驗并“填寫”實驗報告的方式。
與理論課一樣，實驗教學數字化資源建設和真正應用也應受到足夠的重視。
二、對數字化教學資源的理解
于文秀在《光明日報》發文指出：有效地利用數字化教學資源，對于學生學習能力以及問題意識的培養乃至懷疑精神的塑造具有重要意義。通過對數字化教學資源的有效利用，可以激發學生的學習與發現的興趣，是培養自主學習能力和創業能力極佳的路徑。[3]
教學資源數字化建設是一項復雜的系統工程，它不只是一種簡單的投資行為和硬件設施、信息網絡建設的過程；也不只是片面地將計算機等工具應用于教學。而是在現代教育思想和先進理念的指導下，通過信息環境的支持，積極應用現代信息技術，理順教師、學生和資源三者間的關系，革新和開發教學資源，為教學效率的提升、為教學模式的深化改革和為教學效果的提高提供基礎性條件和可靠保證。教學資源數字化遠不只是將教材電子化，不是教材和講義的簡單重復。而是現代教育教學理念和方法、認知和學習規律、現代學習評價和考核方式的綜合應用。
實驗教學數字化可以解決目前實驗教學資源相對單一的問題，促進新教學模式的探索和應用、促進教學效率和成效的'提高。信息化是實驗教學發展的必然趨勢，而教學資源數字化則為教育教學信息化的基礎。
三、實驗教學資源數字化
基于對教學資源數字化的理解，從實驗教學和教學資源建設的現狀和實際出發，以“信號與系統”課程實驗教學為主要研究對象，筆者進行了網絡化實驗教學平臺構建、電子學習（E-learning）資源開發、虛擬實驗資源開發和利用、創新和完善實驗管理以及考核與成績評定機制等方面的探索。
1．依托信息環境，構建網絡化教學平臺
依托信息環境，根據教學目標，參考教材[4]，筆者構建了“信號與系統”實驗教學網絡平臺。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、問題引導、操作參考等。
2．積極轉變教師角色，建設數字化教學資源和電子學習模塊資源
教學資源數字化要求我們及時理順教師、學生和資源三者間的關系。教師不能再維持自己的“專家”角色，而是和學生協作，指引和幫助學生獲取、組織、解釋、轉換及重組各種教學信息和資源；教學也不再是“滿堂灌”，而是以適當的教學資源為媒介，通過個性化教學、任務驅動、師生協作、自主探索的方式進行知識建構。
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資源。根據教學需求，利用Captivate軟件結合Matlab和Photoshop等軟件設計和開發了信號抽樣和恢復實驗、線性電路零輸入響應和階躍態響應實驗等的電子學習模塊軟件資源。這些資源的設計和開發，使學生能在課前課后，不拘泥于實驗場所和地點，根據自身需求互動式地進行個性化學習。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習者之間有更多的交互（Interaction）操作，更易于激起學習興趣，學習效果更好。當然，這需要花更多時間來準備和加工這些教學資源，而且還應盡量做到信息技術和教學目標的無縫結合。
3．開展虛擬實驗研究，實現“虛實”結合
在“信號與系統”實驗教學改革中，利用Java、Matlab、SQLServer等軟件設計和開發了幾個典型的虛擬實驗，如濾波器、方波信號分解和合成、信號抽樣和恢復、常見電路響應等虛擬仿真實驗。這樣，學生可在課前、課后根據自己的實際情況進行交互式學習，還可方便地修改實驗參數、設計實驗步驟、創設實驗情境進行“研究式”和“協作式”學習，而不再是“按圖索驥，生搬硬套”，也突破了時間和地域的限制。譬如，在濾波器實驗中，有了虛擬實驗器件，學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行比較。這種方式還允許部分學生有個性地“先行”，對于現行的班級授課制也是一個有益補充。 虛擬實驗方便學生更改實驗電路、大膽設想和創設實驗情境并證實設想的正誤；也有利于培養其發現問題和解決問題的能力。傳統實驗能形成和提高學生的實驗基本技能和實踐動手操作能力。兩者可以而且應該很好地結合起來。
4．學、練、評相結合，構建數字化評價與管理體系
在每個實驗中設置了若干知識主題，在網絡教學平臺中對每一主題根據需要設置了“知識講座”、“問題引導”、“操作參考”等模塊。系統能記下學生的操作次數、學習時間長短及操作類型，這幾個指標可為教學管理和評價提供原始數據。此外，每個實驗都有“在線測驗”模塊——利用Captivate軟件對每個主題設置了“問題池”和相應的答案，這樣每次學生進行測試時能進行隨機抽取試題，并當場判斷學生答問是否正確，給出量化成績。基本做到學、練、評這三者相結合，實現了實驗教學管理和成績評定數字化，提高了教學效率。
5．積極開展網上“第二課堂”建設
在實驗教學網絡平臺中設置了“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習興趣，正所謂“在玩中學，在學中樂”。師生可以借此發布討論主題、各抒己見，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；可以圍繞某一數學公式，從公式特征、形式到公式物理意義，進而討論其在工程實踐中的應用。
四、實驗教學資源數字化應用與教學模式革新探索
上述探索與研究的部分成果已在本校信息工程專業2005級、2006級兩個年級的“信號與系統”實驗教學中得到了初步應用。學生能借助網絡信息環境，利用數字化資源進行實驗前預習、討論甚至自行提出實驗方案，開展實驗后討論、總結和實驗數據分析。革新了傳統“按部就班”式的實驗教學模式，充分激發學生的學習自主性、積極性，不斷培養和提高學生的創新能力。
使用信息反饋表表明：81.1%的學生認為網絡化教學平臺的設計和開發符合自學和實驗需求；92%的學生認為基于Captivate的相關習題和在線測試模塊十分有利于對有關知識的學習和自測；87.8%的學生覺得網絡教學平臺易于使用。當然，有部分同學提出建議，下一步可結合學校圖書館資源加強教學資源的建設，特別是在實驗數據處理與實驗結果分析方面的資源建設。
五、結束語
筆者立足現實、結合網絡環境，對實驗教學資源數字化進行了有益探索，并以此為基礎開展了革新教學模式研究。資源數字化有利于充分利用網絡環境和信息技術發展的成果，有助于實現教學模式的革新，有利于提高學生自主學習的積極性，有利于提升學生實踐動手能力和培養學生創新能力。
參考文獻：
[1]熊大紅,高志強,李坤.高校實驗教學信息化研究[J].湖南農業大學學報(社會科學版),2008,9(2):88-89.
[2]牛瑞霞,張榮明.淺談高校實驗教學信息化[J].廣州化工,2006,34(6):59-61.
[3]于文秀.數字化教學資源的意義與挑戰[N].光明日報,2008-2-27(10).
[4]吳大正.信號與線性系統分析[M].北京:高等教育出版社,2004.
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