（课程与教学论专业论文）物理实验中心开放式网络教学管理系统的建设.pdf

摘要 摘要 本文基于网络教学管理系统的建设内涵，阐述了网络教学管理系统各子系统的组成， 并在物理实验中心原有网络教学管理系统的基础之上自行研发了实验刷卡子系统和远程电 源控制子系统，有效填补了原有系统功能上的不足，然后介绍了新的网络教学管理系统的 建设成果、应用案例、教学效益及其后续发展。 本文详细介绍了新研发的实验刷 子系统和远程电源控制子系统的实现过程，两子系 统的硬件开发平台选用z n e - 2 0 0 t 嵌入式系统和自行设计的继电器控制电路板，软件开发 平台选j jv c + + 和s q l s e r v e r 2 0 0 0 。刷p 子系统和远程屯源控制子系统的开发和运行，实 现了学生实验刷卡考勤、计算机进行身份认证、自动派位、自动记录设备使用状态、自动 记录学生实验日志、远程控制实验室设备电源等教务管理的自动化。 文章最后介绍了新研制的系统在开放式物理实验教学方面的应用案例，并对新的系统 应用后的数据进行分析，如选课人次、实验项目选择频率、实验项日进行时问以及实验设 备利用效率等等。通过对这些数据进行分析，我们可以及时调度实验中心资源的合理分配， 力图实现实验教学效果的晟优化，这些都为开放式实验教学的改革与完善提供了有力依据。 最后，对网络教学管理系统的使用情况进行了问卷调查，学生们提出了不少具有建设性的 意见，这就为今后系统进一步的完善和发展提供了参考。 关键词：开放实验教学网络教学管理系统远程l h 源控制刷 系统 a b s w a c t a b s t r a c t i nt h i sp a p e r b a s e0 1 1t h ec o n s t r u c t i v ec o n n o t a t i o no fw e b - b a s e dt e a c h i n ga n dm a n a g e m e n t s y s t e m ，t h ea u t h o rd e s c r i b e dt h ec o m p o s i t i o no ft h es y s t e ma n dd e s i g n e dt h es w i p i n g - c a r d s u b s y s t e ma n dt h er e m o t ec o n t r o lp o w e rs u b s y s t e mo nt h eb a s eo fo r i g i n a lw e b - b a s e dt e a c h i n g a n dm a n a g e m e n ts y s t e m t h ei n a d e q u a c yo fo r i g i n a ls y s t e mi sc o v e r e dw i t hn e wd e v e l o p e d s u b s y s t e m s t h er e s u l t so fc o n s t r u c t i o n ，t h ea p p l i e dc a s e ，t h ee f f e c t i v e n e s so ft e a c h i n g , a n dt h e f u r t h e rd e v e l o p m e n ta b o u tw e b - b a s e dt e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e mw e r ed i s c u s s e di nt h el a s t t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h es w i p i n g c a r ds u b s y s t e ma n dt h er e m o t ec o n t r o lp o w e r s u b s y s t e mi sd e s c r i b e di n d e t a i li nt h i sp a p e r t h et w os u b s y s t e m s h a r d w a r ep l a t f o r mw a s c o n s i s t e do f z n e - 2 0 0 te m b e d d e ds y s t e ma n ds e l f - d e s i g n e dr e l a yc o n t r o lp c b ，a n dt h es o t l w a r e p l a t f o r mw a sc o n s i s t e do fv c 牛十a n ds q l s e r v e r 2 0 0 0 t h ed e v e l o p m e n ta n do p e r a t i o no ft h e s w i p i n g - c a r ds u b s y s t e ma n dt h er e m o t ec o n t r o lp o w e rs u b s y s t e mh a v et h ef o l l o w i n gf u n c t i o n s i m p l e m e n t e d ，s u c ha sr e g i s t e r i n gb ys w i p i n gc a r d ，a u t h e n t i c a t i n gi d e n t i t yw i t hc o m p u t e r , a l l o c a t i n gs e a ta u t o m a t i c a l l y , r e c o r d i n gt h eu s i n gs t a t e o ft h ed e v i c e sa n dt h es t u d e n t s e x p e r i m e n tl o ga u t o m a t i c a l l y , a n dr e m o t ec o n t r o lp o w e ro f t h ee q u i p m e n t s ，e t c a p p l i c a t i o no fw e b - b a s e dt e a c h i n ga n dm a n a g e m e n ts y s t e mi nt h eo p e ne x p e r i m e n t a lp h y s i c s t e a c h i n gw a si n e d u c e di nt h el a s to ft h i sp a p e r ；s o m ed a t ac o l l e c t e db yt h en e wd e v e l o p e d s y s t e mw e r ea n a l y z e dt o o ，s u c ha st h en u m b e ro ft h es t u d e n t ss e l e c t i n ge x p e r i m e n t a lp r o j e c t s ， c h o i c eo f 丘e q u e n c yo ft h ee x p e r i m e n t a lp r o j e e t s ，t h et i m eo fe x p e r i m e n t a lp r o j e e t s ，a n dt h e e f f i c i e n c yo fu s i n gl a b o r a t o r ye q u i p m e n t ，e t c t h r o u g ht h ea n a l y s i so f t h e s ed a t a , w ec a l lt i m e l y s c h e d u l et h ea l l o c a t i o no fl a b o r a t o r yr e s o u r c e s ，s ot h a tt h er e s u l t so fe x p e r i m e n t a lt e a c h i n ga r e o p t i m i z e d a l lt h e s ed a t ap r o v i d eas t r o n gb a s i sf o rt h er e f o r ma n di m p r o v e m e n to fo p e n e x p e r i m e n t a lt e a c h i n g i nt h el a s t , t h es t u d e n t sm a d eal o to fc o n s t r u c t i v ea d v i c ef o rt h e q u e s t i o n n a i r e sa b o u tu s i n gs y s t e m ，a n dt h ea d v i c ep r o v i d ear e f e r e n c ef o rt h ef u r t h e r i m p r o v e m e n ta n dd e v e l o p m e n to f t h es y s t e m k e yw o r d s ：o p e ne x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ，w e b - b a s e dt e a c h i n ga n dm a n a g e m e n ts y s t e m ，r e m o t e c o n t r o lp o w e r , s w i p i n g - c a r ds y s t e m i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文 的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 第1 章绪论 第1 章绪论 随着知识经济时代的到来，高校教育已经进入了一个新的历史发展阶段，新世纪高等教 育更加强调受教育者的个性发展和创新能力培养。高等教育面临深层次、全方位的改革。教 学模式对教学质量的影响已经得到公认，为着力解决大学生的动手能力和创新能力的培养， 实验教学模式的改革势在必行，传统以班级为单位的实验教学模式已越来越不适应商水平研 究型大学的发展目标，开放实验教学必将成为一种崭新的实验模式展现在当代高等院校中。 这必然会对传统的实验室管理模式带米挑战，因此如何运h j 现代计算机和网络技术构建先进 的开放式教学管理系统，提高工作效率和管理水平，是高校实验室管理工作者所面临的重要 课题之一。 1 1 高等院校实验教学的改革开放式实验教学是改革的大势所趋 1 1 1 传统实验教学与开放实验教学 传统实验教学是以班组为单位，在规定的时间、规定的场所，完成某个实验项目。传统 实验教学一般存在以下几个缺陷：每个实验项目有明确的课时限制，不能根据学生的能力进 行凼材施教；受实验室仪器设备限制，实验时多人一组，无法让每个学生都有充分的实践机 会，学生的动手能力训练受剑影响；此外，所采用的整体式实验教学方法，一方面会出现大 量学生共同实验时仪器设备不够用的局面，另一方面也会山现空闲时仪器设备得不到充分利 用的局面；由于学生在大学三年级开始细分专业，导致同一个班的学生由丁- 选课不同，往往 很难找到一个统一的时间来安排实验课。 针对传统实验教学模式下存在的固有缺陷，一种新的实验教学模式应运而生，这就是开 放实验教学模式。开放实验教学是以学生为本，将时间、空间、内容等全部面向学生开放。 所谓时间开放，是指学生可以根据自身需要安排实验时间，不受原先课程表的限制。学生还 可以根据其掌握实验基本知识的不同，可以多次重复某一项实验内容，确保真正理解实验本 质，实现对所学理论的新认识，从而达到实验教学的目的。所谓空间开放，姓指实验室的仪 器设备可以面向每一位学生，学生可以自由地学习先进仪器的使用方法，使得在实验过程中 能够得心应手地使用这些仪器设备，从而能够将注意力关注到实验过程的每个细节，提高实 验教学质量。空问开放的另一层含义是：实验室不仅对那些选修相关实验课程的学生开放， 也对学校其它学院其它专业的学生开放。所谓内容开放，是指学生开展实验不受原先实验指 导书的束缚，可以根据自身情况从实验空构建的实验题材库中调用自己感兴趣的内容进行实 验，该实验库还会随着实验室条件建设逐步得到更新，不断满足学生日益增长的个性化需求， 更新的实验题材库也能与时俱进地反映当今最新技术成果，晟大程度地激发学生创造性能力 的培养。 传统实验教学与开放实验教学的主要区别如下口l ： 1 教学的主体不同 在传统实验教学中，教师是传播知识和技能的主体，而学生则是被动地接受知识和技 能，这种教学一般多采用注入式，其实验内容的确定和步骤的制定以及仪器设备的组织准 备等均山教师进行，实验时学生只需按规定步骤机械地操作即可。这在很大程度上抑制了 学生个性的发展，尤其是抑制了学生创造力的发挥，不利于培养学生的创新能力。开放式 东南火学倾十论文 实验则可由学生自主选定实验内容，设计实验步骤，选择仪器设备，处理和分析实验结果、 实验数据，在整个教学过程中教师只是起把关丁作，并为学生提供解答实验中出现的问题 等。很显然这种教学过程有利于发挥学生的创造能力。 2 教学方法的不同 传统的实验教学具有一定的模仿性，实验前教师一般要进行详细讲解，甚至操作示范， 实验中，学生不需要主动思维和创新，只要按规定步骤去操作。而开放式实验则力戒刻板， 给学生提供较大的创新思维的自由空间。在这种实验教学中，由于学生自己选定实验内容， 制定实验步骤，选择仪器设备，因此，作为实验教学的主体一一学生可以充分运用自己所 掌握的知识和技能，淋漓尽致地发挥自己的聪明才智。 3 教学目的的不同 传统的实验教学主要考虑验证性，是学生在对实验结果己知的条件下进行实验，实验 的目的是验证所学理论知识的正确性，例如在课堂上所做的演示实验，学生的兴趣和注意 力都集中在看到最后的实验结果，并不在意实验过程及其过程中所发生的现象，常常不理 解为什么要这样设计，更不知道白己应该怎样设计一个实验方案去探索科学知识。而开放 式实验教学则具备探究性，学生可以运用所学理论知识来设计实验过程，由于在实验前并 不知道一定会得到具体的结果，所以常常会有新的发现，特别是一些必须要满足一定条件 才能得到一定结果的实验，更容易使学生考虑如果无此条件或更改某一条件会出现什么样 的结果，因此学生更容易获得较强的创新意识，培养创新能力。 1 1 2 开放实验教学模式离不开嗍络化管理p 4 j 通过传统实验教学与开放实验教学的比较，我们知道开放式实验教学的特点决定了在 教学管理方面要面对的是教学对象、内容、时间等冈素的不确定性。加之教学计划的灵活 性，从而使得管理的难度加大，同时由于个性化教育导致管理及教学头绪增多，重复劳动 增加，带来教学和管理工作量的倍增。因此，尽管大部分实验室教师及t 作人员认识到了 开放实验室的重要性和必要性，但面对开放式实验教学可能带来的工作量剧增以及管理头 绪的繁琐，一般不愿意进行开放实验教学。因此，必须对传统的实验教学管理方式进行改 革，充分利用现代信息技术探索更有效的实验教学及管理模式，开发基于网络的实验教学 与管理系统，提高管理水平，为实验教学改革提供网络技术支持便是一个很好的方法。例 如在教学方而，与网络的结合产生了网络实验课程、远程实验项目等等：在教学管理方面， 与网络的结合产生了实验教学管理系统，实验考试系统等等。这些新的教学方式与传统的 实验教学方式进行互补，为物理实验教学的发展注入了新的活力。 m 络实验教学管理系统是推进开放实验教学所带来的产物。它包括物理实验教学和管 理两方面的内容，实验教学方面有物理实验网络课程，在线测验系统等，主要完成辅助学 生做好实验预习，了解实验概况，熟悉实验原理，并提供与实验密切相关的科技报道、前 沿动态等；实验教学管理系统主要包括物理实验网上选课预约系统、物理实验考试系统、 实验考勤系统、电源控制系统、成绩管理系统及网上办公系统等，主要完成实验教学的管 理，包括学生实验选课的管理、考勤管理、成绩统计、考试实验分配的管理等，实验预约 系统和实验考试系统可以通过计划、组织、协调平 监督等一系列的方法、手段和制度来调 度所有资源、协调各种关系，以便有效地达到既定实验教学目标的管理系统。其目的是充 分调动实验教学系统内外的一切积极因素。全面提高实验教学效率及其教学质量，发挥实 验教学管理系统的整体功能，保证实验教学工作有效地开展，实现实验教学效果的最优化。 1 1 3 开放实验室网络教学管理系统建设的意义 2 第1 章绪论 为了建设一个科学化、规范化、自动化程度高的开放式实验教学基地，这就必然要求 我们运用先进的计算机和网络技术来构建功能强大、性能稳定的网络教学管理系统。开放 实验室网络教学管理系统的建设有以下几点意义： ( 1 ) 传统的实验教学模式中，由于教师时间与精力有限，教师对学生的一般性 指导( 包括实验原理、实验仪器的介绍，实验基本方法和技能) 比较多， 而深层次交流( 指教师个性化教学的过程，引导、启发、提高学生能力和 素质，因材施教、使优秀学生脱颖而山) 不足。而在引入了计算机t ( t e a c h i n ga s s i s t a n t ) 的教学模式( 计算机t a 教学模式是指在实验教学 过程中引入计算机作为助教的一种教学模式，在本文2 4 节有详细介绍) 后，很多一般性指导以及其它教学管理都可以由计算机t a 来完成，如实验 实时辅导、自主学习导学、数据辅助测评、实验成绩管理等，这样教师对 学生的个性化指导得到加强，可以与学生进行更多更充分的深层次交流。 ( 2 ) 在传统的实验室管理模式下，管理人员要进行大量数据的分类、登记、验 证、计算、统计等手工j 二作。实现计算机管理后，只要将部分数据手工输 入计算机，以后的计算、分类、统计、存储和转发都交给计算机和网络去 完成。因此，大大减轻了实验室管理人员的工作量。 ( 3 ) 通过网络终端，学生可以在第一时间获取实验室信息，根据自身条件自主 选择课程，自由预约时间，不再受时间、设备的限制，提高了实验室仪器 设备的利用率。 ( 4 ) 统计和分析系统所采集的数据，制作成各种报表，能为实验中心主任的决 策提供一定的参考，使实验计划安排更合理，实验方案调整更及时。 1 2 论文的工作计划 为了满足开放实验教学的需要，本文在我校物理实验中心原有网络教学管理基础之上， 从中心开放式教学实际情况山发，计划研究实验刷 子系统和远程电源控制子系统，对原 有系统的功能进行扩展。两系统的完成，将会实现实验室刷忙考勤、计算机身份认证、自 动派位、自动记录设备使用状态、自动记录学生实验日志、自动开关电源等教务管理的自 动化。 计划对系统所采集的数据进行统计与分析，为开放实验教学模式的完善与发展提供策 略；广泛调研网络教学管理系统使_ 【 j 反馈，为系统迸一步的完善和发展采纳更多更好的意 见和建议。 1 3 论文的内容框架 第1 章绪论，主要介绍了论文研究的背景、意义和 二作计划； 第2 章介绍了实验室网络化教学管理的发展历程，网络教学管理系统的建设内涵、 以及我校物理实验中心建设现状和建设成果； 第3 章介绍了刚络教学管理系统中刷忙子系统的设计与实现； 第4 章介绍了网络教学管理系统中远程电源控制子系统的设计与实现： 第5 章介绍了网络教学管理系统在开放式物理实验教学中的庶用，统计和分析了 系统采集的实验教学数据，以供教学改革参考，并通过对系统的使剧情况进行问卷调查， 为系统今后的发展提出措施： 3 东南大学硕j ：论文 第6 章结束语，对论文的工作进行了思考和总结，指出了论文工作中不足之处 为后续的研究工作提供了参考。 4 第2 章开放实验室网络教学管理系统的建设思路 第2 章开放实验室网络教学管理系统的建设思路 为了适应时代对创新人才的要求，高等教育模式正在进行一场深刻的变革。开放实验 教学已经成为国内外高校实验教学的主流，开放实验室建设是当前高等理工科院校实验室 建设的重点。因为实验教学是高等理j 二科院校教学中的一个十分重要的环节，对于创新人 才的培养具有不可替代的作用。实验教学的效果也取决于不断发展和完善的实验教学内容、 方法和管理手段。随着信息管理技术的日益发展，教育界也希望通过现代信息管理技术来 实现学术的交流和资源的共享。因此，各大高校实验室都在争相建设先进的网络教学管理 系统，从实质上看，该系统是一个以教学和管理为核心、信息发布与交流为主体的，利_ i _ j 现代网络技术、多媒体技术建立起来的，具有扩展性和兼容性的综台计算机应用平台。它 必须是一个完整统一、技术先进、高效稳定、安全可靠的基于校园网络环境的集成系统。 2 1 实验室网络化教学管理发展历程 随着科学研究和生产技术的不断发展，原来的人工管理模式在这种形式下似乎不太适 庶。为此，发达国家的实验室均朝网络化管理方向发展。实验室信息管理系统就是在这一 背景下产生的集现代化计算机技术和先进的管理理念为一体的用于各行各业实验室管理和 控制的一项崭新的应用技术。国外网络化实验室教学管理技术应用的成功经验表明：适应 现代化教育发展的实验窒必须要建立起完备的教学管理体系，因而需要一套先进的实验室 教学管理系统，它必须技能满足当前现状，又能适应未米不断增长的教学需求。我国的实 验室信息化管理起步比美欧等发达国家晚了2 0 多年。 由于之前我们的实验课教学是以验证性实验教学为主，因此实验方案单一，实验教材 中实验内容、实验步骤讲解细致，并且实验的准备工作由教师完成，忽略了学生在学习活 动中的主导地位，学生主动参与性差。这种实验教学方式很难较好地培养学生发现问题、 分析问题和解决问题的能力，很难适应新世纪对人才培养的要求。 为了增强学生的实践动手能力，更好地培养学生的创新能力，高等院校对实验教学的 方式和教学内容进行了改革。 1 实行开放式实验教学模式 随着学分制的全面实施，学生的流动性和自主性越来越大，相同班级的学生所选课程 不再一模一样，上课时间和上课地点也不尽相同。传统的以班级为教学单位安排实验课程， 学生在规定的时间、规定的地点由规定的教师上规定的实验课程的教学模式已不再能适应 新学分制条件r 的实验教学要求。而实行开放式实验教学，就是将实验室全面开放，学生 根据自己的情况选择合适的时间去去进行不同的实验，这样就打破了传统的实验教学方式 和教学模式。教学不再跟班走，实现开放式教学，使学生的学习积极性大幅度提高，教学 效果也显著提升。 2 开发更多的实验项目供学生选择，特别是综合性、设计性和创新性实验 由于原来的实验内容单一、实验过程按部就班，这样就限制了学生的创新思维，对挖 抽f 学生的潜能，增强学生的动手能力不利。而在开放实验教学的环节中，除了计划内的实 验外，还开设了很多选做实验。实验前，要求学生进行实验预习，通过实验预习指导才可 独立进行实验：实验中由学生自己制定实验方案。大大培养了学生的实践动手能力。特别 是增加了综合性、设计性、创新性实验，开拓了学生的思路，培养了学生的创新能力。 随着传统实验教学向开放式实验教学的转变，为题也就随之而来。几百、几千名学生 5 东南大学硕上论文 做开放式实验，预约和管理需要花费大量的工作量。刚开始时，实行人工预约，发现预约 存在慢、乱的问题。人工统计成绩、发布成绩、计算学分难度更大。实验项目的更新信息 发布不够及时，宣传不到位，学生对实验情况了解滞后，常常这项实验的预约人数已满， 学生还不清楚。于是充分利用先进的网络技术，结合先进的管理理念，通过i n t e m e t 来解 决上述问题已经成为叮能，因此开发基于w e b 的开放实验室网络教学管理系统必将成为必 然。 2 2 开放实验室阔络教学管理系统建设内涵1 5 , 6 1 2 2 1 栩【述 开放式创新性实验教学体系的创建在实验教学目标的确立、实验教学内容的选择、实 验教学环。1 5 的安排等方面都更加突出臼主、开放、综合、创新的原则。其中开放包括时间、 空间、课程、项目、仪器设备、指导模式等方面。创新包括使学生体验到创新的快乐和自 信，从而激发学生的创新欲望并培养他们创新的能力。 这种开放式创新性实验教学体系改革有效实施的关键是把创新思维与实践能力的培养 作为创新型高素质人才培养的着力点，这就需要把实验教学及管理的改革作为研究探索型 教学、基于问题的学习、综合设计创新教学改革的突破i u 从而把实验教学作为培养学生 基本理论知识、基本方法技能和基本综合素质的主渠道之一。 开放实验室的信息化建设对实验教学的改革起到非常重大的作用。它影响教学研究的 变革、教师教学的变革、学生学习的变革。现在的实验教学既要有创新，义要提高学生的 素质，单靠传统的方式还爿i 够。而网络信息的丰富、快捷、有趣、经济，为实验教学的开 放提供了一条创新之路。 但是实验教学的信息化建设不是靠简单的基础设施建设和技术产品的堆积就能实现 的。 首先，信息化建设要断向实际应用，而不能只当个华丽的摆设。只有真止面i 甸应_ l | j 才 能使信息化建设具有可持续发展的动力，因为应用可以促进信息化建设的姚范化、保持系 统内数据的动态化，从而保证系统里是最新的、最准确的数据。 其次，信息化建设要注重软硬并举，而不能只注重硬件的投入。信息化的前提和基础 是大萤以电子形式存在的，能够在网上进行集中有序的管理、共享与利i j 的信息资料；信 息化的核心是信息资源的开发和有效利用；而嘲络建鼓娃信息化的物理基础平台。但目前 说起信息化，人们想到的往往姓宽带局域网、大容量的服务器、宽带接入等网络基础物理 平台建设，而忽视信息资源的开发承有效利j 材。这种倾向必须加以高度重视，不注重信息 资源开发利川的信息网络就像没有车辆行驶的公路一样形同虚设。 作为实验教学信息化的最主要的运行载体与传播途径，实验教学网络平台的主要功能 是通过现代网络盘! l l 体技术，实现对实验教学的开放管理。具体可以包括学生利川该平台实 现网上选实验项目、预约实验时间、自主调课、预习实验、实验预备知识测评、实验教学 网络实时指导、实验数据结果测评、实验成绩网络评定、实验效果检查、实验成绩的网上 管理与壳询、实验 匈释与技术等基本知识拓展、实验教学网络交互、实验教学效果网络测 评、实验设备网络管理、对校内外信息：白：传等方面。简要概括主要有以下三方面的功能： 1 对外提供可以共享的实验教学优质资源信息。为兄弟院校实验教学提供示范经验， 带动高等学校实验室的建设、改革与发展。 2 为学生提供自主学习的实验教学优质资源。这些资源可以同时面向9 q 络上广火用户 6 第2 章开放实验室网络教学管理系统的建设思路 ( 包括校内外的学生、教师等) ，实现实验远群教学辅助。资源库的建设应在开放型的平台 上进行，从而实现多媒体课件资源远程的、自由的、自主的二次组织，有效扩展网络教学 资源的适用范围。 3 实现实验教学的开放管理。网站应在高速局域网内实现网络的完全交互化和多媒体 化网络系统具备指导学生实验预习和操作、复习、答疑、实验数据测评与结果的提交等 功能，能实现学生和教师、学生和学生之间的同时异地、异时异地的信息交流。 本节主要介绍适应开放式创新性实验教学的信息资源系统的建设内涵以及实验教学网 络管理系统的建设内涵。 2 2 2 两络教学信息资源予系统建设内涵 根据我国教育资源建设技术规范，教学资源库的建设主要是素材类教学资源的建设。 可以分为以下八类：媒体素材( 是传播教学信息的基本材料单元，包括文本类素材、图像 类素材、音频类素材、视频类素材、动画类素材五大类) 、试题库、课件( 包括网络课件) 、 案例、文献资料、常见问题解答、资源目录索引及网络课程。 基于网络的实验教学信息资源建设在此基础上更多地体现了信息量大、智能化、虚拟 化、网络化等特征，为实验教学提供了更方便快捷和更丰富的信息米源，成为实验教学的 新资源，这也是其他教学资源无法比拟的。如通过网络访问世界各地的相关学科实验教学 站点、实验教学资料数据库等；利用校园网建立实验教学案例、参考文献、检测评价等数 据库和虚拟实验室等；通过信息的共享、交流、反馈等方式，为师生提供大量的实验教学 资源，使实验教学不只局限于课堂和学校，而是在更为广阔的空间发展。也更有利于学生 学习相关知识和技能，培养学生收集信息、处理信息、传递信息的能力。 总之，实验教学的信息资源建设是通过网络教学支撑环境米表现教学内容、教学活动 及与之相关的各种资源建设，包括有利于实现教学目标，在实验教学设计、实施和评价过 释中可利用的各种资源的总和。为了使这些大量的信息资源脉络清晰、便于查找，从而发 挥更好的教学功能，我们建议在进行适应开放式创新性实验教学的信息资源建设时，首先 要构建分类合理的建设框架，如表一所示。 表一、实验教学网络资源建设框架 实验教学网络资源系统 综合共享信息子系统 实验课什子系统 仿真实验子系统 实验知识拓展子系统 仪器资料库子系统 远程实验资源子系统 其它子系统 实验教学信息资源建设框架主要包括1 个综合信息子系统和6 个单项资源子系统，即： 综合共享信息子系统、实验课件子系统、仿真实验子系统、实验知识拓展子系统、仪器资 料库子系统、远程实验资源子系统、其它子系统等。下面具体介绍各子系统的内容与功能。 2 2 2 1 综合信息子系统 实验室综合信息子系统是信息资源建设的宣传模块。该模块集中反映一个实验室实验 教学的优质资源信息，为相关实验室的建设、教学改革、教学运行提供交流的平台，推进 7 东南人学硕十论文 实验教学资源共享与实验室共同发展。我们建议该子系统的建设方案应参照国家级实验教 学示范中心的建设内涵，依据国家级实验教学示范中心评审指标体系所引导的建设内容进 行建设，因此，该子系统可以由中心概况、实验教学、实验队伍、设备与环境、管理模式、 特色与辐射六个栏目组成。具体包含以下内容： ( 1 ) 中心概况：包括中心历程、中心任务、课程设置、教学理念、建设规划等5 个模块。 ( 2 ) 实验教学：包括教学体系与教学内容( 由教学体系、教学大纲、实验项目、实验教 材、电子资源等5 个子模块组成) 、教学方法与教学手段( 由开放教学模式、实验考核改革、 实验技术研究、计算机辅助实验教学改革等4 个子模块组成) 、教学成果与教学效果( 由教 学改革项目、教学改革成果、教学改革论文、学生创新成果、学生评教结果等5 个子模块 组成) 等3 个模块。 ( 3 ) 实验队伍：包括中心主任、核心骨干、队伍结构、科学研究、队伍建设规划等5 个模块。 ( 4 ) 设备与环境：包括仪器设备配置、自制仪器、实验室布局、实验室环保与安全等4 个模块。 ( 5 ) 管理模式：包括实验室管理体制、队伍管理与考核、经费投入与管理、仪器设备管 理、实验室规章制度、实验室管理网络平台等6 个模块。 ( 6 ) 特色与辐射：包括中心特色与成果辐射等2 个模块。 2 2 2 2 实验课件子系统 实验课件在现代实验教学中具有重要作用。将实验教学课件按照实验目的、实验原理、 仪器介绍、数据结果测评、实验成绩评定与登录、观察与思考等儿部分进行设计，实现实 验课课件的课外辅导与课堂教学指导功能的有机统一，在课外，通过课什进行实验预习与 复习；在课内，通过课件指导学生实验与测评学生的能力。 2 2 2 3 仿真实验子系统 仿真实验是利用现代信息技术，在一定程度上对所选定的实验项目进行仿真，以便于 学生在计算机上进行实验操作和数据分析。仿真实验可以提高学生对实验操作的熟悉程度， 利于学生在实际仪器上进行正确有效的操作，以便提高实际实验的测量结果精度。同时仿 真实验也可以弥补实际实验室硬件条件的局限，开设实验室未有仪器的仿真实验项目有助 于开拓学生的知识面。 2 2 2 4 实验知识拓展予系统 实验知识拓展子系统是利用计算机信息化手段，将实验过程中所涉及的知识领域的相 关信息进行集成，建立信息数据库，为学生营造自主学习的开放环境，实现实验教学与相 关理论教学的雨n 皆融合，并通过实验课程的学习带动其他相关课程的学习。该子系统应是 教学课件子系统和仿真实验子系统的有效拓展，或称为知识素材库。该素材库包含与每个 实验相关的理论知识、实验案例、日常现象、工程应_ j 实例、重大发现与发明等。 2 2 2 5 仪器资料库子系统 仪器资料库是实验网络教学重要信息资源之一。该子系统为网络实验教学中教学课件 8 第2 章开放实验室嗍络教学管理系统的建设思路 子系统、仿真实验予系统和实验知识拓展子系统提供仪器信息支持。仪器资料库应建立在 主流网络数据库服务器上，其应支持文本、图片、视频、工程手册、电子图纸等媒体信息， 并能以结构化的方式进行描述、存储和查询。 2 2 2 6 远程实验资源子系统 通过远程实验系统，可以将真实的实验过程搬到网络上，通过网络将实验的设备、实 验过样和实验结果连接起来，并利用网络直播手段，实现了动手操作、实时观察、理论指 导和教学互动等教学功能，不仅给远程实验者以身l 瞄其境的真实感觉，而且克服了网络虚 拟实验或计算机仿真实验过于理想化，受限于数学模型，缺乏真实实验的氛围的缺陷，为 实现异地远程化的实验教学提供了先进的手段。 2 2 2 7 其它信息资源予系统 如全球范围内其它相关学科实验教学站点、实验教学资料数据库等的链接等。 2 2 3 月络管理子系统建设内涵 实验教学信息资源建成后，对于教师来说，府强化教学资源意识，树立新的课程资源 观，要掌握合理利用实验教学信息资源的策略，逐步形成开发实验教学信息资源的能力， 从而因地制宜地开发和利用实验教学信息资源，确保实验教学目标的顺利完成，同时也促 进教师自身的发展。另外，对于学生来说，他们是实验教学的主体，在实验教学中具有能 动性，能对实验加以理解和体验；无论是课堂实验还是课外实验，学生都是使用实验教学 信息资源的最砸要的群体，我们的实验教学管理要引导学生充分使用这些资源，提高实验 教学的教学效益。因此，开放式创新性实验教学的网络箭理不仅仅只在于实现学生选择实 验项目、选择实验时间、进行实验考勤、实现实验成绩管理等一系列的教务管理，还要实 现一系列的实现信息资源的综合利用、促进学生创新思维和实践能力的高级管理。表二是 我们设计的适应开放式创新性实验教学、注重实验过程与教学质量管理的网络管理建设内 涵。 表二、实验教学过程管理平台建设框架 网络开放管理系统 选课管理子系统 刷 考勤派位子系统 远程l u 源控制子系统 远程答疑与监控子系统 学生技能测评子系统 师生互动子系统 课程评教子系统 设备管理子系统 通知、公告子系统 其它子系统 实验教学的网络管理体系建设主要包括9 个单项管理子系统，即：选课管理子系统、 刷卡派位与电源管理子系统、远程答疑与监控子系统、学生技能测评子系统、师生互动子 9 东南人学硕士论文 系统、课程评教子系统、设备管理子系统、网上办公子系统及其它子系统。卜面具体介绍 各子系统的内容与功能。 2 2 3 1 选课管理子系统 选课管理子系统是为开放实验提供技术支持的课程管理信息化平台，实现网上选实验 项目、预约实验时间、自行调课、实验成绩的网上管理等功能。 2 2 3 2 刷卡考勤派位子系统 通过刷卡认证身份，开启实验室门禁系统并自动安排实验桌位置，同时该位置实验电 源自动开启，并记录学生实验开始时间，实验结束通过刷卡自动关闭实验桌电源，同时记 录学生完成实验并离开实验室时间。 2 2 3 3 远程电源控制子系统 远程电源控制子系统能够实现通过网络远程打开和关闭实验设备电源，对于开放远程 实验操作是必要的。同时，远程电源控制系统还可以进一步改进与实验中心服务器相连， 在服务器死机的情况下，实现远科复位。 2 2 3 4 远程答疑与监控子系统 实现对各实验室教学情况的监控，通过答疑与监控控制中心实现( 远程、视频、实时) 高水平教师可同时为多个班级学生现场答疑、指导。 2 2 3 5 学生技能测评子系统 学生技能测评子系统可完成对学生在实验课程学习全过程中知识水平和操作技能的完 整评价。其可分为课前( 开始该实验课程学习之前) 基础测评、实验项目预习测评、实验 项目数据结果测评、课后( 结束该实验课程学习之后) 基础测评。 2 2 3 6 师生互动子系统 师生互动子系统提供统一方便的界面供师生进行信息交流。该子系统可由单独的功能 模块，如教学论坛、教学留言板等模块组成，也可以为其它子系统提供内嵌功能模块，如 实时的信息反馈( 师生实时异地交流) 、l 细a i l 通信、站内消息等。 2 2 3 7 学生评教子系统 学生评教子系统可以了解实验课程教学情况信息。该子系统具有不受时空限制，大范 围、多层次、多角度、实时反映实验课程教学情况等优点，为及时改进实验教学提供有效 信息。 2 2 3 8 设备管理子系统 1 0 第2 章开放实验室网络教学管理系统的建设思路 设备管理子系统是为分级动态实时管理所设计的信息管理系统。“分级”是指管理人员 权限分级管理；“动态”是指仪器使用人员( 包括学生、教师或专业仪器管理人员) 发现仪 器损坏后进行网络登记，维修人员查看记录进行维护，并登记维护记录。 2 2 3 9 罔上办公子系统 可利用网络等媒体将实验课程或实验室相关信息向学生、教师等进行通告。其应能支 持不同形式的发布文件格式，支持灵活的分组分层次管理，支持基于标题、关键字、发布 时间等信息的查询操作，支持不同访问权限，并且支持多人多点管理通知公告。 2 2 3 1 0 其它子系统 如网上提交实验报告并自动批改系统等，也提议用于拓展其他功能。 2 3 阿络教学管理系统设计因素的考虑 网络教学管理系统作为开放实验教学工作的支撑信息系统，在其功能与性能的设计上 应重点考虑以f 几个方面的冈索： ( 1 ) 稳定性 必须要保证系统的正常运行，确保实验教学工作的止常开展。 ( 2 ) 可靠性 保证数据的正确性，具备完善的数据维护、备份策略，确保教学数据的完整性。 ( 3 ) 实用性 本系统的最大用户群体是学生j _ i j 户，系统应能支持足够的并发用户数，以满足学生的 使用。 ( 4 ) 可扩展性 系统应该能够灵活、方便地增加新功能模块，系统必须具备良好的扩展空间。 ( 5 ) 安全性 严格保证数据的安全，避免恶意修改、破坏数据。 2 4 我校物理实验中心嘲络教学管理系统建设现状及特色 顺应网络化时代潮流及实验教学开放式的要求，我校己经在网络与教学相结合这条道 路上进行了颇多的研究和实践，在构建、功能方面的理论和技术已经相当成熟，从探索的 阶段发展到人范围投入教学使用的阶段。 目前我校物理实验中心网络教学管理系统已经实现了通过网络自主选择实验项目、自 由预约实验时间、自主调课、预习实验、实验预备知识测评、实验教学网络实时指导、实 验数据结粜测评、实验成绩网络评定、实验效果检奇、实验成绩的网上管理与查询、实验 内容i j 技术等基本知识拓展、实验教学网络交互、实验教学效果网络测评、实验设备网络 管理、对校内外信息宣传等方面的网络化。 基于网络的计算机t a ( t e a c h i n ga s s i s t a n t ) 教学模式是我校物理实验中心的重要特 色。计算机t a 教学模式是指在实验教学过程中引入计算机作为助教的一种教学模式。该 东南人学硕j 二论文 模式是通过利用实验室实验教学网络信息资源与网络管理平台的实验教学导学子系统、实 验课件子系统、仿真实验子系统、实验知识拓展子系统、仪器资料库子系统、远程实验资 源子系统等资源，指导学生在实验前的预习、在实验中的具体操作，帮助学生对获取的实 验数据与结果进行评判，并指导学生进行实验后的复习，实现学生与教师之问的互动交流。 在传统的实验教学中，由于教师时间与精力有限，教师对学生的一般性指导( 包括实 验原理、实验仪器的介绍，实验基本方法和技能) 比较多，而深层次交流( 指教师个性化 教学的过程，引导启发、提高学生能力和素质、因材施教、使优秀学生脱颖而出) 不足。 而在引入了计算机t a 的教学模式后，很多一般性指导以及其它教学管理都可以由计算机 t a 来完成，如教学常规管理( 选课、预习指导等) 、教学实时辅导、t l 主学习导学、数据 辅助测评、实验成绩管理等，这样教师对学生的个性化指导得到加强，可以与学生进行更 多更充分的深层次交流。幽2 1 为传统教学模式与计算机t a 教学模式中教师与学生互动对 比示意图。 图2 1 传统教学模式与计算机t a 教学模式中教师与学生互动对比示意 实验室的网络信息资源平台和网络管理平台是实现计算机t a 教学模式的基础条件。 东南大学物理实验中心早在1 9 9 9 年已自主研发了多媒体教学和管理网络平台，建成了较为 完备的信息资源系统，主要包括：网络多媒体教学辅导系统、建模与仿真实验、实验教学 资源库和仪器资料库等，如图2 2 所示。 1 2 第2 章开放实验室网络教学管理系统的建设思路 图2 2 东南大学物理实验中心实验教学网络资源系统 实验中心以这些实验教学信息资源为基础，于1 9 9 9 年创建了实验教学的计算机t a 教 学模式，并于2 0 0 0 年开始大面积实施，使中心的实验教学效益的得剑了显著的提高，为学 生提供了开放、宽松的实验环境。当年，中心建立了1 5 个人型网络物理实验室。圈2 3 、 图2 4 、图2 5 分别是适应计算机t a 教学模式的网络实验室设计图、计算机t a 与实验仪 器的实际布置图、计算机t a 教学模式效益分析图。实验室引入计算机t a 后，教师和计算 机t a