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淺談實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源數(shù)字化與教學(xué)模式革新研究
論文關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué) 教學(xué)信息化 教學(xué)資源數(shù)字化
論文摘 要：信息化是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢[1]，而教學(xué)資源數(shù)字化是實(shí)施和實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息化的基礎(chǔ)。本文從高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教學(xué)資源建設(shè)的現(xiàn)狀和實(shí)際出發(fā)，以“信號與系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主要研究對象，對網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺構(gòu)建、學(xué)習(xí)（E-learning）資源開發(fā)、虛擬實(shí)驗(yàn)資源開發(fā)和利用、創(chuàng)新和完善實(shí)驗(yàn)及考核與成績評價(jià)機(jī)制等方面進(jìn)行了研究，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)模式革新的探索。
一、高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀
實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論課不同，受實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)條件等因素的影響，實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字化資源建設(shè)似乎難度更高。目前，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀為：
1.取得了長足進(jìn)步
實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到了普遍重視，實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的概念從自然科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展到了與其他科學(xué)領(lǐng)域[2]；實(shí)驗(yàn)教學(xué)大大降低，新的實(shí)驗(yàn)設(shè)施和教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面取得了喜人成績；信息技術(shù)正逐步應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
2.存在的問題
實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身具有對實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場所和授課時(shí)間等因素依賴性較強(qiáng)的特點(diǎn)。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)大多局限于實(shí)驗(yàn)教材的電子化、CAI課件的制作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范和要求等。一般采用按部就班的教學(xué)程式，即教師講解實(shí)驗(yàn)原理、演示實(shí)驗(yàn)步驟或例程；學(xué)生按指定步驟實(shí)驗(yàn)并“填寫”實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式。
與理論課一樣，實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字化資源建設(shè)和真正應(yīng)用也應(yīng)受到足夠的重視。
二、對數(shù)字化教學(xué)資源的理解
于文秀在《光明日報(bào)》發(fā)文指出：有效地利用數(shù)字化教學(xué)資源，對于學(xué)生學(xué)習(xí)能力以及問題意識的培養(yǎng)乃至懷疑精神的塑造具有重要意義。通過對數(shù)字化教學(xué)資源的有效利用，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)的興趣，是培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)業(yè)能力極佳的路徑。[3]
教學(xué)資源數(shù)字化建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不只是一種簡單的行為和硬件設(shè)施、信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程；也不只是片面地將等工具應(yīng)用于教學(xué)。而是在現(xiàn)代教育思想和先進(jìn)理念的下，通過信息的支持，積極應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，理順教師、學(xué)生和資源三者間的關(guān)系，革新和開發(fā)教學(xué)資源，為教學(xué)效率的提升、為教學(xué)模式的深化改革和為教學(xué)效果的提高提供基礎(chǔ)性條件和可靠保證。教學(xué)資源數(shù)字化遠(yuǎn)不只是將教材電子化，不是教材和講義的簡單重復(fù)。而是現(xiàn)代教育教學(xué)理念和方法、認(rèn)知和學(xué)習(xí)規(guī)律、現(xiàn)代學(xué)習(xí)評價(jià)和考核方式的綜合應(yīng)用。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字化可以解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對單一的問題，促進(jìn)新教學(xué)模式的探索和應(yīng)用、促進(jìn)教學(xué)效率和成效的提高。信息化是實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢，而教學(xué)資源數(shù)字化則為教育教學(xué)信息化的基礎(chǔ)。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源數(shù)字化
基于對教學(xué)資源數(shù)字化的理解，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教學(xué)資源建設(shè)的現(xiàn)狀和實(shí)際出發(fā)，以“信號與系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主要研究對象，筆者進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺構(gòu)建、電子學(xué)習(xí)（E-learning）資源開發(fā)、虛擬實(shí)驗(yàn)資源開發(fā)和利用、創(chuàng)新和完善實(shí)驗(yàn)管理以及考核與成績評定機(jī)制等方面的探索。
1．依托信息環(huán)境，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺
依托信息環(huán)境，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，參考教材[4]，筆者構(gòu)建了“信號與系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺。一級菜單設(shè)濾波器、電路響應(yīng)、方波信號分解與合成、信號抽樣與恢復(fù)、綜合測試、第二課堂、有用鏈接等；二級菜單，對應(yīng)“濾波器”設(shè)置：E-learning、虛擬實(shí)驗(yàn)、低通、高通、帶通、帶阻等；三級菜單，對應(yīng)“低通”設(shè)有：知識講座、問題引導(dǎo)、操作參考等。
2．積極轉(zhuǎn)變教師角色，建設(shè)數(shù)字化教學(xué)資源和電子學(xué)習(xí)模塊資源
教學(xué)資源數(shù)字化要求我們及時(shí)理順教師、學(xué)生和資源三者間的關(guān)系。教師不能再維持自己的“專家”角色，而是和學(xué)生協(xié)作，指引和幫助學(xué)生獲取、組織、解釋、轉(zhuǎn)換及重組各種教學(xué)信息和資源；教學(xué)也不再是“滿堂灌”，而是以適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)資源為媒介，通過個(gè)性化教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動、師生協(xié)作、自主探索的方式進(jìn)行知識建構(gòu)。
據(jù)此，要求構(gòu)建包括CAI課件、電子講義等在內(nèi)的一系列數(shù)字化教學(xué)資源。根據(jù)教學(xué)需求，利用Captivate軟件結(jié)合Matlab和Photoshop等軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)了信號抽樣和恢復(fù)實(shí)驗(yàn)、線性電路零輸入響應(yīng)和階躍態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)等的電子學(xué)習(xí)模塊軟件資源。這些資源的設(shè)計(jì)和開發(fā)，使學(xué)生能在課前課后，不拘泥于實(shí)驗(yàn)場所和地點(diǎn)，根據(jù)自身需求互動式地進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)。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(xué)習(xí)者之間有更多的交互（Interaction）操作，更易于激起學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果更好。當(dāng)然，這需要花更多時(shí)間來準(zhǔn)備和加工這些教學(xué)資源，而且還應(yīng)盡量做到信息技術(shù)和教學(xué)目標(biāo)的無縫結(jié)合。
3．開展虛擬實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)“虛實(shí)”結(jié)合
在“信號與系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，利用Java、Matlab、SQL Server等軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)了幾個(gè)典型的虛擬實(shí)驗(yàn)，如濾波器、方波信號分解和合成、信號抽樣和恢復(fù)、常見電路響應(yīng)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。這樣，學(xué)生可在課前、課后根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)，還可方便地修改實(shí)驗(yàn)參數(shù)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行“研究式”和“協(xié)作式”學(xué)習(xí)，而不再是“按圖索驥，生搬硬套”，也突破了時(shí)間和地域的限制。譬如，在濾波器實(shí)驗(yàn)中，有了虛擬實(shí)驗(yàn)器件，學(xué)生可利用分立元件或集成運(yùn)放自行設(shè)計(jì)構(gòu)成各種濾波器電路，自行修改其中元器件的參數(shù)并可以方便地進(jìn)行比較。這種方式還允許部分學(xué)生有個(gè)性地“先行”，對于現(xiàn)行的班級授課制也是一個(gè)有益補(bǔ)充。
虛擬實(shí)驗(yàn)方便學(xué)生更改實(shí)驗(yàn)電路、大膽設(shè)想和創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境并證實(shí)設(shè)想的正誤；也有利于培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)苄纬珊吞岣邔W(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本技能和實(shí)踐動手操作能力。兩者可以而且應(yīng)該很好地結(jié)合起來。
4．學(xué)、練、評相結(jié)合，構(gòu)建數(shù)字化評價(jià)與管理體系
在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了若干知識主題，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中對每一主題根據(jù)需要設(shè)置了“知識講座”、“問題引導(dǎo)”、“操作參考”等模塊。系統(tǒng)能記下學(xué)生的操作次數(shù)、學(xué)習(xí)時(shí)間長短及操作類型，這幾個(gè)指標(biāo)可為教學(xué)管理和評價(jià)提供原始數(shù)據(jù)。此外，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有“在線測驗(yàn)”模塊——利用Captivate軟件對每個(gè)主題設(shè)置了“問題池”和相應(yīng)的答案，這樣每次學(xué)生進(jìn)行測試時(shí)能進(jìn)行隨機(jī)抽取試題，并當(dāng)場判斷學(xué)生答問是否正確，給出量化成績�；咀龅綄W(xué)、練、評這三者相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和成績評定數(shù)字化，提高了教學(xué)效率。
5．積極開展網(wǎng)上“第二課堂”建設(shè)
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺中設(shè)置了“第二課堂”，加強(qiáng)師生課后交流，也能在一定程度上豐富生活和激起學(xué)習(xí)興趣，正所謂“在玩中學(xué)，在學(xué)中樂”。師生可以借此發(fā)布討論主題、各抒己見，可以是電子制作或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、工具和元器件選擇及注意事項(xiàng)；可以圍繞某一公式，從公式特征、形式到公式意義，進(jìn)而討論其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。
四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源數(shù)字化應(yīng)用與教學(xué)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(yè)2005級、2006級兩個(gè)年級的“信號與系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了初步應(yīng)用。學(xué)生能借助網(wǎng)絡(luò)信息環(huán)境，利用數(shù)字化資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、討論甚至自行提出實(shí)驗(yàn)方案，開展實(shí)驗(yàn)后討論、和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。革新了傳統(tǒng)“按部就班”式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、積極性，不斷培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
使用信息反饋表表明：81.1%的學(xué)生認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)和開發(fā)符合自學(xué)和實(shí)驗(yàn)需求；92%的學(xué)生認(rèn)為基于Captivate的相關(guān)習(xí)題和在線測試模塊十分有利于對有關(guān)知識的學(xué)習(xí)和自測；87.8%的學(xué)生覺得網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺易于使用。當(dāng)然，有部分同學(xué)提出建議，下一步可結(jié)合學(xué)校資源加強(qiáng)教學(xué)資源的建設(shè)，特別是在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析方面的資源建設(shè)。
五、結(jié)束語
筆者立足現(xiàn)實(shí)、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源數(shù)字化進(jìn)行了有益探索，并以此為基礎(chǔ)開展了革新教學(xué)模式研究。資源數(shù)字化有利于充分利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和信息技術(shù)發(fā)展的成果，有助于實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式的革新，有利于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，有利于提升學(xué)生實(shí)踐動手能力和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
參考文獻(xiàn)：
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[4]吳大正.信號與線性系統(tǒng)分析[M].北京:出版社,2004.
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