浅谈实验教学资源数字化与教学模式革新研究论文
论文关键词：实验教学 教学信息化 教学资源数字化
论文摘要：信息化是高校实验教学发展的必然趋势[1]，而教学资源数字化是实施和实现教育教学信息化的基础。本文从高校实验教学和教学资源建设的现状和实际出发，以“信号与系统”课程实验教学为主要研究对象，对网络化实验教学平台构建、电子学习（E-learning）资源开发、虚拟实验资源开发和利用、创新和完善实验管理及考核与成绩评价机制等方面进行了研究，并以此为基础进行教学模式革新的探索。
一、高校实验教学的现状
实验教学与理论课不同，受实验设备和教学条件等因素的影响，实验教学数字化资源建设似乎难度更高。目前，高校实验教学的现状为：
1.取得了长足进步
实验教学得到了普遍重视，实验室和实验教学的概念从自然科学和技术领域扩展到了经济与其他科学领域[2]；实验教学成本大大降低，新的实验设施和教学实验室建设方面取得了喜人成绩；信息技术正逐步应用于实验教学。
2.存在的问题
实验教学本身具有对实验设备、实验场所和授课时间等因素依赖性较强的特点。目前，实验教学资源的建设大多局限于实验教材的电子化、CAI课件的制作、实验报告规范和要求等。一般采用按部就班的教学程式，即教师讲解实验原理、演示实验步骤或例程；学生按指定步骤实验并“填写”实验报告的方式。
与理论课一样，实验教学数字化资源建设和真正应用也应受到足够的重视。
二、对数字化教学资源的理解
于文秀在《光明日报》发文指出：有效地利用数字化教学资源，对于学生学习能力以及问题意识的培养乃至怀疑精神的塑造具有重要意义。通过对数字化教学资源的有效利用，可以激发学生的学习与发现的兴趣，是培养自主学习能力和创业能力极佳的路径。[3]
教学资源数字化建设是一项复杂的系统工程，它不只是一种简单的投资行为和硬件设施、信息网络建设的过程；也不只是片面地将计算机等工具应用于教学。而是在现代教育思想和先进理念的指导下，通过信息环境的支持，积极应用现代信息技术，理顺教师、学生和资源三者间的关系，革新和开发教学资源，为教学效率的提升、为教学模式的深化改革和为教学效果的提高提供基础性条件和可靠保证。教学资源数字化远不只是将教材电子化，不是教材和讲义的简单重复。而是现代教育教学理念和方法、认知和学习规律、现代学习评价和考核方式的综合应用。
实验教学数字化可以解决目前实验教学资源相对单一的问题，促进新教学模式的探索和应用、促进教学效率和成效的'提高。信息化是实验教学发展的必然趋势，而教学资源数字化则为教育教学信息化的基础。
三、实验教学资源数字化
基于对教学资源数字化的理解，从实验教学和教学资源建设的现状和实际出发，以“信号与系统”课程实验教学为主要研究对象，笔者进行了网络化实验教学平台构建、电子学习（E-learning）资源开发、虚拟实验资源开发和利用、创新和完善实验管理以及考核与成绩评定机制等方面的探索。
1．依托信息环境，构建网络化教学平台
依托信息环境，根据教学目标，参考教材[4]，笔者构建了“信号与系统”实验教学网络平台。一级菜单设滤波器、电路响应、方波信号分解与合成、信号抽样与恢复、综合测试、第二课堂、有用链接等；二级菜单，对应“滤波器”设置：E-learning、虚拟实验、低通、高通、带通、带阻等；三级菜单，对应“低通”设有：知识讲座、问题引导、操作参考等。
2．积极转变教师角色，建设数字化教学资源和电子学习模块资源
教学资源数字化要求我们及时理顺教师、学生和资源三者间的关系。教师不能再维持自己的“专家”角色，而是和学生协作，指引和帮助学生获取、组织、解释、转换及重组各种教学信息和资源；教学也不再是“满堂灌”，而是以适当的教学资源为媒介，通过个性化教学、任务驱动、师生协作、自主探索的方式进行知识建构。
据此，要求构建包括CAI课件、电子讲义等在内的一系列数字化教学资源。根据教学需求，利用Captivate软件结合Matlab和Photoshop等软件设计和开发了信号抽样和恢复实验、线性电路零输入响应和阶跃态响应实验等的电子学习模块软件资源。这些资源的设计和开发，使学生能在课前课后，不拘泥于实验场所和地点，根据自身需求互动式地进行个性化学习。这些用Captivate制作出的E-learning软件模块与普通CAI课件相比，最大特色就在于它与学习者之间有更多的交互（Interaction）操作，更易于激起学习兴趣，学习效果更好。当然，这需要花更多时间来准备和加工这些教学资源，而且还应尽量做到信息技术和教学目标的无缝结合。
3．开展虚拟实验研究，实现“虚实”结合
在“信号与系统”实验教学改革中，利用Java、Matlab、SQLServer等软件设计和开发了几个典型的虚拟实验，如滤波器、方波信号分解和合成、信号抽样和恢复、常见电路响应等虚拟仿真实验。这样，学生可在课前、课后根据自己的实际情况进行交互式学习，还可方便地修改实验参数、设计实验步骤、创设实验情境进行“研究式”和“协作式”学习，而不再是“按图索骥，生搬硬套”，也突破了时间和地域的限制。譬如，在滤波器实验中，有了虚拟实验器件，学生可利用分立元件或集成运放自行设计构成各种滤波器电路，自行修改其中元器件的参数并可以方便地进行比较。这种方式还允许部分学生有个性地“先行”，对于现行的班级授课制也是一个有益补充。 虚拟实验方便学生更改实验电路、大胆设想和创设实验情境并证实设想的正误；也有利于培养其发现问题和解决问题的能力。传统实验能形成和提高学生的实验基本技能和实践动手操作能力。两者可以而且应该很好地结合起来。
4．学、练、评相结合，构建数字化评价与管理体系
在每个实验中设置了若干知识主题，在网络教学平台中对每一主题根据需要设置了“知识讲座”、“问题引导”、“操作参考”等模块。系统能记下学生的操作次数、学习时间长短及操作类型，这几个指标可为教学管理和评价提供原始数据。此外，每个实验都有“在线测验”模块——利用Captivate软件对每个主题设置了“问题池”和相应的答案，这样每次学生进行测试时能进行随机抽取试题，并当场判断学生答问是否正确，给出量化成绩。基本做到学、练、评这三者相结合，实现了实验教学管理和成绩评定数字化，提高了教学效率。
5．积极开展网上“第二课堂”建设
在实验教学网络平台中设置了“第二课堂”，加强师生课后交流，也能在一定程度上丰富生活和激起学习兴趣，正所谓“在玩中学，在学中乐”。师生可以借此发布讨论主题、各抒己见，可以是电子制作或系统的设计思路、工具和元器件选择及注意事项；可以围绕某一数学公式，从公式特征、形式到公式物理意义，进而讨论其在工程实践中的应用。
四、实验教学资源数字化应用与教学模式革新探索
上述探索与研究的部分成果已在本校信息工程专业2005级、2006级两个年级的“信号与系统”实验教学中得到了初步应用。学生能借助网络信息环境，利用数字化资源进行实验前预习、讨论甚至自行提出实验方案，开展实验后讨论、总结和实验数据分析。革新了传统“按部就班”式的实验教学模式，充分激发学生的学习自主性、积极性，不断培养和提高学生的创新能力。
使用信息反馈表表明：81.1%的学生认为网络化教学平台的设计和开发符合自学和实验需求；92%的学生认为基于Captivate的相关习题和在线测试模块十分有利于对有关知识的学习和自测；87.8%的学生觉得网络教学平台易于使用。当然，有部分同学提出建议，下一步可结合学校图书馆资源加强教学资源的建设，特别是在实验数据处理与实验结果分析方面的资源建设。
五、结束语
笔者立足现实、结合网络环境，对实验教学资源数字化进行了有益探索，并以此为基础开展了革新教学模式研究。资源数字化有利于充分利用网络环境和信息技术发展的成果，有助于实现教学模式的革新，有利于提高学生自主学习的积极性，有利于提升学生实践动手能力和培养学生创新能力。
参考文献：
[1]熊大红,高志强,李坤.高校实验教学信息化研究[J].湖南农业大学学报(社会科学版),2008,9(2):88-89.
[2]牛瑞霞,张荣明.浅谈高校实验教学信息化[J].广州化工,2006,34(6):59-61.
[3]于文秀.数字化教学资源的意义与挑战[N].光明日报,2008-2-27(10).
[4]吴大正.信号与线性系统分析[M].北京:高等教育出版社,2004.
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