交互式開放電工電子實驗教學管理平臺的建設與開發

羅桂娥+覃愛娜+李飛+彭衛韶+陳里

摘要：中南大學電工電子基礎教學實驗中心承擔全校電工電子系列課程的實驗教學和實驗管理工作。為與時俱進，緊跟世界先進大學的管理水平，以及學校為培養學生的自主實驗、創新思維與創新能力，注重學生個性化教育的教學改革需要，提出并開發了一個集開放式、交互式于一體的實驗教學管理平臺。該平臺借助當代信息技術，以“開放”、“交互”為主要特征，其中電工電子實驗網上遠程預約系統實現了開放式實驗教學；電工電子實驗自助查詢系統、LCD信息發布系統實現了交互式實驗教學管理。為實踐教學提供了一套完整、成熟、規范、高效、公開、公正的系統化工作流程；為教師、學生提供了一個資源豐富、擴展能力強的交流平臺。

關鍵詞：交互式；開放，實驗教學管理；自主學習

中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0274-03

一、引言

中南大學電工電子基礎教學實驗中心承擔全校電工電子系列課程的理論教學、實踐教學與管理工作。在電工電子系列課程的教學與改革中，實踐教學既是教學改革的重點，也是難點所在，而且直接關系到學生工程實踐能力和創新能力的培養。為了調動學生在實踐教學過程中的主動地位，以學生為主體、教師為主導，引導學生自主學習和研究性學習，激發學生學習的主動性、積極性及創造性，培養學生的工程實踐能力、批判性思維能力與創新思維能力，打破傳統班級概念、打破傳統實驗教學中主要以驗證性為主的教學理念，把實驗自主權交給學生，讓學生自主學習、自主實驗，我們對交互式開放實驗教學管理平臺進行了建設與開發。

二、電工電子交互式開放實驗網上遠程預約系統

在電工電子交互式開放實驗網上遠程預約系統的開發中，對同類專業同一班級學生打破班級概念，每個學生是一個個體，在實驗教學大綱的范圍內，每個學生的選課時間及指導教師安排都可以不相同。因此，這種實驗時間采用自由預約方式，能更好地適應學生學習時間的隨機性，讓有相同時間的學生一起進行實驗，這與打破課程班級制是相適應的，從而大大提高實驗室的運行效率，更能讓學生進行自主實驗。

（一）電工電子交互式開放實驗網上遠程預約系統的主要功能

1.電工電子實驗網上遠程自由預約模式。首先，進行實驗開課前的準備工作，主要工作是由實驗教學管理主任導入、完善、修正各類教學數據，修改各種與本學期相關的實驗規則。然后，由授課教師輸入教學進度信息，對包含在課內實驗的學生進行預約實驗模式約束。之后，讓包含在課內實驗的學生優先預約實驗。最后，讓單獨設實驗課的學生在公共約束規則下預約實驗。

預約實驗分三輪進行：第一輪，在選課時間內以及各種預約規則條件下，學生根據自己的電工電子實驗教學任務，登錄系統預約自己相關的實驗項目及實驗時間。如果預約不成功，則進行第二輪預約；第二輪，系統管理員將不滿足開課規則的預約時間點進行清理，關閉部分預約時間，開放新的預約時間點。固定符合開課要求的預約時間點，取消不符合開課規則的預約時間點，部分學生重新選擇被取消的預約時間點；第三輪，重復第二輪方法。特別情況的處理：少數學生填寫申請，實驗中心主任批準后由系統管理員處理。

2.學生實驗操作管理。學生按照自己在網上預約的時間點到相應的實驗室進行實驗，必須攜帶校園卡、實驗條形碼和預習報告進實驗室簽到，其中實驗條形碼是關聯該學生的本次實驗與其實驗成績的唯一標識。沒有條形碼將無法將本次實驗關聯到該學生的實驗成績，即實驗無效。同時，嚴格考勤制度，實驗課開始15分鐘后不得進入實驗室，系統自動關閉其簽到程序。

3.學生實驗成績的構成。學生實驗成績由以下兩部分構成。（1）實驗操作評分：由指導老師根據學生實驗操作的規范性、數據結果的準確性、完成實驗后儀器設備及實驗桌椅的整理情況，當場進行相應的實驗操作評分。學生在實驗后可看到自己本次實驗的操作分。（2）實驗報告評分：學生完成一個實驗后的一周之內將實驗報告交到電工電子教學實驗中心各相關實驗室門口的實驗報告箱內，必須貼有與該個實驗相關聯的條形碼，未貼或錯貼條形碼的實驗報告評分為零。老師從實驗報告箱拿到實驗報告，批改好后用掃描器對著實驗報告的條形碼進行掃描，系統自動彈出該學生本次實驗的實驗報告成績界面，老師將實驗報告成績輸入即可。

4.實驗成績匯總。到學期結束，學生完成所規定的實驗教學任務，系統按照給定的評分規則，自動評出所有參與實驗的學生本門實驗課程總成績。同時，將該成績匯總成Excel表格，經過實驗教學管理主任把關后，與學校本科生院教務管理系統接軌，自動導入到其數據庫。

（二）電工電子實驗網上遠程預約系統的軟硬件開發技術

1.軟件開發平臺。系統采用J2EE，它是在大型管理系統中被廣泛使用的技術，經受了大量實際應用的考驗；自主開發了BinaryStar框架，該框架穩定、高效、可靠、可維護性強。采用業內公認最穩定、最高效的大型數據庫軟件Oracle；系統服務器用的是Tomcat應用服務器，它是一個開放免費的應用服務器，可以支持K級并發任務請求；采用的操作系統是Linux企業級操作系統，這是業內公認最穩定、最安全的操作系統，可連續運行數年不死機、不需重新啟動、無需人工維護、漏洞最少、無需不斷升級。最大程度地節省了系統開發費用，以及未來軟件升級所帶來的開支。

2.相關硬件的開發。（1）校園卡讀卡設備：采用當前主流的“射頻識別”RFID技術，通過識別學生校園卡這一唯一標識，并與學生信息數據庫結合查詢學生信息。該技術的應用極大地加快了實驗的學生登錄過程、學生在自主查詢終端上的查詢過程。（2）條碼掃描器：采用線式CCD讀取條碼內容，經過MCU譯碼、編碼，然后以鍵盤數據的形式發送到PC機。通過軟件獲取條碼，對條碼數據庫進行查詢，確定與條碼相關的學生、實驗內容、實驗時間等信息。該技術的實現可以極大地加快實驗報告的內容讀取速度。（3）手持式無線評分器：采用嵌入式處理器、大容量Flash存儲器、無線局域網、觸摸、高效電源管理、嵌入式操作系統、嵌入式網頁瀏覽器、嵌入式圖形界面、文件系統等軟、硬件技術結合而成。該設備的開發大大提高了實驗指導教師對學生實驗操作分的評分效率。endprint

（三）開放式電工電子實驗教學模式的實現

電工電子實驗網上遠程預約系統真正打破了傳統以班級為單位進行實驗的模式，以學生個體為單位，自主選擇實驗時間，根據所學專業和不同層次需求選修不同模塊的實驗項目，真正實現了時間上和內容上的全方位開放式實驗教學，更加有利于培養學生的個性化需求。

三、電工電子實驗自助查詢系統

1.電工電子實驗自助查詢系統的主要功能。針對實驗學生，只需刷校園卡即可查詢個人全部實驗信息，包括：所有實驗項目內容、實驗時間、實驗地點、指導教師、已完成實驗操作成績、已批改實驗報告成績、實驗報告條碼；本學期實習內容、實習時間、實習指導教師；當前系統重要信息；查詢教師聯系電話；查詢以往學期實驗成績等相關信息。

針對實驗任課教師，只需刷校園卡即可查詢個人本學期實驗指導時間、合作老師信息、實驗指導內容、每次實驗的學生名單、本學期需要批改的實驗報告數量。

2.電工電子實驗自助查詢系統的軟硬件開發技術。集成了RFID技術、觸摸屏技術、網絡技術，軟件方面包括：驅動程序、Web界面開發、瀏覽器、操作系統定制等。

四、電工電子實驗LCD信息發布系統

1.電工電子實驗LCD信息發布系統的主要功能。提供實驗室地圖，地圖上可以顯示本中心所有實驗室的位置，當前開放實驗室，當前開放實驗室的實驗人數、實到人數、實驗內容、指導教師姓名等信息。學生可以很快找到實驗室開展實驗，節省時間。

提供實踐環節中常用實驗儀器如何使用的視頻及初級實驗項目操作的視頻等，為學生預習制度的建立提供支撐。學生通過在線瀏覽、下載視頻教程，學習實驗內容，了解實驗過程，掌握儀器使用等。大大降低了教師簡單的、重復性勞動，使得實踐教學的重點從“填鴨式”轉變為指導式。學生可以實現從被動學習到主動實踐（工程實踐能力、創新思維）的轉變，從而提升學生實踐的層次與能力。

可以配合學校開展各種宣傳工作。提供多媒體信息展示，支持JPG、AVI、PNG、flash動畫等多種格式的圖像、視頻、音頻等多媒體數據展示。

2.電工電子實驗LCD信息發布系統的軟硬件開發技術。在新校區綜合實驗樓大門顯著位置懸掛了2.5m×3m的LCD顯示屏，在綜合實驗樓三樓各入口處懸掛了高清顯示屏及觸摸屏，同時開發了各種軟件支持多媒體數據的上傳、多媒體數據播放等控制操作。

五、完善的交互性開放實驗教學管理規章制度

項目組成員設計了一套適合“交互式開放實驗教學”的一系列規章制度，通過信息化系統將實驗課程設置、主講教師和輔助人員隊伍職責要求與數量配備、教學大綱與教學計劃、實驗“班級”規模、指導教師教學指導與管理規范、批改實驗報告、學生實驗成績評定、實驗教學改革與研究等方面的要求切實轉變到提高學生創新精神和實踐能力上來。此外，平臺還實現了實驗過程的良好秩序，解決了不依賴行政班級的高效率實驗報告批改流程，并在近兩年的時間中不斷修正，內容包括：（1）開放實驗室運行管理規定；（2）教師指導實驗工作條例；（3）教師進行實驗操作評分原則；（4）教師批改實驗報告評分原則；（5）實驗成績匯總導出總審核規定。

六、結束語

通過交互式開放實驗教學管理平臺的建設與開發，構筑了電工電子實驗網上遠程自由預約系統、自助查詢系統和LCD信息發布系統，以及一系列完善的規章制度，從而最大效率地實現信息共享、教學與實踐同步，提高實驗室資源利用率、降低實驗成本。隨著對實踐手段、實踐內容、教學方法、考核方式等主要內容進行更新、細化、分類化，系統可以滿足不同培養模式的培養需求，以及學生日益增長的工程實踐能力需求。交互式開放電工電子實驗教學管理平臺的建設與開發對于我校培養面向21世紀高質量的創新型、研究型、工程型科技人才而言是一次有益嘗試，系統的開發有利于學生自主學習、自主實驗。

參考文獻：

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[3]孫惠英，陳秀麗.高校電工電子類實驗室開放管理模式探討[J].教育教學論壇，2015，（37）：276-278.

Abstract：The experimental teaching and experimental management of the electrical and electronic courses of Central South University is undertaken by the teaching and experiment center of electrotechnics and electronics. In order to keep pace with the times，keep up with the world advanced level of management of the university，and the school for the training of students' independent experiment，creative thinking and innovation ability，pay attention to students' individualized education teaching reform，proposed and developed a set of open，interactive experimental teaching management platform. With the help of modern information technology to the platform，"open"，"interactive" as the main feature，the electrical and electronic experimental online booking system to achieve remote open experimental teaching；electronic experiment self inquiry system，LCD information system to realize the interactive experimental teaching management. In order to practice teaching provides a complete，mature，standardized，efficient，open，systematic work process justice；for teachers to provide students with a rich in resources，the ability to expand the communication platform.

Key words：interactive；open，experimental teaching management；autonomous learningendprint