實驗室互動助教系統(tǒng)

孟令軍 孟威 李臣亮 姜丹 劉艷

摘 要 吉林大學(xué)生物國家級實驗教學(xué)示范中心自2005年獲批國家級實驗中心以來，一直注重信息化管理建設(shè)，為加強實驗室管理及實驗教學(xué)管理，深入分析教學(xué)需求，設(shè)計并開發(fā)互動助教系統(tǒng)應(yīng)用于實驗教學(xué)中，收到良好教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 實驗室；信息化管理；實驗教學(xué)；互動助教系統(tǒng)

中圖分類號：G482 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）06-0030-03

Lab Interaction Tutor System//MENG Lingjun， MENG Wei， LI Chenliang， JIANG Dan， LIU Yan

Abstract The National Experimental Teaching Demonstration Center of Jilin University has been focusing on information manage-ment since the approval of the national experimental center in 2005. In order to strengthen laboratory management and experimental teaching management， in-depth analysis of teaching requirements， design and development of interactive teaching assistant system， applied in experimental teaching， received good teaching effect.

Key words laboratory； informatization management； experimental teaching； interactive teaching assistant system

1 前言

《教育部關(guān)于印發(fā)<教育信息化“十三五”規(guī)劃>的通知》（教技〔2016〕2號）指出：“深入推進管理信息化，從服務(wù)教育管理拓展為全面提升教育治理能力?！盵1]將信息化管理融入實驗室管理是“十三五”發(fā)展的一個趨勢。吉林大學(xué)生物國家級實驗教學(xué)示范中心自2005年獲批國家級實驗中心以來，一直注重信息化管理建設(shè)，先后研發(fā)LIMS管理系統(tǒng)、配件管理系統(tǒng)等管理系統(tǒng)，為加強實驗室管理及實驗教學(xué)管理設(shè)計并開發(fā)互動助教系統(tǒng)，應(yīng)用于實驗教學(xué)中，收到良好效果[2-4]。

2 教學(xué)需求分析

對于互動助教系統(tǒng)，在教學(xué)中需要實現(xiàn)教學(xué)資源管理、課堂互動以及成績管理。

教學(xué)資源管理是指將已有的教學(xué)資源進行分類管理，方便教師及學(xué)生在線學(xué)習(xí)，主要包括儀器操作視頻、實驗注意事項、實驗流程、實驗主要內(nèi)容等資源，這些是學(xué)生預(yù)習(xí)實驗、順利完成實驗的前提條件，是為學(xué)生開啟實驗興趣的第一把鑰匙。實驗前，學(xué)生可以通過儀器操作視頻學(xué)習(xí)儀器設(shè)備的使用，以便順利通過儀器使用技術(shù)考核；實驗注意事項是學(xué)生實驗時規(guī)避失敗的關(guān)鍵；實驗流程是實驗步驟的集約化體現(xiàn)，讓學(xué)生總覽實驗的過程；讓學(xué)生了解實驗主要內(nèi)容，在思維空間上有一個整體的認識，深入了解實驗?zāi)康模莆諏嶒炘?，對實驗有一個粗淺認識。當(dāng)實驗室承擔(dān)不同課程時，相關(guān)教學(xué)資源豐富，采取互動助教系統(tǒng)進行管理，便于提取及應(yīng)用。

課堂互動是互動助教系統(tǒng)的主要功能。教師可以對學(xué)生進行分組管理，進行點名，學(xué)生可以簽到；在實驗過程中，教師可以將資源推送給學(xué)生，讓學(xué)生在線觀看，并進行滾動播放；學(xué)生可以自由查看教師上傳的資源，或通過外網(wǎng)查找資料進行學(xué)習(xí)；師生及生生之間可以進行成果分享；教師可以隨堂評價學(xué)生實驗成績并保存至期末；教師可以遠程關(guān)閉所有學(xué)生終端。

成績管理是滿足教學(xué)效果評定的基石。教師可以隨堂評價學(xué)生實驗成績，并且在期末時統(tǒng)計每個學(xué)生的成績。

3 助教系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)需求分析，設(shè)計實驗室助教系統(tǒng)分為賬號管理系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)、管控系統(tǒng)、課堂互動系統(tǒng)、在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)及成績管理系統(tǒng)（見圖1）。

賬號管理系統(tǒng) 互動助教系統(tǒng)的賬號管理共分為三類角色，分別是管理員、教師、學(xué)生。管理員一般由實驗室管理教師擔(dān)任，其職責(zé)是添加、刪除教師及學(xué)生的用戶信息，并設(shè)置班級信息與課程安排的對應(yīng)關(guān)系。實驗室內(nèi)學(xué)生信息按照實際參加實驗的情況調(diào)配（不嚴(yán)格按照物理班級的名單）。教師可以進行資源管理和給對應(yīng)班級的學(xué)生進行分組。

教學(xué)資源管理系統(tǒng) 教學(xué)資源管理主要工作是資源上傳、資源維護和資源下載。資源上傳主要由管理員和教師負責(zé)，其中管理員設(shè)置一級分類，教師設(shè)置二級分類。管理員或教師將教學(xué)資源（比如儀器操作視頻、實驗注意事項、實驗流程、實驗主要內(nèi)容等）按照一定的分類方式上傳，供教師在上課時推送給學(xué)生學(xué)習(xí)。分類原則上是按照專業(yè)科目進行，管理員也可自定義，修改分類信息。資源上傳后顯示資源的上傳人、資源大小及上傳時間等信息。資源維護一般是由教師負責(zé)，教師可將自己上傳的資源刪除、修改分類等，也可由教師委托管理員進行定期維護，統(tǒng)一分類。為了保護教師的知識產(chǎn)權(quán)，保障系統(tǒng)運行順利，資源下載的權(quán)限僅限于管理員和教師，他們可以下載已上傳的全部資源，學(xué)生不得用優(yōu)盤等移動設(shè)備下載或拷取資源。

課堂互動系統(tǒng) 課堂互動系統(tǒng)是該系統(tǒng)的亮點，包含學(xué)生分組及簽到點名、互動圖片、遠程關(guān)機、學(xué)生終端一鍵鎖定、收發(fā)文件、投票、舉手示意等內(nèi)容。

學(xué)生分組及簽到點名即是教師將對應(yīng)班級的學(xué)生進行分組。分組后，教師可隨時修改分組數(shù)量及組內(nèi)成員，保存多套分組方案（根據(jù)實驗項目的不同，每個實驗的分組方式可能不同）。上課后學(xué)生終端顯示組別及每組學(xué)生的姓名。學(xué)生點擊“簽到”，系統(tǒng)攝像頭采集學(xué)生面部圖像并發(fā)送至教師端，教師端需要能將錄入系統(tǒng)賬號時的照片和當(dāng)前簽到拍攝的照片以對比的形式顯示出來，供教師確認。

實驗涉及多組圖片，如實驗過程變化圖片、實驗結(jié)果圖片等，互動圖片可實現(xiàn)師生互動、生生互通。教師或?qū)W生可以將實驗過程或結(jié)果以圖片的形式分享至一個或多個學(xué)生，并且可以在圖片上留下筆跡。

教師可以根據(jù)授課內(nèi)容和實驗進程實施遠程關(guān)機，可一鍵關(guān)閉所有的學(xué)生終端，進行講解、提問、考核等環(huán)節(jié)。此功能由教師控制。同時，教師還有學(xué)生終端一鍵鎖定功能，教師端點擊鎖定按鈕后，所有在線學(xué)生的頁面都將顯示同一內(nèi)容，此時學(xué)生不能進行任何操作，更便于教師掌控實驗課程的進程。

收發(fā)文件功能是師生間通過此功能互傳文件，支持學(xué)生給教師傳文件，教師可以選擇性接收；教師給學(xué)生傳文件，學(xué)生默認自動接收。

舉手示意是學(xué)生在課上向教師示意的傳統(tǒng)方式，互動助教系統(tǒng)安裝了“舉手”按鈕，學(xué)生點擊“舉手”按鈕引起教師注意，此時教師端彈出消息，并且相應(yīng)小組的名稱會以不同顏色顯示。待與小組學(xué)生溝通后，教師單擊小組名稱，小組名稱恢復(fù)默認顏色。

互動助教系統(tǒng)設(shè)置了投票功能，投票可以分為普通投票和匿名投票。投票可實現(xiàn)教學(xué)效果反饋以及學(xué)生實驗的新方法、新思路等需要學(xué)生在課堂上表決意見的內(nèi)容。投票說明由教師或者學(xué)生進行口述，投票項在教師終端進行選擇?？梢允謩虞斎胪镀表棧蜻x擇學(xué)生姓名作為投票項，或選擇默認字母、數(shù)字、分組為投票項。投票發(fā)起之前，教師可隨時修改投票項的內(nèi)容。全部設(shè)置完成后，教師即可發(fā)起投票，教師端會進入票數(shù)統(tǒng)計頁面，票數(shù)最多的選項使用不同顏色進行標(biāo)識。投票結(jié)束后，以柱狀圖或餅狀圖顯示投票結(jié)果。

在線學(xué)習(xí)系統(tǒng) 在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)置了教師資源推送和學(xué)生自主學(xué)習(xí)。教師資源推送是指教師在課堂上的任何時間將教學(xué)資源（如儀器操作視頻、實驗注意事項、實驗流程、實驗主要內(nèi)容等）推送至學(xué)生終端，并且實現(xiàn)類似于歌詞或者字幕形式的滾動播放。學(xué)生自主學(xué)習(xí)是指學(xué)生可以在課上按照資源分類自主查找教師上傳的各類型資源，可以在線觀看或下載到本地觀看學(xué)習(xí)。

成績管理系統(tǒng) 成績管理系統(tǒng)設(shè)置了教師隨堂評價和成績查看及導(dǎo)出功能。教師隨堂評價是教師端以小組成員為單位進行隨堂評價。系統(tǒng)將實驗室評價條目進行分類，并且每一類別設(shè)計固定條目和自定義條目。固定條目根據(jù)實驗室成績規(guī)范設(shè)置正分或負分；當(dāng)選擇自定義條目，教師可以輸入評價內(nèi)容并且設(shè)置相應(yīng)的正分值或負分值。成績查看及導(dǎo)出，是指以學(xué)生為單位隨時查看及隨時導(dǎo)出實驗成績，點擊人名查看該學(xué)生每一次實驗的成績。成績導(dǎo)出功能所導(dǎo)出的Excel表格是以班級為單位，導(dǎo)出全班每一個學(xué)生的扣分項和總成績。

4 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

實驗室互動助教系統(tǒng)的架構(gòu)主要由總控資源服務(wù)器、交互服務(wù)器、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成（見圖2）?？偪刭Y源服務(wù)器完成添加、刪除教師及學(xué)生的用戶信息，保存班級信息與課程安排的對應(yīng)關(guān)系，保存班級全部的分組方案，管理全部的教學(xué)資源等功能。配置需滿足：處理器—Intel Xeon

E5系列6核心處理器，主頻≥2 GHz，緩存≥12 M，配置處理器數(shù)量≥2；內(nèi)存—實配≥16 GB DDR3 RDIMM內(nèi)存，最多可以擴展到≥128 G內(nèi)存；網(wǎng)卡—實配≥4個千兆位網(wǎng)口；硬盤—3塊≥600 GB 15000轉(zhuǎn)熱插拔SAS硬盤。交互服務(wù)器需服務(wù)班級內(nèi)課堂交互功能，每間教室需有一臺交互服務(wù)器。交互服務(wù)器需滿足：CPU—I5-3330；內(nèi)存—8 G；硬盤—320 G；顯卡—NIVDIA GeForce 8800或更高；操作系

統(tǒng)—Windows7及以上。無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將為互動助教系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，每間教室一套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需包括路由器和AP。

5 結(jié)語

我國教育改革和發(fā)展正面臨前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，以教育信息化帶動教育現(xiàn)代化，促進教育創(chuàng)新與變革，是加快從教育大國向教育強國邁進的重大戰(zhàn)略抉擇[5]。實驗室互動助教系統(tǒng)將加強“管理過程精細化、教學(xué)分析即時化”，以具體的實施推進教學(xué)信息化，充分釋放教育信息化的潛能。

參考文獻

[1]教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知[DB/OL].[2016-06-07].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[2]閆國棟，權(quán)宇彤，邵妍，等.儀器配件及技術(shù)文件管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2017，36（2）：

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[3]權(quán)宇彤，閆國棟，孟威，等.大型儀器設(shè)備檔案及配件管理建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2016，33（8）：248-250，253.

[4]劉艷，孟威，孟令軍，等.實驗教學(xué)信息化系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（23）：12-13.

[5]中華人民共和國教育部.教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）[DB/OL].[2012-03-13].http：//old.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3342/

201203/xxgk_133322.html.