實驗室互動助教系統

孟令軍 孟威 李臣亮 姜丹 劉艷

摘 要 吉林大學生物國家級實驗教學示范中心自2005年獲批國家級實驗中心以來，一直注重信息化管理建設，為加強實驗室管理及實驗教學管理，深入分析教學需求，設計并開發互動助教系統應用于實驗教學中，收到良好教學效果。

關鍵詞 實驗室；信息化管理；實驗教學；互動助教系統

中圖分類號：G482 文獻標識碼：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

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

2 教學需求分析

對于互動助教系統，在教學中需要實現教學資源管理、課堂互動以及成績管理。

教學資源管理是指將已有的教學資源進行分類管理，方便教師及學生在線學習，主要包括儀器操作視頻、實驗注意事項、實驗流程、實驗主要內容等資源，這些是學生預習實驗、順利完成實驗的前提條件，是為學生開啟實驗興趣的第一把鑰匙。實驗前，學生可以通過儀器操作視頻學習儀器設備的使用，以便順利通過儀器使用技術考核；實驗注意事項是學生實驗時規避失敗的關鍵；實驗流程是實驗步驟的集約化體現，讓學生總覽實驗的過程；讓學生了解實驗主要內容，在思維空間上有一個整體的認識，深入了解實驗目的，掌握實驗原理，對實驗有一個粗淺認識。當實驗室承擔不同課程時，相關教學資源豐富，采取互動助教系統進行管理，便于提取及應用。

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

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

3 助教系統功能設計

根據需求分析，設計實驗室助教系統分為賬號管理系統、資源管理系統、管控系統、課堂互動系統、在線學習系統及成績管理系統（見圖1）。

賬號管理系統 互動助教系統的賬號管理共分為三類角色，分別是管理員、教師、學生。管理員一般由實驗室管理教師擔任，其職責是添加、刪除教師及學生的用戶信息，并設置班級信息與課程安排的對應關系。實驗室內學生信息按照實際參加實驗的情況調配（不嚴格按照物理班級的名單）。教師可以進行資源管理和給對應班級的學生進行分組。

教學資源管理系統 教學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，其中管理員設置一級分類，教師設置二級分類。管理員或教師將教學資源（比如儀器操作視頻、實驗注意事項、實驗流程、實驗主要內容等）按照一定的分類方式上傳，供教師在上課時推送給學生學習。分類原則上是按照專業科目進行，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，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，統一分類。為了保護教師的知識產權，保障系統運行順利，資源下載的權限僅限于管理員和教師，他們可以下載已上傳的全部資源，學生不得用優盤等移動設備下載或拷取資源。

課堂互動系統 課堂互動系統是該系統的亮點，包含學生分組及簽到點名、互動圖片、遠程關機、學生終端一鍵鎖定、收發文件、投票、舉手示意等內容。

學生分組及簽到點名即是教師將對應班級的學生進行分組。分組后，教師可隨時修改分組數量及組內成員，保存多套分組方案（根據實驗項目的不同，每個實驗的分組方式可能不同）。上課后學生終端顯示組別及每組學生的姓名。學生點擊“簽到”，系統攝像頭采集學生面部圖像并發送至教師端，教師端需要能將錄入系統賬號時的照片和當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、實驗結果圖片等，互動圖片可實現師生互動、生生互通。教師或學生可以將實驗過程或結果以圖片的形式分享至一個或多個學生，并且可以在圖片上留下筆跡。

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

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

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

互動助教系統設置了投票功能，投票可以分為普通投票和匿名投票。投票可實現教學效果反饋以及學生實驗的新方法、新思路等需要學生在課堂上表決意見的內容。投票說明由教師或者學生進行口述，投票項在教師終端進行選擇。可以手動輸入投票項，或選擇學生姓名作為投票項，或選擇默認字母、數字、分組為投票項。投票發起之前，教師可隨時修改投票項的內容。全部設置完成后，教師即可發起投票，教師端會進入票數統計頁面，票數最多的選項使用不同顏色進行標識。投票結束后，以柱狀圖或餅狀圖顯示投票結果。

在線學習系統 在線學習系統設置了教師資源推送和學生自主學習。教師資源推送是指教師在課堂上的任何時間將教學資源（如儀器操作視頻、實驗注意事項、實驗流程、實驗主要內容等）推送至學生終端，并且實現類似于歌詞或者字幕形式的滾動播放。學生自主學習是指學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習。

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

4 系統架構設計

實驗室互動助教系統的架構主要由總控資源服務器、交互服務器、無線網絡設備組成（見圖2）。總控資源服務器完成添加、刪除教師及學生的用戶信息，保存班級信息與課程安排的對應關系，保存班級全部的分組方案，管理全部的教學資源等功能。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，配置處理器數量≥2；內存—實配≥16 GB DDR3 RDIMM內存，最多可以擴展到≥128 G內存；網卡—實配≥4個千兆位網口；硬盤—3塊≥600 GB 15000轉熱插拔SAS硬盤。交互服務器需服務班級內課堂交互功能，每間教室需有一臺交互服務器。交互服務器需滿足：CPU—I5-3330；內存—8 G；硬盤—320 G；顯卡—NIVDIA GeForce 8800或更高；操作系

統—Windows7及以上。無線網絡設備將為互動助教系統提供網絡環境，每間教室一套無線網絡設備。無線網絡設備需包括路由器和AP。

5 結語

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

參考文獻

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

[2]閆國棟，權宇彤，邵妍，等.儀器配件及技術文件管理系統的開發與應用[J].實驗室研究與探索，2017，36（2）：

279-281.

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

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

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

201203/xxgk_133322.html.