面向電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

吳琦 賴冬寅 曾維兵

摘 ? 要：簡(jiǎn)要分析了在電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)、學(xué)生和教師對(duì)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的需求，梳理了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主體架構(gòu)，給出了系統(tǒng)中前端實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)網(wǎng)站和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)的采用的開(kāi)發(fā)技術(shù)和設(shè)計(jì)思路，介紹了系統(tǒng)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn) ?實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng) ?需求分析 ?架構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G718.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（b）-0224-03

Abstract：This paper briefly analyses the characteristics of electrical course experiment， the demand of students and teachers for practical teaching system， combs the design goal of the system， designs the main structure of the system， gives the development technology and design idea of the front-end experimental learning website and experimental learning database， and introduces the application effect of the system in practical teaching.

Key Words：Electrical course experiments; Practical teaching system; Demand analysis; Architectural design

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力的主要方式， 對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力具有特殊的作用[1]。目前高職院校電類(lèi)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)效果差、質(zhì)量低，不僅難以滿足學(xué)生現(xiàn)代化培養(yǎng)的需求，也不適應(yīng)目前高速發(fā)展的智能制造對(duì)人才能力的需求。因此，深化實(shí)驗(yàn)課程改革， 提高教學(xué)質(zhì)量，是非常有必要的[2]。隨著教育信息化的快速發(fā)展，各高職院校在電類(lèi)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，都迫切地需要通過(guò)信息化的技術(shù)和教學(xué)方法，來(lái)提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效率。

1 ?面向電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)需求分析

1.1 電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

高職院校的電類(lèi)基礎(chǔ)課程主要有電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)，其中電子技術(shù)又包括數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)，課程實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和操作性實(shí)驗(yàn)為主，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有既定的目標(biāo)參數(shù)，嚴(yán)格的操作步驟和流程，強(qiáng)調(diào)操作的規(guī)范性。例如，電路分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可分為以下3類(lèi)：（1）電路的基本概念和定律;（2）電路分析常用定律與相關(guān)電路的驗(yàn)證;（3）綜合與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[3]。

實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中，需要掌握的知識(shí)和技能主要包括：能識(shí)別常見(jiàn)的元器件，能讀懂電子電氣線路圖，能根據(jù)線路圖、熟練使用常規(guī)的工具、按照線路規(guī)范操作進(jìn)行實(shí)際線路的連接，能熟練使用檢測(cè)設(shè)備或儀器對(duì)線路的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)和記錄，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄進(jìn)行電路分析。

1.2 學(xué)生的需求分析

目前，高職學(xué)生在電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，普遍存在著三大問(wèn)題：（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)在未來(lái)工作應(yīng)用場(chǎng)景不清晰、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟幻鞔_，不知道所做的實(shí)驗(yàn)有何實(shí)際作用，不知道為什么要做這個(gè)實(shí)驗(yàn);（2）實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備有限、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短、動(dòng)手能力跟不上，一般學(xué)生多人一組、集中實(shí)驗(yàn)，大部分學(xué)生跟不上教師現(xiàn)場(chǎng)操作演示的速度;（3）對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果質(zhì)量不清楚，更不曉得自己在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中哪些因素影響了實(shí)驗(yàn)效果。

因此，學(xué)生在電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)中對(duì)信息化實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的需求主要集中在三點(diǎn)：（1）能明確知曉實(shí)驗(yàn)與實(shí)際工作的關(guān)聯(lián)和區(qū)別;（2）能提高自己操作實(shí)驗(yàn)速度;（3）能大致知曉自己在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中哪些操作影響了實(shí)驗(yàn)效果。

1.3 教師的需求分析

目前，高職教師在電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，普遍存在著以下問(wèn)題：（1）同一時(shí)段，實(shí)驗(yàn)學(xué)生人數(shù)多，教師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)僅能是面上的，不能照顧到所有學(xué)生;（2）在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過(guò)程中，會(huì)由于經(jīng)常處理學(xué)生同種或類(lèi)似的操作錯(cuò)誤，而導(dǎo)致實(shí)際教學(xué)效率低;（3）缺乏精確掌握學(xué)生實(shí)踐能力的有效途徑，無(wú)論是對(duì)學(xué)生個(gè)體實(shí)踐能力的具體情況，還是對(duì)整個(gè)班級(jí)的實(shí)踐能力情況都缺乏有效掌握，“因材施教”難以實(shí)現(xiàn);（4）僅能從面上得到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果，無(wú)法精準(zhǔn)掌握學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作過(guò)程，無(wú)法得到有效數(shù)據(jù)來(lái)支撐實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的調(diào)整或重新設(shè)計(jì)。

因此，教師在電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)中對(duì)信息化實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的需求主要集中在四點(diǎn)：（1）能擴(kuò)大對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的范圍;（2）能減少處理學(xué)生同類(lèi)操作錯(cuò)誤的次數(shù);（3）能相對(duì)精確掌握學(xué)生的實(shí)踐能力，知曉每個(gè)學(xué)生的實(shí)踐能力通過(guò)實(shí)驗(yàn)在哪些方面提升了、在哪些方面還欠缺需要通過(guò)哪些方法進(jìn)一步培養(yǎng);（4）能反饋學(xué)生實(shí)驗(yàn)的有效數(shù)據(jù)，以便輔助教師對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做針對(duì)性調(diào)整或重新設(shè)計(jì)。

2 ?實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

2.1 實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)電類(lèi)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)、學(xué)生和教師對(duì)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的需求分析，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有3點(diǎn)：

（1）覆蓋電工基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)三門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)。

（2）覆蓋實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的監(jiān)測(cè)工作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的反饋工作三大步驟。

（3）覆蓋每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能反映每個(gè)學(xué)生個(gè)體的實(shí)踐能力培養(yǎng)過(guò)程。

2.2 實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

面向電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，整體架構(gòu)由前端實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)網(wǎng)站、實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、后臺(tái)處理軟件三大部分組成，如圖1所示。

其中，前端實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)網(wǎng)站主要實(shí)現(xiàn)學(xué)生自學(xué)和實(shí)驗(yàn)上傳、教師實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)诰€評(píng)定、互動(dòng)交流等功能，實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)主要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中文字、圖片、視頻等多種數(shù)據(jù)的存取功能，后臺(tái)處理軟件主要包括通信接口軟件、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析軟件，實(shí)現(xiàn)學(xué)生每個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和考核數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析等功能。

2.3 前端實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)

前端實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)網(wǎng)站緊密?chē)@以學(xué)生能力提升為中心的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，主體架構(gòu)采用HTML5、PHP、Javascript、jQuery、ECharts、AJAX六大技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要包括了學(xué)生界面和教師界面2大模塊，涉及用戶權(quán)限登錄、實(shí)驗(yàn)前自學(xué)頁(yè)面、實(shí)驗(yàn)前考核頁(yè)面、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳頁(yè)面、實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定頁(yè)面、互動(dòng)交流頁(yè)面、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示頁(yè)面等7大類(lèi)交互頁(yè)面，能夠?yàn)閷W(xué)生提供電類(lèi)實(shí)驗(yàn)的電氣原理圖、實(shí)際線路圖、線路連接操作視頻、設(shè)備儀器操作視頻、實(shí)驗(yàn)講解視頻等自學(xué)資源，能支持學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中上傳文字、圖片、視頻等形式的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能支持教師在線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定和反饋。

其中，PHP超文本預(yù)處理器是服務(wù)器端的HTML嵌入式腳本語(yǔ)言，具有開(kāi)源性、免費(fèi)性、跨平臺(tái)性強(qiáng)、運(yùn)行高效性、數(shù)據(jù)庫(kù)連接的廣泛性等特點(diǎn)，在本文中用于web網(wǎng)站主體開(kāi)發(fā);HTML5能支持網(wǎng)站更多視頻、音頻等多媒體元素的建設(shè)，在本文中用于各網(wǎng)頁(yè)界面設(shè)計(jì);JavaScript、jQuery、ECharts等腳本語(yǔ)言，在本文中主要用于網(wǎng)站界面中數(shù)據(jù)圖表動(dòng)態(tài)顯示、提供網(wǎng)站頁(yè)面的動(dòng)態(tài)效果等;AJAX是一種創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用的網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)技術(shù)，在本文中主要用于后臺(tái)數(shù)據(jù)操作。此外，網(wǎng)站的主體架構(gòu)選用PHPStudy和Dreamweaver CS6軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

2.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括了實(shí)驗(yàn)自學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)、學(xué)生自學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)庫(kù)、教師評(píng)審數(shù)據(jù)庫(kù)、資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)等多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建。本文的實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)采用輕量級(jí)、開(kāi)源的數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL來(lái)開(kāi)發(fā)，該數(shù)據(jù)庫(kù)能支持PHP、相對(duì)簡(jiǎn)單，能降低開(kāi)發(fā)成本。

其中，實(shí)驗(yàn)自學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)不僅為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)圖片等文字、圖片資源，同時(shí)提供實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)講解等視頻資源，以及電路的模擬連接和仿真資源;學(xué)生自學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)不僅為學(xué)生添加了姓名、系別、學(xué)號(hào)、電話、系部、專(zhuān)業(yè)等數(shù)據(jù)表，同時(shí)為了讓學(xué)生有更好的體驗(yàn)，為學(xué)生提供了自學(xué)進(jìn)度跟蹤表、自學(xué)考核表、自學(xué)反饋表等數(shù)據(jù)表。實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)庫(kù)為學(xué)生提供了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的文字、圖片、視頻等信息上傳和存儲(chǔ)的通道。教師評(píng)審數(shù)據(jù)庫(kù)為教師提供了不同班級(jí)、不同實(shí)驗(yàn)、不同時(shí)段的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，方便教師通過(guò)權(quán)限登錄，為學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。

3 ?實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用

通過(guò)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)電類(lèi)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，提高了電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率和效果，具體如下。

3.1 實(shí)驗(yàn)信息發(fā)布方式和學(xué)生實(shí)驗(yàn)前學(xué)習(xí)方式的改變

教師通過(guò)登錄前端網(wǎng)站提前數(shù)周發(fā)布實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，上傳實(shí)驗(yàn)規(guī)范操作視頻和實(shí)驗(yàn)過(guò)程講解視頻，上傳實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)的考核內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)登錄前端網(wǎng)站自學(xué)，不僅可以反復(fù)觀看和記憶在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的規(guī)范動(dòng)作、了解容易操作失誤的地方，而且還可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路的模擬連接和仿真，并且必須要通過(guò)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)考核。

根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)前學(xué)生在線學(xué)習(xí)和考核時(shí)間平均約48min，相對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)增加了2倍以上的實(shí)驗(yàn)熟悉時(shí)間。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的改變

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師不必再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，也不需要反復(fù)糾正學(xué)生容易出錯(cuò)的操作，教學(xué)的關(guān)注要點(diǎn)從對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作步驟的關(guān)注，轉(zhuǎn)向?qū)W(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合預(yù)期以及影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果因素的關(guān)注;學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之初，就可以直接上手操作實(shí)驗(yàn)或者通過(guò)登錄前端網(wǎng)站，邊觀看視頻邊操作實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)本身的操作速度，使學(xué)生有時(shí)間關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果和反復(fù)實(shí)驗(yàn)修正結(jié)果。

根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，學(xué)生平均完成實(shí)驗(yàn)線路連接和檢測(cè)的時(shí)間減少一半，速率提高1倍以上，學(xué)生與教師之間的交流頻率和時(shí)長(zhǎng)提高近30%，實(shí)驗(yàn)成功率提高近40%。

3.3 實(shí)驗(yàn)考核和結(jié)果反饋方式的改變

學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不僅需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)前的要點(diǎn)考核，而且在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)，分階段的上傳或更新實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖片，因此實(shí)驗(yàn)的考核方式從傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果評(píng)分、報(bào)告評(píng)分，改變?yōu)閷?shí)驗(yàn)前自學(xué)結(jié)果評(píng)分、現(xiàn)場(chǎng)操作步驟評(píng)分、實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)分、報(bào)告分析評(píng)分，特別是考核方式從傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)到網(wǎng)絡(luò)線上的評(píng)分和考核。學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的反饋也從單一的分?jǐn)?shù)結(jié)果，擴(kuò)展為每個(gè)操作步驟正確情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)聯(lián)情況、實(shí)踐能力提升建議等多項(xiàng)內(nèi)容。

根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，學(xué)生平均在10min之內(nèi)就可完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的上傳，教師平均需要用10～15min完成一個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在線評(píng)測(cè)，每個(gè)學(xué)生都在線查閱每個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟和結(jié)果的分值和評(píng)定。

3.4 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?yōu)化進(jìn)程的改變

通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)用，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容的優(yōu)化進(jìn)程，從傳統(tǒng)的一個(gè)學(xué)期甚至多個(gè)學(xué)期獲得多個(gè)班次的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后再優(yōu)化，改變?yōu)槊總€(gè)實(shí)驗(yàn)完成都會(huì)有具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和項(xiàng)目?jī)?yōu)化建議，教師可以針對(duì)不同的班級(jí)實(shí)踐能力、甚至針對(duì)每個(gè)學(xué)生個(gè)體，修改和制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

4 ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)電類(lèi)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知，優(yōu)化了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率，教學(xué)質(zhì)量和效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)電類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但同時(shí)也增加了教師的工作時(shí)長(zhǎng)，還需要進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，減少人為評(píng)定，建立共享評(píng)測(cè)機(jī)制。

參考文獻(xiàn)

[1] 濮霞，陶炳坤，李楠，等.電工電子實(shí)驗(yàn)課程中綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].西部素質(zhì)教育，2018，4（18）：167-169.

[2] 黃瑞，曹潔，周紅莉.電工電子實(shí)驗(yàn)精品課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2008（7）：76-77.

[3] 張文婷，王紫婷.電路分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的研究與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（5）：146-147，195.