Ｉ ＥＤＵＣＡＴＩｏＮ 才 高校网上实验教学及其管理平台的设计与实现 文／姜明 摘要：实验教学是学校教学工作的重要组成部分，是加深 第一，该平台为学生提供一个开放的、自主、协作的实验 学生对所学基本理论认识，了解科学实验主要过程与基本方法。 学习环境，激发学生的学习兴趣，使学生能利用实验教学更好 然而，实验教学往往受到实验资源、实验室开放时间等因素的 的促进理论课学习，提高实际动手能力，培养学生实践能力、 限制，很难为学生创造一个良好的、资源充足的实验环境。网 独立思考问题能力和创新精神： 上实验教学及其管理平台是集网上实验、实验管理、实验教学 第二，该平台能为学生提供丰富的软件资源和宽阔的硬件 监控与评估以及网上测试与网上交流于一体的平台。它将适合 进行网络教学的实验课程移植到网络平台上，提供模拟真实的 实验室环境，提供网络化实验教学手段和实现网络化教学管理， 可以在内网或外网全域内提供７×２４服务，完成实验教学全程 监控，评估实验教学质量，发布实验信息，并提供师生交流机会。 该平台的设计与运行解决了实验资源不足现象，有助于提高实 验教学质量和综合人才的培养。 关键词：网上实验教学；虚拟实验室；管理平台 实验教学是高等教育的重要组成部分，是培养大学生动手 能力、创新能力、理论联系实际等能力的重要手段，它不仅起 到巩固、深化学生所学理论知识的作用，更重要的是培养学生 独立工作的能力。因此，高等教育应重视实验教学环节，不断 进行实验教学改革，全面地系统地提高实验教学水平。 随着高校学生人数的逐年增多，实验教学设备与资源的不 足，以及网络技术、计算机技术、虚拟技术等先进技术的发展， 在开放式实验教学模式下，高校开始积极探索在网络环境下开 展实验教学并实现动态的实验教学管理。 一、研究现状 在国外，网络技术、计算机技术、虚拟技术等先进技术已 经广泛应用到实验教学过程中，已经基本实现实验教学网络化 管理，也已经进行了大量的网上虚拟实验室的研究，学生通过 网络远程进行实验操作，学校通过网络管理实验教学，指导学 生实验。国外的一些大学已组建了远程虚拟实验室。如德国的 汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室：意大利帕瓦多大学建立 了远程虚拟教育实验室；新加坡国立大学开发了远程示波器实 验和压力容器实验等。 在国内，各学校也积极探索实验教学改革之路，一些高校 已经建立了基于Ｗｅｂ的实验管理信息系统，对实验项目及其 所需的设备进行管理，满足实验预约要求。但在网上实验教学 平台开发以及网上虚拟实验室的研究方面与发达国家仍有一定 的差距，至今尚未建成大规模的可覆盖全国的实用虚拟实验室， 但是，已有许多高校重视并致力于虚拟实验室的研究、开发工作， 并取得了一定的进展。 然而，在建立集网上实验、教学管理，网上测试与网上交 流并进行网上监控与网上教学评估为一体的网上实验教学及其 管理平台方面却极少，这正是本文的研究目标。 二、研究意义 网上实验教学及其管理平台的建立对促进高等院校的教学 工作，提高教学质量具有十分重要的作用。 ９Ｏ 。 。 。：２ｒ１１ １．１己 平台，这不仅有助于学生开展各种实验，还在很大程度上缓解 了现有实验室场所和软硬件设备不足的情况： 第三，该平台可以实现网上预约实验，提高实验设备利用率， 同时也为学生提供了更好的实验室开放服务； 第四，该平台提供了许多与课程相关的技术资料和产品信 息，有助于学生自己设计实验，增加设计性实验和综合性实验 的数量，有利于改变现有实验项目单一的情况； 第五，该平台为实验室的设备建立了电子档案，可以帮助 实验员更好的管理实验室：帮助教师更好的完成实验教学任务： 第六，该平台提供资源下载和上传的服务，为实验教学软 件资源共享提供了方便； 第七，该平台为教师提供了与学生更多的交流机会，使教 师能更多的了解学生的需求，更好地为学生服务； 第八，该平台提供了许多关于学科领域的最新资料，有利 于为教师和实验员自身专业知识的提高。 第九，该平台能随时监控试验教学全过程，收集完整的实 验教学数据，并据此对实验教学质量和实验教学的管理水平进 行评估，发现问题，指导教学研究与教学改革。 总之，该平台改变了传统意义上的实验室构建模式，完成 在新型的信息化环境下实现高等院校实验教学模式的突破。 三、平台功能设计 网上实验教学及其管理平台主要包括网上实验教学门户与 开放式实验系统接入平台、模拟实验室及其实验教学智能管理 系统、实验教学监控子系统、实验教学分析与评估子系统四个 子系统。具体解决如下问题： １现有实验教学系统对网上实验教学管理门户平台的接八 ２．模拟实验室及其配套教学手段的研究、设计与开发ｉ ３．实验教学的全程监控； ４实验教学的智能化管理； ５实验教学质量与实验教学管理水平评估指标体系的建立 ６实验教学评估模型的训练与建立。 可以访问本系统的用户包括：外界普通用户、本校学生、 本校教师以及维护网站正常运行与信息更新的系统管理员。 外界普通用户可以浏览新闻、图片、重要通知等公用信息 资源，这些信息以展现实验教学的特色为目的，以让外界普通 用户达到了解实验教学为目的。 学生通过注册访问其具有的资源，包括实验项目库、论坛、 教学资源，教学评估等。 通过实验项目库，学生可以通过查询了解开设的相关课程， 包括教学计划，教学目标等，以达到对实验课的充分认识，使 学生达到对实验课程的学习的目的和学习兴趣。 ＰＥＲＳＯＮｌ ＥＤＵＣＡＴＩｏＮ ｌ ｌｖｅｒｌｉｇｈｔ使开发设计人员能够更好 本校教师可以通过注册访问其应该访问的资源，教师可以 开发环境实现了无缝连接。Ｓｉ访问的资源包括实验项目库、论坛交流、访问实验报告库评阅 的协作，有效地创造出能在多种浏览器中运行的内容丰富、界 学生的实验报告，能够上传学习资料等提供学生辅助学习的课 面绚丽的Ｗｅｂ应用程序。件资料。 系统管理员的权限最大，起到核心的作用。可以由几个人 五、平台的特色与创新之处 分管不同的部分。负责发布新闻、通知等日常工作的，维护系 统数据库的人员等。系统管理员设置学生和教师的访问权限， 以及添加删除修改实验项目等信息。 １．特色 １） 基于微软最先进的ＷＥＢ开发技术，选择合理的技术 路线开发，适合大规模应用； ２） 与“学院校园网”结合，既能独立地完成实验教： 任务， 四、平台实现方案 以学生为主体的数字化学习，构建立体化网上实验教学及 其管理平台模型： １．独立性与整合性相结合 一又能完成实验课程和基于实验的课程的教学任务； ３） 提供可定制功能，不仅增强了系统的可伸缩性，满足 了用户个性化需求，而且使资源得到有效的应用； ４） 较强的交互性，师生可通过答疑讨论和学生反馈进行 ５） 提供方便灵活的实验报告处理功能； ６） 采用流媒体技术实现视频应用； ７） 支持不同来源、不同媒体类型和不同组织形式的教学 ８） 支持虚拟实验的开展。 方面，该平台能够独立地完成各类学科的实验教学任务， 交流： 另一方面，该平台还应该能够与其他的网络教学系统整合在一 起，共同完成实验课程和基于实验的课程的教学任务： ２．模块化方法，提高可伸缩性 分析时基于模块化的设计思想，将各功能抽象概括成相对独立 的单元，用户可以根据自己的需要定制功能模块，集成满足自 己要求的系统，从而增强系统的可伸缩性； ３．支持虚拟实验环境 虚拟实验是网络实验教学的重要环节。实现虚拟实验的具 现的虚拟实验。对于能够在平台的运行环境上运行的虚拟实验， 不同类型的实验课对网络教学实验平台的需求不同，系统 资源的应用； ２．创新点： １） 网上实验室完全模拟真实实验室进行建设，但是，所能 提供的实验教学资源却有着实体实验室所无法比拟的想象空间； ２） 可以对实验过程提供全程的监控和管理，及时掌握实 ３） 可以提供７ｘ ２４全天候服务，不受时间地点约束； 体技术多种多样，实验教学网络支撑平台能够支持不同技术实 验教学的第一手资料，以便为进行分析和决策服务； 教师和管理员可以将其布置在平台的运行环境上。对于不能够 ４） 提供智能实验教学管理，排课、实验室设计与提供、 在平台的运行环境上运行的虚拟实验，在平台上提供下载： 软件分配实现智能化； ４采用资源开放性的平台开发方法 ５） 在教学管理的同时，可以对实验教学的状况和实验教 虽然实验教学已经有一些虚拟实验软件、实验演示软件实 学的管理水平、学生实验动手能力、教师的实验教学水平进行 验教学课件，但是该平台仍然需要能够使用户获得不同物理位 分析，并做出评估，以支持教学管理决策。 置、不同媒体类型、不同组织形式的教学资源。此外，该平台 也能够使用户将自己制作或者拥有的实验教学资源发布出来， 提供给其他用户使用； ５．多种媒体的综合应用方法 六、总结 网上实验教学及其管理平台目前已在东北财经大学投入使 用，效果良好，日后可逐步在各高校推广，帮助各高校实现网 用户能够利用该平台，将视频、音频、动画、图形图像和文 上实验教学及其管理，让各校的学生随时随地通过互联网进行 本等多种形式的媒体整合在一起，并把教学设计整合到实验内 实验，学校通过评估与监控系统获得实验教学质量、实验资源 容，完成实验过程的讲解、实验操作的演示和实验结果的展示。 ６．使用微软最先进的ＷＥＢ开发技术 本平台的开发采用微软公司的Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ技术。Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ 是一种全新的融合了微软多种技术的Ｗｅｂ呈现技术。它提供了 利用情况、学生实验质量等信息。该系统的使用不仅能减少各 高校在实验教学设备上的投资，获得巨大的经济效益，还具有 良好的社会效益，对于提高我国网上实验教学的信息化水平具 有重要的务实意义和实践价值。ｃ 套开发框架，并通过使用基于向量的图像图层技术，支持任 参考文献： 何尺寸图像的无缝整合，对基于ＡＳＰ ＮＥＴ、ＡＪＡＸ在内的Ｗｅｂ ④熟楚缝 ｍ 日 便 Ⅷ ㈣㈨ ｎ目 史 ｎ １．文福安．虚拟实验教学系统的研究与应用［Ｊ】．中国教育信息化， ＇ Ｉ ’ 兰・・Ｉ ＿・ ２００８年２１期 ２．郦吴．开放式实验室的建设与探索［Ｊ］．电脑知识与技术．２０１０年 ３４期 ～＃ ＂ ＿Ｌ ０ｉ ２■Ｅ比 ，＝ — 『＝］＿ 舅 Ｉ嚣 ｌ器 盘 —Ｈｒ ｉ —■■＿ ｇ ｇ ｌ 目 ｉ ｇ － ＿ ３．李欣．虚拟现实及其教育应用［Ｍ］．科学出版社 ４．Ｆｒａｎｋ ＬａＶｉｇｎｅ．Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ ４ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ＩＭ１．Ｐａｃｋｔｐｕｂ ｈｔｔｐ：／／２０２．１２７．１４５．１１６／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ ５．中科院计算机化学开放实验室［ＥＢ／ＯＬ】． ’ ｔ々 ｌ甲 作者简介： 姜明，东北财经大学管理科学与工程学院，电子商务教学部副主任， 图１平台运行界面 研究方向为电子商务解决方案、移动电子商务和ＷＥＢ挖掘 Ｂｎｌ １．１己 ｔＪ ２１：Ｉ ＇ｔ４Ｅｍ￥２：９１