時間：2022-02-28 15:02:19
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機實驗報告，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
實驗名稱：Excel高級應用（二）：教材訂購情況分析
實驗目的：
1、 掌握Excel 20xx單元格數據的有效性設置
2、 進一步掌握數組公式的使用
3、 掌握條件格式設置
4、 掌握常用函數的使用
5、 掌握sumif 函數的使用
6、 掌握if 函數和邏輯函數的嵌套使用
7、 掌握and函數的使用
8、 進一步掌握countif函數的使用
9、 進一步掌握多個函數的組合使用
實驗內容：
題：教材訂購情況分析
教材訂購情況表“教材訂購情況分析.xlsx”
操作要求：
1、 在Sheet5中的A1單元格中設置為只能錄入5位數字或文本。當錄入位數錯誤時，提示錯誤原因，樣式為“警告”，錯誤信息為“只能錄入5位數字或文本”。
2、 在Sheet5的B1單元格中輸入分數1/3。
3、 使用數組公式，對Sheet1中“教材訂購情況表”的訂購金額進行計算。 *將結果保存在該表的“金額”列當中。
*計算方法為：金額=訂數*單價。
4、 使用統計函數，對Sheet1中“教材訂購情況表”的結果按以下條件進行統計，并將結果保存在Sheet1中的相應位置。要求：
*統計出版社名稱為“高等教育出版社”的書的種類數，并將結果保存在Sheet1中的L2單元格中；
*統計訂購數量大于110且小于850的書的種類數，并將結果保存在Sheet1中的L3單元格中。
5、 使用函數，計算每個用戶所訂購圖書所需支付的金額，并將結果保存在Sheet1中的“用戶支付情況表”的“支付總額”列中。
關鍵詞：實驗報告 實驗教學 實驗報告模板 電子實驗報告系統
中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0021-01
實驗是教學中尤其是電子技術這類理論與實踐相結合的課程教學中非常重要的環節。近年來，高校對實驗教學的重視程度逐步提升，實驗報告已成為檢查考核實驗教學質量的依據之一。通過書寫實驗報告，對實驗過程現象的描述、實驗結果分析總結，使學生把理論與實驗進一步聯系，能更好的掌握知識和技能，同時也為今后的科學研究及工程應用打下基礎。然而，在實驗報告日益被重視的同時，也暴露了一些問題，影響了實驗教學質量的提高。
傳統的紙質實驗報告，學生課上操作課下寫報告，由于時間上滯后，使得報告內容有些不能真實反映實驗過程和結果，因此不能充分發揮其作用。由于紙質報告的批改、填寫和反饋花費時間較長，學生不能及時獲得教師評價，降低了實驗教學效果。有時學生在填寫實驗內容上對一些復雜的波形實驗結果描述時受篇幅限制而不準確。實驗環境、實驗內容及項目名稱等的欄目填寫，效率較低。隨著計算機技術的應用發展，電子實驗報告系統應運而生，它基于網絡平臺可以跟蹤管理學生實驗，在學生實驗報告模板的引導下，根據要求完成實驗分析、設計、數據記錄、圖表描繪、總結分析，并提交服務器，教師可以在線或離線批改報告。采用電子實驗報告系統相對于紙質報告來說，表現出更多優勢。
1 電子實驗報告系統結構與功能
電子實驗報告系統由圖1所示，包含了虛擬儀器測試模塊、實驗報告編輯軟件和教師終端軟件。
教師終端服務軟件主要包含了編輯功能、模板管理功能及用戶管理功能。在編輯功能模塊中，教師根據教學計劃及實驗內容制作實驗報告模板，并上傳到服務器，在模板中完成。在實驗報告模板中，教師提出實驗預習要求、實驗內容、測試參數表格及實驗報告要求。學生可下載實驗報告模板。學生根據模板要求完成實驗預習、記錄實驗參數及總結實驗三個步驟。電子實驗報告模板按照不同課程的模板分類存儲，查找順利完成對學生報告的批改、給出成績及實驗報告文檔的輸出。
在模板管理功能中教師通過模板編輯器可以將上傳到服務器的實驗模板進行再編輯修改。通過實踐過程提出的對模板進行修正的地方可及時修改，使教學實驗過程更完善。用戶管理功能完成對教師用戶和學生用戶的管理。
實驗報告編輯軟件是針對學生用戶設計的，主要包括個人信息管理、班級管理及學生提交實驗報告管理。在此模塊中，學生需登錄實驗報告編輯軟件，下載實驗報告模板，保存實驗報告，提交實驗報告以及查閱實驗報告批改結果等。
虛擬儀器測試模塊完成的是對實驗數據實時采集、存儲功能。主要是一個集數字示波器及邏輯分析儀為一體的虛擬儀器。實驗過程中，學生將虛擬儀器與實驗電路連接在一起，根據實驗測試要求，采集數據波形并保存圖形文件，且保存的文件有學生注冊信息，這樣省去了手工記錄圖形的過程，有效的防止了偽造實驗數據的行為。
2 電子實驗報告系統實施應用
基于網絡平臺的電子實驗報告系統，要求學生實驗前要下載實驗模板，并做好實驗預習，包括設計及仿真，理論參數計算等。
學生進入實驗室登錄實驗報告編輯軟件，根據實驗內容連接電路，并運用虛擬測試儀器采集實驗數據并保存。在實驗報告中，提交測試的實驗數據及波形。
學生在網上提交實驗報告后，教師可以在線或離線批改，批改過程可以進行標記。學生在實驗報告編輯軟件中，可以觀察教師批改結果及標準，找出不足及有待修改的地方。
3 結語
基于網絡平臺的電子實驗報告系統在運行過程中，已凸顯其優點，適用于電子技術學科的各類課程，且歸納整理統計各種類型表格較為方便，教師與學生的互動更加積極有效。通過實驗預習、實驗數據波形測量、參數測試、實驗報告分析總結提交、教師報告實時批改，使得教學管理更加透明有效。利用虛擬儀器對測試波形的存儲，簡化波形錄入工作，波形描繪準確且花費時間短，有效的數字簽名防止了杜撰和抄襲，電子報告對實驗教學的質量監控有著積極的意義。
隨著計算機教育現代化和網絡化的發展，電子實驗報告系統將是今后發展的必然趨勢。
參考文獻
[1] 李倩.高校計算機公共基礎課實驗報告改革探討[J].計算機光盤軟件與應用， 2013（5）：125.
關鍵詞：“互聯網＋”；實驗教學體系；實驗教學模式
一、“互聯網＋教育”的本質
《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》中明確指出：“互聯網+”是把互聯網的創新成果與經濟社會各領域深度融合，推動技術進步、效率提升和組織變革，提升實體經濟創新能力和生產力，形成更廣闊的以互聯網為基礎設施和創新要素的經濟社會發展新形態[1]。由此可見，“互聯網+教育”作為一種新型教育形態，充分反映了“互聯網+教育”的本質。“互聯網+教育”是將互聯網、移動互聯網應用于教育領域，促進互聯網、移動互聯網等現代信息技術手段與教育產業進行深度融合，從而利用先進技術提高教育的效率與質量，進一步提升教育的創新能力和軟實力，推動教育變革和建設“教育強國”理想形成的以互聯網為基礎設施的全局性的、戰略性的布局。但是“互聯網+教育”不會取代現有的教育，其原因是在教與學中，教師與學生的思維、情感和探究問題的這種相互影響的交流是任何先進的視頻和現有的人工智能技術所不能取代的。
二、大學計算機專業實驗教學現狀及存在的問題
計算機專業實驗作為高等工科院校的專業實驗課程，其重要性不言而喻。計算機專業實驗課的內容涉及的領域極其廣泛，要求學生在掌握理論知識和實驗原理的基礎上，利用計算機實現對人類思維的模擬。目前，計算機專業實驗教學普遍存在以下問題：（1）實驗內容設置單一，大多以驗證性實驗為主，缺少創新類實驗。（2）在實驗過程中，這種“老師教，學生做”的教學模式很難培養具有創新思維的人才。（3）這種集中授課的實驗教學模式的主要弊端是學習能力強的學生覺得實驗內容設置太過簡單，無法充分調動他們的積極性；而學習能力較弱的學生無法完成全部的實驗內容。可見班級授課的實驗教學模式不能很好地因材施教，難以兼顧周全。（4）現有的實驗考核方式存在很大的缺陷。現有的計算機專業實驗考核方式以學生提交的實驗報告為依據，根據學生平時的出勤和課堂表現綜合后得到實驗成績。這種考核方式看似兼顧公平，實際上存在一定的紕漏。這是因為根據實驗內容的難易程度有所不同，學生在實驗課上不一定會完成所有的實驗內容，很難對學生的課堂表現加以明確的界定。
三、大學計算機專業實驗教學綜
合平臺的IT架構設計在分析了大學計算機專業實驗教學現狀和普遍存在的問題的基礎上，為了提升計算機專業實驗的教學質量和效果，更好地培養工程技術人才，結合高校教學的實際情況和“互聯網+教育”的背景，提出構建大學計算機專業實驗教學綜合平臺的IT架構模型（附圖）。
（一）數據持久層（Persistencelayer）
本層主要是負責與數據庫管理系統（如數據庫）之間的通信和數據存儲服務。這些存儲的數據主要包括學生的網上預約信息、與實驗相關的文檔資料和實驗課相關的微課視頻、學生提交實驗報告的電子文檔等。數據持久層主要為業務邏輯層提供持久的數據支持。
（二）業務邏輯層（Businesslayer）
充分發揮網絡優勢，構建實驗教學綜合平臺。該平臺主要包括實驗課的網上預約系統、實驗教學資源服務系統、實驗報告提交系統、實驗報告在線批改系統、實驗成績查詢系統和實驗在線互動系統。
（三）表現層（Presentationlayer）
實驗教學綜合平臺為實驗教師和學生提供實驗教學服務入口。登錄成功后實驗教師可以上傳實驗課的相關資源，與在線的學生保持互動，并且實現學生實驗報告的在線批改和提交實驗成績；學生可以與老師在線上進行交流，瀏覽和預習與實驗相關的資料，提交實驗報告和查詢實驗成績。
四、“互聯網＋”大學計算機專業實驗教學體系改革
（一）及時更新實驗內容
目前，計算機類實驗內容偏重于驗證類的實驗，且實驗內容明顯跟不上信息時代的發展和要求。面向這一問題，教師應對現有的實驗內容進行修改與完善，在選取實驗內容時應當遵循“夯實理論基礎、強調綜合設計能力、開拓創新思維”的原則，將鞏固演示類和驗證類實驗，加強綜合設計類的實驗，提高創新類實驗在計算機實驗中所占的比例。只有不斷的改進、豐富現有實驗內容，才能夠做到與時俱進、為培養現代化的科學技術人才提供基本的保證。
（二）創新實驗教學模式
傳統的實驗教學模式是以班級為單位，規定所有學生在統一時間完成相同的實驗內容。這種集中式的實驗方式的最大優點在于，在實驗的過程中學生們可以互幫互助，集體探討和交流實驗內容和解決方法。但是凡事都有兩面，集中式實驗忽視了人與人之間作為對象的存在所具有的學習能力的差異。不同的學生面對相同的實驗內容的解決問題的能力是各不相同的。充分利用互聯網，學生通過實驗教學綜合平臺進行網上預約實驗，并根據自身的實際水平選擇難度不同或自身比較感興趣的實驗內容。與傳統的集中式實驗教學模式相比，預約式實驗教學模式不僅可以讓學生自主預約實驗和制定實驗的進度，還有利于學生對自己學習時間進行總體規劃。傳統的集中式實驗教學模式在實驗內容上制定統一的標準，缺少在實驗題目上的自由選擇度，并不利于學生培養和發展自身具有個性化的學習能力。而預約式的實驗教學模式可以讓學生在實驗要求和實驗題目規定的范圍內自主地選擇難度不同的實驗內容。這樣做的結果不僅可以達到因材施教的目的，而且能夠激發學生做實驗的興趣。
（三）建立科學有效的實驗考核方式
傳統的實驗成績評定以學生的出勤、實驗課上所完成的實驗情況和實驗報告三部分組成。采用“互聯網+”技術的大學計算機專業實驗課的實驗考核方式應當所有改革。在實驗內容上，實驗教師應當根據學生所選擇的實驗題目的難易程度不同乘以相應的難度權重；在實驗過程中，實驗教師通過與學生的交流，對學生在實驗中所遇到的問題和解決方法有一個總體的、較有客觀的評價；在實驗課后，實驗教師應當根據學生所提交的實驗報告是否符合實驗要求，是否存在一定的抄襲現象，是否完成實驗內容，是否存在一定的創新性成果進行明確的界定。綜上所述，實驗教師根據學生在實驗內容上的選擇，在實驗過程中學生與教師的互動與實驗完成情況，并結合最終提交的實驗報告情況對學生形成科學、客觀的實驗成績評定。
（四）提高實驗教師自身的素質
要培養高水平的、具有創新能力的學生，就要適時地提高實驗教師自身的業務能力。伴隨著大數據時代的異軍突起，高校應當定期組織實驗教師進行有關計算機專業的新知識培訓。由于計算機專業本身是一個理論與實踐并重、不斷發展和創新的學科，基于這門學科的特點，實驗教師自身應當意識到只有通過不斷的學習、掌握計算機專業的新知識和新動向，才能做到與時俱進，培養創新型的科技人才。在“互聯網+教育”時代到來的同時，實驗教師應不斷更新教育教學理念，積極開展實驗教研課題的研究，學習利用互聯網技術不斷豐富現有的實驗教學內容，改進傳統的實驗教學方法，做到自身從學習能力、業務能力到教學能力的全面提升。
五、結束語
關鍵詞：計算機；電工實驗；特點；強化
電工技術是電學專業、工程類專業、機械制造等專業必修的基礎課。按新教學大綱要求，該課程實踐環節應掌握電路原理分析的仿真、驗證性實驗，單相、三相電源的參數測定實驗、儀表的使用與數據的采集，電機的原理、電機的控制分析驗證等內容。雖然是一門傳統課程，但是為了與現代工業、科技相適應，課程內容有了很大的更新和改進，添加了計算機繪圖、仿真等內容，因此計算機技術作為現代教學創新的催化劑，給機電專業教學帶來了新的變革，已經全面地融入電工課程實驗實踐教學之中，并且起到了越來越重要的支撐作用。
1 新時期計算機在電工實驗中的應用現狀
1.1 電工實驗室的與時俱進
以前，電工技術實驗室通常是在水泥臺或木桌上放置許多不同的儀表，每次上課前教師都要花很長時間準備實驗，調試各種儀器儀表。如今則是一體化的智能型聯網實驗儀器臺，是集計算機、示波器、多種電源、電壓表、電流表、功率表、各種按鈕于一體的系統，完全用計算機控制實驗許可和進程，方便管理。這樣的實驗室配置是以“職業崗位培養模式”下學生實踐能力的培養為出發點，符合新時期大學生電工專業教學大綱的要求，體現了專業能力培養與市場接軌的時代特征。
1.2 計算機網絡教室是傳統多媒體教學的升級
電工技術實驗室的每個試驗臺配有一臺計算機與教師機聯網，教師可以控制每臺設備的電源和信號，可以同傳圖像數據、文件等。講授理論課時，教師將教案、PPT利用網絡教室系統進行播放，讓學生實時觀看和聽課。網絡教室系統替代了傳統意義上的多媒體投影教學系統，更加方便快捷。上課時學生在實驗室查資料、計算、用繪圖軟件進行繪圖，在自己的試驗臺上完成作業，實時提交給教師檢查；教師可以在線給出相應的成績和評價。
1.3 實驗中計算機不可缺少
如今電工、電路原理實驗均涉及被測量信號的采集與儲存，因此計算機在實驗中起到了關鍵作用，如用電壓電流表測量實驗電路中的數據，需要將數據直接收集到計算機中教師設定的實驗報告表格中，然后由計算機按照設定的計算公式自動分析計算出結果填入表格中，同時用示波器將得出的波形傳入計算機中，學生利用圖形抓取軟件將其波形抓取下來生成相應的圖片，載入相應的文檔或加入實驗報告中。最后，學生可以直接提交電子實驗報告給教師檢查評價，也可打印出紙質的實驗報告交給教師存檔。這樣省去了教師在黑板上寫，學生繪制實驗報告格式表格，畫出相應的原理圖和制作數據表格的過程。
1.4 仿真是學校教學的重要方法之一
目前高校采用仿真的方法進行電工技術、電路分析教學。仿真必然依托計算機，因此計算機是仿真實驗教學的工具和核心，如戴維南實驗、疊加定理實驗，若采用儀表測量數據總會存在一定的誤差，最后的測量計算結果綜合各個環節的誤差，將與定理內容不完全符合，而利用仿真實驗數據則相對準確。通過這兩種實驗，學生對實驗的方法和手段有更深入的理解，在以后的實驗中將增強對實驗方案的選擇能力。同時也是對實驗室缺少相應儀器設備的有益補充。對仿真軟件的應用是現代大學生必備的能力之一，因此學校應與時俱進積極采用這一教學方法。
1.5 計算機是開放實驗的主戰場
我院實驗教學采用計算機網絡課堂平臺，教師的課件、大綱、作業、實驗實訓報告、測試題庫、相關教學視頻及答疑交流平臺等內容均建立在此平臺上。學生在網上預約實驗；教師網上管控設備。因此，計算機是開放式實驗的“主戰場”，學生的課前預習和課后復習都離不開計算機，這種自主學習、開放式教學模式已經顛覆了傳統的實驗實踐教學模式。
2 計算機技術在專業實驗課教學中的應用
2.1 傳統教學模式悄然蛻變，學生實驗興趣得以提高
在傳統的機電專業教學中，受教學條件限制，對于抽象又難以表述的理論知識或教師無法演示的實驗及實驗現象不明顯的實驗論證等，學生學習時缺乏興趣[1]。基于計算機技術的網絡課堂的應用則能實現由抽象到具體、由靜態到動態、由平面到立體的轉變，把工廠搬到教室屏幕中，替代了傳統的黑板和粉筆、掛圖等教具，因此，教學內容生動具體、多樣化，改變了教學模式和學生學習方式，學生實驗興趣得以提高。
2.2 提高教學效率，消除不真實的想象
計算機在實驗室一般具有展示課件、播放光盤、仿真軟件實驗平臺等多項綜合功能，比傳統實踐教學內容豐富得多，可省去教師在黑板上畫圖和抄寫實驗報告的時間，也可突破有些圖形無法在黑板上展現的局限，提高了教學效率[1]。傳統的課堂教學是一種相對封閉的教學模式，給學生提供不了某些真實的場景，計算機技術則能具體地模擬展示事物及事件過程，展示特殊場景，如觸電事故、雷擊事件、短路故障等，消除了學生不真實的想象。
2.3 使教師、學生掌握專業前沿知識
計算機在現代機械電子工業生產中已得到廣泛的應用，如今的電路繪圖已經完全運用計算機進行，軟件有Multisim，Protel99se，Proteus PCschematic，CAD Autocad等。CAD繪圖與設計、數據分析不再是用筆和紙能完成的工作了，均須借助計算機的分析處理，因而教學時計算機的參與必不可少，這樣才能讓學生學到前沿知識及先進技術，才不會造成學校培養與企業使用脫節的尷尬情況。
2.4 利于指導學生的實踐操作
電類專業實踐教學內容多，在傳統教學中，教師要反復演示講解。目前，學生做電機控制實驗時，在試驗臺左邊是計算機屏幕，其上呈現的圖像可直接作為參照，還可以在計算機上設置動畫，更加形象易懂。學生在試驗臺的右邊連接控制電機線路。還可以將實驗步驟、操作過程制成視頻，播放時可隨時停止和繼續播放，學生還可以反復觀看，這樣既減少了教師重復講解，也利于教師指導學生的實踐操作。
2.5 能彌補設備器材的不足
院校正處于高速發展期，實驗室常會出現元器件不齊全現象，有些是因為器材更新快，有些是因為昂貴無力購買，仿真實驗設備可以解決這一難題，而且能夠收到良好的教學效果。同時設備器材也不會輕易丟失，免去無力找回而影響下次實驗的麻煩。
3 強化計算機在實驗中的功能，使實驗教學改革達到最佳效果
3.1 提升學生自主學習和自主實踐的積極性
在目前的機電專業教學中，強調學生利用計算機網路工作學習的實踐能力、創新能力，因而作為組織者、引導者的教師，應充分發揮學生的主體意識，培養學生的主觀能動性，著力培養他們自主學習、自主實驗的積極性。教師將現代化教學手段與傳統教學手段有機融合，施教方法和教育理念由封閉性、理論性向開放性和實踐性轉變。教師自身要加強學習新知識、新技術，練好新技能，駕馭好新形勢下的實踐教學過程，激發學生在實驗中的主體意識。
3.2 合理運用計算機技術
在電學專業實驗教學中計算機技術已不可缺少，仿真、CAD、電路、電機拖動等課程應掌握的內容圖形較多，課件制作比較難，加重了教師的負擔。因此，需改變過去的教學風格，讓教師真正把計算機當做自己教學的工具，利用計算機技術優化課堂實踐教學，有針對性地使用恰當的教學方法，使課堂教學取得最佳效果。如訓練電工技能中的接線工藝、安裝焊接工藝、器件的拆裝、電機安裝及故障排除、攀爬電桿訓練等[1]，就不能完全依賴于計算機仿真技術，必須使用真實的實驗設備訓練學生的技能。
3.3 提高軟件、課件運用效果，促進實驗教學改革
學生學習仿真軟件、繪圖軟件時會有一定難度，為了達到良好的學習效果，應創新教學方法，降低教學難度，使學生快速適應新的教與學的模式。因此，新教學模式體現新技術和當前科技實際，應統一規劃、建設，做好軟件和課件制作，適時更新內容和器材，使之達到科學性原則，從而更好地服務于實踐教學，真正達到促進教學改革的效果。
3.4 合理運用不同教學方法因材施教，培養學生職業崗位實踐能力
采用什么樣的教學方法，做到因材施教，使學生適應新的教學環境，新的實驗器材，使之畢業后達到新的崗位要求，是教師和教學管理者應該考慮的問題。靈活運用講授法、討論法、練習法、項目探究法等教學法，因材施教，才能取得良好的教學效果。如在課程教學進行到2/3時，將教師主導下的項目教學方式轉變為學生自主式的項目設計教學模式，由學生分組或單獨完成項目。學生利用計算機計算、繪圖、看視頻，查閱相關資料，提出設計方案，討論方案，執行方案，報告總結評估，提高自身的綜合素質。學生在有限的時間內完成實驗和實訓，學會用計算機控制電路，采集、處理信號的實驗方法，參與工藝流程設計與運行控制，掌握基本的實踐技能。教師一方面激勵優秀學生，使其創新能力得以進一步發展，另一方面重點督促輔導后進的學生，實現全體學生實踐能力均達到合格要求的目的。
4 結束語
目前我國正努力實踐科教興國戰略，教育應面向現代化、面向未來高科技，不應停留在落后的方式、手段、觀念、設備上。充分利用計算機在實驗教學中的功能，處理好軟件問題，確保網絡的暢通，讓學生在無障礙的環境下學到先進的技術，讓計算機技術成為學生提高實踐能力的助推器，促進教師提高能力推進教學改革的催化劑，使計算機電工實驗室成為學生科技創新的孵化器，培養更多、更優秀的社會急需的機電專業具有創新能力、適應職業崗位需求的技能型人才。
關鍵詞：作業管理系統；B/S模式；ASP技術；SQL server數據庫；《大學計算機基礎》
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）23-5312-05
針對我校傳統《大學計算機基礎》公共課作業管理現狀，由于本課程教學的特殊性和復雜性，作業管理往往是粗放型的，可操作性不強，特別是對作業批改過程（包括作業提交、在線批改、將批改情況及時反映給學生）各個環節的管理很難到位，老師布置作業，學生把作業做在作業本上，然后再交給老師，老師批改之后再把作業本返回給學生，步驟繁瑣，效率低，因而影響教學質量的提高。以計算機網絡技術為核心的信息高速公路的興起，突破了傳統的人工作業管理模式，使高校的作業管理方式和效率都發生了深刻的變化。因此，我們必須充分利用計算機網絡這一現代化技術來完成作業管理工作，把作業管理人員從繁重的工作中解放出來，提高工作效率和準確率，使作業管理工作實現“現代化、系統化、規范化”。
1 存在的問題
由于公共計算機課的特殊性，一個教師布置的相同作業要重復批改多次，使教師重復工作量增大，效率低。本系統既能滿足《大學計算機基礎》教研室計算機公共課程作業管理的需求，同時也能向全校進行推廣。甚至可以將成功的案例像其他學校進行推廣。作為計算機應用的一部分，使用計算機對作業環節的工作進行管理，有著手工管理所無法比擬的優點。例如：效率高、可靠性高、存儲量大、保密性好、無紙化等。這些優點能夠極大地提高教師管理的效率，也是學校的科學化、正規化管理，實現數字化教學的重要條件。
基于這些問題，有必要建立一個在線作業管理系統。該系統可以方便教師對學生作業的管理和學生自主學習，方便教師與學生之間的交流，同時也使得管理人員能夠方便對教研室教學資料的管理與保存。使作業管理工作規范化，系統化，程序化，避免了傳統管理方式的隨意性，提高信息處理的速度和準確性，能夠及時、準確、有效的查詢和修改作業情況，提高教師和學生的效率，降低管理的成本。
作業是師生雙向交流的一種重要途徑，不僅可以考核學生在課堂教學活動中的消化吸收程度，而且也可以檢驗教師的教學質量。高等學校是Internet網絡技術研究與應用的較早單位之一，計算機的普及、校園網的出現，為學生作業管理的網絡化和正在興起的遠程教學提供了強大的技術支持[1]。目前，國內外作業管理一般采用兩種方法：一種是通過網絡電子郵件發送；另一種是存放到教師電腦上的一個共享目錄內。但這兩種方法都有各自的弊端：前一種方法易受網絡因素影響、電子郵件服務商的存儲空間限制；后一種方法卻存在一個更致命的缺點：學生可以隨意查看、更改和刪除其它同學的作業，造成大量如抄襲作業、惡意刪除或修改其他同學作業的事情發生；老師在幫學生修改作業時，也很容易弄不清楚作業批改與否；作業是誰的或是舊作業沒刪除掉，跟新作業搞混了等情況，雖然有些可以用嚴格的紀律來實現管理，但仍然會給學校和老師帶來很多的麻煩。
2 研究內容
無論采用何種方法開發系統，系統分析工作都是十分重要的環節。軟件的需求分析是軟件生存周期中重要的一步，只有通過對軟件進行需求分析，才能把軟件功能和性能的總體概念描述為具體的軟件需求規格說明，進而建立軟件開發的基礎[2]。
軟件需求分析分析的成功與否，決定著整個系統功能的完善性以及穩定性。在該階段需求分析人員需要確定整個作業管理系統的功能要求，并且將現實事務抽象成對象并建模[4]。
經過對《大學計算機基礎》課程作業管理系統分析，將系統劃分出了學生用戶、老師用戶、管理員、課后習題庫、標準答案、實驗報告提交時間、課后習題作業提交時間、課后習題作業答案、實驗報告作業答案、作業要求等幾個實體。系統的最終用戶是面向管理員、老師、學生。后臺管理系統（即管理員模塊）主要對學生和老師的信息管理、以及對課后習題作業和課后習題作業答案進行管理、修改用戶的密碼等；老師模塊主要對作業要求和學生成績進行管理、以及批改作業等；學生模塊主要實現提交作業、查看成績等。本系統要實現功能模塊，具體如下：
1） 老師信息管理
修改、刪除、添加老師信息，并將老師信息入庫；登錄系統時，根據老師編號和密碼進入。
2）學生信息管理
修改、刪除、添加學生信息，并將學生信息入庫；登錄系統時，根據學號和密碼進入。
3）課后作業管理
管理員將《大學計算機基礎》課后習題錄入數據庫，以供老師、學生查用，老師根據實際情況布置作業要求，并將作業要求入庫，再規定一個上交時間；學生必須在規定時間內按老師的要求完成作業，然后提交作業，并將作業入庫保存。
4）實驗報告作業管理
老師根據實際情況布置實驗報告作業，將作業要求入庫，并規定一個時間；學生必須在規定時間內按老師的要求完成作業，然后提交作業，并將作業入庫保存。
5）標準答案管理
管理員將課后習題的參考答案入庫，供老師批改作業時參考。
6）成績管理
老師根據學生的作業情況打分，分為A、B、C、D、E五個等級，并保存到數據庫，學生只能查看個人成績，老師可以查看整個班級的成績信息。
3 業務流程
在線作業管理系統流程圖描述為：管理員通過后臺管理系統進入之后，將學生和教師信息、習題及標準答案導入系統中；教師通過前臺系統，使用自己的賬戶和密碼登入系統，修改個人密碼，布置相關習題或實驗報告，并設置習題提交時間；學生通過賬號密碼登入系統，可修改自己的賬號密碼，可查看老師布置的相關習題并進行作答，做完之后在教師規定的上傳時間之前上傳作業；教師通過登錄系統查看學生完成作業的情況，并對提交的作業進行批改，打出分數；之后可查看成績。
在線作業管理系統流程圖如圖1所示：
4 系統的ER模型
經過對《大學計算機基礎》課程作業管理系統分析，將系統劃分出了學生用戶、老師用戶、管理員、課后習題庫、標準答案、實驗報告提交時間、課后習題作業提交時間、課后習題作業答案、實驗報告作業答案、作業要求等幾個實體，其各個實體的屬性如下：
學生：學生學號，學生姓名，所在院系，所在年級，所在班級，任課教師編號，密碼；
教師用戶：教師編號，教師姓名，所教班級，密碼；
管理員：用戶名，密碼，系統最大在線人數；
課后習題庫：習題章節，習題內容；
課后習題標準答案：習題章節，答案內容；
實驗報告提交時間：實驗次數，提交時間，教師編號；
實驗報告作業答案：自動編號，學生學號，實驗次數，實驗報告成績，實驗報告內容，是否提交，是否批改；
課后習題作業提交時間：習題章節，提交時間，教師編號；
課后習題作業答案：自動編號，學生學號，習題答案，習題章節，成績，是否提交，是否批改；
作業要求：教師編號，習題章節，實驗次數，習題作業要求，實驗報告要求。
本系統的ER模型如圖2所示：
5 系統分析與設計
本系統屬于管理信息系統，管理信息系統（Management Information Systems 簡稱MIS）現階段普遍認為是由人和計算機設備或其他信息處理手段組成并用于管理信息的系統，是用系統思維的方法以計算機和現代通信技術為基本信息處理手段和傳輸工具的、能為管理決策者提供信息服務的人機系統。通過系統設計這個階段的工作將劃分出組成系統的物理元素——程序、文件、數據庫、人工過程和文檔等等[9]。總體設計階段的另一項重要任務是設計軟件的結構，也就是要確定系統中每個程序是由哪些模塊組成的，以及這些模塊相互間的關系。
經過需求分析和可行性分析后，得出本系統所需的與教務系統的接口、管理員添加刪除修改課后習題和課后習題答案、老師布置和批改作業、學生提交作業等功能是可以實現的。
本系統通過強大的技術支持，為作業的管理帶來便利，不但減輕了老師的工作量、學生的學習任務，而且提高老師的工作效率、學生的學習效率外，還方便了學校教學管理、教學考核，減少人力與管理費用，提高管理和服務質量。建立高效的管理和服務平臺以提高作業處理速度和管理的效率，界面精美、友好、快捷，人性化設計，后臺管理功能強大且效率高。
6 系統實現
本系統前臺登錄分為學生登錄和老師登錄，打開系統登錄首頁（index.asp）后選定是何種用戶登錄（其中默認的用戶類型為學生），然后輸入用戶編號和密碼，如果用戶編號和密碼正確，就可以成功的登錄本系統。如果輸入的用戶名錯誤，則會在標簽控件上顯示：“該用戶不存在或用戶名輸入錯誤，請檢查后重新輸入！”；如果用戶輸入的用戶名在用戶信息表中存在，但密碼錯誤，則會在標簽控件上顯示：“您輸入的密碼錯誤，請檢查后重新輸入！”。其中登錄流程如圖3所示。
7 導入學生、老師信息
本系統支持與教務管理系統的接口，管理員登錄到后臺管理系統后，在系統設置欄目中下載學生信息表和老師信息模板（excel表格），然后將教務管理系統里導出的學生信息按模板做好，并將這兩個Excel表格上傳到服務器上，再執行信息導入操作（執行導入功能的shujudaoru_add.asp源代碼參見附錄），當學生信息和老師信息成功導入后系統會提示“成功導入信息”，最后調用存儲過程建立學生和老師之間的關系（一個學生對應一個老師）。
導入學生、老師信息數據流程圖如圖4所示：
將教務系統導出的學生信息Excel表中的信息按本系統的要求保留其中需要的幾列，然后將其按系統提示導入到數據庫中；將教務系統導出的老師信息Excel表中的信息按本系統的要求保留其中需要的幾列，然后將其按系統提示導入到數據庫中，其中一個老師教多個班時中間用英文格式下的逗號隔開
8 建立老師信息與學生信息關系
學生和老師的信息導入成功后，點擊系統設置菜單下的建立老師表和學生表關系，調用存儲過程updateTeachernumofStudents，建立學生和老師之間的關系（學生與老師是一對一的關系、老師和學生是一對多的關系）。其中，將任課老師編號填入學生信息表中。
9 錄入課后習題和答案
管理員登錄系統后，可以進行錄入課后習題和系統答案操作。
點擊習題的操作中的上傳課后習題，顯示出上傳課后習題操作界面，選擇習題章節并填入習題內容，點擊提交即可，當該章節習題已經存在時系統回提示“該章節習題已存在”等人性化的提示信息，點擊習題的操作中的上傳課后習題，顯示出上傳課后習題操作界面，選擇習題章節并填入習題內容，點擊提交即可，當該章節習題已經存在時系統回提示“該章節習題已存在”等人性化的提示信息。
10 系統安全設計與實現
系統安全包括數據庫安全和用戶權限控制，本系統基本實現了SQL Server 2000數據庫的安全，充分考慮了用戶權限的控制，以提高系統的安全系數。
本系統在數據庫安全方面，實現了防數據庫下載、防SQL注入、對密碼進行加密、數據庫定期自動備份、限定系統最大在線人數等，以保障數據庫的安全。
防數據庫下載是在數據庫文件夾名中加入“#”來實現的；防SQL注入是通過ff_system.asp對表單的值進行判斷，如果出現了本系統限制的特殊字符，系統制動提示“對不起，這是防SQL注入的系統，請正確輸入值”；采用不可逆的MD5算法對密碼進行加密，保證密碼的安全；在SQL Server 2000中設置數據庫定期自動備份，以保障數據庫的安全；限定系統最大在線人數是通過Application屬性來實現的。
給每個用戶分配了訪問目錄，使用正則表達式來實現目錄訪問權限控制，和用Session中保存的用戶編號user_id來進行判斷限定用戶的訪問目錄的權限，當用戶誤操作時系統彈出人性化的提示。限于篇幅，只對用正則表達式來實現目錄訪問權限控制進行描述。
11 總結與展望
本系統開發中遵循軟件工程的開發流程，經過系統前期需求調研階段、軟件設計階段、系統開發階段、以及論文編制階段，在線實驗課選課系統終于完成了。這期間，通過充分的論證和艱苦的程序開發，本系統已完成了程序設計，并已經在重慶三峽學院《打算學計算機基礎》教研室作業管理工作中得到了應用。在本課題研發過程中，實現了系統預期的功能：對《大學計算機基礎》課程作業進行在線的管理。首先對我校傳統的《大學計算機基礎》作業管理情況進行調查了解，然后根據老師和學生的需求制定了一套作業管理規范，最后采用ASP技術和SQL server技術設計與實現了《大學計算機基礎》課程管理系統。本系統充分考慮教研室的實際需求，以實際應用為出發點，將最需要、最實用的功能呈現在學生及教師面前，去掉了華而不實的功能，真正為教學管理人員的管理及決策方面提供了強有力的支持。同時，本系統徹底擺脫了桌面上沉甸繁雜的紙張文件，使得繁重的選課工作變得輕松自如，在投入使用的過程中極大地提高工作效率，避免人力、財力資源的浪費，受到了老師和同學們的好評。
本系統主要實現了與我校教務管理系統的接口（導入學生、老師的信息），管理員上傳課后習題和答案，老師布置作業并設置作業上交時間，學生在線提交作業，查看相關信息等功能。在本系統的設計與實現過程中，我盡量做到切合實際，按照系統工程的方法實施，在本系統的實現過程中遇到了許多平時學習都沒有思考過的問題，通過多方的資料查詢和在陳恒鑫老師的指導下實現了《大學生計算機基礎》課程作業管理系統的基本功能。
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關鍵詞：高職大專；計算機組裝與維護；教學改革
廣東理工學院作為一所高職大專大學，教育的目的是培養合格的實用性技能型人才，而廣東理工學院的學生不僅要具備相關的理論知識，還需要掌握相應的實際操作能力，高職院校計算機專業的其中一門非常重要的專業基礎課就是“計算機組裝與維護”，同時這門課程也是實踐性和應用性很強的課程，因此，學生就需要接受培養，努力成為合格的應用型人才。所以，這門課程主要為從事計算機相關各類工作打好基礎，通過系統和規范的學習，并從實踐訓練中掌握具備從事計算機維修和常用維護、網絡設備維修和管理的能力。
筆者現結合多年的教學經驗和學生對課程的要求，對課程的教學改革問題進行了研究，從而達到高職院校的教學目標，提升學生的職業操作能力，以滿足社會快速發展對該崗位人才的能力需求。
1 當前教學現狀
“計算機組裝與維護”是廣東理工學院計算機專業學生必修的專業基礎課之一，因此在講授這門課內容時，教師主要講解了電腦組成、硬件測試、硬件安裝、BIOS 設置、硬盤分區、系統安裝、系統優化、系統備份和計算機日常維護等[1]。而現在很多大學生對計算機基礎操作方面都很嫻熟，只是他們缺少對計算機維o方面知識，也因此不能合理地運用計算機操作，如：個別學生在計算機病毒方面，沒有足夠的防范意識；很多學生經常帶電拔插凹口鼠標鍵盤等設備，這樣會使接口或主板被燒；還有的非計算機學生對計算機進行簡單組裝，但組裝出來的計算機出現很多問題，因此，學好這門課是相當重要的[2]。
計算機專業雖開設了“計算機組裝與維護”這門課程，但在某種程度上，存在或多或少的缺陷，例如教學方法單一、教學手段不靈活等特別是在理論教學上，受到硬件設備的限制和教學條件的影響，造成本課程的實訓多是紙上談兵。因此，在講授計算機部件的時候，可以從硬件的品牌、技術的指標，再從硬件的組裝中談起，要求學生能記住各硬件的型號和分類等理論數據，再進行記憶硬件的參數和型號，學會與時俱進，緊跟社會發展的步伐[3]。
2 教學方法的改革
“計算機組裝與維護”是一門以理論為依據，以實踐為指導，相互緊密結合，特別注重實踐操作能力的課程，以前的傳統教學方法已經不適合這門課程的教學，也達不到目前教學的需求，因此筆者根據課程實際的特點，在理論和實踐教學過程中主要采用特有的教學方法。
2.1 利用實物展示與多媒體課件演示相結合的教學方法
通過課前筆者制作好的多媒體課件演示教學，能夠加深學生對課件的理解，也大大增強了課堂的教學效果[4]。眾所周知，多媒體輔助教學，它以直觀、形象、生動的演示功能，為師生帶來更多類型的刺激，在調動學生學習方面，更能體現出學生的自主性。由于信息工程系大部分學生對計算機各部件的性能指標、部件的參數和計算機內部的位置等都不熟悉，筆者在講授這部分內容時，特別通過特有的多媒體課件與筆者自帶的實物，分別對每一個部件的相關內容，逐一進行演示和操作，并且在演示各實物的同時，向學生現場講解相關的實物參數和價格。因此學生在學習知識方面，聯系到現實的生活，這樣更能調動學生學習的積極性和主動性。
2.2 制造故障-查找故障-排除故障的實訓性教學方法
學習計算機故障排查，就必須學會對計算機維護的基本技能，對計算機進行排除與故障的檢測實驗時，作為教師，首先要講解計算機的檢測方法、計算機故障種類和計算機排除方法，接著就是對學生組裝的計算機進行檢測，對有問題的計算機實行故障分析，并且快速排除故障[5]。因此，學生在學習的同時，又能培養學生的興趣，還可以為他們的實際操作能力提升更大的空間。
2.3 結合學生實際情況進行市場調研的教學方法
本門課程的學習與其他課程的上課方式一樣，為了進一步創新，筆者想把課堂放到市場上來，開展實際組裝的調研課。課堂中還可以通過互聯網，利用現成的資源，布置學生在網上搜索計算機各部件的性能指標與參數，分析當前市場的價格與網上價格，讓學生體會現實生活與網上知識的結合，并體會自己組裝計算機硬件的樂趣。
2.4 校內進行實訓教學方法
在課堂教學中，每講述實驗時，都會給出相應的實訓過程，其中包含有：設計問題、確定問題、合作學習、自主學習和歸納總結。而每次實驗結束，都要求學生在規定的時間內上交實驗報告，在實驗報告中，要求學生必須做到3點。（1）實驗的內容和操作步驟：實驗中遇到什么問題，并寫出問題解決的方法；（2）總結實驗學到哪些新知識[6]；（3）通過各個實驗，讓學生養成善于思考、善于觀察、善于發現問題的好習慣，為培養他們的創新意識提供良好的條件。
2.5 通過校外企業實訓教學方法
要讓學生了解更新技術和更新的科技產品，就應該讓學生走出校門，給他們認識社會新知識的機會。正因為這，學院與當地的電腦公司建立實訓基地，廣東省肇慶市區有一個比較出名的天寧電腦城，里面有很多知名的實體電腦店，那些電腦店都可以讓學生進入公司來，并進行簡單的業務，例如：計算機裝機清單、組裝主機、安裝系統、系統備份和還原等。通過與電腦公司的合作，電腦公司有多人幫忙，學生又可以親自動手實踐，從中學到實踐的知識[7]。
3 考核方式的改革
課程的考核也是“計算機組裝與維護”這門課的一個組成部分，學生能力的好壞也從中得出結論。但本門課程重點是以實際操作能力為主的，所以筆者在考核時根據課程相應的特點進行相應的考核。
3.1 理論考核
由平時上課的實驗報告與每個單元的測試考核兩部分組成。實驗報告占10%，在學生每一次的實驗操作完成后，學生都要完成上交一份獨立的實驗報告；單元測試考核占20%，通過學生平時的實際操作和單元測試考核，根據學生掌握計算機的熟練程度，給出相應的平時成績。
3.2 實踐技能考核
包括兩部分：每項技能考核和綜合技能考核。每項的技能實踐考核占30%，在學生每一次的實驗操作中進行的單項技能考核，與相關實訓相配套，做到有實驗都有考核和方式，對學生每一次實驗的過程以及實驗報告進行考核，這樣可以促進學生認真對待相應的每一個實驗；綜合能力技能考核占40%，在課程教學結束后，通過在實訓室進行硬件組裝、系統安裝、硬盤分區、系統安裝、備份和還原等進行的綜合技能考核。
4 目前存在的不足及后期展望
（1）由于本課程開設的時間基本上都是一年級的第一學期，有些計算機專業的學生在高中都未接觸過計算機，對計算機的基本知識還處于初學階段，因此學習起本課程有一定的緩慢性，對這部分的學生還未做到深度的兼顧。
（2）實訓機房能正常使用的計算機不多，考慮到廣東理工學院是一所民辦高校，學院的設備費用都來源于學生學費，因此建議使用學校被淘汰但能正常使用的舊計算機。
（3）學生在做實驗中，很多時候教師一再強調實驗的正確操作方法和注意事項，但還是有學生出現問題，導致學生本身無法完成實驗，建議學生操作時，教師多在旁邊指導與監督。
關鍵詞：數字邏輯電路；立體化實驗教材；實驗報告
0 引言
教育部《關于全面提高高等教育質量的若干意見》的第八條明確提出強化實踐育人環節。制訂加強高校實踐育人工作的辦法，強化實踐教學環節，結合專業的特點和人才培養要求，分類制訂實踐教學標準，增加實踐教學比重，確保各類專業實踐教學必要的學分（學時），配齊配強實驗室人員，組織編寫一批優秀實驗教材，提升實驗教學水平。“十二五”以來，這些有關加強實驗教學改革文件的出臺，表明深化實踐教學方法改革，加強學生實踐能力和創新能力的培養，已經到了刻不容緩的地步。教育部指出，要把加強實踐教學方法和人才培養模式改革作為專業建設的重要內容。加強實踐教學，實驗教材改革是改革教學內容和教學方法的關鍵一環，實驗教材質量的好壞、水平的高低直接影響到學生的培養質量。
1 目前實驗教材存在的問題
目前，我國高校實驗教材整體上沒有擺脫依附并服務于課程的格局，而且以單一的紙質實驗教材為主，其他形式的實驗資源比較匱乏，傳統教材能滿足系統化實驗教學的需要，但在培養學生創新能力和實踐能力方面存在明顯的不足。近年來，很多高校對傳統實驗項目和內容進行了一系列改革，減少了驗證性實驗項目，增加了綜合性、研究性和設計性實驗項目，但仍然沒有脫離課程體系，只是傳統實驗項目的修改與增刪，還是按照原有的知識體系，配合理論教學而開展的輔實驗教學活動，其目的仍然是為了強化理論教學，幫助學生鞏固和掌握理論知識，沒有把學習方法作為實驗教學的重點加以重視。在實驗教材的內容編排上還是按照實驗目的與原理，操作步驟與方法這一傳統教材的樣式，并沒有從引導、啟發的角度進行組織，一些學校自己印刷的實驗指導書，離正式出版還有一定的距離，也沒有其他數字化的輔導性材料。總之，現在的實驗教材，按照粗放而統一的要求，讓學生“按方抓藥”式地進行驗證，學生的自主學習能力和創新能力得不到鍛煉。
“十二五”以來，深化實踐教學改革，加強學生實踐能力和創新能力的培養，實驗教材的建設已引起各高校的重視。同時，科技的發展與知識的更新也促進了實驗教學設備的改進，也促進實驗教材的改進。因此，在實驗教材的建設上，針對上述問題，必須按照學生的能力體系來構建實驗教學體系，把信息技術與實驗教學內容進行有效整合作為一個重要任務來抓，在寫好傳統紙質教材的同時，建設適合開放教學和創新能力培養要求的多媒體實驗教學資源。
2 數字邏輯電路立體化實驗教材建設
學習最終還是要歸本的，教材是學生學習的主要參考書和理論依據，立體化實驗教材主要包括實驗教程（主教材）、實驗報告、多媒體課件以及其他與實驗有關的實驗教學資源，立體化教材提供了一種綜合性的教學資源，加快了實驗教學內容、教學體系和教學方法及手段的改革，優化實驗教學過程，推動創新教育模式，教材質量的高低會對教學效率以及學生學習水平產生直接的影響。數字邏輯電路的實驗內容具有一定的獨立性，實驗項目的設置、實驗軟件的使用、儀器設備、實驗開發語言等在理論課中很少涉及，因此，開發數字邏輯電路的立體化實驗教材具有可行性。筆者將從實驗教材的編寫思路、實驗內容編排、實驗報告規范、數字化的實驗資源等4個方面來探討數字邏輯電路立體化實驗教材建設。
2.1 實驗教材的編寫思路
為了配合開展實踐教學及適應教學改革的需要，提高實驗教學質量，要不斷改革實踐教學內容和教學方法，高質量的實驗教材是關鍵，為此我們組織技術骨干編寫實驗教材。在數字邏輯電路立體化實驗教材的建設上，除了介紹實驗的基礎理論知識外，堅持“以高水平的實驗吸引人、以數字化的資源方便人”為宗旨，以提高學生實際動手能力和工程設計能力為目的，尊重學生的個性差異和工程素養差異，精心選擇實驗教學內容。
2.2 實驗教材的內容編排
在實驗大綱允許的范圍內，我們采用的方法是“給通才定規則，給天才留空間”，在實驗教材的編寫過程中，在大綱規定的基本要求的基礎上，精心選擇了新穎、有趣，實用性、可行性較強，有助于培養創新型人才的15個不同難度的基礎實驗和5個典型的綜合性、設計性實驗，可供不同專業、不同層次、不同學時數的學生使用，這些實驗基本包含了本專業課程標準要求的相關知識點，幫助學生將教材上的分立知識點有機地、系統地聯系起來，培養綜合分析、設計、制作和調試的能力。設計的每個實驗項目都具有一定的層次性，即同樣的實驗項目，可以設計的簡單些，也可以設計的復雜些，分層次對學生提出要求，對能力差的學生，引導其如何將理論與實際結合起來，把設計思想弄清楚，使其有能力完成實驗的基本要求；對能力強的學生提出更高要求，采用啟發式的方法，充分發揮學生的主體作用，鼓勵他們根據自己的能力，提出多種設計方案，體現教學內容的可伸縮性和開放性。
實驗預習是提高實驗效果的一個重要環節，只有預習充分，實驗操作時才會做到思路清晰。實驗預習質量的高低取決于實驗教材的質量。為此，在編寫實驗教材時，對每個實驗項目除了常見的實驗目的、實驗原理、實驗內容、實驗步驟外，對實驗預習、實驗思考與提高等也提出明確要求。在預習要求中明確了實驗預習必須完成的任務，要求學生理解每一個實驗的實驗原理、編寫或完善實驗代碼等強制性的任務，從而增加了學生對實驗原理、開發語言、實驗代碼的理解。在實驗過程中按照實驗步驟完成實驗要求，在完成實驗的基本要求后，通過實驗思考與提高來提高學生的分析與設計能力。例如，在進行7人表決器電路的設計時，設計方法很多，可以使用原理圖方法實現，還可以使用VHDL語言實現，而使用VHDL語言可以使用行為描述、結構描述、數據流描述3種方法。在實驗思考與提高中，要求學生比較各種實現方法的區別，可以對實驗提出更高的要求，如要求將表決結果在數碼管顯示出來、7個人中有一個人具有否決權、限制表決時間等提高要求，要求學生修改代碼實現相應功能，從而加深對組合邏輯電路設計的理解和硬件描述語言描述組合邏輯電路的方法。
2.3 實驗報告格式的規范
“問題式”教學或“任務式”教學是經常采用的有效的教學方式，有利于學生明確學習目的，能夠激發學生的學習積極性，改善以往被迫學習的方式，變被動為主動，增強實踐動手能力。計算機科學是一門實踐性很強的學科，強調的是“做中學”，就是指在完成實驗的過程去學習，在完成報告中去加深理解。實驗報告是實驗過程的記錄、實驗現象的分析和實驗的總結，書寫實驗報告是實驗教學的重要環節。
在數字邏輯電路實驗中，我們規范了實驗報告內容和要求，并單獨印刷成冊，在實驗報告的設計上，改變以往使用統一的實驗報告紙的形式，實驗報告中不需要學生抄寫實驗目的、實驗原理等內容，而是將實驗內容和要求設計成各種不同的任務，按照實驗步驟來完成這些任務時就完成了實驗報告。在報告中，只需寫出實驗代碼的關鍵部分，調試實驗代碼、畫出實驗的仿真波形、寫出設計中的管腳分配關系，使用測試數據進行實驗驗證、分析實驗現象、將實驗過程中出現的問題進行實驗總結，回答實驗思考題，從而加深對實驗原理的理解，提高設計能力。通過書寫實驗報告，培養了學生認真做好實驗，仔細觀察實驗過程中所發生的現象，有利于加強對理論知識的理解和記憶，促使學生重視基本技能的學習及應用。一份高質量的實驗報告應能反映出學生的綜合素質，如高度的注意力、敏銳的觀察力、豐富的想象力、準確的判斷力、科學的思維能力和正確的表示能力。
2.4 開發豐富的數字化實驗資源，構建網絡化的實驗教學輔助平臺
數字化實驗教學資源是立體化實驗教材的重要組成部分，可以解決目前實驗教學資源相對單一的問題，在進行實驗教材建設時，利用網絡技術開發數字化實驗教學資源，構建網絡化的實驗教學平臺。在數字化實驗教學資源建設時，要避免實驗教材的電子化，開發能滿足創新人才培養、適應開放式實驗教學要求的多媒體實驗資源，使學生能借助校園網絡環境，利用數字化資源進行實驗前預習、討論，甚至自行提出實驗方案，開展實驗后總結和實驗數據分析。網絡化的實驗教學輔助平臺，主要包含實驗儀器的使用、開發軟件的使用，實驗中常見的問題及解決辦法，讓學生借助輔助平臺解決實驗過程中出現的問題，這樣減輕了教師的指導工作，同時也為開放實驗教學提供條件。學生通過對數字化實驗教學資源的有效利用，革新了傳統“按部就班”式的實驗教學模式，激發學生的主觀能動性，調動師生積極參與實踐活動，在實驗中提高了學生分析問題、解決問題的能力，培養其創新意識和創新能力。
3 結語
立體化實驗教材建設實現了實驗教學信息化、網絡化。整合實驗教學資源，優化實驗教學要素的配置，是一種新型的整體實驗教學解決方案，不僅充分考慮到任課教師的教學需要和學生的學習要求，還能促進教學改革的不斷深入，促進教學水平的不斷進步和教學質量的不斷提高。數字邏輯電路立體化實驗教材的紙質教材、實驗報告已使用了兩年，電子課件以及數字化實驗資源及輔助實驗平臺也在實踐中得到完善，滿足了個性化、層次化、開放性實驗教學的要求，有利于大學生自主學習能力和創新能力的培養，也為培養適應信息化社會學習、生活和工作的高素質人才奠定堅實的基礎。目前《數字邏輯電路設計實驗教程》已作為高等院校實驗與實踐系列示范教材在清華大學出版社出版，對計算機硬件課程的實驗教材建設具有一定的示范作用。
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1計算機網絡實驗管理系統的功能
計算機網絡實驗管理系統是基于客戶/服務器模式進行研發的，根據學校中的主要用戶主體，可以分別提供教師使用時的功能以及學生使用時的功能.在教師身份登錄的條件下，計算機網絡實驗管理系統可以完成以下幾個功能：其一，教師可以向所有學生或者是某一個學生發送實驗的內容以及實驗要求；其二，教師可以與學生進行交流，了解學生的學習進程；其三，教師可以利用該系統對學生進行監視，從而實現自動在線點名[1]；其四，教師可以對學生提交的實驗報告進行自動收取；其五，教師可以對學生的實驗情況進行全程監督，同時還可以對某一個學生顯示器上呈現的內容進行有效的動態撲捉.在學生身份登錄的條件下，計算機網絡實驗管理系統可以完成以下幾個功能：其一，學生可以對教師發送的實驗內容與實驗要求進行瀏覽，從而了解實驗的基本信息；其二，學生可以向教師提交實驗的報告；其三，學生可以對實驗進行模擬；其四，學生可以利用該系統與教師以及學生進行交流.通過以上分析，可以看出，計算機網絡實驗管理系統的應用不僅可以大大減少教師的工作量，提高教師的教學效率，而機上對話功能的運用可以降低實驗室內的噪音，從而使實驗室保持良好的環境.同時，該系統的應用還可以有效地調動學生的學習積極性，激發學生的學習潛能，提高學生的學習效果.
2計算機網絡實驗管理系統的設計
2.1計算機網絡實驗管理系統的設計目標
計算機網絡實驗管理系統在設計過程中必須具有以下幾個方面的功能：第一，該系統應該建立兩種類型的數據庫，分別是教師數據庫與學生數據庫，從而滿足教學過程中教師與學生的不同需求；第二，該系統必須建立運行庫，而運行庫應該是在注冊信息與數據庫關聯的基礎上建立起來的，同時運行庫還必須擁有導出功能；第三，該系統應該具有監視網絡上每一臺機器運行情況的功能；第四，該系統應該可以使教師對實驗要求進行講解并可以分發到每一臺機器中，同時還可以對學生的實驗報告進行提交與保存；第五，該系統應該具有對實驗進行模擬的功能[2]；第六，該系統應該能夠為教師與學生交流意見時提供對話的平臺.在以上六種功能之外，還可以適當的增加一些智能化的功能，比如自動輸入的功能.
2.2計算機網絡實驗管理系統的模塊設計
根據計算機網絡實驗管理系統功能的需求，我們可以將系統分解為以下五種模塊：第一，系統的登錄與注銷模塊.對于登錄模塊來說，該系統可以根據登錄模塊對用戶的身份以及上機時間的長短進行確定，同時可以根據用戶身份的不同提供不同的功能.對于注銷模塊來說，該系統可以對用戶的下機時間進行確定.通過登錄與注銷模塊、數據庫以及運行庫的情況，從而對教師與學生的出勤情況進行考察.從教師的角度來說，能夠計算出教師每個月的課時數；從學生的角度來說，能夠檢查出學生遲到、早退以及曠課的情況，這在無形中幫助教師實現了點名.第二，系統的實驗相關模塊.該系統的實驗相關模塊中主要包含了三個功能，分別是實驗要求的分發、實驗報告的提交以及對實驗進行模擬.在實驗要求的分發功能中系統應該具有信息群發與單發的功能；在實驗報告的提交功能中系統應該有自動存盤的功能.第三，系統的意見交換平臺模塊.該系統的意見交換平臺模塊應該實現教師與學生的對話要求，主要包括兩種方式，分別是“一對一”與“一對多”的方式.第四，系統的監視模塊.該系統的監視模塊只有教師可以使用，該模塊可以顯示每個終端的連接情況，實現對終端使用情況的監視.此外，它還可以對運行資料庫進行查閱，同時對運行資料庫進行導出并保存所需的信息.第五，系統的幫助模塊.該系統的幫助模塊可以對軟件的操作方法進行講解，同時還可以使用戶迅速的學會軟件的使用方法[3].
2.3計算機網絡實驗管理系統的數據庫設計
計算機網絡實驗管理系統中包括了三個數據庫，分別是教師庫、學生庫以及運行庫.其中，教師庫與學生庫中包括了教師的相關信息，比如用戶的身份標識號、姓名以及上機時間等信息，從而掌握教師與學生的上機情況；運行庫中主要包括了該系統在運行過程中所需要的一些基本信息.與此同時，該系統在運行過程中可以建立一個臨時庫，從而可以方便儲存一些臨時需要的數據.
3計算機網絡實驗管理系統的實現
3.1Socket接口
所謂的Socket是一個網絡上跨平臺的應用程序進程間的通信機制，對于計算機的應用程序來說，Socket類似于一個服務協議插座，程序中不同的協議，對應著不同的端口[4].微軟公司在它們的Windows平臺上提供了WindowsSocket規范，主要是為了給應用程序的開發者提供API，同時為了使軟件供應商能夠有統一遵守的規范.與此同時，WindowsSocket也定義了一個二進制接口，從而有效保障WindowsSocketAPI的應用程序可以在任何網絡供應商的符合WindowsSocket協議的實現上工作.WindowsSocket規范定義并記錄了API與網絡協議族連接，特別是對于全部的WindowsSocket實現都可以支持流套接口以及數據報套接.應用程序主要是利用WindowsSocket的API，從而實現了計算機相互之間的通訊.同時WindowsSocket又可以通過下層的網絡通訊協議功能以及操作系統調用實現實際的通訊工作，它們之間的關系如下圖所示.在建立分布式應用的時候，目前主要使用的方法是運用客戶服務器模型.該模型在使用過程中有一定的要求，即使用過程中必須有一整套由客戶機與服務器達成共識的協議，該協議可以有效保障服務能夠被提供或者是可以被接受.在不同的情況下，該協議的存在方式兩種，分別是對稱性的不對稱性的.其中，在對稱性的協議中，協議中的每一方都有可能會扮演主從角色.而在不對稱性的協議中，往往是一方扮演著主機角色，相應地另一方則扮演著從機的角色.對于一個服務程序而言，往往是在一個“熟知端口”監聽對方服務的請求，這也就是說，在沒有請求發出的時候，該服務器進程是處在休眠狀態的，直到有客戶對這個服務器提出了連接的請求，此時，服務程序會被這一請求而“喚醒”，同時立即給客戶提供相應的服務，即對客戶的請求進行相應的反應.一般來說，在設計客戶服務器應用程序的時候，連接的服務是其設計的標準，但是在特殊情況下，某些服務也是可以利用數據報套接口來提供的.Socket作為應用程序間的通信端口，在同一臺計算機上的不同計算機的兩個進程間可以分別建立兩個Socket.通過連接之后，應用程序的兩個進程之間就可以進行數據的相互交換工作.一般來說，Socket接口主要包括三個部分，分別是Socket的IP地址、Socket的通信端口以及Socket的類型，其中，Socket的IP地址主要是為了確定通信目的的計算機；Socket的通信端口主要是為了確定目的計算機的應用程序進程；Socket的類型中的套接口根據通訊的性質可以分為三種類型，分別是流式套接口、數據報套接口以及原始套接口[6].通常情況下，應用程序主要是用在同一類的套接口之間的通訊，但是只要底層的通行協議允許，那么不同類型的套接口之間也可以實現通訊.目前，對于客戶而言，可以使用的套接口有兩種，分別是流量套接口與數據報套接口.
3.2計算機網絡實驗管理系統的實現
本文中設計的系統的總體結構如下圖所示.在使用該系統的時候，主要是通過Delphi語言來實現，使用Delphi語言的數據庫引擎BDE可以使系統程序的編寫與移植更加的簡便，同時還能夠有效地適應客戶/服務器模式.Delphi的使用主要具有以下兩種功能：其一，通過使用Delphi提供的訪問數據庫功能，從而可以對教師與學生數據庫進行管理，同時還可以對學生上機時的出勤情況進行考察.此外，它還可以實現數據庫的相關功能；其二，Delphi的集成開發環境提供了客戶與服務器端Socket的ClinetSocket與ServerSocket構件，通過Delphi的Socket集成，從而可以達到教師與學生以及學生與學生之間進行交流的目的，其交流內容主要包括了實驗要求的分發、實驗報告的提交以及每個終端之間的對話等.
4結束語
摘要：設計了大學物理實驗手機APP系統，學生在實驗操作時在手機APP系統中記錄數據，手機APP將判斷實驗數據的錯誤并實時反饋實驗改正建議．教師可以通過在手機APP系統中查閱保存的學生實驗情況來評判學生的實驗表現，結合手機APP系統保存的實驗數據及自動處理結果高效批閱學生實驗報告．手機APP系統在大學物理實驗的預習、實驗、考核、實驗報告等教學環節的應用將提高實驗課程的教學效率和教學質量．
關鍵詞：大學物理實驗；手機APP；教學環節；教學效率
物理學是自然科學的基礎，也是以實驗為基礎的科學．大學物理實驗在理工科各專業甚至部分文科中開設，擔負著培養學生物理實驗基本知識、基本方法和基本技能以至科學實驗基本素質、能力的任務［1］．大學物理實驗課程人數多，上課學生專業背景不同，其物理理論基礎及動手能力參差不齊．大學物理實驗課程中的每個學生需要完成多個實驗，每個實驗要經過課前預習、現場實驗操作、實驗報告、考核等教學環節．一般大學從事大學物理實驗的教師很少，因此，1位教師在1個學期內需要從事數個班級的教學工作，同一教師每堂課上需要同時指導幾十個學生的數個實驗操作，課后則需要批閱大量的實驗報告．在實際教學中會碰到一些問題，比如如何提高預習效果，教師如何在幾十個學生同時實驗時及時發現及改正學生的操作錯誤，實驗結束時如何有效地同時檢查幾十個學生的實驗數據，批閱大量報告時如何快速有效地判斷每個學生的數據處理是否正確．不斷發展的信息技術在實驗教學中得到廣泛應用，比如大學物理實驗的虛擬仿真實驗的應用［2－3］，以國家儀器公司LabVIEW圖形化編程語言為代表開發的虛擬儀器的應用［4－5］，基于Wifi的物理實驗實時評價系統［6］，智能手機在實驗室宣傳、管理等方面的應用［7－9］等．受學生在實驗過程中利用手機學習預習課件的啟發，考慮智能手機便攜性好且在大學生中已經普及的優勢，筆者提出采用手機APP系統解決上述由于學生多而教師少引起的一系列實際教學問題，本文詳述實現手機APP系統的具體的硬件、軟件結構及系統功能，并以“簡諧振動的研究”實驗為例描述其主要應用．
1手機APP系統硬件、軟件結構及功能結構
以學生實驗時使用的智能手機移動設備為重點，手機APP系統的整個硬件的層次結構如圖1所示．物理實驗教學中心包括手機、個人數字助理（PDA）、便攜式電腦（Laptop）等在內的移動設備可通過分布在各個實驗室的無線接入點集線器接入中心交換機，進而訪問中心服務器．而中心各實驗室的計算機、工作站可接入中間集線器或直接接入中心交換機訪問服務器．在校內教師和學生的移動或固定設備可通過校園網訪問中心服務器，在校外則通過Internet進入校園網來訪問實驗中心服務器．手機APP系統的軟件結構如圖2所示，前端主要軟件為學生做實驗時使用的手機APP客戶端，還有用于教師評估學生實驗情況和批閱報告的計算機PC客戶端應用及在手機和PC上的基于瀏覽器的應用．后端有數據庫、Web服務器、業務規則服務器及其他應用服務器，為前端客戶程序提供結構、非結構數據存取，網頁產生及瀏覽，業務規則檢查及其他應用服務．手機APP系統的主要功能如圖3所示．系統用戶角色有學生和教師2種類型，學生主要利用手機應用在實驗時記錄實驗數據．應用系統將綜合實驗原理、實驗條件、實驗儀器的各種規則現場判斷學生數據，如有錯誤將實時提醒學生并提供和數據錯誤相關的實驗指導意見，實驗數據及實驗過程中的錯誤情況將保存在后臺的數據庫中，學生做實驗報告時可以在手機或PC客戶端得到實驗原始數據表．其他功能還可以包括實驗預習、預習檢查測評及儀器操作指導等．教師利用手機APP系統可以了解實驗的總體情況，現場及時發現實驗出錯的學生．實驗數據的大部分核查工作將由手機系統在實驗過程中自動完成，解決了實驗結束時教師短時間內同時檢查很多學生實驗數據甚至出現學生排隊的現象．實驗后，教師可以通過手機或PC客戶端訪問后臺數據庫獲得學生的實驗情況、實驗數據及系統自動處理好的實驗結果，用于評判學生實驗成績，批閱實驗報告．
2手機APP系統案例：簡諧振動的研究
簡諧振動的研究實驗［10］在氣墊導軌上研究諧振子模型的運動學規律和動力學規律，實驗系統如圖4所示．運動學規律的實驗內容為規定振子系統初振幅x0一定的情況下，在1／4周期內利用固定在滑塊上擋光片和2個光電門測量從平衡位置運動到不同位移x的時間t，從而驗證運動方程：x＝x0sin（ωt），需要測量的數據見表1．實驗后處理數據過程為先對滑塊運動到位移xi時間的多次測量tij求平均得到ti，然后計算sin（ωti），在1／4周期內作x－sin（ωt）圖，用直線圖解法或線性回歸法求斜率，如線性相關系數接近1，斜率和設置的振幅x0相符合，則驗證了位移方程．在傳統實驗中，實驗前學生按照類似表1的格式在報告紙設計好數據記錄表格，實驗時測量數據并填入表中，實驗完成后教師檢查數據．該實驗不少學生常犯2個錯誤：一是光電門1沒有調整到正確位置讓滑塊通過平衡位置時開始計時，出現計時錯誤；二是2個光電門由于碰撞等原因1個光電門工作不正常導致計時錯誤．不少學生在實驗中沒有及時發現并改正錯誤，教師則由于需要指導分布在不同實驗室做多個實驗的數十個學生，如學生不主動提問，往往也沒機會及時發現錯誤并給與指導，實驗結束教師檢查數據發現錯誤時，很多數據需要重新測量，甚至需要重做實驗，浪費了學生和教師的大量時間，經常導致拖堂，影響教學進度．手機APP系統可以解決上述問題，實驗時每個學生用學號和密碼登陸手機APP系統，手機APP客戶端給出類似表1的數據表格，學生將測量的實驗數據直接填入到手機APP中．手機APP系統會實時將學生測量數據和理論或參考值比較，并進行其他規則如有效數字等的檢查，如有錯誤將立即反饋給學生，提供給學生改正建議信息，還可以根據學生出錯情況進一步提供微課形式的內容指導，學生如果還無法解決問題則請教師現場指導，這樣就能保證及時發現學生實驗錯誤并給予個性化的指導，提高了教學效率．大學物理實驗手機APP系統也能緩解實驗結束時教師短時間內同時檢查很多學生數據并逐個指導學生的難題．由于手機APP能實時發現學生實驗時的大部分的錯誤，教師在實驗時也給予了個性化指導，大大減輕了教師最后檢查數據的壓力．而且，和人工檢查數據相比，手機APP系統檢查實驗數據的能力更強、效率更高．以表1的學生實驗數據為例，不同學生的簡諧振子系統的m，k1，k2，x0，x1，…，x7等都可以不同，導致每個學生的實驗數據t各不相同，人工短時間內判斷各個同學實驗數據的錯誤存在困難，手機APP系統則很容易判斷每個學生的個性化數據．如果對同一組學生的十幾套儀器個性化數據，還可以避免學生互相抄襲數據，更便于準確評價學生的實驗表現．手機APP系統也能幫助教師了解及評判學生的實驗情況，提高教師批閱學生實驗報告的效率．實驗時學生的錯誤數據、正確數據及其他相關實驗情況都將通過手機APP系統存入服務器的后臺數據庫．教師可以通過手機APP客戶端或計算機客戶端訪問這些數據，了解判斷學生的實驗操作水平及總體實驗情況，一定程度上解決了由于學生數量多，教師難以現場評判學生實驗操作成績的困難．教師也可以查詢計算機自動處理的實驗數據來判斷學生實驗報告處理實驗數據的正確性，減輕了批閱報告時教師審核學生數據處理部分的工作量．在“簡諧振動的研究”實驗中，學生測量的m，k1，k2，x0，t1，…，t7的錯誤數據、改正情況、正確數據及實驗進展時間等都將存入后臺數據庫；計算機自動計算多次測量的平均值t，計算sin（ωt），最小二乘法擬合直線x＝x0sin（ωt），給出斜率、截距、相關系數、標準偏差等擬合結果．教師通過客戶端查看存入后臺數據庫的實驗數據可以了解每個學生的實驗情況；通過比較實驗數據的計算機自動處理結果和學生實驗報告中的數據處理結果，可以快速判斷學生實驗處理數據是否存在錯誤，提高了批閱報告的效率和準確性．手機APP系統的實現采用WeX5作為開發工具，WeX5開發的手機應用移植性好，也可以調用本地的硬件資源，用戶體驗優良．圖5為手機APP系統學生實驗時的登錄界面．圖6為“簡諧振動研究”實驗時，手機APP系統學生客戶端的記錄實驗數據界面。
3結束語
手機應用系統應用于大學物理實驗教學，有效地緩解了大規模教學需求和教師數量少的矛盾．一方面，手機應用系統在學生實驗操作現場實時反饋實驗數據錯誤，即時提供相應實驗指導，保證學生按時高質量完成實驗任務．另一方面，手機應用系統幫助教師掌握學生實驗操作情況，并自動產生學生的實驗數據處理結果，保證教師高效地批閱實驗報告，準確評判學生成績．手機應用系統是當前正在進行的各種虛擬仿真實驗系統建設的很好補充，對提高傳統物理實驗教學質量和效率有重要作用．
作者：郭平生 柴志方 崔璐 張國飛 陸浙 陳廷芳 單位：華東師范大學 物理與材料科學學院
單片機綜合實驗報告格式（在所做過的實驗內容里挑選一個自己最有收獲，最有感想的實驗內容）綜合實驗報告標題（可與實驗名稱不同）一、實驗目的和要求。二、實驗儀器設備。三、實驗設計及調試：（一）實驗內容。
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Abstract： For the development of virtual experiments. Firstly， the significance of the virtual experiment and the current problems were introduced； Secondly， the basic functions and structure requirements of a virtual laboratory were interpreted； Finally， how to use virtual reality technology in the X3D technology and other computer technologies to establish based on three—dimensional virtual experiments were discussed in the Web environment.
關鍵詞： 遠程教育；虛擬實驗；X3D技術
Key words： distance education；virtual experiment；X3D technology
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006—4311（2012）27—0200—02
0 引言
虛擬實驗室具有良好的發展前景，作為計算機輔助教育的重要組成部分在教育領域已經受到教育界人士越來越多的關注。虛擬實驗室應用于實際教學具有“減少傳統實驗經費支出”、“突破傳統實驗的時空局限性”、“規避傳統實驗的危險排除”等優點[1]。現代遠程教育是當代社會經濟和科技發展到相當程度而出現的一種教育模式[2]。它利用計算機網絡進行遠程教育，實現了遠程教育模式可望而不及的目標即在計算機和網絡、衛星系統的支持下，實現了異地同步的圖像、聲音以及教學雙方的交流互動教學。但是由于網速、技術等方面的原因，當前國內網上遠程教育有以下幾點不足之處：
①網絡課件集中在交互性比較少的文字性學科上；②以制作成HTML網頁的教科書居多，缺乏交互性的實驗課程；③使用范圍主要集中在局域網或校園網，很少基于國際互聯網；④教學方式以異步教學為主，缺乏同步授課平臺。而對于以培養學生動手能力為主要目的的實驗課程（主要是其中的虛擬實驗操作）來說，首先必須有良好的交流互動性，能適時操作；其次整個界面最好是三維效果，以提高實驗的真實性。而目前國內高校卻很少開發基于Internet的各類實驗操作網絡課程；即使有開發，絕大多數也是二維效果，在實驗真實感、交互性和教學效果等方面與現實實驗相差甚遠，不能滿足實際教學的需求，而在另一方面，建立虛擬現實系統需要昂貴的硬件設備及巨額的資金投入，限制了虛擬現實技術在教育領域的廣泛應用[1]。
互聯網的出現和飛速發展促使信息產業各個領域發生深刻的變革，它必然會引起一些新技術的出現。鑒于互聯網具有的強大生命力，2001年8月web3D協會新一代國際標準—web3D（可拓展3D）。為基于Internet的各類實驗操作網絡課程開發提供了不可多得的機遇。
1 虛擬實驗室基本構想
1.1 基本功能 一個完整的虛擬實驗室應當滿足下列要求：
①自主學習功能。網上虛擬實驗室要適應學員自主學習的要求，能使學員通過教學資源自主地完成課前預習、實驗模擬仿真、數據處理、報告生成、問題交流與探討等學習活動。
②網絡教學功能。網上虛擬實驗室應具有輔助教學、交互討論、協作實驗等功能。
③報告評閱功能。包括實驗報告的遞交、批改、分析、評講等功能。
④考核評價功能。包括網絡試題庫、學員自測、情況調查、成績分析等功能。
網上虛擬實驗室是實際操作實驗的完善和補充，兩者相輔相成。網上虛擬實驗室系統要滿足實驗預習、實驗教學、課后復習、重做實驗和深入研究等需要，并大力發展設計性、綜合性、應用性和探討性實驗。在教學設計上，突出以學員自主學習為主，重視交互學習的過程，強調情景創設的效果。
1.2 基本組成 ①實驗預習模塊。此模塊主要讓學員在網上提前對實驗目的、實驗儀器、實驗原理、實驗步驟、注意事項進行詳細的了解，以便能順利完成實驗。②實驗操作模塊。此模塊主要讓學員可以操作三維虛擬仿真儀器以完成相應的虛擬實驗。③數據處理模塊。此模塊主要完成對大量實驗數據的處理功能。④報告評價模塊。此模塊主要讓學員填寫一份實驗報告，并對實驗報告給予相應評價。⑤問題討論模塊。提供一個學員與教員、學員與學員之間對各種實驗問題交流的空間與平臺。
2 虛擬實驗室技術支撐
【關鍵詞】遠程教育;虛擬學習環境;工科;遠程模擬實驗
【中圖分類號】G420【文獻標識碼】A【論文編號】1009―8097(2010)02―0127―04
一 遠程工科教育中的虛擬學習環境
虛擬學習環境是相對真實學習環境而言的,真實的學習環境是由固定的地點、具體的物體構成的,而虛擬學習環境是由計算機和網絡技術營造的,呈現在學習者面前的計算機屏幕上,在這一環境中學習者所看到的物體不是真實的而是虛擬的。為了達到學習的目的,虛擬學習環境不僅向學習者呈現以文字、圖形圖像形式表達的學習對象,還通過交互方式使學習者獲得更多的感受。對基于網絡的遠程教育,其教學活動的開展主要是在這種虛擬學習環境中進行的。
遠程教育中開設的文科類專業課程的學習一般是非線性的,并且邏輯性要求較弱。在現有計算機和網絡技術的支持下,比較容易在虛擬學習環境中實現多種形式的教學。而遠程教育中的工科專業課程尤其是實驗環節的學習要求則不同,一般是線性的、邏輯性較強的,并且實驗環節是不可缺少的部分,目的是加深學生對課程基礎知識和基本原理的理解,掌握相關實驗的基本操作技能,培養科學嚴謹的實驗態度。因此更好地發揮虛擬學習環境在遠程工科教育中的效果是目前我國遠程教育所面臨的難題之一。
我們認為解決這一問題的切入點之一是開發遠程實驗。在我們已開設的工科類如化工類、藥學類、機械類等專業中,實驗部分的學分要求平均約占總學分的10%,因此開發遠程實驗本身也是課程的教學要求。
遠程實驗一般分為遠程模擬實驗和遠程控制實驗,遠程模擬實驗的實現相對比較簡單,通過計算機和網絡技術就可以實現,屬于一種基于模擬的課程,而遠程控制實驗還增加了實驗硬件設備及對其進行控制的系統。
根據德國遠程教育工業化理論專家奧托•彼得斯(Otto Peters)[1]的觀點,基于模擬的學習是一種在虛擬學習空間中的學習(本文對虛擬學習空間和虛擬學習環境的概念不作區分),虛擬學習空間的一種類型可以表示為圖1。
我們試圖從某些課程的模擬實驗開發中對遠程教育工科專業課程的虛擬學習環境進行探索和研究。
二 遠程模擬實驗系統
1 設計原理
(1) 采用模塊化設計
根據課程要求,每門實驗課程包括多個不同的實驗,相比其他普通課程,實驗課程中每個實驗的內容比較固定,學習目標比較明確,并且所涉及的學習資源比較單一,因此在開發遠程模擬實驗過程中,我們對照真實的實驗學習環節,探索設計了一種通用模型,即每個實驗都由七個主要模塊組成:
① 實驗目的和原理:說明該實驗對學生的要求及實驗所依據的原理;
② 實驗內容:說明實驗的儀器、試劑、物理常數、裝置圖、實驗步驟和結果等;
③ 實驗演示:演示實驗操作步驟;
④ 儀器選取:學生操作選取實驗所用儀器;
⑤ 試劑選取:學生操作選取實驗所用試劑;
⑥ 操作步驟排序或實驗操作:學生操作對實驗操作步驟進行排序,或者學生通過鼠標點擊操作模擬實驗裝置;
⑦ 實驗報告:學生填寫并提交實驗報告。
這七個模塊是我們所構建的模擬實驗系統的核心部分,在實際的實驗課程開發時,根據各個實驗的具體要求增減或修改組成模塊,當然,也可以根據課程需要添加其他的輔助模塊。
(2) 運用引導式學習策略
在基于網絡的遠程教育中,學習者的學習方式主要是自主學習,需要其具有一定的自主學習能力。如果在課程中包含較多的學習資源和學習要求,就會使自主學習能力較低的學習者很容易分散學習注意力,不能集中在既定的學習目標上,致使學習效率較低、學習效果較差。而遠程工科實驗課程邏輯性較強、課程內容基本呈線性方式,這就需要在課程設計時遵循這一特點,加強各部分學習內容中對學生的引導,使學生循序漸進地達到實驗課程的教學要求。
對照上述的虛擬學習空間模型,我們將模擬實驗系統的七個模塊按照一定的邏輯結構進行設計,形成如圖2所示的對照圖。
其中模塊1、模塊2和模塊3之間無線性關系,可以互相跳轉,但是進入模塊4后,學習者必須按照既定的步驟進行模塊4至模塊7的學習,并且進入每個模塊時都有相關提示,向學習者說明該模塊的目的以及完成該模塊后的下一步操作,引導學習者按要求完成整個實驗的操作和學習。
2 系統實現
(1) 實現方式
我們在實際開發中采用了B/S架構的方式,目前在系統中主要設置了三類用戶:學生、教師、管理員。不同的用戶通過各自的賬號登錄系統時,系統會判斷其身份,學生登錄進入該實驗系統即可進行相關實驗課程的學習和操作。
系統各模塊的主要實現方式可見表1。
因模塊1至模塊3對應作為VLE表達的空間,只是單向的表達傳遞,因此用文本及視音頻的方式將文字或圖形圖像形式的學習內容呈現給學習者。模塊4至模塊7中每個模塊既有作為VLE語義學空間的作用,也有作為交互空間的作用,因此我們利用Flash交互、視頻及網頁的形式,一方面通過模擬方式呈現相關內容,另一方面通過學生和系統的交互完成實驗要求的內容。
(2) 模塊設計界面
在模擬實驗系統中所包含的模塊以導航條的形式展現在系統界面左側,相應的模塊內容展現在界面右側中心區域,整體界面設計可見圖3。
我們在系統界面圖中的模塊4至模塊7標示了單向箭頭,而模塊1至模塊3之間沒有箭頭,并且通過編程控制各模塊間的跳轉,更明確地向學生表示了各模塊學習的順序要求,體現引導式學習策略,而這種有明確引導的學習使得課程內容符合其線性和邏輯性的要求。各個不同的實驗課程都可依據此模塊界面圖進行具體設計。
(3) 具體的遠程模擬實驗課程案例
我們以有機化學實驗課程中的“苯甲酸乙酯的水蒸氣蒸餾實驗”為例介紹遠程模擬實驗的流程。根據該實驗的原理和實驗內容,實驗的系統設計中包含了上述的七個主要模塊,并且增加了一項“思考練習”,共八個模塊。
“實驗目的原理”、“實驗內容”和“實驗視頻(即實驗演示)”是用文本、圖形圖像及視音頻的形式將實驗的要求呈現給學生。學生可以在“實驗目的原理”、“實驗內容”、“實驗視頻”三個模塊中相互跳轉,充分了解該實驗的要求。然后再進入之后的幾個模塊,“實驗內容”、“實驗視頻” 可見圖4、圖5。
從“儀器選取”模塊開始之后的這幾個模塊都是線性關系,學生根據學習提示必須一步步地通過與實驗系統交互操作學習、掌握實驗要求。在“儀器選取”這一模塊中必須正確選取實驗所用的全部儀器。根據實驗課程的要求,儀器的選擇順序可以是任意排列的,全部儀器選擇完成后點擊提交,如果其中有選錯的儀器,則錯誤次數記錄為1次,學生需重新進行選擇,直到選擇正確,才可進入下一環節。 “儀器選取”可見圖6。“試劑、耗材選取”與此類似,但是根據實驗原理會增加對試劑選擇的順序要求。
“操作步驟”模塊與“儀器選取”、“試劑、耗材選取”類似,在這一部分中學習者必須正確選擇每一步實驗操作步驟,選擇正確的操作步驟后會演示這一步的實驗操作視頻,如果選擇錯誤,系統會提示重新選擇。“操作步驟”可見圖7。
學生完成“操作步驟”、“儀器選取”、“試劑、耗材選取”這三個部分的操作學習后,進入“實驗報告”,在這一部分中,我們將實驗報告內容按不同要求設計成幾部分,如實驗目的、實驗裝置、實驗步驟等,學生回答相關內容的問題,完成的各部分結果形成一份最終的實驗報告,提交后教師用戶就可進入實驗系統進行批閱。這樣學生在做實驗報告的過程中更明確地體會了該實驗課程的要求。“實驗報告”可見圖8。
在“思考練習”部分,我們根據實驗要求補充設計了計時題目,進一步鞏固學生的學習結果,如圖9所示。
3 效果
我們將已開發完成的兩門實驗課程:物理化學、化工原理進行了初期試用,有36名學生自愿參加。我們對實驗報告的成績進行了統計,將每個學生每門實驗課程的平均分進行分段,再統計各段的人數比例,統計結果可見圖10。
從完成實驗報告的情況看,學生基本都能達到實驗課程的要求,并且從學生的反饋來看,模擬實驗系統運行較穩定,操作界面簡單易用。
三 總結與展望
目前除物理化學、化工原理兩門課程外,我們還完成了其他四門實驗課程的開發:有機化學、化學工程與工藝專業實驗、大學基礎化學、機械設計,將于下一期投入使用。除了擴大該模擬實驗系統的使用范圍外,我們還將學生在實驗平臺上的實驗報告成績作為其該課程的一項過程考核標準,突出工科課程的實驗教學要求。
遠程模擬實驗只是對遠程教育工科專業課程的虛擬學習環境探索的一個發展階段,為開發遠程控制實驗提供了很好的基礎。
當然,要充分滿足遠程工科課程的實驗教學要求,僅依靠遠程實驗系統是不夠的,我們對開設相關專業課程的學習中心事先進行了審核,確保其具有一定的實驗裝備條件。在此前提下我們實施“遠程實驗+現場實驗”的工科實驗課程的教學模式,對于遠程實驗目前還未實現或難以實現的內容通過現場實驗的方式進行,不僅使遠程實驗和現場實驗相互補充,還使遠程實驗的開發更有目的性和針對性,效率更高。
參考文獻
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[2] 周躍良,林秀欽.意義生成與虛擬學習環境系統中的知識建構機制設計[J].中國電化教育,2005,(4):14-18.
[3] 黃杰,吳平東,陳之龍,馬樹元.基于因特網的遠程控制實驗系統的構建[J].計算機工程與應用,2003,(23):26-29.
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The Exploration and Research on Distance Simulated Experiment
SUN YingYAO JunGAO Jian-bao
(East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China.)
