时间：2022-02-28 15:02:19
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机实验报告，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
实验名称：Excel高级应用（二）：教材订购情况分析
实验目的：
1、 掌握Excel 20xx单元格数据的有效性设置
2、 进一步掌握数组公式的使用
3、 掌握条件格式设置
4、 掌握常用函数的使用
5、 掌握sumif 函数的使用
6、 掌握if 函数和逻辑函数的嵌套使用
7、 掌握and函数的使用
8、 进一步掌握countif函数的使用
9、 进一步掌握多个函数的组合使用
实验内容：
题：教材订购情况分析
教材订购情况表“教材订购情况分析.xlsx”
操作要求：
1、 在Sheet5中的A1单元格中设置为只能录入5位数字或文本。当录入位数错误时，提示错误原因，样式为“警告”，错误信息为“只能录入5位数字或文本”。
2、 在Sheet5的B1单元格中输入分数1/3。
3、 使用数组公式，对Sheet1中“教材订购情况表”的订购金额进行计算。 *将结果保存在该表的“金额”列当中。
*计算方法为：金额=订数*单价。
4、 使用统计函数，对Sheet1中“教材订购情况表”的结果按以下条件进行统计，并将结果保存在Sheet1中的相应位置。要求：
*统计出版社名称为“高等教育出版社”的书的种类数，并将结果保存在Sheet1中的L2单元格中；
*统计订购数量大于110且小于850的书的种类数，并将结果保存在Sheet1中的L3单元格中。
5、 使用函数，计算每个用户所订购图书所需支付的金额，并将结果保存在Sheet1中的“用户支付情况表”的“支付总额”列中。
关键词：实验报告 实验教学 实验报告模板 电子实验报告系统
中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（a）-0021-01
实验是教学中尤其是电子技术这类理论与实践相结合的课程教学中非常重要的环节。近年来，高校对实验教学的重视程度逐步提升，实验报告已成为检查考核实验教学质量的依据之一。通过书写实验报告，对实验过程现象的描述、实验结果分析总结，使学生把理论与实验进一步联系，能更好的掌握知识和技能，同时也为今后的科学研究及工程应用打下基础。然而，在实验报告日益被重视的同时，也暴露了一些问题，影响了实验教学质量的提高。
传统的纸质实验报告，学生课上操作课下写报告，由于时间上滞后，使得报告内容有些不能真实反映实验过程和结果，因此不能充分发挥其作用。由于纸质报告的批改、填写和反馈花费时间较长，学生不能及时获得教师评价，降低了实验教学效果。有时学生在填写实验内容上对一些复杂的波形实验结果描述时受篇幅限制而不准确。实验环境、实验内容及项目名称等的栏目填写，效率较低。随着计算机技术的应用发展，电子实验报告系统应运而生，它基于网络平台可以跟踪管理学生实验，在学生实验报告模板的引导下，根据要求完成实验分析、设计、数据记录、图表描绘、总结分析，并提交服务器，教师可以在线或离线批改报告。采用电子实验报告系统相对于纸质报告来说，表现出更多优势。
1 电子实验报告系统结构与功能
电子实验报告系统由图1所示，包含了虚拟仪器测试模块、实验报告编辑软件和教师终端软件。
教师终端服务软件主要包含了编辑功能、模板管理功能及用户管理功能。在编辑功能模块中，教师根据教学计划及实验内容制作实验报告模板，并上传到服务器，在模板中完成。在实验报告模板中，教师提出实验预习要求、实验内容、测试参数表格及实验报告要求。学生可下载实验报告模板。学生根据模板要求完成实验预习、记录实验参数及总结实验三个步骤。电子实验报告模板按照不同课程的模板分类存储，查找顺利完成对学生报告的批改、给出成绩及实验报告文档的输出。
在模板管理功能中教师通过模板编辑器可以将上传到服务器的实验模板进行再编辑修改。通过实践过程提出的对模板进行修正的地方可及时修改，使教学实验过程更完善。用户管理功能完成对教师用户和学生用户的管理。
实验报告编辑软件是针对学生用户设计的，主要包括个人信息管理、班级管理及学生提交实验报告管理。在此模块中，学生需登录实验报告编辑软件，下载实验报告模板，保存实验报告，提交实验报告以及查阅实验报告批改结果等。
虚拟仪器测试模块完成的是对实验数据实时采集、存储功能。主要是一个集数字示波器及逻辑分析仪为一体的虚拟仪器。实验过程中，学生将虚拟仪器与实验电路连接在一起，根据实验测试要求，采集数据波形并保存图形文件，且保存的文件有学生注册信息，这样省去了手工记录图形的过程，有效的防止了伪造实验数据的行为。
2 电子实验报告系统实施应用
基于网络平台的电子实验报告系统，要求学生实验前要下载实验模板，并做好实验预习，包括设计及仿真，理论参数计算等。
学生进入实验室登录实验报告编辑软件，根据实验内容连接电路，并运用虚拟测试仪器采集实验数据并保存。在实验报告中，提交测试的实验数据及波形。
学生在网上提交实验报告后，教师可以在线或离线批改，批改过程可以进行标记。学生在实验报告编辑软件中，可以观察教师批改结果及标准，找出不足及有待修改的地方。
3 结语
基于网络平台的电子实验报告系统在运行过程中，已凸显其优点，适用于电子技术学科的各类课程，且归纳整理统计各种类型表格较为方便，教师与学生的互动更加积极有效。通过实验预习、实验数据波形测量、参数测试、实验报告分析总结提交、教师报告实时批改，使得教学管理更加透明有效。利用虚拟仪器对测试波形的存储，简化波形录入工作，波形描绘准确且花费时间短，有效的数字签名防止了杜撰和抄袭，电子报告对实验教学的质量监控有着积极的意义。
随着计算机教育现代化和网络化的发展，电子实验报告系统将是今后发展的必然趋势。
参考文献
[1] 李倩.高校计算机公共基础课实验报告改革探讨[J].计算机光盘软件与应用， 2013（5）：125.
关键词：“互联网＋”；实验教学体系；实验教学模式
一、“互联网＋教育”的本质
《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中明确指出：“互联网+”是把互联网的创新成果与经济社会各领域深度融合，推动技术进步、效率提升和组织变革，提升实体经济创新能力和生产力，形成更广阔的以互联网为基础设施和创新要素的经济社会发展新形态[1]。由此可见，“互联网+教育”作为一种新型教育形态，充分反映了“互联网+教育”的本质。“互联网+教育”是将互联网、移动互联网应用于教育领域，促进互联网、移动互联网等现代信息技术手段与教育产业进行深度融合，从而利用先进技术提高教育的效率与质量，进一步提升教育的创新能力和软实力，推动教育变革和建设“教育强国”理想形成的以互联网为基础设施的全局性的、战略性的布局。但是“互联网+教育”不会取代现有的教育，其原因是在教与学中，教师与学生的思维、情感和探究问题的这种相互影响的交流是任何先进的视频和现有的人工智能技术所不能取代的。
二、大学计算机专业实验教学现状及存在的问题
计算机专业实验作为高等工科院校的专业实验课程，其重要性不言而喻。计算机专业实验课的内容涉及的领域极其广泛，要求学生在掌握理论知识和实验原理的基础上，利用计算机实现对人类思维的模拟。目前，计算机专业实验教学普遍存在以下问题：（1）实验内容设置单一，大多以验证性实验为主，缺少创新类实验。（2）在实验过程中，这种“老师教，学生做”的教学模式很难培养具有创新思维的人才。（3）这种集中授课的实验教学模式的主要弊端是学习能力强的学生觉得实验内容设置太过简单，无法充分调动他们的积极性；而学习能力较弱的学生无法完成全部的实验内容。可见班级授课的实验教学模式不能很好地因材施教，难以兼顾周全。（4）现有的实验考核方式存在很大的缺陷。现有的计算机专业实验考核方式以学生提交的实验报告为依据，根据学生平时的出勤和课堂表现综合后得到实验成绩。这种考核方式看似兼顾公平，实际上存在一定的纰漏。这是因为根据实验内容的难易程度有所不同，学生在实验课上不一定会完成所有的实验内容，很难对学生的课堂表现加以明确的界定。
三、大学计算机专业实验教学综
合平台的IT架构设计在分析了大学计算机专业实验教学现状和普遍存在的问题的基础上，为了提升计算机专业实验的教学质量和效果，更好地培养工程技术人才，结合高校教学的实际情况和“互联网+教育”的背景，提出构建大学计算机专业实验教学综合平台的IT架构模型（附图）。
（一）数据持久层（Persistencelayer）
本层主要是负责与数据库管理系统（如数据库）之间的通信和数据存储服务。这些存储的数据主要包括学生的网上预约信息、与实验相关的文档资料和实验课相关的微课视频、学生提交实验报告的电子文档等。数据持久层主要为业务逻辑层提供持久的数据支持。
（二）业务逻辑层（Businesslayer）
充分发挥网络优势，构建实验教学综合平台。该平台主要包括实验课的网上预约系统、实验教学资源服务系统、实验报告提交系统、实验报告在线批改系统、实验成绩查询系统和实验在线互动系统。
（三）表现层（Presentationlayer）
实验教学综合平台为实验教师和学生提供实验教学服务入口。登录成功后实验教师可以上传实验课的相关资源，与在线的学生保持互动，并且实现学生实验报告的在线批改和提交实验成绩；学生可以与老师在线上进行交流，浏览和预习与实验相关的资料，提交实验报告和查询实验成绩。
四、“互联网＋”大学计算机专业实验教学体系改革
（一）及时更新实验内容
目前，计算机类实验内容偏重于验证类的实验，且实验内容明显跟不上信息时代的发展和要求。面向这一问题，教师应对现有的实验内容进行修改与完善，在选取实验内容时应当遵循“夯实理论基础、强调综合设计能力、开拓创新思维”的原则，将巩固演示类和验证类实验，加强综合设计类的实验，提高创新类实验在计算机实验中所占的比例。只有不断的改进、丰富现有实验内容，才能够做到与时俱进、为培养现代化的科学技术人才提供基本的保证。
（二）创新实验教学模式
传统的实验教学模式是以班级为单位，规定所有学生在统一时间完成相同的实验内容。这种集中式的实验方式的最大优点在于，在实验的过程中学生们可以互帮互助，集体探讨和交流实验内容和解决方法。但是凡事都有两面，集中式实验忽视了人与人之间作为对象的存在所具有的学习能力的差异。不同的学生面对相同的实验内容的解决问题的能力是各不相同的。充分利用互联网，学生通过实验教学综合平台进行网上预约实验，并根据自身的实际水平选择难度不同或自身比较感兴趣的实验内容。与传统的集中式实验教学模式相比，预约式实验教学模式不仅可以让学生自主预约实验和制定实验的进度，还有利于学生对自己学习时间进行总体规划。传统的集中式实验教学模式在实验内容上制定统一的标准，缺少在实验题目上的自由选择度，并不利于学生培养和发展自身具有个性化的学习能力。而预约式的实验教学模式可以让学生在实验要求和实验题目规定的范围内自主地选择难度不同的实验内容。这样做的结果不仅可以达到因材施教的目的，而且能够激发学生做实验的兴趣。
（三）建立科学有效的实验考核方式
传统的实验成绩评定以学生的出勤、实验课上所完成的实验情况和实验报告三部分组成。采用“互联网+”技术的大学计算机专业实验课的实验考核方式应当所有改革。在实验内容上，实验教师应当根据学生所选择的实验题目的难易程度不同乘以相应的难度权重；在实验过程中，实验教师通过与学生的交流，对学生在实验中所遇到的问题和解决方法有一个总体的、较有客观的评价；在实验课后，实验教师应当根据学生所提交的实验报告是否符合实验要求，是否存在一定的抄袭现象，是否完成实验内容，是否存在一定的创新性成果进行明确的界定。综上所述，实验教师根据学生在实验内容上的选择，在实验过程中学生与教师的互动与实验完成情况，并结合最终提交的实验报告情况对学生形成科学、客观的实验成绩评定。
（四）提高实验教师自身的素质
要培养高水平的、具有创新能力的学生，就要适时地提高实验教师自身的业务能力。伴随着大数据时代的异军突起，高校应当定期组织实验教师进行有关计算机专业的新知识培训。由于计算机专业本身是一个理论与实践并重、不断发展和创新的学科，基于这门学科的特点，实验教师自身应当意识到只有通过不断的学习、掌握计算机专业的新知识和新动向，才能做到与时俱进，培养创新型的科技人才。在“互联网+教育”时代到来的同时，实验教师应不断更新教育教学理念，积极开展实验教研课题的研究，学习利用互联网技术不断丰富现有的实验教学内容，改进传统的实验教学方法，做到自身从学习能力、业务能力到教学能力的全面提升。
五、结束语
关键词：计算机；电工实验；特点；强化
电工技术是电学专业、工程类专业、机械制造等专业必修的基础课。按新教学大纲要求，该课程实践环节应掌握电路原理分析的仿真、验证性实验，单相、三相电源的参数测定实验、仪表的使用与数据的采集，电机的原理、电机的控制分析验证等内容。虽然是一门传统课程，但是为了与现代工业、科技相适应，课程内容有了很大的更新和改进，添加了计算机绘图、仿真等内容，因此计算机技术作为现代教学创新的催化剂，给机电专业教学带来了新的变革，已经全面地融入电工课程实验实践教学之中，并且起到了越来越重要的支撑作用。
1 新时期计算机在电工实验中的应用现状
1.1 电工实验室的与时俱进
以前，电工技术实验室通常是在水泥台或木桌上放置许多不同的仪表，每次上课前教师都要花很长时间准备实验，调试各种仪器仪表。如今则是一体化的智能型联网实验仪器台，是集计算机、示波器、多种电源、电压表、电流表、功率表、各种按钮于一体的系统，完全用计算机控制实验许可和进程，方便管理。这样的实验室配置是以“职业岗位培养模式”下学生实践能力的培养为出发点，符合新时期大学生电工专业教学大纲的要求，体现了专业能力培养与市场接轨的时代特征。
1.2 计算机网络教室是传统多媒体教学的升级
电工技术实验室的每个试验台配有一台计算机与教师机联网，教师可以控制每台设备的电源和信号，可以同传图像数据、文件等。讲授理论课时，教师将教案、PPT利用网络教室系统进行播放，让学生实时观看和听课。网络教室系统替代了传统意义上的多媒体投影教学系统，更加方便快捷。上课时学生在实验室查资料、计算、用绘图软件进行绘图，在自己的试验台上完成作业，实时提交给教师检查；教师可以在线给出相应的成绩和评价。
1.3 实验中计算机不可缺少
如今电工、电路原理实验均涉及被测量信号的采集与储存，因此计算机在实验中起到了关键作用，如用电压电流表测量实验电路中的数据，需要将数据直接收集到计算机中教师设定的实验报告表格中，然后由计算机按照设定的计算公式自动分析计算出结果填入表格中，同时用示波器将得出的波形传入计算机中，学生利用图形抓取软件将其波形抓取下来生成相应的图片，载入相应的文档或加入实验报告中。最后，学生可以直接提交电子实验报告给教师检查评价，也可打印出纸质的实验报告交给教师存档。这样省去了教师在黑板上写，学生绘制实验报告格式表格，画出相应的原理图和制作数据表格的过程。
1.4 仿真是学校教学的重要方法之一
目前高校采用仿真的方法进行电工技术、电路分析教学。仿真必然依托计算机，因此计算机是仿真实验教学的工具和核心，如戴维南实验、叠加定理实验，若采用仪表测量数据总会存在一定的误差，最后的测量计算结果综合各个环节的误差，将与定理内容不完全符合，而利用仿真实验数据则相对准确。通过这两种实验，学生对实验的方法和手段有更深入的理解，在以后的实验中将增强对实验方案的选择能力。同时也是对实验室缺少相应仪器设备的有益补充。对仿真软件的应用是现代大学生必备的能力之一，因此学校应与时俱进积极采用这一教学方法。
1.5 计算机是开放实验的主战场
我院实验教学采用计算机网络课堂平台，教师的课件、大纲、作业、实验实训报告、测试题库、相关教学视频及答疑交流平台等内容均建立在此平台上。学生在网上预约实验；教师网上管控设备。因此，计算机是开放式实验的“主战场”，学生的课前预习和课后复习都离不开计算机，这种自主学习、开放式教学模式已经颠覆了传统的实验实践教学模式。
2 计算机技术在专业实验课教学中的应用
2.1 传统教学模式悄然蜕变，学生实验兴趣得以提高
在传统的机电专业教学中，受教学条件限制，对于抽象又难以表述的理论知识或教师无法演示的实验及实验现象不明显的实验论证等，学生学习时缺乏兴趣[1]。基于计算机技术的网络课堂的应用则能实现由抽象到具体、由静态到动态、由平面到立体的转变，把工厂搬到教室屏幕中，替代了传统的黑板和粉笔、挂图等教具，因此，教学内容生动具体、多样化，改变了教学模式和学生学习方式，学生实验兴趣得以提高。
2.2 提高教学效率，消除不真实的想象
计算机在实验室一般具有展示课件、播放光盘、仿真软件实验平台等多项综合功能，比传统实践教学内容丰富得多，可省去教师在黑板上画图和抄写实验报告的时间，也可突破有些图形无法在黑板上展现的局限，提高了教学效率[1]。传统的课堂教学是一种相对封闭的教学模式，给学生提供不了某些真实的场景，计算机技术则能具体地模拟展示事物及事件过程，展示特殊场景，如触电事故、雷击事件、短路故障等，消除了学生不真实的想象。
2.3 使教师、学生掌握专业前沿知识
计算机在现代机械电子工业生产中已得到广泛的应用，如今的电路绘图已经完全运用计算机进行，软件有Multisim，Protel99se，Proteus PCschematic，CAD Autocad等。CAD绘图与设计、数据分析不再是用笔和纸能完成的工作了，均须借助计算机的分析处理，因而教学时计算机的参与必不可少，这样才能让学生学到前沿知识及先进技术，才不会造成学校培养与企业使用脱节的尴尬情况。
2.4 利于指导学生的实践操作
电类专业实践教学内容多，在传统教学中，教师要反复演示讲解。目前，学生做电机控制实验时，在试验台左边是计算机屏幕，其上呈现的图像可直接作为参照，还可以在计算机上设置动画，更加形象易懂。学生在试验台的右边连接控制电机线路。还可以将实验步骤、操作过程制成视频，播放时可随时停止和继续播放，学生还可以反复观看，这样既减少了教师重复讲解，也利于教师指导学生的实践操作。
2.5 能弥补设备器材的不足
院校正处于高速发展期，实验室常会出现元器件不齐全现象，有些是因为器材更新快，有些是因为昂贵无力购买，仿真实验设备可以解决这一难题，而且能够收到良好的教学效果。同时设备器材也不会轻易丢失，免去无力找回而影响下次实验的麻烦。
3 强化计算机在实验中的功能，使实验教学改革达到最佳效果
3.1 提升学生自主学习和自主实践的积极性
在目前的机电专业教学中，强调学生利用计算机网路工作学习的实践能力、创新能力，因而作为组织者、引导者的教师，应充分发挥学生的主体意识，培养学生的主观能动性，着力培养他们自主学习、自主实验的积极性。教师将现代化教学手段与传统教学手段有机融合，施教方法和教育理念由封闭性、理论性向开放性和实践性转变。教师自身要加强学习新知识、新技术，练好新技能，驾驭好新形势下的实践教学过程，激发学生在实验中的主体意识。
3.2 合理运用计算机技术
在电学专业实验教学中计算机技术已不可缺少，仿真、CAD、电路、电机拖动等课程应掌握的内容图形较多，课件制作比较难，加重了教师的负担。因此，需改变过去的教学风格，让教师真正把计算机当做自己教学的工具，利用计算机技术优化课堂实践教学，有针对性地使用恰当的教学方法，使课堂教学取得最佳效果。如训练电工技能中的接线工艺、安装焊接工艺、器件的拆装、电机安装及故障排除、攀爬电杆训练等[1]，就不能完全依赖于计算机仿真技术，必须使用真实的实验设备训练学生的技能。
3.3 提高软件、课件运用效果，促进实验教学改革
学生学习仿真软件、绘图软件时会有一定难度，为了达到良好的学习效果，应创新教学方法，降低教学难度，使学生快速适应新的教与学的模式。因此，新教学模式体现新技术和当前科技实际，应统一规划、建设，做好软件和课件制作，适时更新内容和器材，使之达到科学性原则，从而更好地服务于实践教学，真正达到促进教学改革的效果。
3.4 合理运用不同教学方法因材施教，培养学生职业岗位实践能力
采用什么样的教学方法，做到因材施教，使学生适应新的教学环境，新的实验器材，使之毕业后达到新的岗位要求，是教师和教学管理者应该考虑的问题。灵活运用讲授法、讨论法、练习法、项目探究法等教学法，因材施教，才能取得良好的教学效果。如在课程教学进行到2/3时，将教师主导下的项目教学方式转变为学生自主式的项目设计教学模式，由学生分组或单独完成项目。学生利用计算机计算、绘图、看视频，查阅相关资料，提出设计方案，讨论方案，执行方案，报告总结评估，提高自身的综合素质。学生在有限的时间内完成实验和实训，学会用计算机控制电路，采集、处理信号的实验方法，参与工艺流程设计与运行控制，掌握基本的实践技能。教师一方面激励优秀学生，使其创新能力得以进一步发展，另一方面重点督促辅导后进的学生，实现全体学生实践能力均达到合格要求的目的。
4 结束语
目前我国正努力实践科教兴国战略，教育应面向现代化、面向未来高科技，不应停留在落后的方式、手段、观念、设备上。充分利用计算机在实验教学中的功能，处理好软件问题，确保网络的畅通，让学生在无障碍的环境下学到先进的技术，让计算机技术成为学生提高实践能力的助推器，促进教师提高能力推进教学改革的催化剂，使计算机电工实验室成为学生科技创新的孵化器，培养更多、更优秀的社会急需的机电专业具有创新能力、适应职业岗位需求的技能型人才。
关键词：作业管理系统；B/S模式；ASP技术；SQL server数据库；《大学计算机基础》
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）23-5312-05
针对我校传统《大学计算机基础》公共课作业管理现状，由于本课程教学的特殊性和复杂性，作业管理往往是粗放型的，可操作性不强，特别是对作业批改过程（包括作业提交、在线批改、将批改情况及时反映给学生）各个环节的管理很难到位，老师布置作业，学生把作业做在作业本上，然后再交给老师，老师批改之后再把作业本返回给学生，步骤繁琐，效率低，因而影响教学质量的提高。以计算机网络技术为核心的信息高速公路的兴起，突破了传统的人工作业管理模式，使高校的作业管理方式和效率都发生了深刻的变化。因此，我们必须充分利用计算机网络这一现代化技术来完成作业管理工作，把作业管理人员从繁重的工作中解放出来，提高工作效率和准确率，使作业管理工作实现“现代化、系统化、规范化”。
1 存在的问题
由于公共计算机课的特殊性，一个教师布置的相同作业要重复批改多次，使教师重复工作量增大，效率低。本系统既能满足《大学计算机基础》教研室计算机公共课程作业管理的需求，同时也能向全校进行推广。甚至可以将成功的案例像其他学校进行推广。作为计算机应用的一部分，使用计算机对作业环节的工作进行管理，有着手工管理所无法比拟的优点。例如：效率高、可靠性高、存储量大、保密性好、无纸化等。这些优点能够极大地提高教师管理的效率，也是学校的科学化、正规化管理，实现数字化教学的重要条件。
基于这些问题，有必要建立一个在线作业管理系统。该系统可以方便教师对学生作业的管理和学生自主学习，方便教师与学生之间的交流，同时也使得管理人员能够方便对教研室教学资料的管理与保存。使作业管理工作规范化，系统化，程序化，避免了传统管理方式的随意性，提高信息处理的速度和准确性，能够及时、准确、有效的查询和修改作业情况，提高教师和学生的效率，降低管理的成本。
作业是师生双向交流的一种重要途径，不仅可以考核学生在课堂教学活动中的消化吸收程度，而且也可以检验教师的教学质量。高等学校是Internet网络技术研究与应用的较早单位之一，计算机的普及、校园网的出现，为学生作业管理的网络化和正在兴起的远程教学提供了强大的技术支持[1]。目前，国内外作业管理一般采用两种方法：一种是通过网络电子邮件发送；另一种是存放到教师电脑上的一个共享目录内。但这两种方法都有各自的弊端：前一种方法易受网络因素影响、电子邮件服务商的存储空间限制；后一种方法却存在一个更致命的缺点：学生可以随意查看、更改和删除其它同学的作业，造成大量如抄袭作业、恶意删除或修改其他同学作业的事情发生；老师在帮学生修改作业时，也很容易弄不清楚作业批改与否；作业是谁的或是旧作业没删除掉，跟新作业搞混了等情况，虽然有些可以用严格的纪律来实现管理，但仍然会给学校和老师带来很多的麻烦。
2 研究内容
无论采用何种方法开发系统，系统分析工作都是十分重要的环节。软件的需求分析是软件生存周期中重要的一步，只有通过对软件进行需求分析，才能把软件功能和性能的总体概念描述为具体的软件需求规格说明，进而建立软件开发的基础[2]。
软件需求分析分析的成功与否，决定着整个系统功能的完善性以及稳定性。在该阶段需求分析人员需要确定整个作业管理系统的功能要求，并且将现实事务抽象成对象并建模[4]。
经过对《大学计算机基础》课程作业管理系统分析，将系统划分出了学生用户、老师用户、管理员、课后习题库、标准答案、实验报告提交时间、课后习题作业提交时间、课后习题作业答案、实验报告作业答案、作业要求等几个实体。系统的最终用户是面向管理员、老师、学生。后台管理系统（即管理员模块）主要对学生和老师的信息管理、以及对课后习题作业和课后习题作业答案进行管理、修改用户的密码等；老师模块主要对作业要求和学生成绩进行管理、以及批改作业等；学生模块主要实现提交作业、查看成绩等。本系统要实现功能模块，具体如下：
1） 老师信息管理
修改、删除、添加老师信息，并将老师信息入库；登录系统时，根据老师编号和密码进入。
2）学生信息管理
修改、删除、添加学生信息，并将学生信息入库；登录系统时，根据学号和密码进入。
3）课后作业管理
管理员将《大学计算机基础》课后习题录入数据库，以供老师、学生查用，老师根据实际情况布置作业要求，并将作业要求入库，再规定一个上交时间；学生必须在规定时间内按老师的要求完成作业，然后提交作业，并将作业入库保存。
4）实验报告作业管理
老师根据实际情况布置实验报告作业，将作业要求入库，并规定一个时间；学生必须在规定时间内按老师的要求完成作业，然后提交作业，并将作业入库保存。
5）标准答案管理
管理员将课后习题的参考答案入库，供老师批改作业时参考。
6）成绩管理
老师根据学生的作业情况打分，分为A、B、C、D、E五个等级，并保存到数据库，学生只能查看个人成绩，老师可以查看整个班级的成绩信息。
3 业务流程
在线作业管理系统流程图描述为：管理员通过后台管理系统进入之后，将学生和教师信息、习题及标准答案导入系统中；教师通过前台系统，使用自己的账户和密码登入系统，修改个人密码，布置相关习题或实验报告，并设置习题提交时间；学生通过账号密码登入系统，可修改自己的账号密码，可查看老师布置的相关习题并进行作答，做完之后在教师规定的上传时间之前上传作业；教师通过登录系统查看学生完成作业的情况，并对提交的作业进行批改，打出分数；之后可查看成绩。
在线作业管理系统流程图如图1所示：
4 系统的ER模型
经过对《大学计算机基础》课程作业管理系统分析，将系统划分出了学生用户、老师用户、管理员、课后习题库、标准答案、实验报告提交时间、课后习题作业提交时间、课后习题作业答案、实验报告作业答案、作业要求等几个实体，其各个实体的属性如下：
学生：学生学号，学生姓名，所在院系，所在年级，所在班级，任课教师编号，密码；
教师用户：教师编号，教师姓名，所教班级，密码；
管理员：用户名，密码，系统最大在线人数；
课后习题库：习题章节，习题内容；
课后习题标准答案：习题章节，答案内容；
实验报告提交时间：实验次数，提交时间，教师编号；
实验报告作业答案：自动编号，学生学号，实验次数，实验报告成绩，实验报告内容，是否提交，是否批改；
课后习题作业提交时间：习题章节，提交时间，教师编号；
课后习题作业答案：自动编号，学生学号，习题答案，习题章节，成绩，是否提交，是否批改；
作业要求：教师编号，习题章节，实验次数，习题作业要求，实验报告要求。
本系统的ER模型如图2所示：
5 系统分析与设计
本系统属于管理信息系统，管理信息系统（Management Information Systems 简称MIS）现阶段普遍认为是由人和计算机设备或其他信息处理手段组成并用于管理信息的系统，是用系统思维的方法以计算机和现代通信技术为基本信息处理手段和传输工具的、能为管理决策者提供信息服务的人机系统。通过系统设计这个阶段的工作将划分出组成系统的物理元素——程序、文件、数据库、人工过程和文档等等[9]。总体设计阶段的另一项重要任务是设计软件的结构，也就是要确定系统中每个程序是由哪些模块组成的，以及这些模块相互间的关系。
经过需求分析和可行性分析后，得出本系统所需的与教务系统的接口、管理员添加删除修改课后习题和课后习题答案、老师布置和批改作业、学生提交作业等功能是可以实现的。
本系统通过强大的技术支持，为作业的管理带来便利，不但减轻了老师的工作量、学生的学习任务，而且提高老师的工作效率、学生的学习效率外，还方便了学校教学管理、教学考核，减少人力与管理费用，提高管理和服务质量。建立高效的管理和服务平台以提高作业处理速度和管理的效率，界面精美、友好、快捷，人性化设计，后台管理功能强大且效率高。
6 系统实现
本系统前台登录分为学生登录和老师登录，打开系统登录首页（index.asp）后选定是何种用户登录（其中默认的用户类型为学生），然后输入用户编号和密码，如果用户编号和密码正确，就可以成功的登录本系统。如果输入的用户名错误，则会在标签控件上显示：“该用户不存在或用户名输入错误，请检查后重新输入！”；如果用户输入的用户名在用户信息表中存在，但密码错误，则会在标签控件上显示：“您输入的密码错误，请检查后重新输入！”。其中登录流程如图3所示。
7 导入学生、老师信息
本系统支持与教务管理系统的接口，管理员登录到后台管理系统后，在系统设置栏目中下载学生信息表和老师信息模板（excel表格），然后将教务管理系统里导出的学生信息按模板做好，并将这两个Excel表格上传到服务器上，再执行信息导入操作（执行导入功能的shujudaoru_add.asp源代码参见附录），当学生信息和老师信息成功导入后系统会提示“成功导入信息”，最后调用存储过程建立学生和老师之间的关系（一个学生对应一个老师）。
导入学生、老师信息数据流程图如图4所示：
将教务系统导出的学生信息Excel表中的信息按本系统的要求保留其中需要的几列，然后将其按系统提示导入到数据库中；将教务系统导出的老师信息Excel表中的信息按本系统的要求保留其中需要的几列，然后将其按系统提示导入到数据库中，其中一个老师教多个班时中间用英文格式下的逗号隔开
8 建立老师信息与学生信息关系
学生和老师的信息导入成功后，点击系统设置菜单下的建立老师表和学生表关系，调用存储过程updateTeachernumofStudents，建立学生和老师之间的关系（学生与老师是一对一的关系、老师和学生是一对多的关系）。其中，将任课老师编号填入学生信息表中。
9 录入课后习题和答案
管理员登录系统后，可以进行录入课后习题和系统答案操作。
点击习题的操作中的上传课后习题，显示出上传课后习题操作界面，选择习题章节并填入习题内容，点击提交即可，当该章节习题已经存在时系统回提示“该章节习题已存在”等人性化的提示信息，点击习题的操作中的上传课后习题，显示出上传课后习题操作界面，选择习题章节并填入习题内容，点击提交即可，当该章节习题已经存在时系统回提示“该章节习题已存在”等人性化的提示信息。
10 系统安全设计与实现
系统安全包括数据库安全和用户权限控制，本系统基本实现了SQL Server 2000数据库的安全，充分考虑了用户权限的控制，以提高系统的安全系数。
本系统在数据库安全方面，实现了防数据库下载、防SQL注入、对密码进行加密、数据库定期自动备份、限定系统最大在线人数等，以保障数据库的安全。
防数据库下载是在数据库文件夹名中加入“#”来实现的；防SQL注入是通过ff_system.asp对表单的值进行判断，如果出现了本系统限制的特殊字符，系统制动提示“对不起，这是防SQL注入的系统，请正确输入值”；采用不可逆的MD5算法对密码进行加密，保证密码的安全；在SQL Server 2000中设置数据库定期自动备份，以保障数据库的安全；限定系统最大在线人数是通过Application属性来实现的。
给每个用户分配了访问目录，使用正则表达式来实现目录访问权限控制，和用Session中保存的用户编号user_id来进行判断限定用户的访问目录的权限，当用户误操作时系统弹出人性化的提示。限于篇幅，只对用正则表达式来实现目录访问权限控制进行描述。
11 总结与展望
本系统开发中遵循软件工程的开发流程，经过系统前期需求调研阶段、软件设计阶段、系统开发阶段、以及论文编制阶段，在线实验课选课系统终于完成了。这期间，通过充分的论证和艰苦的程序开发，本系统已完成了程序设计，并已经在重庆三峡学院《打算学计算机基础》教研室作业管理工作中得到了应用。在本课题研发过程中，实现了系统预期的功能：对《大学计算机基础》课程作业进行在线的管理。首先对我校传统的《大学计算机基础》作业管理情况进行调查了解，然后根据老师和学生的需求制定了一套作业管理规范，最后采用ASP技术和SQL server技术设计与实现了《大学计算机基础》课程管理系统。本系统充分考虑教研室的实际需求，以实际应用为出发点，将最需要、最实用的功能呈现在学生及教师面前，去掉了华而不实的功能，真正为教学管理人员的管理及决策方面提供了强有力的支持。同时，本系统彻底摆脱了桌面上沉甸繁杂的纸张文件，使得繁重的选课工作变得轻松自如，在投入使用的过程中极大地提高工作效率，避免人力、财力资源的浪费，受到了老师和同学们的好评。
本系统主要实现了与我校教务管理系统的接口（导入学生、老师的信息），管理员上传课后习题和答案，老师布置作业并设置作业上交时间，学生在线提交作业，查看相关信息等功能。在本系统的设计与实现过程中，我尽量做到切合实际，按照系统工程的方法实施，在本系统的实现过程中遇到了许多平时学习都没有思考过的问题，通过多方的资料查询和在陈恒鑫老师的指导下实现了《大学生计算机基础》课程作业管理系统的基本功能。
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关键词：高职大专；计算机组装与维护；教学改革
广东理工学院作为一所高职大专大学，教育的目的是培养合格的实用性技能型人才，而广东理工学院的学生不仅要具备相关的理论知识，还需要掌握相应的实际操作能力，高职院校计算机专业的其中一门非常重要的专业基础课就是“计算机组装与维护”，同时这门课程也是实践性和应用性很强的课程，因此，学生就需要接受培养，努力成为合格的应用型人才。所以，这门课程主要为从事计算机相关各类工作打好基础，通过系统和规范的学习，并从实践训练中掌握具备从事计算机维修和常用维护、网络设备维修和管理的能力。
笔者现结合多年的教学经验和学生对课程的要求，对课程的教学改革问题进行了研究，从而达到高职院校的教学目标，提升学生的职业操作能力，以满足社会快速发展对该岗位人才的能力需求。
1 当前教学现状
“计算机组装与维护”是广东理工学院计算机专业学生必修的专业基础课之一，因此在讲授这门课内容时，教师主要讲解了电脑组成、硬件测试、硬件安装、BIOS 设置、硬盘分区、系统安装、系统优化、系统备份和计算机日常维护等[1]。而现在很多大学生对计算机基础操作方面都很娴熟，只是他们缺少对计算机维o方面知识，也因此不能合理地运用计算机操作，如：个别学生在计算机病毒方面，没有足够的防范意识；很多学生经常带电拔插凹口鼠标键盘等设备，这样会使接口或主板被烧；还有的非计算机学生对计算机进行简单组装，但组装出来的计算机出现很多问题，因此，学好这门课是相当重要的[2]。
计算机专业虽开设了“计算机组装与维护”这门课程，但在某种程度上，存在或多或少的缺陷，例如教学方法单一、教学手段不灵活等特别是在理论教学上，受到硬件设备的限制和教学条件的影响，造成本课程的实训多是纸上谈兵。因此，在讲授计算机部件的时候，可以从硬件的品牌、技术的指标，再从硬件的组装中谈起，要求学生能记住各硬件的型号和分类等理论数据，再进行记忆硬件的参数和型号，学会与时俱进，紧跟社会发展的步伐[3]。
2 教学方法的改革
“计算机组装与维护”是一门以理论为依据，以实践为指导，相互紧密结合，特别注重实践操作能力的课程，以前的传统教学方法已经不适合这门课程的教学，也达不到目前教学的需求，因此笔者根据课程实际的特点，在理论和实践教学过程中主要采用特有的教学方法。
2.1 利用实物展示与多媒体课件演示相结合的教学方法
通过课前笔者制作好的多媒体课件演示教学，能够加深学生对课件的理解，也大大增强了课堂的教学效果[4]。众所周知，多媒体辅助教学，它以直观、形象、生动的演示功能，为师生带来更多类型的刺激，在调动学生学习方面，更能体现出学生的自主性。由于信息工程系大部分学生对计算机各部件的性能指标、部件的参数和计算机内部的位置等都不熟悉，笔者在讲授这部分内容时，特别通过特有的多媒体课件与笔者自带的实物，分别对每一个部件的相关内容，逐一进行演示和操作，并且在演示各实物的同时，向学生现场讲解相关的实物参数和价格。因此学生在学习知识方面，联系到现实的生活，这样更能调动学生学习的积极性和主动性。
2.2 制造故障-查找故障-排除故障的实训性教学方法
学习计算机故障排查，就必须学会对计算机维护的基本技能，对计算机进行排除与故障的检测实验时，作为教师，首先要讲解计算机的检测方法、计算机故障种类和计算机排除方法，接着就是对学生组装的计算机进行检测，对有问题的计算机实行故障分析，并且快速排除故障[5]。因此，学生在学习的同时，又能培养学生的兴趣，还可以为他们的实际操作能力提升更大的空间。
2.3 结合学生实际情况进行市场调研的教学方法
本门课程的学习与其他课程的上课方式一样，为了进一步创新，笔者想把课堂放到市场上来，开展实际组装的调研课。课堂中还可以通过互联网，利用现成的资源，布置学生在网上搜索计算机各部件的性能指标与参数，分析当前市场的价格与网上价格，让学生体会现实生活与网上知识的结合，并体会自己组装计算机硬件的乐趣。
2.4 校内进行实训教学方法
在课堂教学中，每讲述实验时，都会给出相应的实训过程，其中包含有：设计问题、确定问题、合作学习、自主学习和归纳总结。而每次实验结束，都要求学生在规定的时间内上交实验报告，在实验报告中，要求学生必须做到3点。（1）实验的内容和操作步骤：实验中遇到什么问题，并写出问题解决的方法；（2）总结实验学到哪些新知识[6]；（3）通过各个实验，让学生养成善于思考、善于观察、善于发现问题的好习惯，为培养他们的创新意识提供良好的条件。
2.5 通过校外企业实训教学方法
要让学生了解更新技术和更新的科技产品，就应该让学生走出校门，给他们认识社会新知识的机会。正因为这，学院与当地的电脑公司建立实训基地，广东省肇庆市区有一个比较出名的天宁电脑城，里面有很多知名的实体电脑店，那些电脑店都可以让学生进入公司来，并进行简单的业务，例如：计算机装机清单、组装主机、安装系统、系统备份和还原等。通过与电脑公司的合作，电脑公司有多人帮忙，学生又可以亲自动手实践，从中学到实践的知识[7]。
3 考核方式的改革
课程的考核也是“计算机组装与维护”这门课的一个组成部分，学生能力的好坏也从中得出结论。但本门课程重点是以实际操作能力为主的，所以笔者在考核时根据课程相应的特点进行相应的考核。
3.1 理论考核
由平时上课的实验报告与每个单元的测试考核两部分组成。实验报告占10%，在学生每一次的实验操作完成后，学生都要完成上交一份独立的实验报告；单元测试考核占20%，通过学生平时的实际操作和单元测试考核，根据学生掌握计算机的熟练程度，给出相应的平时成绩。
3.2 实践技能考核
包括两部分：每项技能考核和综合技能考核。每项的技能实践考核占30%，在学生每一次的实验操作中进行的单项技能考核，与相关实训相配套，做到有实验都有考核和方式，对学生每一次实验的过程以及实验报告进行考核，这样可以促进学生认真对待相应的每一个实验；综合能力技能考核占40%，在课程教学结束后，通过在实训室进行硬件组装、系统安装、硬盘分区、系统安装、备份和还原等进行的综合技能考核。
4 目前存在的不足及后期展望
（1）由于本课程开设的时间基本上都是一年级的第一学期，有些计算机专业的学生在高中都未接触过计算机，对计算机的基本知识还处于初学阶段，因此学习起本课程有一定的缓慢性，对这部分的学生还未做到深度的兼顾。
（2）实训机房能正常使用的计算机不多，考虑到广东理工学院是一所民办高校，学院的设备费用都来源于学生学费，因此建议使用学校被淘汰但能正常使用的旧计算机。
（3）学生在做实验中，很多时候教师一再强调实验的正确操作方法和注意事项，但还是有学生出现问题，导致学生本身无法完成实验，建议学生操作时，教师多在旁边指导与监督。
关键词：数字逻辑电路；立体化实验教材；实验报告
0 引言
教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见》的第八条明确提出强化实践育人环节。制订加强高校实践育人工作的办法，强化实践教学环节，结合专业的特点和人才培养要求，分类制订实践教学标准，增加实践教学比重，确保各类专业实践教学必要的学分（学时），配齐配强实验室人员，组织编写一批优秀实验教材，提升实验教学水平。“十二五”以来，这些有关加强实验教学改革文件的出台，表明深化实践教学方法改革，加强学生实践能力和创新能力的培养，已经到了刻不容缓的地步。教育部指出，要把加强实践教学方法和人才培养模式改革作为专业建设的重要内容。加强实践教学，实验教材改革是改革教学内容和教学方法的关键一环，实验教材质量的好坏、水平的高低直接影响到学生的培养质量。
1 目前实验教材存在的问题
目前，我国高校实验教材整体上没有摆脱依附并服务于课程的格局，而且以单一的纸质实验教材为主，其他形式的实验资源比较匮乏，传统教材能满足系统化实验教学的需要，但在培养学生创新能力和实践能力方面存在明显的不足。近年来，很多高校对传统实验项目和内容进行了一系列改革，减少了验证性实验项目，增加了综合性、研究性和设计性实验项目，但仍然没有脱离课程体系，只是传统实验项目的修改与增删，还是按照原有的知识体系，配合理论教学而开展的辅实验教学活动，其目的仍然是为了强化理论教学，帮助学生巩固和掌握理论知识，没有把学习方法作为实验教学的重点加以重视。在实验教材的内容编排上还是按照实验目的与原理，操作步骤与方法这一传统教材的样式，并没有从引导、启发的角度进行组织，一些学校自己印刷的实验指导书，离正式出版还有一定的距离，也没有其他数字化的辅导性材料。总之，现在的实验教材，按照粗放而统一的要求，让学生“按方抓药”式地进行验证，学生的自主学习能力和创新能力得不到锻炼。
“十二五”以来，深化实践教学改革，加强学生实践能力和创新能力的培养，实验教材的建设已引起各高校的重视。同时，科技的发展与知识的更新也促进了实验教学设备的改进，也促进实验教材的改进。因此，在实验教材的建设上，针对上述问题，必须按照学生的能力体系来构建实验教学体系，把信息技术与实验教学内容进行有效整合作为一个重要任务来抓，在写好传统纸质教材的同时，建设适合开放教学和创新能力培养要求的多媒体实验教学资源。
2 数字逻辑电路立体化实验教材建设
学习最终还是要归本的，教材是学生学习的主要参考书和理论依据，立体化实验教材主要包括实验教程（主教材）、实验报告、多媒体课件以及其他与实验有关的实验教学资源，立体化教材提供了一种综合性的教学资源，加快了实验教学内容、教学体系和教学方法及手段的改革，优化实验教学过程，推动创新教育模式，教材质量的高低会对教学效率以及学生学习水平产生直接的影响。数字逻辑电路的实验内容具有一定的独立性，实验项目的设置、实验软件的使用、仪器设备、实验开发语言等在理论课中很少涉及，因此，开发数字逻辑电路的立体化实验教材具有可行性。笔者将从实验教材的编写思路、实验内容编排、实验报告规范、数字化的实验资源等4个方面来探讨数字逻辑电路立体化实验教材建设。
2.1 实验教材的编写思路
为了配合开展实践教学及适应教学改革的需要，提高实验教学质量，要不断改革实践教学内容和教学方法，高质量的实验教材是关键，为此我们组织技术骨干编写实验教材。在数字逻辑电路立体化实验教材的建设上，除了介绍实验的基础理论知识外，坚持“以高水平的实验吸引人、以数字化的资源方便人”为宗旨，以提高学生实际动手能力和工程设计能力为目的，尊重学生的个性差异和工程素养差异，精心选择实验教学内容。
2.2 实验教材的内容编排
在实验大纲允许的范围内，我们采用的方法是“给通才定规则，给天才留空间”，在实验教材的编写过程中，在大纲规定的基本要求的基础上，精心选择了新颖、有趣，实用性、可行性较强，有助于培养创新型人才的15个不同难度的基础实验和5个典型的综合性、设计性实验，可供不同专业、不同层次、不同学时数的学生使用，这些实验基本包含了本专业课程标准要求的相关知识点，帮助学生将教材上的分立知识点有机地、系统地联系起来，培养综合分析、设计、制作和调试的能力。设计的每个实验项目都具有一定的层次性，即同样的实验项目，可以设计的简单些，也可以设计的复杂些，分层次对学生提出要求，对能力差的学生，引导其如何将理论与实际结合起来，把设计思想弄清楚，使其有能力完成实验的基本要求；对能力强的学生提出更高要求，采用启发式的方法，充分发挥学生的主体作用，鼓励他们根据自己的能力，提出多种设计方案，体现教学内容的可伸缩性和开放性。
实验预习是提高实验效果的一个重要环节，只有预习充分，实验操作时才会做到思路清晰。实验预习质量的高低取决于实验教材的质量。为此，在编写实验教材时，对每个实验项目除了常见的实验目的、实验原理、实验内容、实验步骤外，对实验预习、实验思考与提高等也提出明确要求。在预习要求中明确了实验预习必须完成的任务，要求学生理解每一个实验的实验原理、编写或完善实验代码等强制性的任务，从而增加了学生对实验原理、开发语言、实验代码的理解。在实验过程中按照实验步骤完成实验要求，在完成实验的基本要求后，通过实验思考与提高来提高学生的分析与设计能力。例如，在进行7人表决器电路的设计时，设计方法很多，可以使用原理图方法实现，还可以使用VHDL语言实现，而使用VHDL语言可以使用行为描述、结构描述、数据流描述3种方法。在实验思考与提高中，要求学生比较各种实现方法的区别，可以对实验提出更高的要求，如要求将表决结果在数码管显示出来、7个人中有一个人具有否决权、限制表决时间等提高要求，要求学生修改代码实现相应功能，从而加深对组合逻辑电路设计的理解和硬件描述语言描述组合逻辑电路的方法。
2.3 实验报告格式的规范
“问题式”教学或“任务式”教学是经常采用的有效的教学方式，有利于学生明确学习目的，能够激发学生的学习积极性，改善以往被迫学习的方式，变被动为主动，增强实践动手能力。计算机科学是一门实践性很强的学科，强调的是“做中学”，就是指在完成实验的过程去学习，在完成报告中去加深理解。实验报告是实验过程的记录、实验现象的分析和实验的总结，书写实验报告是实验教学的重要环节。
在数字逻辑电路实验中，我们规范了实验报告内容和要求，并单独印刷成册，在实验报告的设计上，改变以往使用统一的实验报告纸的形式，实验报告中不需要学生抄写实验目的、实验原理等内容，而是将实验内容和要求设计成各种不同的任务，按照实验步骤来完成这些任务时就完成了实验报告。在报告中，只需写出实验代码的关键部分，调试实验代码、画出实验的仿真波形、写出设计中的管脚分配关系，使用测试数据进行实验验证、分析实验现象、将实验过程中出现的问题进行实验总结，回答实验思考题，从而加深对实验原理的理解，提高设计能力。通过书写实验报告，培养了学生认真做好实验，仔细观察实验过程中所发生的现象，有利于加强对理论知识的理解和记忆，促使学生重视基本技能的学习及应用。一份高质量的实验报告应能反映出学生的综合素质，如高度的注意力、敏锐的观察力、丰富的想象力、准确的判断力、科学的思维能力和正确的表示能力。
2.4 开发丰富的数字化实验资源，构建网络化的实验教学辅助平台
数字化实验教学资源是立体化实验教材的重要组成部分，可以解决目前实验教学资源相对单一的问题，在进行实验教材建设时，利用网络技术开发数字化实验教学资源，构建网络化的实验教学平台。在数字化实验教学资源建设时，要避免实验教材的电子化，开发能满足创新人才培养、适应开放式实验教学要求的多媒体实验资源，使学生能借助校园网络环境，利用数字化资源进行实验前预习、讨论，甚至自行提出实验方案，开展实验后总结和实验数据分析。网络化的实验教学辅助平台，主要包含实验仪器的使用、开发软件的使用，实验中常见的问题及解决办法，让学生借助辅助平台解决实验过程中出现的问题，这样减轻了教师的指导工作，同时也为开放实验教学提供条件。学生通过对数字化实验教学资源的有效利用，革新了传统“按部就班”式的实验教学模式，激发学生的主观能动性，调动师生积极参与实践活动，在实验中提高了学生分析问题、解决问题的能力，培养其创新意识和创新能力。
3 结语
立体化实验教材建设实现了实验教学信息化、网络化。整合实验教学资源，优化实验教学要素的配置，是一种新型的整体实验教学解决方案，不仅充分考虑到任课教师的教学需要和学生的学习要求，还能促进教学改革的不断深入，促进教学水平的不断进步和教学质量的不断提高。数字逻辑电路立体化实验教材的纸质教材、实验报告已使用了两年，电子课件以及数字化实验资源及辅助实验平台也在实践中得到完善，满足了个性化、层次化、开放性实验教学的要求，有利于大学生自主学习能力和创新能力的培养，也为培养适应信息化社会学习、生活和工作的高素质人才奠定坚实的基础。目前《数字逻辑电路设计实验教程》已作为高等院校实验与实践系列示范教材在清华大学出版社出版，对计算机硬件课程的实验教材建设具有一定的示范作用。
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1计算机网络实验管理系统的功能
计算机网络实验管理系统是基于客户/服务器模式进行研发的，根据学校中的主要用户主体，可以分别提供教师使用时的功能以及学生使用时的功能.在教师身份登录的条件下，计算机网络实验管理系统可以完成以下几个功能：其一，教师可以向所有学生或者是某一个学生发送实验的内容以及实验要求；其二，教师可以与学生进行交流，了解学生的学习进程；其三，教师可以利用该系统对学生进行监视，从而实现自动在线点名[1]；其四，教师可以对学生提交的实验报告进行自动收取；其五，教师可以对学生的实验情况进行全程监督，同时还可以对某一个学生显示器上呈现的内容进行有效的动态扑捉.在学生身份登录的条件下，计算机网络实验管理系统可以完成以下几个功能：其一，学生可以对教师发送的实验内容与实验要求进行浏览，从而了解实验的基本信息；其二，学生可以向教师提交实验的报告；其三，学生可以对实验进行模拟；其四，学生可以利用该系统与教师以及学生进行交流.通过以上分析，可以看出，计算机网络实验管理系统的应用不仅可以大大减少教师的工作量，提高教师的教学效率，而机上对话功能的运用可以降低实验室内的噪音，从而使实验室保持良好的环境.同时，该系统的应用还可以有效地调动学生的学习积极性，激发学生的学习潜能，提高学生的学习效果.
2计算机网络实验管理系统的设计
2.1计算机网络实验管理系统的设计目标
计算机网络实验管理系统在设计过程中必须具有以下几个方面的功能：第一，该系统应该建立两种类型的数据库，分别是教师数据库与学生数据库，从而满足教学过程中教师与学生的不同需求；第二，该系统必须建立运行库，而运行库应该是在注册信息与数据库关联的基础上建立起来的，同时运行库还必须拥有导出功能；第三，该系统应该具有监视网络上每一台机器运行情况的功能；第四，该系统应该可以使教师对实验要求进行讲解并可以分发到每一台机器中，同时还可以对学生的实验报告进行提交与保存；第五，该系统应该具有对实验进行模拟的功能[2]；第六，该系统应该能够为教师与学生交流意见时提供对话的平台.在以上六种功能之外，还可以适当的增加一些智能化的功能，比如自动输入的功能.
2.2计算机网络实验管理系统的模块设计
根据计算机网络实验管理系统功能的需求，我们可以将系统分解为以下五种模块：第一，系统的登录与注销模块.对于登录模块来说，该系统可以根据登录模块对用户的身份以及上机时间的长短进行确定，同时可以根据用户身份的不同提供不同的功能.对于注销模块来说，该系统可以对用户的下机时间进行确定.通过登录与注销模块、数据库以及运行库的情况，从而对教师与学生的出勤情况进行考察.从教师的角度来说，能够计算出教师每个月的课时数；从学生的角度来说，能够检查出学生迟到、早退以及旷课的情况，这在无形中帮助教师实现了点名.第二，系统的实验相关模块.该系统的实验相关模块中主要包含了三个功能，分别是实验要求的分发、实验报告的提交以及对实验进行模拟.在实验要求的分发功能中系统应该具有信息群发与单发的功能；在实验报告的提交功能中系统应该有自动存盘的功能.第三，系统的意见交换平台模块.该系统的意见交换平台模块应该实现教师与学生的对话要求，主要包括两种方式，分别是“一对一”与“一对多”的方式.第四，系统的监视模块.该系统的监视模块只有教师可以使用，该模块可以显示每个终端的连接情况，实现对终端使用情况的监视.此外，它还可以对运行资料库进行查阅，同时对运行资料库进行导出并保存所需的信息.第五，系统的帮助模块.该系统的帮助模块可以对软件的操作方法进行讲解，同时还可以使用户迅速的学会软件的使用方法[3].
2.3计算机网络实验管理系统的数据库设计
计算机网络实验管理系统中包括了三个数据库，分别是教师库、学生库以及运行库.其中，教师库与学生库中包括了教师的相关信息，比如用户的身份标识号、姓名以及上机时间等信息，从而掌握教师与学生的上机情况；运行库中主要包括了该系统在运行过程中所需要的一些基本信息.与此同时，该系统在运行过程中可以建立一个临时库，从而可以方便储存一些临时需要的数据.
3计算机网络实验管理系统的实现
3.1Socket接口
所谓的Socket是一个网络上跨平台的应用程序进程间的通信机制，对于计算机的应用程序来说，Socket类似于一个服务协议插座，程序中不同的协议，对应着不同的端口[4].微软公司在它们的Windows平台上提供了WindowsSocket规范，主要是为了给应用程序的开发者提供API，同时为了使软件供应商能够有统一遵守的规范.与此同时，WindowsSocket也定义了一个二进制接口，从而有效保障WindowsSocketAPI的应用程序可以在任何网络供应商的符合WindowsSocket协议的实现上工作.WindowsSocket规范定义并记录了API与网络协议族连接，特别是对于全部的WindowsSocket实现都可以支持流套接口以及数据报套接.应用程序主要是利用WindowsSocket的API，从而实现了计算机相互之间的通讯.同时WindowsSocket又可以通过下层的网络通讯协议功能以及操作系统调用实现实际的通讯工作，它们之间的关系如下图所示.在建立分布式应用的时候，目前主要使用的方法是运用客户服务器模型.该模型在使用过程中有一定的要求，即使用过程中必须有一整套由客户机与服务器达成共识的协议，该协议可以有效保障服务能够被提供或者是可以被接受.在不同的情况下，该协议的存在方式两种，分别是对称性的不对称性的.其中，在对称性的协议中，协议中的每一方都有可能会扮演主从角色.而在不对称性的协议中，往往是一方扮演着主机角色，相应地另一方则扮演着从机的角色.对于一个服务程序而言，往往是在一个“熟知端口”监听对方服务的请求，这也就是说，在没有请求发出的时候，该服务器进程是处在休眠状态的，直到有客户对这个服务器提出了连接的请求，此时，服务程序会被这一请求而“唤醒”，同时立即给客户提供相应的服务，即对客户的请求进行相应的反应.一般来说，在设计客户服务器应用程序的时候，连接的服务是其设计的标准，但是在特殊情况下，某些服务也是可以利用数据报套接口来提供的.Socket作为应用程序间的通信端口，在同一台计算机上的不同计算机的两个进程间可以分别建立两个Socket.通过连接之后，应用程序的两个进程之间就可以进行数据的相互交换工作.一般来说，Socket接口主要包括三个部分，分别是Socket的IP地址、Socket的通信端口以及Socket的类型，其中，Socket的IP地址主要是为了确定通信目的的计算机；Socket的通信端口主要是为了确定目的计算机的应用程序进程；Socket的类型中的套接口根据通讯的性质可以分为三种类型，分别是流式套接口、数据报套接口以及原始套接口[6].通常情况下，应用程序主要是用在同一类的套接口之间的通讯，但是只要底层的通行协议允许，那么不同类型的套接口之间也可以实现通讯.目前，对于客户而言，可以使用的套接口有两种，分别是流量套接口与数据报套接口.
3.2计算机网络实验管理系统的实现
本文中设计的系统的总体结构如下图所示.在使用该系统的时候，主要是通过Delphi语言来实现，使用Delphi语言的数据库引擎BDE可以使系统程序的编写与移植更加的简便，同时还能够有效地适应客户/服务器模式.Delphi的使用主要具有以下两种功能：其一，通过使用Delphi提供的访问数据库功能，从而可以对教师与学生数据库进行管理，同时还可以对学生上机时的出勤情况进行考察.此外，它还可以实现数据库的相关功能；其二，Delphi的集成开发环境提供了客户与服务器端Socket的ClinetSocket与ServerSocket构件，通过Delphi的Socket集成，从而可以达到教师与学生以及学生与学生之间进行交流的目的，其交流内容主要包括了实验要求的分发、实验报告的提交以及每个终端之间的对话等.
4结束语
摘要：设计了大学物理实验手机APP系统，学生在实验操作时在手机APP系统中记录数据，手机APP将判断实验数据的错误并实时反馈实验改正建议．教师可以通过在手机APP系统中查阅保存的学生实验情况来评判学生的实验表现，结合手机APP系统保存的实验数据及自动处理结果高效批阅学生实验报告．手机APP系统在大学物理实验的预习、实验、考核、实验报告等教学环节的应用将提高实验课程的教学效率和教学质量．
关键词：大学物理实验；手机APP；教学环节；教学效率
物理学是自然科学的基础，也是以实验为基础的科学．大学物理实验在理工科各专业甚至部分文科中开设，担负着培养学生物理实验基本知识、基本方法和基本技能以至科学实验基本素质、能力的任务［1］．大学物理实验课程人数多，上课学生专业背景不同，其物理理论基础及动手能力参差不齐．大学物理实验课程中的每个学生需要完成多个实验，每个实验要经过课前预习、现场实验操作、实验报告、考核等教学环节．一般大学从事大学物理实验的教师很少，因此，1位教师在1个学期内需要从事数个班级的教学工作，同一教师每堂课上需要同时指导几十个学生的数个实验操作，课后则需要批阅大量的实验报告．在实际教学中会碰到一些问题，比如如何提高预习效果，教师如何在几十个学生同时实验时及时发现及改正学生的操作错误，实验结束时如何有效地同时检查几十个学生的实验数据，批阅大量报告时如何快速有效地判断每个学生的数据处理是否正确．不断发展的信息技术在实验教学中得到广泛应用，比如大学物理实验的虚拟仿真实验的应用［2－3］，以国家仪器公司LabVIEW图形化编程语言为代表开发的虚拟仪器的应用［4－5］，基于Wifi的物理实验实时评价系统［6］，智能手机在实验室宣传、管理等方面的应用［7－9］等．受学生在实验过程中利用手机学习预习课件的启发，考虑智能手机便携性好且在大学生中已经普及的优势，笔者提出采用手机APP系统解决上述由于学生多而教师少引起的一系列实际教学问题，本文详述实现手机APP系统的具体的硬件、软件结构及系统功能，并以“简谐振动的研究”实验为例描述其主要应用．
1手机APP系统硬件、软件结构及功能结构
以学生实验时使用的智能手机移动设备为重点，手机APP系统的整个硬件的层次结构如图1所示．物理实验教学中心包括手机、个人数字助理（PDA）、便携式电脑（Laptop）等在内的移动设备可通过分布在各个实验室的无线接入点集线器接入中心交换机，进而访问中心服务器．而中心各实验室的计算机、工作站可接入中间集线器或直接接入中心交换机访问服务器．在校内教师和学生的移动或固定设备可通过校园网访问中心服务器，在校外则通过Internet进入校园网来访问实验中心服务器．手机APP系统的软件结构如图2所示，前端主要软件为学生做实验时使用的手机APP客户端，还有用于教师评估学生实验情况和批阅报告的计算机PC客户端应用及在手机和PC上的基于浏览器的应用．后端有数据库、Web服务器、业务规则服务器及其他应用服务器，为前端客户程序提供结构、非结构数据存取，网页产生及浏览，业务规则检查及其他应用服务．手机APP系统的主要功能如图3所示．系统用户角色有学生和教师2种类型，学生主要利用手机应用在实验时记录实验数据．应用系统将综合实验原理、实验条件、实验仪器的各种规则现场判断学生数据，如有错误将实时提醒学生并提供和数据错误相关的实验指导意见，实验数据及实验过程中的错误情况将保存在后台的数据库中，学生做实验报告时可以在手机或PC客户端得到实验原始数据表．其他功能还可以包括实验预习、预习检查测评及仪器操作指导等．教师利用手机APP系统可以了解实验的总体情况，现场及时发现实验出错的学生．实验数据的大部分核查工作将由手机系统在实验过程中自动完成，解决了实验结束时教师短时间内同时检查很多学生实验数据甚至出现学生排队的现象．实验后，教师可以通过手机或PC客户端访问后台数据库获得学生的实验情况、实验数据及系统自动处理好的实验结果，用于评判学生实验成绩，批阅实验报告．
2手机APP系统案例：简谐振动的研究
简谐振动的研究实验［10］在气垫导轨上研究谐振子模型的运动学规律和动力学规律，实验系统如图4所示．运动学规律的实验内容为规定振子系统初振幅x0一定的情况下，在1／4周期内利用固定在滑块上挡光片和2个光电门测量从平衡位置运动到不同位移x的时间t，从而验证运动方程：x＝x0sin（ωt），需要测量的数据见表1．实验后处理数据过程为先对滑块运动到位移xi时间的多次测量tij求平均得到ti，然后计算sin（ωti），在1／4周期内作x－sin（ωt）图，用直线图解法或线性回归法求斜率，如线性相关系数接近1，斜率和设置的振幅x0相符合，则验证了位移方程．在传统实验中，实验前学生按照类似表1的格式在报告纸设计好数据记录表格，实验时测量数据并填入表中，实验完成后教师检查数据．该实验不少学生常犯2个错误：一是光电门1没有调整到正确位置让滑块通过平衡位置时开始计时，出现计时错误；二是2个光电门由于碰撞等原因1个光电门工作不正常导致计时错误．不少学生在实验中没有及时发现并改正错误，教师则由于需要指导分布在不同实验室做多个实验的数十个学生，如学生不主动提问，往往也没机会及时发现错误并给与指导，实验结束教师检查数据发现错误时，很多数据需要重新测量，甚至需要重做实验，浪费了学生和教师的大量时间，经常导致拖堂，影响教学进度．手机APP系统可以解决上述问题，实验时每个学生用学号和密码登陆手机APP系统，手机APP客户端给出类似表1的数据表格，学生将测量的实验数据直接填入到手机APP中．手机APP系统会实时将学生测量数据和理论或参考值比较，并进行其他规则如有效数字等的检查，如有错误将立即反馈给学生，提供给学生改正建议信息，还可以根据学生出错情况进一步提供微课形式的内容指导，学生如果还无法解决问题则请教师现场指导，这样就能保证及时发现学生实验错误并给予个性化的指导，提高了教学效率．大学物理实验手机APP系统也能缓解实验结束时教师短时间内同时检查很多学生数据并逐个指导学生的难题．由于手机APP能实时发现学生实验时的大部分的错误，教师在实验时也给予了个性化指导，大大减轻了教师最后检查数据的压力．而且，和人工检查数据相比，手机APP系统检查实验数据的能力更强、效率更高．以表1的学生实验数据为例，不同学生的简谐振子系统的m，k1，k2，x0，x1，…，x7等都可以不同，导致每个学生的实验数据t各不相同，人工短时间内判断各个同学实验数据的错误存在困难，手机APP系统则很容易判断每个学生的个性化数据．如果对同一组学生的十几套仪器个性化数据，还可以避免学生互相抄袭数据，更便于准确评价学生的实验表现．手机APP系统也能帮助教师了解及评判学生的实验情况，提高教师批阅学生实验报告的效率．实验时学生的错误数据、正确数据及其他相关实验情况都将通过手机APP系统存入服务器的后台数据库．教师可以通过手机APP客户端或计算机客户端访问这些数据，了解判断学生的实验操作水平及总体实验情况，一定程度上解决了由于学生数量多，教师难以现场评判学生实验操作成绩的困难．教师也可以查询计算机自动处理的实验数据来判断学生实验报告处理实验数据的正确性，减轻了批阅报告时教师审核学生数据处理部分的工作量．在“简谐振动的研究”实验中，学生测量的m，k1，k2，x0，t1，…，t7的错误数据、改正情况、正确数据及实验进展时间等都将存入后台数据库；计算机自动计算多次测量的平均值t，计算sin（ωt），最小二乘法拟合直线x＝x0sin（ωt），给出斜率、截距、相关系数、标准偏差等拟合结果．教师通过客户端查看存入后台数据库的实验数据可以了解每个学生的实验情况；通过比较实验数据的计算机自动处理结果和学生实验报告中的数据处理结果，可以快速判断学生实验处理数据是否存在错误，提高了批阅报告的效率和准确性．手机APP系统的实现采用WeX5作为开发工具，WeX5开发的手机应用移植性好，也可以调用本地的硬件资源，用户体验优良．图5为手机APP系统学生实验时的登录界面．图6为“简谐振动研究”实验时，手机APP系统学生客户端的记录实验数据界面。
3结束语
手机应用系统应用于大学物理实验教学，有效地缓解了大规模教学需求和教师数量少的矛盾．一方面，手机应用系统在学生实验操作现场实时反馈实验数据错误，即时提供相应实验指导，保证学生按时高质量完成实验任务．另一方面，手机应用系统帮助教师掌握学生实验操作情况，并自动产生学生的实验数据处理结果，保证教师高效地批阅实验报告，准确评判学生成绩．手机应用系统是当前正在进行的各种虚拟仿真实验系统建设的很好补充，对提高传统物理实验教学质量和效率有重要作用．
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关键词： 远程教育；虚拟实验；X3D技术
Key words： distance education；virtual experiment；X3D technology
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）27—0200—02
0 引言
虚拟实验室具有良好的发展前景，作为计算机辅助教育的重要组成部分在教育领域已经受到教育界人士越来越多的关注。虚拟实验室应用于实际教学具有“减少传统实验经费支出”、“突破传统实验的时空局限性”、“规避传统实验的危险排除”等优点[1]。现代远程教育是当代社会经济和科技发展到相当程度而出现的一种教育模式[2]。它利用计算机网络进行远程教育，实现了远程教育模式可望而不及的目标即在计算机和网络、卫星系统的支持下，实现了异地同步的图像、声音以及教学双方的交流互动教学。但是由于网速、技术等方面的原因，当前国内网上远程教育有以下几点不足之处：
①网络课件集中在交互性比较少的文字性学科上；②以制作成HTML网页的教科书居多，缺乏交互性的实验课程；③使用范围主要集中在局域网或校园网，很少基于国际互联网；④教学方式以异步教学为主，缺乏同步授课平台。而对于以培养学生动手能力为主要目的的实验课程（主要是其中的虚拟实验操作）来说，首先必须有良好的交流互动性，能适时操作；其次整个界面最好是三维效果，以提高实验的真实性。而目前国内高校却很少开发基于Internet的各类实验操作网络课程；即使有开发，绝大多数也是二维效果，在实验真实感、交互性和教学效果等方面与现实实验相差甚远，不能满足实际教学的需求，而在另一方面，建立虚拟现实系统需要昂贵的硬件设备及巨额的资金投入，限制了虚拟现实技术在教育领域的广泛应用[1]。
互联网的出现和飞速发展促使信息产业各个领域发生深刻的变革，它必然会引起一些新技术的出现。鉴于互联网具有的强大生命力，2001年8月web3D协会新一代国际标准—web3D（可拓展3D）。为基于Internet的各类实验操作网络课程开发提供了不可多得的机遇。
1 虚拟实验室基本构想
1.1 基本功能 一个完整的虚拟实验室应当满足下列要求：
①自主学习功能。网上虚拟实验室要适应学员自主学习的要求，能使学员通过教学资源自主地完成课前预习、实验模拟仿真、数据处理、报告生成、问题交流与探讨等学习活动。
②网络教学功能。网上虚拟实验室应具有辅助教学、交互讨论、协作实验等功能。
③报告评阅功能。包括实验报告的递交、批改、分析、评讲等功能。
④考核评价功能。包括网络试题库、学员自测、情况调查、成绩分析等功能。
网上虚拟实验室是实际操作实验的完善和补充，两者相辅相成。网上虚拟实验室系统要满足实验预习、实验教学、课后复习、重做实验和深入研究等需要，并大力发展设计性、综合性、应用性和探讨性实验。在教学设计上，突出以学员自主学习为主，重视交互学习的过程，强调情景创设的效果。
1.2 基本组成 ①实验预习模块。此模块主要让学员在网上提前对实验目的、实验仪器、实验原理、实验步骤、注意事项进行详细的了解，以便能顺利完成实验。②实验操作模块。此模块主要让学员可以操作三维虚拟仿真仪器以完成相应的虚拟实验。③数据处理模块。此模块主要完成对大量实验数据的处理功能。④报告评价模块。此模块主要让学员填写一份实验报告，并对实验报告给予相应评价。⑤问题讨论模块。提供一个学员与教员、学员与学员之间对各种实验问题交流的空间与平台。
2 虚拟实验室技术支撑
【关键词】远程教育;虚拟学习环境;工科;远程模拟实验
【中图分类号】G420【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2010)02―0127―04
一 远程工科教育中的虚拟学习环境
虚拟学习环境是相对真实学习环境而言的,真实的学习环境是由固定的地点、具体的物体构成的,而虚拟学习环境是由计算机和网络技术营造的,呈现在学习者面前的计算机屏幕上,在这一环境中学习者所看到的物体不是真实的而是虚拟的。为了达到学习的目的,虚拟学习环境不仅向学习者呈现以文字、图形图像形式表达的学习对象,还通过交互方式使学习者获得更多的感受。对基于网络的远程教育,其教学活动的开展主要是在这种虚拟学习环境中进行的。
远程教育中开设的文科类专业课程的学习一般是非线性的,并且逻辑性要求较弱。在现有计算机和网络技术的支持下,比较容易在虚拟学习环境中实现多种形式的教学。而远程教育中的工科专业课程尤其是实验环节的学习要求则不同,一般是线性的、逻辑性较强的,并且实验环节是不可缺少的部分,目的是加深学生对课程基础知识和基本原理的理解,掌握相关实验的基本操作技能,培养科学严谨的实验态度。因此更好地发挥虚拟学习环境在远程工科教育中的效果是目前我国远程教育所面临的难题之一。
我们认为解决这一问题的切入点之一是开发远程实验。在我们已开设的工科类如化工类、药学类、机械类等专业中,实验部分的学分要求平均约占总学分的10%,因此开发远程实验本身也是课程的教学要求。
远程实验一般分为远程模拟实验和远程控制实验,远程模拟实验的实现相对比较简单,通过计算机和网络技术就可以实现,属于一种基于模拟的课程,而远程控制实验还增加了实验硬件设备及对其进行控制的系统。
根据德国远程教育工业化理论专家奥托•彼得斯(Otto Peters)[1]的观点,基于模拟的学习是一种在虚拟学习空间中的学习(本文对虚拟学习空间和虚拟学习环境的概念不作区分),虚拟学习空间的一种类型可以表示为图1。
我们试图从某些课程的模拟实验开发中对远程教育工科专业课程的虚拟学习环境进行探索和研究。
二 远程模拟实验系统
1 设计原理
(1) 采用模块化设计
根据课程要求,每门实验课程包括多个不同的实验,相比其他普通课程,实验课程中每个实验的内容比较固定,学习目标比较明确,并且所涉及的学习资源比较单一,因此在开发远程模拟实验过程中,我们对照真实的实验学习环节,探索设计了一种通用模型,即每个实验都由七个主要模块组成:
① 实验目的和原理:说明该实验对学生的要求及实验所依据的原理;
② 实验内容:说明实验的仪器、试剂、物理常数、装置图、实验步骤和结果等;
③ 实验演示:演示实验操作步骤;
④ 仪器选取:学生操作选取实验所用仪器;
⑤ 试剂选取:学生操作选取实验所用试剂;
⑥ 操作步骤排序或实验操作:学生操作对实验操作步骤进行排序,或者学生通过鼠标点击操作模拟实验装置;
⑦ 实验报告:学生填写并提交实验报告。
这七个模块是我们所构建的模拟实验系统的核心部分,在实际的实验课程开发时,根据各个实验的具体要求增减或修改组成模块,当然,也可以根据课程需要添加其他的辅助模块。
(2) 运用引导式学习策略
在基于网络的远程教育中,学习者的学习方式主要是自主学习,需要其具有一定的自主学习能力。如果在课程中包含较多的学习资源和学习要求,就会使自主学习能力较低的学习者很容易分散学习注意力,不能集中在既定的学习目标上,致使学习效率较低、学习效果较差。而远程工科实验课程逻辑性较强、课程内容基本呈线性方式,这就需要在课程设计时遵循这一特点,加强各部分学习内容中对学生的引导,使学生循序渐进地达到实验课程的教学要求。
对照上述的虚拟学习空间模型,我们将模拟实验系统的七个模块按照一定的逻辑结构进行设计,形成如图2所示的对照图。
其中模块1、模块2和模块3之间无线性关系,可以互相跳转,但是进入模块4后,学习者必须按照既定的步骤进行模块4至模块7的学习,并且进入每个模块时都有相关提示,向学习者说明该模块的目的以及完成该模块后的下一步操作,引导学习者按要求完成整个实验的操作和学习。
2 系统实现
(1) 实现方式
我们在实际开发中采用了B/S架构的方式,目前在系统中主要设置了三类用户:学生、教师、管理员。不同的用户通过各自的账号登录系统时,系统会判断其身份,学生登录进入该实验系统即可进行相关实验课程的学习和操作。
系统各模块的主要实现方式可见表1。
因模块1至模块3对应作为VLE表达的空间,只是单向的表达传递,因此用文本及视音频的方式将文字或图形图像形式的学习内容呈现给学习者。模块4至模块7中每个模块既有作为VLE语义学空间的作用,也有作为交互空间的作用,因此我们利用Flash交互、视频及网页的形式,一方面通过模拟方式呈现相关内容,另一方面通过学生和系统的交互完成实验要求的内容。
(2) 模块设计界面
在模拟实验系统中所包含的模块以导航条的形式展现在系统界面左侧,相应的模块内容展现在界面右侧中心区域,整体界面设计可见图3。
我们在系统界面图中的模块4至模块7标示了单向箭头,而模块1至模块3之间没有箭头,并且通过编程控制各模块间的跳转,更明确地向学生表示了各模块学习的顺序要求,体现引导式学习策略,而这种有明确引导的学习使得课程内容符合其线性和逻辑性的要求。各个不同的实验课程都可依据此模块界面图进行具体设计。
(3) 具体的远程模拟实验课程案例
我们以有机化学实验课程中的“苯甲酸乙酯的水蒸气蒸馏实验”为例介绍远程模拟实验的流程。根据该实验的原理和实验内容,实验的系统设计中包含了上述的七个主要模块,并且增加了一项“思考练习”,共八个模块。
“实验目的原理”、“实验内容”和“实验视频(即实验演示)”是用文本、图形图像及视音频的形式将实验的要求呈现给学生。学生可以在“实验目的原理”、“实验内容”、“实验视频”三个模块中相互跳转,充分了解该实验的要求。然后再进入之后的几个模块,“实验内容”、“实验视频” 可见图4、图5。
从“仪器选取”模块开始之后的这几个模块都是线性关系,学生根据学习提示必须一步步地通过与实验系统交互操作学习、掌握实验要求。在“仪器选取”这一模块中必须正确选取实验所用的全部仪器。根据实验课程的要求,仪器的选择顺序可以是任意排列的,全部仪器选择完成后点击提交,如果其中有选错的仪器,则错误次数记录为1次,学生需重新进行选择,直到选择正确,才可进入下一环节。 “仪器选取”可见图6。“试剂、耗材选取”与此类似,但是根据实验原理会增加对试剂选择的顺序要求。
“操作步骤”模块与“仪器选取”、“试剂、耗材选取”类似,在这一部分中学习者必须正确选择每一步实验操作步骤,选择正确的操作步骤后会演示这一步的实验操作视频,如果选择错误,系统会提示重新选择。“操作步骤”可见图7。
学生完成“操作步骤”、“仪器选取”、“试剂、耗材选取”这三个部分的操作学习后,进入“实验报告”,在这一部分中,我们将实验报告内容按不同要求设计成几部分,如实验目的、实验装置、实验步骤等,学生回答相关内容的问题,完成的各部分结果形成一份最终的实验报告,提交后教师用户就可进入实验系统进行批阅。这样学生在做实验报告的过程中更明确地体会了该实验课程的要求。“实验报告”可见图8。
在“思考练习”部分,我们根据实验要求补充设计了计时题目,进一步巩固学生的学习结果,如图9所示。
3 效果
我们将已开发完成的两门实验课程:物理化学、化工原理进行了初期试用,有36名学生自愿参加。我们对实验报告的成绩进行了统计,将每个学生每门实验课程的平均分进行分段,再统计各段的人数比例,统计结果可见图10。
从完成实验报告的情况看,学生基本都能达到实验课程的要求,并且从学生的反馈来看,模拟实验系统运行较稳定,操作界面简单易用。
三 总结与展望
目前除物理化学、化工原理两门课程外,我们还完成了其他四门实验课程的开发:有机化学、化学工程与工艺专业实验、大学基础化学、机械设计,将于下一期投入使用。除了扩大该模拟实验系统的使用范围外,我们还将学生在实验平台上的实验报告成绩作为其该课程的一项过程考核标准,突出工科课程的实验教学要求。
远程模拟实验只是对远程教育工科专业课程的虚拟学习环境探索的一个发展阶段,为开发远程控制实验提供了很好的基础。
当然,要充分满足远程工科课程的实验教学要求,仅依靠远程实验系统是不够的,我们对开设相关专业课程的学习中心事先进行了审核,确保其具有一定的实验装备条件。在此前提下我们实施“远程实验+现场实验”的工科实验课程的教学模式,对于远程实验目前还未实现或难以实现的内容通过现场实验的方式进行,不仅使远程实验和现场实验相互补充,还使远程实验的开发更有目的性和针对性,效率更高。
参考文献
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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.)
