建筑材料参与型演示实验网络教学课件的开发

【摘要】开发网络实验教学资源对于现代远程高等教育开展实验教学起着巨大的作用。文章分析了网络实验教学资源的主要形式及特点，针对演示实验教学课件学生参与较少、虚拟实验教学系统与远程控制实验教学系统开发费用较高且开发周期较长的问题，提出了参与型演示实验的形式，着重介绍了大连理工大学现代远程高等教育对建筑材料参与型演示实验网络教学课件的开发情况，总结了完成情况以及存在的问题，旨在为现代远程高等教育网络实验教学资源建设提供参考。

【关键词】建筑材料；参与型演示实验；网络教学课件

【中图分类号】G420　【文献标识码】A　【论文编号】1009－8097(2012)09－0116－04

引言

国家中长期教育改革与发展规划中，明确提出高等教育要“强化实践教学环节”，现代远程高等教育作为我国高等教育的重要组成部分，无疑也应将此作为教育改革的一个重点。现代远程高等教育主要定位于应用型人才培养，学生大多为在职从业人员，本身都在随岗实践，但随岗实践不能取代实验教学环节，实验教学环节作为现代远程高等教育实践教学环节的重要组成部分，是实现应用型人才培养目标不可缺少的重要环节。通过实验教学环节，不仅能使学生掌握实验的基本方法和基本技能，提高实际操作能力，而且有利于培养学生的观察能力、思维能力、分析能力及创新能力，使学生的实践综合素质得到普遍的提高。实验教学还可帮助学生理解和巩固所学知识，对培养学生理论联系实际的学风、实事求是的科学态度和探究问题的科学方法都具有重要意义。

然而，现代远程高等教育开办多年来，工科教学一直存在瓶颈，主要原因就在于实验教学环节难以落实。目前，大多数高校的现代远程高等教育避免开设实践要求强的工科专业，少数在现代远程高等教育开设工科专业的高校，带有实验功能的远程教学平台极少，且开设的实验种类和实验深度都不及普通高校。由于现代远程高等教育师生在时间和空间上相分离，学生分散在全国各地，量大面广，再加上工学矛盾，将所有学生全部集中到高校实验室来完成真实实验不太现实，而很多校外学习中心因场所或仪器设备缺乏不能提供真实实验的教学条件，导致现代远程高等教育照搬传统真实实验教学模式存在难以实施的困难，实验教学无疑成了现代远程高等教育的薄弱环节。为此，迫切需要开发适用于现代远程高等教育的网络实验教学资源。

一　网络实验教学资源的主要形式及特点

现代远程高等教育网上实验常见的形式主要包括演示实验、虚拟实验与远程控制实验，与之相对应的网络实验教学资源包括演示实验教学课件、虚拟实验教学系统与远程控制实验教学系统。

1、演示实验教学课件

演示实验教学课件是指将真实环境中的实验教学过程拍摄成录像后制作的实验教学课件。这样的演示实验教学课件，既有教师讲解，又有教师对整个实验的演示操作过程，效果直观形象，同学们可以在网上学习演示实验教学课件，并按照实验要求完成实验报告。如此使学生掌握整个实验的目的、内容、步骤以及操作过程，加深对理论知识的理解，特别演示实验教学课件还可以展现实验室中难以观察到的实验现象及与之相应的实际应用，扩大了学生的视野，开阔了学生的思路，能够取得真实实验不能取得的一些功效。演示实验教学课件投入成本低，制作周期短，虽然缺乏学生亲自操作实验与读取实验数据的过程，无法达到和真实实验教学相同的效果，但还是能够为学生提供如同在实验室观看实验一般身临其境的感受，使学生对实验有一个全面的了解与认识，因此可以作为目前现代远程高等教育实验教学的一种非常重要的教学资源。

2、虚拟实验教学系统

虚拟实验教学系统是指利用计算机技术、仿真技术和虚拟现实技术等在计算机上建立虚拟实验室环境，提供可操作的虚拟实验仪器，使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验，同时提供网络实验教学的一体化管理功能。如北京邮电大学已开发出计算机网络、信号与系统、电路分析、数字电路、模拟电路、高频电子线路、Linux操作系统等虚拟实验教学系统。虚拟实验教学系统一方面允许网络学生同时在线操作实验，另一方面可以将复杂的实验过程抽象化，将实验仪器简单化，大大提高了网络实验的可操作性。但是虚拟实验本身存在一定问题：一，虚拟实验只能模拟出验证类实验，所得到的数据多为预先设计好的；二，无论采取哪种技术都将不同程度的面对交互性不足、控件下载或开发维护费用高等难题；三，难以完成大量实验的快速更新和修复，加大了现代远程高等教育网络实验教学资源的开发费用。

3、远程控制实验教学系统

远程控制实验教学系统是利用计算机多媒体技术和通讯技术，将异地实验室真实的实验设备及控制系统，转换成图像、声音、状态等，并通过多种媒介方式传输到学生计算机中，参加实验的学生可以在自己的计算机中按规则控制操作远程控制实验室中的实验设备，而实验设备执行操作的过程和结果又实时地回传给学生，使参加实验的学生如同身临其境，取得和亲自到实验室现场做实验相同的效果，这可实现各高校实验设备最优化的组合，做到资源共享。如大连理工大学电工教研室与麻省理工大学合作，与之建立了远程网上实验基地。在大连理工大学校内设置服务器与麻省理工实验中心的实验室相连。每位学生可以在任意一个计算机终端登录校内服务器，访问麻省实验室。同学们可以在终端设置实验参数，通过网络远程控制麻省理工大学实验室的真实仪器。实验室完成操作后会在短时间内将实验结果及数据返回至该学生所使用的终端。但远程控制实验对传感器、执行机构和网络环境有着比较高的要求，比如要求全部实验仪器的电气化以及较高的可控性，普通的工科网络教育实验很难达到这一标准，且一个实验室无法同时接受多组学员在线操作，为应对网络实验教学的要求，必须建设多个实验室。这些都是限制远程控制实验在现代远程教育体系下发展的瓶颈。

二　参与型演示实验网络教学课件开发的必要性

工科专业的实践性和应用性很强，涉及的实验种类也很多，以土木工程专业为例，包含的常规实验项目就有三十多项。目前国内现代远程高等教育主要围绕医学、机械、电子、通信、计算机类主要专业课程进行了虚拟实验教学系统的开发，且开发的实验项目较少，而远程控制实验教学系统则主要应用于控制学科领域，应用范围较窄。因此，现有的虚拟实验教学系统和远程控制实验教学系统，远远满足不了现阶段工科专业远程实验教学的要求。由于虚拟实验教学系统和远程控制实验教学系统开发费用较高且开发周期较长，现阶段不可能对现代远程高等教育工科专业的实验教学全部实现虚拟实验教学或远程控制实验教学，还需要进行大量的演示实验教学。因此，工科专业演示实验网络教学课件的开发成为现阶段我国现代远程高等教育的必要选择。

考虑到单纯的演示实验教学课件通常只是让学生观看实验过程与现象，学生参与较少，学生学习的积极性不高，为此，大连理工大学现代远程高等教育结合工科专业实验的特点及其实际办学条件，提出了参与型演示实验的形式，该实验形式除了让学生观看实验过程与现象外，还需要学生参与其中，即通过鼠标或键盘操作读取实验数据，进行数据记录与处理，最终完成实验报告。该实验形式除了不能让学生真实操作实验外，在听取教师讲解实验、观察实验现象、实验数据读取与处理以及实验报告书写方面都使学生获得了和现场真实实验一样的体验。实现参与型演示实验教学需要配备相应的参与型演示实验教学课件。为此，需要进行参与型演示实验网络教学课件的开发。

三　建筑材料参与型演示实验网络教学课件开发

为实现参与型演示实验教学，大连理工大学现代远程高等教育利用近两年的时间进行了部分工科专业参与型演示实验网络教学课件的开发，主要开发环节包括确定参与型演示实验网络教学课件制作的要求与内容、书写实验录制脚本、现场实验录制、实验课件后期制作与配音等。这里主要就其中的建筑材料参与型演示实验网络教学课件的开发与完成情况进行论述。

1、课件制作的要求与内容

(1)课件制作的要求

①为满足不同基础和不同理解能力学生的不同需求，要求教师对实验目的、实验原理、实验仪器与设备、实验步骤、实验数据记录与处理等内容作详细讲解，让学生知其所以然、有理有据可依。

②为营造出与学生亲自参加实验操作相近的氛围和效果，要求实验操作规范、详细。

③为准确、无误地将整个实验过程展现给学生，要求推敲各细节的表现手段，充分利用多种技术，使实验过程更直观、细节部分更突出。

④为便于学生准确读取实验数据，观测实验现象，并将其填写到实验报告中，要求注重实验结果与实验现象的展示方式。

(2)课件制作的内容

建筑材料参与型演示实验选自于建筑材料课程中最基本、最重要的实验内容，即水泥实验与混凝土实验，其中水泥实验包括水泥技术性质与力学性能检验，混凝土实验包括混凝土技术性质和成型养护方法、混凝土拌合物性能、力学性能检验与评定。课件内容主要包括实验目的、实验依据、实验仪器与设备、原材料及实验原理讲解，实验过程及实验结果展示，实验数据处理与结果评定，实验报告书写等几个方面。不同于一般专业的实验，由于建筑材料实验操作细节多，对不同的细节需采用不同的手段来更好的表现。因此，大连理工大学现代远程高等教育在实验视频录制前就对各细节的表现方式进行了精心设计，旨在更简明生动地展示实验过程，更直观地观测到实验现象和结果，最终让学生更容易、更深入地理解和掌握实验内容。

2、课件完成情况及存在问题

(1)完成情况

经过对实验内容的细致分析，分别对不同实验步骤、过程和现象进行了具体表现形式的设计，课件在配有实验操作视频的同时，重点内容以演示文稿辅助展示，同时还配有教师的连贯讲解，清晰流畅，视频、音频、文稿及实验报告高度关联。主要优点总结如下：

①结合视频、音频、文字、图片、多媒体技术等手段来全面展现整个实验过程。课件的屏幕由视频区、导航区、演示文稿展示区三个区域构成，如图1所示。通过演示文稿来展示实验目的、依据、原理、仪器与设备、材料、步骤、结果、数据处理与分析等理论内容及静态实验结果；通过视频部分来展示详细的实验操作及实验现象；通过导航条便于学生找到相应的实验内容，使学生根据兴趣和对实验的理解情况自主选择相应的内容进行重复观看，增加了课件的可读性。

②采用“画中画”的方式来同步突出展示一些重要的细节操作，使实验过程更直观、细节部分更突出，如图2所示。

③对于重点内容进行指示性说明，最大程度地表达清楚实验结果，如图3所示。

④实验讲解非常细致，基本每一条注意事项及每个实验结果及读数方法都在演示文稿中配有文字说明。

⑤不同于一般演示实验，建筑材料参与型演示实验网络教学课件将实验结果详尽地展示出来了，学生可直接在视频或演示文稿中读到详细的实验数据，填写到实验报告中。

(2)存在的问题

①实验结果的“单一化”。由于参与型演示实验的操作过程源于一个独立的实验，其实验结果是确定的。因此，观看参与型演示实验课件的每个学生得出的实验结果和结论也必定是相同的，这就造成了实验结果的单一化。

②全程，“无错误”操作。由于参与型演示实验只展示了一个正确的操作过程，无法反映实验结果的随机性，也无法表现学生在亲自参加现场实验过程中所遇到的实际问题，只能使学生被动地接受“正确、顺利”完成实验这一现实，也就不便于更好地发现问题。

四　结论与展望

诸如建筑材料这类实践性和应用性较强的工科实验，经过对实验内容和表现形式的精心设计，开发出来的参与型演示实验网络教学课件在一定程度上弥补了一般演示实验网络教学课件的不足，满足了目前现代远程高等教育网络实验教学的需求，达到与学生亲自进行真实实验操作相类似的效果，且参与型演示实验网络教学课件可以重复观看，应用性和实用性更强。但是从其实验过程的正确性和单一性上来看，也存在一定的局限，无法完全达到学生参加现场实验的效果。

针对前面所提到的问题，大连理工大学现代远程高等教育将对参与型演示实验网络教学课件进行进一步完善：

(1)进一步利用多种技术手段，使学生不仅可以在屏幕上看到详细的实验展示过程，还可以对部分内容进行虚拟操作，针对学生的错误操作，系统给出错误提示和分析结果，并给出相应的改进建议，由学生进行改进后继续实验，直至合格。

(2)进一步完善教学实验数据库，组成具有多个结果的实验，使学生能够对部分实验内容进行个性化设计，比如选择不同指标的实验材料，使用不同的处理方法，进而得出几类相对不同的实验结果，这样可以在增加网络实验随机性、个性化的同时，同时增加实验课的趣味性，学生的创新能力也会得到相应的培养。

推荐访问： 建筑材料 演示 教学课件 参与 实验

---