網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字化實驗教學(xué)

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1網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的特點

1．1自行管理與自我評價的學(xué)習(xí)

通過新型數(shù)字化教學(xué)媒體，如教學(xué)儀器設(shè)備、數(shù)字化學(xué)習(xí)資源與網(wǎng)絡(luò)新媒體(BLOG、WIKI)，既可以與師生進行廣泛地交流，也可以與生生進行廣泛地交流，在此基礎(chǔ)上，對自己所要學(xué)習(xí)的知識與信息進行系統(tǒng)的、科學(xué)的管理，形成知識難易程度各異的“知識管理夾”．該“知識管理夾”采用格子鋪的形式對知識進行“擺放”，同類型難易程度相近的知識放于同一層次的不同“格子”之中，同類而難易程度有別的放于不同層次的不同“格子”之中．同時對自己的學(xué)習(xí)也可以進行自我評價，對已理解并掌握的知識進行評價后再加以管理．

1．2多樣化的學(xué)習(xí)

廣泛而又全面的數(shù)字化教學(xué)資源，靈活方便的網(wǎng)絡(luò)媒體為數(shù)字化學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ);新型實用的數(shù)字化移動學(xué)習(xí)終端、固定式學(xué)習(xí)終端，為數(shù)字化學(xué)習(xí)提供了有力的支撐．學(xué)生可利用各式各樣的學(xué)習(xí)終端，對自己所要學(xué)的內(nèi)容進行靈活地選擇，豐富的教學(xué)資源、靈活方便的學(xué)習(xí)終端、快速高效的網(wǎng)絡(luò)媒體為網(wǎng)絡(luò)化的學(xué)習(xí)提供了豐富多樣的學(xué)習(xí)方式、方法．

1．3均衡而又公平的學(xué)習(xí)

只要有良好的學(xué)習(xí)設(shè)備與暢通的網(wǎng)絡(luò)，所有人所獲取的資源都是均等的、公平的．不像自然環(huán)境中的教育狀況那樣，城市的師資較農(nóng)村師資水平高、東部沿海地區(qū)的師資較西部地區(qū)的師資水平高;更不像自然環(huán)境中的教學(xué)現(xiàn)狀那樣，師生關(guān)系好的學(xué)生倍受關(guān)注，師生關(guān)系不好的學(xué)生受到冷落．總之，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的學(xué)習(xí)形式多種多樣、公平公正．

2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實驗方案設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的學(xué)習(xí)方法很多，如自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、開放學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)等，這些學(xué)習(xí)方法都是基于一般網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的學(xué)習(xí)方法，針對智能化、智慧化的新型網(wǎng)絡(luò)，其學(xué)習(xí)方法是上述這些方法的綜合應(yīng)用，同時還需要結(jié)合具體的實驗內(nèi)容、實際的實驗環(huán)境及學(xué)生的實驗技能水平進行綜合考慮，并設(shè)計其實驗方案．下面就對智慧化(智能化)環(huán)境下的數(shù)字化實驗進行探討．

2．1基于思維導(dǎo)圖的實驗方案設(shè)計

將實驗的內(nèi)容、方法與步驟，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的具體情況，結(jié)合實際實驗系統(tǒng)平臺的特點、結(jié)構(gòu)原理及實驗應(yīng)用，按照教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的基本原理進行實驗設(shè)計，并依據(jù)實驗方法過程與步驟的基本流程設(shè)計出相應(yīng)的實驗思維導(dǎo)圖，這一流程性的實驗思維導(dǎo)圖既有實驗的方法與步驟，又有實驗的原理與應(yīng)用;既有要探究的實驗內(nèi)容，又有留給學(xué)生拓展創(chuàng)新的實驗空間，讓學(xué)生在完成基本實驗的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新與拓展，這一思維導(dǎo)圖下的實驗方案設(shè)計雖然難度較大，但對學(xué)生的實驗指導(dǎo)可從由淺入深、由易到難、由簡到繁，循序漸進地加以實施，這樣對學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)與自主探究有著較好的指導(dǎo)作用．對一般學(xué)生要求完成必做內(nèi)容，對成績較好、留有余力的學(xué)生要求完成拓展創(chuàng)新內(nèi)容，為個性化的實驗教學(xué)奠定了基礎(chǔ)．

2．2基于實驗內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)的實驗方案設(shè)計

對于一些設(shè)計性實驗、驗證性實驗，傳統(tǒng)的實驗方法是老師首先講完實驗原理、方法、步驟以后，老師再演示一遍，最后讓學(xué)生在理解觀察的基礎(chǔ)上進行實驗?zāi)７拢@樣的實驗教學(xué)方法讓學(xué)生像機器人一樣進行著一步步的實驗?zāi)７?而基于實驗內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)的實驗方案設(shè)計，要求老師在熟練掌握實驗設(shè)備、器材及系統(tǒng)平臺的功能特點以后，并能夠較好地駕馭這些實驗內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上按照學(xué)生實驗的特點及實驗?zāi)繕耍O(shè)計出相應(yīng)的實驗方法、步驟及整個實驗的流程，讓學(xué)生按照這些方法、步驟及流程自行實驗、自行探究，最后完成實驗教學(xué)任務(wù);對于水平較高的學(xué)生，相應(yīng)設(shè)計出難度稍大、綜合性水平較高的實驗項目，以實現(xiàn)個性化的教學(xué)，培養(yǎng)出不同層次的技能人才．依據(jù)實驗內(nèi)容、實驗原理、實驗設(shè)備及實驗環(huán)境，結(jié)合實驗教學(xué)的目標，設(shè)計出一科學(xué)合理的內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)實驗指導(dǎo)方案，讓學(xué)生依據(jù)這一既有一定規(guī)范、參數(shù)指標及實驗步驟的基本方案加以實施，又有一定的靈活性與創(chuàng)新性，讓學(xué)生結(jié)合自己的實際情況，依據(jù)實際實驗環(huán)境、條件與設(shè)備，進行創(chuàng)新設(shè)計、開展拓展創(chuàng)新性實驗，以完成相應(yīng)的個性化實驗訓(xùn)練，實現(xiàn)真正的個性化人才培養(yǎng)的目的．

2．3基于項目任務(wù)的學(xué)習(xí)方案設(shè)計

對于一些綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗，既要求較高的實驗環(huán)境、實驗條件與實驗設(shè)備，又要求學(xué)生能夠?qū)⒍喾N實驗設(shè)備進行綜合應(yīng)用，充分利用實驗環(huán)境及最佳的實驗方案加以完成，當實驗較為復(fù)雜、難度較大時，可將這一綜合性實驗按照實驗任務(wù)分解成各實驗?zāi)K，而每一項實驗?zāi)K又可分解成幾個簡易實驗，讓學(xué)生逐一加以完成各個簡易實驗、各項實驗?zāi)K，最后將所有的實驗任務(wù)完成后，再加以集成，以完成整個綜合性實驗，實驗完成后，再引導(dǎo)學(xué)生進行實驗拓展與創(chuàng)新，直至到達綜合性實驗的至高點，在這里老師可設(shè)計出簡易性實驗、綜合性實驗、拓展創(chuàng)新性實驗三個層次．因此，基于項目任務(wù)的實驗方案設(shè)計對完成綜合性、拓展創(chuàng)新性實驗起到較好的引導(dǎo)作用．

3網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字化實驗

3．1網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的仿真實驗

依據(jù)數(shù)字化教學(xué)資源來分，常用的仿真實驗有課件型、網(wǎng)絡(luò)課程型、網(wǎng)站型、系統(tǒng)平臺型、數(shù)據(jù)庫型等類型．依據(jù)上述幾種類型的仿真實驗，我們先后設(shè)計開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)課件型、網(wǎng)站型、系統(tǒng)平臺型三種仿真實驗．具體開發(fā)的內(nèi)容為仿真物理實驗、基于專題網(wǎng)站的兒童智能開發(fā)小實驗、少兒眼保健仿真數(shù)字化資源庫等．先后在部分初中、高中試用了仿真物理實驗，效果較好;在部分幼兒園試用了兒童智能開發(fā)小實驗，深受小朋友的喜愛、教師的歡迎;少兒眼保健仿真數(shù)字化資源庫對小學(xué)生的眼保健起到了積極的推動作用．上述三大類型的仿真實驗經(jīng)試用，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，實驗效果不夠理想;兒童智能開發(fā)只重視了智力的開發(fā)，而能力的開發(fā)與培養(yǎng)欠缺;眼保健仿真實驗范圍廣，而深度不夠．在技術(shù)上，基于智慧校園的試用，也存在一些問題，這些問題大都是測控信息傳輸不夠暢通．針對上述問題，我們對上述仿真實驗首先進行了改進與提高，同時也對智慧校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺進行了改進與功能拓展，使其在智慧校園環(huán)境下完成各種實驗，增設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備測控端口、實驗數(shù)據(jù)庫、實驗采集綜合應(yīng)用軟件等功能，使基于智慧校園網(wǎng)的仿真實驗得以順利完成，為遠程開放教育教學(xué)奠定了仿真實驗基礎(chǔ)，為中學(xué)新課程改革和仿真模擬實驗提供了技術(shù)支持．

3．2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字化實驗

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的傳統(tǒng)數(shù)字化實驗組成如圖1所示:傳統(tǒng)的數(shù)字化實驗系統(tǒng)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、微機系統(tǒng)等內(nèi)容組成．傳感器的功能用于對實驗物的物理、化學(xué)及生物等參數(shù)及性能指標進行測量測試與傳輸;數(shù)據(jù)采集器用來采集來自傳感器的數(shù)據(jù)，并通過USB接口將來自傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎?計算機系統(tǒng)首先由計算機軟件完成對數(shù)據(jù)采集器所提供的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，由計算機硬件對其實驗系統(tǒng)進行控制與實驗結(jié)果顯示等．由此可以看出，傳統(tǒng)的數(shù)字化實驗系統(tǒng)一般只能在實驗室內(nèi)完成各種實驗，而不能滿足在任何時間、任何地點來完成我們所要完成的實驗，傳統(tǒng)的數(shù)字化實驗平臺一旦增加了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與云數(shù)據(jù)庫后，既可在任何時間、任何地點，靈活地完成各種實驗;傳統(tǒng)的數(shù)字化系統(tǒng)平臺中的計算機系統(tǒng)增加物聯(lián)網(wǎng)與簡易的數(shù)據(jù)庫、傳感器也要相應(yīng)的加入Zig-Bee數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，這一裝置的體積小，但數(shù)據(jù)傳輸靈活方便，其功能完全可滿足移動實驗數(shù)據(jù)的收發(fā)需求，且使用方便靈活、價格低廉;數(shù)據(jù)采集器也要增設(shè)物聯(lián)網(wǎng)ZigBee收發(fā)裝置，使其可靈活地完成與傳感器、計算機系統(tǒng)的無線實驗數(shù)據(jù)傳輸，這種加裝了物聯(lián)網(wǎng)ZigBee裝置與簡易云數(shù)據(jù)庫的數(shù)字化實驗平臺，既可完成移動環(huán)境下的數(shù)字化實驗，又可完成固定環(huán)境下的數(shù)字化實驗．這種新型的數(shù)字化實驗系統(tǒng)，我們稱之為“智慧型數(shù)字化實驗系統(tǒng)”，如圖2，它既可滿足實驗教學(xué)的需要，又可滿足綜合實踐活動的需要，為新課程改革和創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)．

3．3基于智慧校園網(wǎng)的數(shù)字化實驗

所謂智慧校園網(wǎng)，是指具有十大管理系統(tǒng)、十大管理模塊、五大子系統(tǒng)平臺的新型校園網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)．十大管理系統(tǒng)是指智能管理系統(tǒng)、智能教學(xué)系統(tǒng)、移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)、數(shù)字化實驗系統(tǒng)、智慧文化系統(tǒng)、數(shù)字圖書館系統(tǒng)、家校通系統(tǒng)、學(xué)習(xí)分析與診斷系統(tǒng)、績效管理系統(tǒng)、教學(xué)評價系統(tǒng)等;十大管理模塊是指用戶管理、設(shè)備管理、辦公管理、教務(wù)管理、活動管理、信息準入管理、應(yīng)用管理、學(xué)生管理、物聯(lián)網(wǎng)測控及通訊管理、資源庫管理;五大管理平臺是指系統(tǒng)支撐服務(wù)平臺、應(yīng)用支撐服務(wù)平臺、系統(tǒng)總線與控制平臺、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)平臺、數(shù)據(jù)綜合采集及應(yīng)用平臺等．上述新型智慧校園中，設(shè)置了物聯(lián)網(wǎng)測控及通訊管理模塊、云數(shù)據(jù)與資源庫管理模塊，這使校園網(wǎng)內(nèi)的各種硬件資源、軟件資源、管理資源、數(shù)據(jù)庫資源等各種數(shù)據(jù)均可由校園網(wǎng)控制平臺靈活調(diào)用;傳統(tǒng)的數(shù)字化實驗系統(tǒng)中的傳感器增設(shè)了ZigBee子系統(tǒng)、采集器也相應(yīng)地增設(shè)ZigBee子系統(tǒng)，再使兩者集成在一起，形成一個高度集成的、可移動的智能測控實驗系統(tǒng)(“智慧型”數(shù)字化實驗系統(tǒng))，學(xué)生可手持筆記本電腦，將這一“智慧型”的數(shù)字化實驗系統(tǒng)與智慧校園網(wǎng)融合為一個完整的、開放的、大型的數(shù)字化實驗系統(tǒng)，這樣就可在智慧校園網(wǎng)所能覆蓋的范圍內(nèi)，完成各種數(shù)字化實驗與綜合實踐活動．

4結(jié)束語

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)較適于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)與探究學(xué)習(xí)，3G網(wǎng)絡(luò)既適于上述各種學(xué)習(xí)方法，也適用于開放學(xué)習(xí)、基于項目任務(wù)的學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)等，由于上述這兩種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不能滿足海量信息的傳輸與調(diào)用，故不適合于基于物聯(lián)網(wǎng)的多傳感器數(shù)據(jù)的同時傳輸;因此，需采用智慧校園網(wǎng)來完成新型的移動式數(shù)字化實驗這一任務(wù)，在智慧學(xué)習(xí)過程中，又增加了學(xué)習(xí)分析、學(xué)習(xí)診斷及績效學(xué)習(xí)評價等諸多信息的傳輸與調(diào)用功能，因此智慧校園網(wǎng)既可滿足數(shù)字化移動實驗，又能滿足智慧學(xué)習(xí);在滿足智慧學(xué)習(xí)、移動實驗等學(xué)習(xí)需求的同時，智慧校園網(wǎng)還可以同時滿足學(xué)生的各種綜合實踐活動的具體需求．因此，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字化實驗已由傳統(tǒng)的室內(nèi)數(shù)字化實驗，向基于3G網(wǎng)絡(luò)的開放性實驗系統(tǒng)平臺進行升級，當前又向基于智慧校園網(wǎng)絡(luò)來完成各種移動實驗與智慧學(xué)習(xí)的方向快速發(fā)展．

作者：李穎單位：山東魯能光大物聯(lián)網(wǎng)與智能電器研究所