远程线上参与性实验教学模式的设计与实践.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.26 No.3 Jun.2023 远程线上参与性实验教学模式的设计与实践刘洪南,王东爱,刘美华,孟 毅,张海军,常 青(天津商业大学 机械工程学院,天津 300134)摘 要:为解决目前高等教育线下实验教学投入高、线上实验教学学生参与度低等问题,为使学生在线上实验学习中能直接参与实验,最大限度发挥现有线下实验教学资源的优势及信息技术在远程教学中的作用,开发了“外径尺寸测量实验课程的网络教学平台”,这是一款针对高等工科院校、高等职业教育实验教学而开发设计的软件产品。通过实践发现,在实验教学中使用这一教学平台,对提高教学效率、提升教学效果发挥了重要作用,同时学习者也可以在线上远程部分参与到实验的学习中。关键词:远程教学;线上实验教学;高等工科教育;数字化教学中图分类号:G434 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.03.021Design and practice of remote online participatory experiment teaching modeLIU Hongnan,WANG Dongai,LIU Meihua,MENG Yi,ZHANG Haijun,CHANG Qing(School of Mechanical Engineering,Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China)Abstract:In order to solve the problems of high investment in offline experimental teaching in higher education and low participation of students in online experimental teaching,enable students to directly participate in the experiment in online experimental learning,and maximize the advantages of existing offline experimental teaching resources and the role of information technology in remote teaching,this paper develops a network teaching platform for the experimental course of diameter measurement,which is a software product developed and designed for the experimental teaching of higher engineering colleges and higher vocational colleges.Through practice,it is found that the use of this teaching plat-form in experimental teaching plays an important role in improving teaching efficiency and improving teaching effect.At the same time,learners can also participate in experimental learning online and re-motely.Key words:distance teaching;online experimental teaching;higher engineering education;digital teaching 收稿日期:2021-10-29 修改日期:2022-09-30作者简介:刘洪南,工学学士,高级实验师,主要研究方向为实验教学方法。E-mail:lhnan 通讯作者:王东爱,工学博士,副教授,主要研究方向为机械设计制造。E-mail:wangda 实验教学是高校教学工作中非常重要的组成部分,学生在人为控制条件下操作实验设备,然后通过现象观察、数据采集与分析等,以此获取对相关知识的学习与能力的拓展。一直以来,因为投入成本高,占地面积大等问题一直困扰着实验教学的提升及改革。随着计算机、网络硬件及软件技术的迅速发展,为实现实验教学的网络化教学提供了非常好的契机 1-3,人们曾尝试利用数字化技术 4-6,采用如虚拟仿真设计替代实验教学的实际操作,但这种观看式的学习,学生的参与度低、学习效果大打 折扣 7-8。2020 年突如其来的新冠疫情,打乱以往的教学模式,全国各地院校为落实“停课不停学”,多措并举开展了形式多样的在线教学活动 9-10。在线教学有不同的模式、不同的特点、不同的学习形态,也出现了不同形式的学习平台。然而,新冠疫情也检验出在线教学能力的不足,尤其是实验教学问题更加突出。作为线下实验教学,学生可以在现场操作实验设备,实验过程中培养学生的团队协作和刘洪南,等:远程线上参与性实验教学模式的设计与实践动手能力。但转为线上授课时,这些过程性技能学习将难以保证,这也是制约实验实践类课程线上授课的重要因素。另外有借助仿真实验平台进行线上实验教学,但是仿真实验平台对硬件设施要求较高,学生学习中缺少互动性,只能被动看着视屏,参与性低,实践动手能力难以保证,这需要在推进教育信息化建设的过程中进一步加强实验教学的建设,充分发挥数字化教学平台在互联网上的应用。针对目前线上实验教学存在的诸多不利因素,为最大限度保证教学效果,这里以高等工科教学中“外径尺寸测量实验”为实例,探索一种学生也能参与其中的线上实验教学方法。在实验教学中,教师一方面要引导学生主动学习,同时也要保证学生参与其中,真正发挥学生主体学习的作用。1 系统硬件结构设计在高等工科院校及职业教育中,“外径尺寸测量实验”是必做实验之一,主要使用立式光学计进行测量轴径。立式光学计是测量外尺寸的常用设备,该设备利用光学杠杆的放大原理,将微小的位移量转换为光学影像的移动,是一种高精度光学机械式测量仪器。该设备已被广泛应用于计量测试院所、企业计量室、工量具与精密零件制造企业,也是各大专院校典型教学仪器之一。该系统硬件主要由立式光学计、计算机及交换机等三部分组成,如图 1 所示。其中,计算机主要用于对测量数据的采集及分析处理,开发的软件系统可以在操作系统 WINDOWS XP、WINDOWS 7、WIN-DOWS 8 等系统下运行,占用空间不大。(a)立式光学计 (b)交换机(c)计算机图 1 数字化教学系统硬件组成2 远程教学系统功能设计2.1 实验设备调试教师一人可以在实验室进行设备的调试与操作,学生在线视频观看。在这个过程中,教师与学生可以通过视频、音频进行互动讨论。图 2 所示为在实验室中已经调试好的设备,其中图 2(b)所示为测量部位的局部放大图。教师在实验室调试好设备后,学生可以线上进行数据采集与处理。(a)设备整体外观(b)局部放大图 2 立式光学计测量外径 2.2 测量数据数字化因为该测量已经实现数字化,测量数据采集软件可以安装在每一位学习者的电脑中,如图 3 所示,通过双击计算机桌面的“精密测量系统”,即可启动“外径尺寸测量实验”界面图 3(a)、图 3(b)所示为已经打开的软件界面。(a)软件桌面启动(b)软件界面图 3 精密测量系统界面在对样品进行测量数据采集之前,每一位学习18者可以在自己电脑中对相关参数进行设置或者修改,如图 4 所示。图 4(a)为“参数设置”的下拉菜单,图 4(b)、图 4(c)分别为系统校正和温度补偿值等相关参数的修改窗口。(a)参数设置的下拉菜单(b)系统校正(c)温度补偿值图 4 参数设置界面 图 5 所示为需要填写的被测样品的相关信息。图 5 被测样品信息当相关参数设定完成后,学生可以进行线上远程对测量数据的采集及处理工作。图 6(a)所示为对一个被测样品的一组测试结果,如果发现测量数据不合理可以删除,如图 6(b)。(a)一组测试数据(b)删除数据界面图 6 外径尺寸测量数据采集 当测试数据采集完成后,可以以 Excel、word 格式保存在自己计算机中,或者远程提交到教师机端完成实验。如图 7 所示。图 7 生成的实验报告2.3 教师机端功能教师可以使用实验室中的计算机远程观测到每一位学生的学习状态,并且给出学生一对一的学习指导。图8 所示教师机端主界面,其中图8(b)为图 8(a)局部放大图,在线学生与不在线学生界面有不同显示。(a)整体 (b)局部放大图 8 教师机电脑界面28 刘洪南,等:远程线上参与性实验教学模式的设计与实践教师机端软件功能具有远程控制及登录学生状态统计等功能,可以进行教学演示、讲评、视频广播、个别辅导、多屏查看等,如图 9 所示。教师机的屏幕画面和语音等多媒体信息可以实时地传送给全体或部分学生,学生也可以清楚地看到教师的操作。图 9 教师机端功能按钮如果在教师机程序“设置”的“权限设置”中选中“允许协同操作”,如图 10 所示,学生端学生可以边看教师演示边自己操作。另外,利用此功能,教师可以选中任一位学生,所选中的学生将被作为教师讲评的对象,面对全体学生进行讲评。教师和被选中的讲评学生之间可以进行对话。当个别学生遇到问题时,教师可以利用该功能对遇到问题的学生进行单独辅导。图 10 协同操作设置选中需要查看的学生数量可以是单个、多个或全部,教师可以实时查看到所有学生的电脑屏幕变化。见图 11 所示。点击图 11(b)中“教学演示”功能,教师可以操作自己电脑对所有学生进行屏幕演 (a)教师机端屏幕 (b)多屏查看右键菜单图 11 多屏查看学生状态示,点击“个别辅导”可对当前学生屏幕进行远程控制。在上述实验中,设备操作是由教师在实验室一个人完成,学生可以在线视频观看,同时与教师进行互动。待设备调试好后,由学生远程线上对测量数据进行采集与处理。这样增加了学生线上实验学习的参与性和主动性。3 结语2020 年的新冠疫情使学校的教学秩序受到了前所未有的挑战,授课方式也由集中面对面的线下转为线上。但是这种线上教学对实验教学来说存在着学生参与性低、学习效果不理想等问题。为使学生在线上教学中也能参与实验,最大限度发挥现有线下实验教学资源的优势及信息技术在远程教学中的作用,本文首先对实验室现有实验设备进行数字化升级,实现测试结果采集和处理的数字化,学生可以远程直接访问该实验设备,通过软件对实验数据的多次采集及分析。这样,教师一人在实验室操作设备,学生远程观看教师对设备的操作,待设备调试好后,学生可以远程进行实验数据的采集及分析。同时借助网络教学平台,教师可以在实验室中的一台电脑上时时观察、时时在线指导每位学生的学习情况,实现了学生在线上远程部分参与实验的学习。参考文献(References):1 王利娟.信息时代高校网络化教学质量提升策略探究J.开封大学学报,2020,34(2):58-60.2 范一强,崔玉龙,韩锐,等.电工电子实训中心网络化教学改革J.实验室科学,2019,22(3):76-79.3 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