CN105513435A - 一种互联网+实验教学系统 - Google Patents

Abstract

一种互联网+实验教学系统是按实验课程任务书的要求，将学生的学习视角从书本和课堂延伸到网络空间，在学生+实验室+移动互联网/互联网+教师的框架中，构建为图1所示的信息输入输出、信息遴选加工、实验成品制作的实验教学系统；其中所述信息输入输出子系统由老师+学生+实验室与操作+移动互联网/互联网组成；信息遴选加工子系统由触觉、视觉、听觉神经元形成的课程认知网络，经存储、加工、优化，反馈新信息到实验成品制作子系统；实验成品制作子系统由实验成品+实验室+学生+移动互联网/互联网组成，通过系统间互联互动的多次运作，产出实验成品。

Description

一种互联网+实验教学系统

技术背景

本发明涉及实验教学、认知科学领域。具体涉及一种互联网+实验教学系统，它是在实验教学环境中，由实验室+互联网+学生+教师形成的教学空间，经互联互动构建的一种应对21世纪信息爆炸的新型实验教学系统。

背景技术

现有的实验教学模式是以实验室+老师+学生为主线的“喂食”式平面结构；201310694588.0专利提出了“一种基于全景学习系统平台的师生互动教学方法”,实际上是一个移动教室,学生在封闭的虚拟网络空间被动地接受知识,教学模式仍然是平面型的，缺少在网络信息海洋中鉴别、遴选信息的思维冲击；发明人2009年发表的“觅食教学法——数字电路实验教学中的新模式”论文中，提到为适应知识经济时代对教学改革新要求，充分应用互联网这一获取浩瀚知识的便捷平台，形成了一个开放的教学体系。在这个体系中，学生是主体，他们独立地开展各项工作：收集实验素材、整理加工实验方案、相互咨询探讨，无形中营造了互教互学互邦的极具活力的学习氛围。由于教学时间与空间的延伸，引导学生从传统的“喂食”学习状态，转化为“觅食”状态，极大地调动学生的主观能动性，特别有利于挖掘学生个体的潜质。该文虽然在实验教学中，引入了互联网，展现了它的功能作用，但没有从课程认知网络的视角探讨实验教学系统，也没有将人脑与电脑无线连接的课程认知网络用于教学中。本发明是以学生为试验对象，取得良好实验教学效果的基础上，提出的一种互联网+实验教学系统，或实验教学模式。

发明内容

互联网+实验教学系统是发明人以所在985高校信息科学与工程学院计算机科学与技术、信息安全、保密管理、智能科学与技术、物联网工程与软件工程6个专业、24个班，657名学生为对象，进行电路和电子实验教学基础上提出的，如表1所示:

表12013-2014年参与本专利进行电路和电子实验教学的专业与人数

本专利所要解决的技术问题是：顺应互联网时代的要求，将学生的学习视角从书本和课堂延伸到网络空间，在学生+实验室+互联网+教师的框架中，构建为图1所示的信息输入输出、信息遴选加工、实验成品制作的实验教学施教模式，在这一模式中，老师给学生提供的信息逐渐衰减，互联网的信息需求不断扩大；移动终端的便捷提高了搜集信息效率；有序训练之后，学生从错综复杂的网络中不断提高获取信息的精准度；经大脑遴选加工，形成由弱/小到强/大的课程认知网络：一是学生从多角度、多渠道向神经元输入目标信息，在大脑的多脑区存储信息；二是大脑对信息的比较和遴选，激活多脑区协同工作，建立可持续发展关于目标信息的课程认知网络；三是增强的课程认知网络遴选加工信息能力有利于形成终身学习模式；课程认知网络不断扩张使大脑神经元对存储信息进行优化连接，有利于萌发创新思维。本发明定义的课程认知网络是：从大脑对课程产生认知，到该课程的知识能够在大脑中快速运行，高效、正确地解决实际问题时，该课程的知识存储在大脑的多个脑区、可被唤醒的区域称为课程认知网络；由于神经元的突触连接是动态的，各课程的知识可以互联、扩张、优化，由课程认知网络扩展到学科认知网络。

为实现上述技术效果，实施的技术方案是：

1.一种互联网+实验教学系统，其特征在于按照实验课程任务书(图2)的要求，将学生的学习视角从书本和课堂延伸到网络空间，在学生+实验室+互联网+教师的框架中，构建为信息输入输出、信息遴选加工、实验成品制作的实验教学体系(图1)；其中所述信息输入输出子系统由老师+学生+实验室与操作+互联网组成；信息遴选加工子系统由触觉、视觉、听觉神经元形成的课程认知网络，简称课程认知网络，经存储、加工、优化，反馈新信息到实验成品制作子系统；实验成品制作子系统由实验成品+实验室+学生+互联网组成，通过子系统间互联互动的多次运作，产出实验成品；

随着实验教学施教进程，静态的实验教学结构将随课程进度发生重组与变异，由图1结构变异为图3、4、5的结构，其中信息输入输出子系统与实验成品制作子系统将重组为一种复合平台，课程认知网络与互联网的功能作用由弱变强，复合平台中的老师作用由主导衰减为辅导，学生成为实验教学模式的主体，独自完成实验成品的制作。

2.根据权利要求1所述一种互联网+实验教学系统，其特征在于实验教学系统的施教过程，分为课前、初期、中期、后期四个阶段：

一是施教的课前阶段或课程认知网络创建期：无实验教材提供，只发实验课程任务书，学生接到实验课程任务书后，教学环境转变为立体实验教学模式，学生尽可能在实验原理、实验电路、实验方案和实验报告写作上从网上获取相关信息，为形成课程认知网络作预备；

二是施教的初期阶段或课程认知网络婴儿期(图3)：学生对课堂和老师的依赖大，从互联网搜集的实验所需资料杂乱，信息可用度不高；实验必须在老师指导下才得以完成；实验室给学生大脑提供了视、听、触的课程信息输入，能够快速、有效地在学生大脑中建立起课程认知网络；老师通过对比、分析和解释实验任务书(图2)的方案，给学生提供多视角获取信息的途径；

三是施教的中期阶段或课程认知网络成长期(图4)：学生在互联网和老师指导下进行自主设计和仪器设备的操作，学生对教师的依赖降低，互联网对课程认知网络的发展作用增强；学生能够有效地从互联网上遴选合用的实验资料，拿到实验室开展工作；当学生遇到难点时，先从网上搜索答案，从中获得更多的课程认知信息，推进课程认知网络的发展；例如，计算机科学与技术专业的黄同学在实验总结中写道：“掌握了用示波器显示李萨如图形，对RLC交流电路有了更深入的了解。总的来说此次试验比较顺利，遇到的一些操作问题也通过上网百度解决了”。此时学生更愿意借助互联网找到问题的症结；这个过程中，学生自主学习能力开始形成；

四是施教的后期阶段或课程认知网络成熟期(图5)：学生借助网络和纸质资料进行独立设计和创作，不再依赖老师的指导，课程认知网络与互联网协同作用增强与扩大，借助互联网获得线索和关注信息，借助书籍期刊杂志等充实和完善创意知识，将这些知识带到实验室从事创新性设计与制作。

上述实验教学系统的四个阶段，通过以下操作流程实现(以电子、电路实验教学为例)：

1.实验课前给学生布置的工作

(1)实验课计划做12个实验，一次设计测试。实验内容由三个部分组成，一是按照李瀚荪的电路分析基础教材的内容安排相应的实验，二是根据同学的需求和提议增减实验，三是根据实际电路应用价值给同学们布置实验任务；

(2)每次实验的时间控制在2小时，若是课程上实验结果不理想，或想超前完成实验任务的学生，可在实验室没课的情况下来实验室自由自主做实验，实验室在课程运行期间12小时开放；

(3)实验课程计划是，没有给学生提供实验教材，只提供实验任务，具体的实验电路由学生根据所学的、或将要学的知识，自己制定，也可以从网上搜索所需的电路资料。这样做，可能开始的时候感觉难，或不习惯，但不久，很快会适应，在搜索和收集资料的过程中，学生会发现收获更多；

(4)电路设计软件multisim和proteus从网上下载，电路软件用于画电路图和进行软件仿真；

(5)实验课堂上，学生要参照自己准备的实验资料来进行实验，有疑惑之处，老师给与解答；由于实验是独立完成，所以每个人都需要准备好实验资料，若是没有任何准备，空手而来，会感到一片茫然，即使跟着其他同学一步一步去做，实验之后的收效甚微；况且为了督促学生们做好预习，课前要检查预习资料，这项检查将计入实验成绩；

(6)实验报告也没有给固定的模板，由学生自己设计，可在网上参照其他报告，设计出自己风格的实验报告；报告中必须包含以下内容：①实验题目；②实验内容(关键信息)；③实验环境(仪器用品等)；④实验原理和实验电路；⑤实验步骤和数据记录；⑥实验结果计算和分析；⑦实验总结。报告写好后，发到实验老师的邮箱里。

2、实验操作流程

第1次实验课，学生模仿老师对元器件进行测量和识别操作；

第2次实验课，学生在老师示范下使用实验室的仪器仪表；

第3次到第4次实验课，学生开始按准备好的电路图搭接电路验证电路定律和定理，目的是熟悉元器件和仪器仪表使用，以及检验自己准备的实验资料是否完善；

第5次到第12次实验课，学生进入实用电路设计、操作环节，此时学生获得的电路图不完善，需要在实验前进行讨论和交流，确定理想方案。经过对比、遴选和分析，学生对电路认知网络不断扩展和加强。体现在以下几点：一是获取信息的精准度提高，二是分析电路和解决电路困境的能力提升，三是从实验报告的写作看出学生对实验数据的观察分析加强，四是发现网上的资料总有漏洞，需要在实验室进行检验和修正，从错误中学习对课程认知网络起到强化作用，因为“错误信息”比“正确信息”在大脑中留下更深记忆。

以六个专业、657名学生为试验对象，采用互联网+实验教学系统，给当代大学实验教学带来了活力，取得以下具体成效：

(1)有利于学生自主学习；

(2)有利于提高学生收集信息的精准度；

(3)有利于扩展学生的课程认知网络；

(4)有利于学生通过对比学习，选择最优方案；

(5)有利于学生发现科学前沿和瓶颈；

(6)有利于学生在浩瀚的互联网信息中抓住方向，不致迷失。

附图说明

图1为互联网+实验教学系统结构示意图；

图2为实验任务书；

图3为实验教学系统施教初期阶段结构示意图；

图4为实验教学系统施教中期阶段结构示意图；

图5为实验教学系统施教后期阶段结构示意图；

图6为实验教学法施教实验成绩走势曲线。

具体实施案例

985大学信息科学与工程学院2013级物联网工程专业学生62名，采用本专利提出的互联网+实验教学系统，经过12次实验训练后，最后的实验设计自主完成；学生的电路实验平均成绩走势曲线如附图6所示：实验成绩走势线分成三段：第一段从实验1到实验4，第二段从实验5到实验12，第三段是自主设计性实验，由学生独立完成：

第一阶段是基础训练，熟悉仪器仪表的使用，借助电路的基本定理和定律分析实验数据；这部分的实验成绩逐渐上升，说明学生对测量的认知网络得以建立；

第二阶段进入对电路的测量和分析，起初这部分的知识不足，引起成绩下降；经过7次对经典电路的组建、测量和分析，学生对电路的认知网络渐渐扩展，成绩同样逐渐上升，趋于稳定；

第三阶段由于是自主设计性实验，学生必须从互联网多方收集信息来完善电路，此时学生对电路的认知网络受到激励得以壮大，成绩显著提升。

Claims (2)

1.一种互联网+实验教学系统，其特征在于按照实验课程任务书(图2)的要求，将学生的学习视角从书本和课堂延伸到网络空间，在学生+实验室+互联网+教师的框架中，构建为信息输入输出、信息遴选加工、实验成品制作的实验教学体系(图1)；其中所述信息输入输出子系统由老师+学生+实验室与操作+互联网组成；信息遴选加工子系统由触觉、视觉、听觉神经元形成的课程认知网络，简称课程认知网络，经存储、加工、优化，反馈新信息到实验成品制作子系统；实验成品制作子系统由实验成品+实验室+学生+互联网组成，通过子系统间互联互动的多次运作，产出实验成品；

随着实验教学施教进程，静态的实验教学结构将随课程进度发生重组与变异，由图1结构变异为图3、4、5的结构，其中信息输入输出子系统与实验成品制作子系统将重组为一种复合平台，课程认知网络与互联网的功能作用由弱变强，复合平台中的老师作用由主导衰减为辅导，学生成为实验教学系统的主体，独自完成实验成品的制作。

2.根据权利要求1所述一种互联网+实验教学系统，其特征在于实验教学系统的施教过程，分为课前、初期、中期、后期四个阶段：

一是施教的课前阶段或课程认知网络创建期：无实验教材提供，只发实验课程任务书，学生接到实验课程任务书后，教学环境转变为立体实验教学模式，学生尽可能在实验原理、实验电路、实验方案和实验报告写作上从网上获取相关信息，为形成课程认知网络作预备；

二是施教的初期阶段或课程认知网络的婴儿期(图3)：学生对课堂和老师的依赖大，从互联网搜集的实验所需资料杂乱，信息可用度不高；实验必须在老师指导下才得以完成；实验室给学生大脑提供了视、听、触的课程信息输入，能够快速、有效地在学生大脑中建立起课程认知网络；老师通过对比、分析和解释实验课程任务书的方案，给学生提供多视角获取信息的途径；

三是施教的中期阶段或课程认知网络的成长期(图4)：学生在互联网和老师指导下进行自主设计和仪器设备的操作，学生对教师的依赖降低，互联网对课程认知网络的发展作用增强；学生能够有效地从互联网上遴选合用的实验资料，拿到实验室开展工作；当学生遇到难点时，先从网上搜索答案，从中获得更多的课程认知信息，推进课程认知网络的发展，学生自主学习能力开始形成；

四是施教的后期阶段或课程认知网络成熟期(图5)：学生借助网络和纸质资料进行独立设计和创作，不再依赖老师的指导，课程认知网络与互联网协同作用增强与扩大，借助互联网获得线索和关注信息，借助书籍期刊杂志充实和完善创意知识，带到实验室从事创新性设计与实验成品制作。