王德利，湯海峰，孟 威，孟慶繁，滕利榮

（吉林大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130012）

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的日新月異，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化的信息技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于教育事業(yè)，正在逐漸地改變著高校的教育教學(xué)方式［1-2］。近年來，我國高等學(xué)校數(shù)字化校園建設(shè)受到廣泛的重視［3］，作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的重要創(chuàng)新，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)與應(yīng)用正在不斷改變著高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，并極大地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)效益。

1 數(shù)字化資源庫的建立

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料的儲存。實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料收集要全面。實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)模塊包括教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、考評方式與標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)設(shè)計(jì)、評價(jià)考核、實(shí)驗(yàn)室安全教育等項(xiàng)目；實(shí)驗(yàn)過程管理模塊包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)及考試安排通知單、實(shí)驗(yàn)成績分析報(bào)告單、實(shí)驗(yàn)助教成績評定表、實(shí)驗(yàn)習(xí)慣要求等項(xiàng)目；實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)指導(dǎo)模塊包括學(xué)習(xí)指南，教學(xué)單元中的重點(diǎn)難點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)基本技術(shù)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)報(bào)告與實(shí)驗(yàn)記錄撰寫方法及要求等項(xiàng)目；實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評價(jià)模塊包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)試題庫、實(shí)驗(yàn)考試題庫、實(shí)驗(yàn)習(xí)慣成績、預(yù)習(xí)成績、操作成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績及實(shí)驗(yàn)總成績單等項(xiàng)目。

（2）照片或圖片的儲存。主要是實(shí)驗(yàn)操作過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的照片。拍攝這些照片時要做到拍攝角度恰當(dāng)、視角專業(yè)、像素適宜、光線充足、圖像清晰。要使用專業(yè)照相機(jī)拍攝。

（3）視頻或錄像短片儲存。視頻拍攝前要做好充分的場景與器材準(zhǔn)備，動作圖像與音頻應(yīng)分開制作，要為動作的拍攝準(zhǔn)備拍攝腳本，為音頻錄制準(zhǔn)備解說稿本。要選擇專用實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)攝像器材，確保錄音和錄像質(zhì)量。拍攝場景和器材要符合拍攝要求。

（4）CAI（computing assisted instruction）課件的儲存。制作前要對課件的主題和結(jié)構(gòu)有清晰的把握，要做充分的素材準(zhǔn)備。首頁應(yīng)清新整潔、創(chuàng)意新穎、華麗優(yōu)美，切忌多幅圖片雜亂無章、主題不明、文本繁多、色彩過雜、搭配不當(dāng)?shù)取４雾撃夸浺唵蚊髁?，其他所有?nèi)容都只能是目錄的陪襯，決不能喧賓奪主。文字內(nèi)容要言簡意賅、主題鮮明、詳略得當(dāng)、恰到好處；動畫效果要合理適度；圖文混排要布局合理，背景應(yīng)清雅，切忌零亂。

2 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺組件

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺包括“虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”等5個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都有軟件，并需要進(jìn)行硬件的購置、安裝、調(diào)試。軟件包括驅(qū)動程序、安裝程序、服務(wù)器軟件、客戶端軟件等；硬件隨子系統(tǒng)的功能不同而有所不同，但基本的構(gòu)成包括服務(wù)器、客戶端計(jì)算機(jī)、顯示器、高清數(shù)碼攝像頭、數(shù)字化投影儀、交換機(jī)、耳機(jī)、數(shù)碼顯微鏡等。此外還要制作數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺網(wǎng)站，并通過校園局域網(wǎng)與Internet寬帶順暢相連，滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要。用戶可以在任何時間、地點(diǎn)輕松登錄，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)。

3 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺結(jié)構(gòu)、內(nèi)容及功能特點(diǎn)

利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和交互活動，有利于學(xué)生跟進(jìn)學(xué)科前沿發(fā)展、提高動手能力和進(jìn)行基礎(chǔ)性的科研訓(xùn)練［4］。通過對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺及其子系統(tǒng)的開發(fā)、建設(shè)及整合，該平臺已廣泛應(yīng)用在我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量起到了重要推動作用。

3.1 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)

按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)要提供逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，要能夠隨意使用和操作所需的虛擬儀器和器材，并依據(jù)具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，建立與教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的仿真操作［5-6］，并能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時記錄和分析。系統(tǒng)還具有實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需要的其他輔助功能，如介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗鸵?，?shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備的使用幫助等。學(xué)生可以自行選擇實(shí)驗(yàn)動物、實(shí)驗(yàn)器械和處理因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)。

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，涵蓋了大量的實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真內(nèi)容。為了提高系統(tǒng)的仿真效果，在設(shè)計(jì)時應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行突破：（1）模擬仿真性，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為使用者構(gòu)建了一個模擬仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；（2）互動交流性，利用多媒體編程軟件功能來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)時的人機(jī)交互完成實(shí)驗(yàn)；（3）趣味創(chuàng)新性，模擬實(shí)驗(yàn)生動有趣，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容允許學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)動物、實(shí)驗(yàn)藥物以及實(shí)驗(yàn)器械，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造性與創(chuàng)新性；（4）網(wǎng)絡(luò)開放性，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)向用戶開放，實(shí)驗(yàn)者可以自由地進(jìn)入或退出，具有良好的開放性；（5）用途廣泛性，對教師而言起到輔助教學(xué)的作用；對學(xué)生而言，則起到知識的預(yù)習(xí)、熟悉及強(qiáng)化的作用［7］。系統(tǒng)還應(yīng)具有實(shí)驗(yàn)成本低、難度小、不受時間空間限制，操作簡便易行等優(yōu)勢。

在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容確定是否有必要設(shè)計(jì)成虛擬實(shí)驗(yàn)；或者在一個實(shí)驗(yàn)過程中，哪一部分內(nèi)容有必要設(shè)計(jì)成虛擬實(shí)驗(yàn)，而哪些部分是只設(shè)計(jì)成示教實(shí)驗(yàn)［8］。在設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)時還要考慮人機(jī)交互，要有簡單而形象的操作界面，要方便人的參與和控制，模擬的實(shí)驗(yàn)動物、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)耗材以及實(shí)驗(yàn)輸出等有較高的仿真性（最好用現(xiàn)場環(huán)境和實(shí)物照片），顯示的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象要真實(shí)直觀。要具體考慮到所在學(xué)校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境是否適合開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要設(shè)計(jì)出能在教學(xué)中應(yīng)用并能達(dá)到減少實(shí)驗(yàn)成本，使教學(xué)資源充分共享的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

3.2 精品資源共享課程建設(shè)

國家精品資源共享課程是以普及共享優(yōu)質(zhì)課程資源為目的，體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想和教育教學(xué)規(guī)律，服務(wù)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)，展示教師先進(jìn)教學(xué)理念和方法并通過網(wǎng)絡(luò)傳播的開放課程。教育部明確要求“精品課程要使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)與管理，相關(guān)的教學(xué)大綱、教案、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)目錄等要上網(wǎng)并免費(fèi)開放，鼓勵將網(wǎng)絡(luò)課件、授課錄像等上網(wǎng)開放，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享［9］”。

我國精品資源共享課程建設(shè)起步較晚，尚不能滿足學(xué)習(xí)者深層次的學(xué)習(xí)需求［10］。我們所建設(shè)的精品資源共享課，以教師和學(xué)生為服務(wù)主體，也面向社會開放。實(shí)驗(yàn)課程是精品資源共享課的重要組成部分，我們在建設(shè)精品資源共享課時盡量避免簡單的課堂搬家，注重實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的展現(xiàn)，對專業(yè)性問題進(jìn)行了深度剖析和詳細(xì)論述。在進(jìn)行內(nèi)容規(guī)劃時，加強(qiáng)對課程的頂層設(shè)計(jì)，既包括經(jīng)典的學(xué)科知識體系，又融入學(xué)科前沿知識和課程建設(shè)的學(xué)科優(yōu)勢與特色。在課程設(shè)計(jì)時，根據(jù)需要按實(shí)驗(yàn)技術(shù)類型或按實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目劃分章節(jié)，但始終遵循了“由簡單到復(fù)雜，由基礎(chǔ)到綜合”的基本原則，使知識結(jié)構(gòu)形成了一個完整的體系。講授過程中力爭做到取材合適，內(nèi)容闡述循序漸進(jìn)，有啟發(fā)性、便于自學(xué)，使學(xué)生能夠掌握基本理論、基本知識和基本技能。

3.3 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控互動系統(tǒng)建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控互動系統(tǒng)采用全數(shù)字化的計(jì)算機(jī)壓縮技術(shù)，具有“模擬”監(jiān)控系統(tǒng)無法比擬的許多優(yōu)點(diǎn)，可以完全自動地對監(jiān)控對象進(jìn)行不間斷的全程監(jiān)控，并可以非常方便地查詢?nèi)我粫r間、任一地點(diǎn)的現(xiàn)場圖像。系統(tǒng)采用先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)，使得圖像質(zhì)量更高、更易于保存。

信號采集系統(tǒng)是整個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控互動系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有在前端采集到了良好的圖像信號，才有可能在后端進(jìn)行高質(zhì)量的回顯與存儲。攝像機(jī)的安裝位置直接影響到整個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控互動系統(tǒng)的有效性，攝像機(jī)與鏡頭的搭配選擇會直接影響到后端的成像質(zhì)量，因此在安裝攝像機(jī)時要進(jìn)行仔細(xì)定位和系統(tǒng)調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控互動系統(tǒng)中的數(shù)字監(jiān)控主機(jī)應(yīng)當(dāng)具有強(qiáng)大的圖像數(shù)據(jù)處理能力、卓越的數(shù)字圖像壓縮處理技術(shù)、整合的系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、超強(qiáng)的穩(wěn)定性以及良好的可擴(kuò)展性和可升級性。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控互動系統(tǒng)還可以完成實(shí)驗(yàn)室共享功能，使一個實(shí)驗(yàn)室與其他實(shí)驗(yàn)室通過監(jiān)控系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)相聯(lián)通而實(shí)現(xiàn)視頻互動，也可擴(kuò)展為大型會議的分會場，使多點(diǎn)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)會議成為現(xiàn)實(shí)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程功能還可讓用戶通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時調(diào)控異地實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且所有的數(shù)據(jù)都是在真實(shí)的狀況下得到的［11］。

3.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)同步反饋系統(tǒng)建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)同步反饋演示系統(tǒng)有效地解決了圍觀教師做動物手術(shù)等演示實(shí)驗(yàn)的弊端，也更易于同步觀察動物機(jī)體反應(yīng)與生理波形［12］。該軟件運(yùn)行于加載TCP／IP協(xié)議的Windows2000以上系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，集電腦教室的同步教學(xué)、控制、管理、音視頻廣播等功能于一體，能同時實(shí)現(xiàn)屏幕監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制等網(wǎng)絡(luò)管理的目的，是進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的非常好的軟件產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)教學(xué)同步反饋演示系統(tǒng)專門針對電腦教學(xué)和培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)，可以非常方便地進(jìn)行電腦教學(xué)，進(jìn)行廣播與點(diǎn)播、屏幕監(jiān)視、遙控輔導(dǎo)、屏幕錄制、屏幕回放、網(wǎng)上語音廣播、兩人對講和多方討論、VCD／MPEG／AVI／MP3／WAV／MOV／RM／RMVB等視頻流的網(wǎng)絡(luò)播放等，對于傳統(tǒng)的輔助教學(xué)模式來說是一種教學(xué)上的突破。

3.5 微格實(shí)驗(yàn)室教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)

“微格教學(xué)”（micro-teaching）產(chǎn)生于美國斯坦福大學(xué)，它是把現(xiàn)代視聽設(shè)備應(yīng)用于教學(xué)，對師范生“角色扮演”課程進(jìn)行改造而形成的。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和微格教學(xué)的數(shù)字化，為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字微格教學(xué)提供了技術(shù)支持［13］。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺中，微格教學(xué)環(huán)境的主要變化是微格實(shí)驗(yàn)室教學(xué)系統(tǒng)的數(shù)字化。我們將微格實(shí)驗(yàn)室與多媒體教學(xué)設(shè)備相結(jié)合，配備視頻采集設(shè)備和數(shù)字化投影機(jī)，構(gòu)建了集計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體、音視頻、存儲、傳輸?shù)榷喾N技術(shù)于一體的數(shù)字化微格實(shí)驗(yàn)室教學(xué)系統(tǒng)。數(shù)字化微格教學(xué)系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的機(jī)電控制方式，采用軟件管理，既增強(qiáng)了控制的精確性，又簡化了指導(dǎo)教師或?qū)I(yè)人員的操作程序，體現(xiàn)了易學(xué)易用的特點(diǎn)。數(shù)字化微格實(shí)驗(yàn)室教學(xué)系統(tǒng)將文件納入網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)器中，不再受傳統(tǒng)微格教學(xué)系統(tǒng)使用文件的局限性，使校園網(wǎng)中的特定用戶隨時可以調(diào)用文件，最大限度實(shí)現(xiàn)了資源共享。微格實(shí)驗(yàn)室教學(xué)系統(tǒng)還有可視對講功能、遠(yuǎn)程遙控功能、多播功能、評課功能、示范功能、系統(tǒng)多媒體監(jiān)控及掃描功能、遠(yuǎn)程傳送功能等。

4 結(jié)束語

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺能夠傳播最新教育觀念與教育信息，創(chuàng)造了教育技術(shù)現(xiàn)代化的校園環(huán)境，是以學(xué)生為本的現(xiàn)代教育發(fā)展模式和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的重要技術(shù)支撐，并為教師對教學(xué)理念和教學(xué)過程的分析和反思提供了素材。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺突破了時間和空間的限制，對提高高等教育教學(xué)質(zhì)量和大學(xué)生的創(chuàng)新能力大有裨益。

我國數(shù)字化教學(xué)起步較晚，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)水平也有差異。雖然我們已經(jīng)開發(fā)并搭建了這一平臺，但還有許多需要改進(jìn)和優(yōu)化的地方，主要涉及資源的添加和更新、各環(huán)節(jié)或節(jié)點(diǎn)的銜接、硬件維護(hù)和軟件升級等問題。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要具有前瞻性的全面規(guī)劃和配套建設(shè)來予以支持，更需要有效地組織與協(xié)調(diào)。在優(yōu)化與完善實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，不斷地開拓網(wǎng)上教學(xué)新模式，建設(shè)豐富的數(shù)據(jù)資源，是今后數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展方向［14］。

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