吴琦 赖冬寅 曾维兵

摘   要：简要分析了在电类课程实验的特点、学生和教师对实践教学系统的需求，梳理了系统的设计目标，设计了系统的主体架构，给出了系统中前端实验学习网站和实验学习数据库的采用的开发技术和设计思路，介绍了系统在实际教学中的应用效果。

关键词：电类课程实验  实践教学系统  需求分析  架构设计

中图分类号：G718.5                                文献标识码：A                        文章編号：1674-098X（2019）02（b）-0224-03

Abstract：This paper briefly analyses the characteristics of electrical course experiment， the demand of students and teachers for practical teaching system， combs the design goal of the system， designs the main structure of the system， gives the development technology and design idea of the front-end experimental learning website and experimental learning database， and introduces the application effect of the system in practical teaching.

Key Words：Electrical course experiments; Practical teaching system; Demand analysis; Architectural design

实验教学是培养学生实验技能和动手能力的主要方式， 对提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊的作用[1]。目前高职院校电类基础课程实验的传统教学效果差、质量低，不仅难以满足学生现代化培养的需求，也不适应目前高速发展的智能制造对人才能力的需求。因此，深化实验课程改革， 提高教学质量，是非常有必要的[2]。随着教育信息化的快速发展，各高职院校在电类基础课程实验过程中，都迫切地需要通过信息化的技术和教学方法，来提升实验教学质量和效率。

1  面向电类课程实验的实践教学系统需求分析

1.1 电类课程实验的特点

高职院校的电类基础课程主要有电工基础、电子技术，其中电子技术又包括数字电子技术和模拟电子技术，课程实验以验证性实验和操作性实验为主，每个实验都有既定的目标参数，严格的操作步骤和流程，强调操作的规范性。例如，电路分析的实验教学可分为以下3类：（1）电路的基本概念和定律;（2）电路分析常用定律与相关电路的验证;（3）综合与设计性实验[3]。

实验的操作过程中，需要掌握的知识和技能主要包括：能识别常见的元器件，能读懂电子电气线路图，能根据线路图、熟练使用常规的工具、按照线路规范操作进行实际线路的连接，能熟练使用检测设备或仪器对线路的运行结果进行检测和记录，能根据实验结果记录进行电路分析。

1.2 学生的需求分析

目前，高职学生在电类课程实验过程中，普遍存在着三大问题：（1）对实验在未来工作应用场景不清晰、实验目的不明确，不知道所做的实验有何实际作用，不知道为什么要做这个实验;（2）实验仪器与设备有限、实验时间短、动手能力跟不上，一般学生多人一组、集中实验，大部分学生跟不上教师现场操作演示的速度;（3）对实验结果质量不清楚，更不晓得自己在实验过程中哪些因素影响了实验效果。

因此，学生在电类课程实验中对信息化实践教学系统的需求主要集中在三点：（1）能明确知晓实验与实际工作的关联和区别;（2）能提高自己操作实验速度;（3）能大致知晓自己在实验过程中哪些操作影响了实验效果。

1.3 教师的需求分析

目前，高职教师在电类课程实验教学过程中，普遍存在着以下问题：（1）同一时段，实验学生人数多，教师对学生的指导仅能是面上的，不能照顾到所有学生;（2）在实验指导过程中，会由于经常处理学生同种或类似的操作错误，而导致实际教学效率低;（3）缺乏精确掌握学生实践能力的有效途径，无论是对学生个体实践能力的具体情况，还是对整个班级的实践能力情况都缺乏有效掌握，“因材施教”难以实现;（4）仅能从面上得到学生的实验效果，无法精准掌握学生对实验项目的操作过程，无法得到有效数据来支撑实验项目内容的调整或重新设计。

因此，教师在电类课程实验中对信息化实践教学系统的需求主要集中在四点：（1）能扩大对学生实验指导的范围;（2）能减少处理学生同类操作错误的次数;（3）能相对精确掌握学生的实践能力，知晓每个学生的实践能力通过实验在哪些方面提升了、在哪些方面还欠缺需要通过哪些方法进一步培养;（4）能反馈学生实验的有效数据，以便辅助教师对实验项目和实验内容做针对性调整或重新设计。

2  实践教学系统的开发

2.1 实践教学系统的设计目标

根据电类基础课程的实验特点、学生和教师对实践教学系统的需求分析，系统的设计目标主要有3点：

（1）覆盖电工基础、模拟电子技术、数字电子技术三门课程的实验。

（2）覆盖实验前准备工作、实验过程中的监测工作、实验结果的反馈工作三大步骤。

（3）覆盖每个学生的实验教学，能反映每个学生个体的实践能力培养过程。

2.2 实践教学系统的整体架构设计

面向电类课程实验的实践教学系统，整体架构由前端实验学习网站、实验教学数据库、后台处理软件三大部分组成，如图1所示。

其中，前端实验学习网站主要实现学生自学和实验上传、教师实验成绩在线评定、互动交流等功能，实验教学数据库主要实现实验教学过程中文字、图片、视频等多种数据的存取功能，后台处理软件主要包括通信接口软件、数据统计和分析软件，实现学生每个实验学习和考核数据的处理、实验数据的统计和分析等功能。

2.3 前端实验学习网站的设计

前端实验学习网站紧密围绕以学生能力提升为中心的理念进行设计，主体架构采用HTML5、PHP、Javascript、jQuery、ECharts、AJAX六大技术进行开发，主要包括了学生界面和教师界面2大模块，涉及用户权限登录、实验前自学页面、实验前考核页面、实验数据上传页面、实验成绩评定页面、互动交流页面、数据统计显示页面等7大类交互页面，能够为学生提供电类实验的电气原理图、实际线路图、线路连接操作视频、设备仪器操作视频、实验讲解视频等自学资源，能支持学生在实验过程中上传文字、图片、视频等形式的实验数据，能支持教师在线进行实验成绩评定和反馈。

其中，PHP超文本预处理器是服务器端的HTML嵌入式脚本语言，具有开源性、免费性、跨平台性强、运行高效性、数据库连接的广泛性等特点，在本文中用于web网站主体开发;HTML5能支持网站更多视频、音频等多媒体元素的建设，在本文中用于各网页界面设计;JavaScript、jQuery、ECharts等脚本语言，在本文中主要用于网站界面中数据图表动态显示、提供网站页面的动态效果等;AJAX是一种创建交互式网页应用的网页开发技术，在本文中主要用于后台数据操作。此外，网站的主体架构选用PHPStudy和Dreamweaver CS6软件进行开发。

2.4 实验教学数据库的设计

实验教学数据库主要包括了实验自学资源数据库、学生自学数据库、实验操作数据库、教师评审数据库、资源共享数据库等多个数据库的构建。本文的实验教学数据库采用轻量级、开源的数据库MySQL来开发，该数据库能支持PHP、相对简单，能降低开发成本。

其中，实验自学资源数据库不仅为学生提供实验项目、实验内容、实验图片等文字、图片资源，同时提供实验操作、实验讲解等视频资源，以及电路的模拟连接和仿真资源;学生自学数据库不仅为学生添加了姓名、系别、学号、电话、系部、专业等数据表，同时为了让学生有更好的体验，为学生提供了自学进度跟踪表、自学考核表、自学反馈表等数据表。实验操作数据库为学生提供了现场实验数据的文字、图片、视频等信息上传和存储的通道。教师评审数据库为教师提供了不同班级、不同实验、不同时段的实验数据，方便教师通过权限登录，为学生的现场实验进行评定。

3  实践教学系统的应用

通过实践教学系统在实际教学中的应用，改变了传统电类基础课程的实验教学过程，提高了电类课程实验的教学效率和效果，具体如下。

3.1 实验信息发布方式和学生实验前学习方式的改变

教师通过登录前端网站提前数周发布实验项目和实验内容，上传实验规范操作视频和实验过程讲解视频，上传实验要点的考核内容。学生通过登录前端网站自学，不仅可以反复观看和记忆在实验操作过程的规范动作、了解容易操作失误的地方，而且还可以进行实验电路的模拟连接和仿真，并且必须要通过实验要点的网络考核。

根据系统的实际应用结果显示，实验前学生在线学习和考核时间平均约48min，相对传统实验教学增加了2倍以上的实验熟悉时间。

3.2 现场实验教学方式和学习方式的改变

现场实验过程中，教师不必再进行现场演示，也不需要反复纠正学生容易出错的操作，教学的关注要点从对学生实验过程中操作步骤的关注，转向对学生实验结果是否符合预期以及影响实验结果因素的关注;学生在实验之初，就可以直接上手操作实验或者通过登录前端网站，边观看视频边操作实验，提高实验本身的操作速度，使学生有时间关注实验结果和反复实验修正结果。

根据系统的实际应用结果显示，与传统实验教学相比，同样的实验时长，学生平均完成实验线路连接和检测的时间减少一半，速率提高1倍以上，学生与教师之间的交流频率和时长提高近30%，实验成功率提高近40%。

3.3 实验考核和结果反馈方式的改变

学生在整个实验过程中，不仅需要通过实验前的要点考核，而且在现场实验过程中需要严格按实验操作要点，分阶段的上传或更新实验操作步骤、实验数据和图片，因此实验的考核方式从传统的现场结果评分、报告评分，改变为实验前自学结果评分、现场操作步骤评分、实验结果评分、报告分析评分，特别是考核方式从传统现场转到网络线上的评分和考核。学生实验结果的反馈也从单一的分数结果，扩展为每个操作步骤正确情况、实验结果关联情况、实践能力提升建议等多项内容。

根据系统的实际应用结果显示，学生平均在10min之内就可完成实验数据的上传，教师平均需要用10～15min完成一个学生的实验结果在线评测，每个学生都在线查阅每个实验的步骤和结果的分值和评定。

3.4 实验项目优化进程的改变

通过系统的应用，教师对实验项目和内容的优化进程，从传统的一个学期甚至多个学期获得多个班次的统计数据后再优化，改变为每个实验完成都会有具体的统计数据和项目优化建议，教师可以针对不同的班级实践能力、甚至针对每个学生个体，修改和制定实验内容。

4  结语

通过实践教学系统的开发和应用，强化了学生对电类实验的认知，优化了学生的实验效率，教学质量和效果远远优于传统电类实验教学，但同时也增加了教师的工作时长，还需要进一步完善实验步骤和实验过程，减少人为评定，建立共享评测机制。

参考文献

[1] 濮霞，陶炳坤，李楠，等.电工电子实验课程中综合性实验的设计与实施[J].西部素质教育，2018，4（18）：167-169.

[2] 黄瑞，曹洁，周红莉.电工电子实验精品课程的教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2008（7）：76-77.

[3] 张文婷，王紫婷.电路分析实验课程教學改革的研究与探索[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：146-147，195.