孟令軍 孟威 李臣亮 姜丹 劉艷

摘 要 吉林大學(xué)生物國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心自2005年獲批國家級實(shí)驗(yàn)中心以來，一直注重信息化管理建設(shè)，為加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理及實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理，深入分析教學(xué)需求，設(shè)計(jì)并開發(fā)互動助教系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，收到良好教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)室；信息化管理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；互動助教系統(tǒng)

中圖分類號：G482 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）06-0030-03

Lab Interaction Tutor System//MENG Lingjun， MENG Wei， LI Chenliang， JIANG Dan， LIU Yan

Abstract The National Experimental Teaching Demonstration Center of Jilin University has been focusing on information manage-ment since the approval of the national experimental center in 2005. In order to strengthen laboratory management and experimental teaching management， in-depth analysis of teaching requirements， design and development of interactive teaching assistant system， applied in experimental teaching， received good teaching effect.

Key words laboratory； informatization management； experimental teaching； interactive teaching assistant system

1 前言

《教育部關(guān)于印發(fā)<教育信息化“十三五”規(guī)劃>的通知》（教技〔2016〕2號）指出：“深入推進(jìn)管理信息化，從服務(wù)教育管理拓展為全面提升教育治理能力?！盵1]將信息化管理融入實(shí)驗(yàn)室管理是“十三五”發(fā)展的一個(gè)趨勢。吉林大學(xué)生物國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心自2005年獲批國家級實(shí)驗(yàn)中心以來，一直注重信息化管理建設(shè)，先后研發(fā)LIMS管理系統(tǒng)、配件管理系統(tǒng)等管理系統(tǒng)，為加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理及實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理設(shè)計(jì)并開發(fā)互動助教系統(tǒng)，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，收到良好效果[2-4]。

2 教學(xué)需求分析

對于互動助教系統(tǒng)，在教學(xué)中需要實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源管理、課堂互動以及成績管理。

教學(xué)資源管理是指將已有的教學(xué)資源進(jìn)行分類管理，方便教師及學(xué)生在線學(xué)習(xí)，主要包括儀器操作視頻、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容等資源，這些是學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、順利完成實(shí)驗(yàn)的前提條件，是為學(xué)生開啟實(shí)驗(yàn)興趣的第一把鑰匙。實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生可以通過儀器操作視頻學(xué)習(xí)儀器設(shè)備的使用，以便順利通過儀器使用技術(shù)考核；實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)是學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)規(guī)避失敗的關(guān)鍵；實(shí)驗(yàn)流程是實(shí)驗(yàn)步驟的集約化體現(xiàn)，讓學(xué)生總覽實(shí)驗(yàn)的過程；讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容，在思維空間上有一個(gè)整體的認(rèn)識，深入了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，掌握?shí)驗(yàn)原理，對實(shí)驗(yàn)有一個(gè)粗淺認(rèn)識。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)不同課程時(shí)，相關(guān)教學(xué)資源豐富，采取互動助教系統(tǒng)進(jìn)行管理，便于提取及應(yīng)用。

課堂互動是互動助教系統(tǒng)的主要功能。教師可以對學(xué)生進(jìn)行分組管理，進(jìn)行點(diǎn)名，學(xué)生可以簽到；在實(shí)驗(yàn)過程中，教師可以將資源推送給學(xué)生，讓學(xué)生在線觀看，并進(jìn)行滾動播放；學(xué)生可以自由查看教師上傳的資源，或通過外網(wǎng)查找資料進(jìn)行學(xué)習(xí)；師生及生生之間可以進(jìn)行成果分享；教師可以隨堂評價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績并保存至期末；教師可以遠(yuǎn)程關(guān)閉所有學(xué)生終端。

成績管理是滿足教學(xué)效果評定的基石。教師可以隨堂評價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績，并且在期末時(shí)統(tǒng)計(jì)每個(gè)學(xué)生的成績。

3 助教系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室助教系統(tǒng)分為賬號管理系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)、管控系統(tǒng)、課堂互動系統(tǒng)、在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)及成績管理系統(tǒng)（見圖1）。

賬號管理系統(tǒng) 互動助教系統(tǒng)的賬號管理共分為三類角色，分別是管理員、教師、學(xué)生。管理員一般由實(shí)驗(yàn)室管理教師擔(dān)任，其職責(zé)是添加、刪除教師及學(xué)生的用戶信息，并設(shè)置班級信息與課程安排的對應(yīng)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)學(xué)生信息按照實(shí)際參加實(shí)驗(yàn)的情況調(diào)配（不嚴(yán)格按照物理班級的名單）。教師可以進(jìn)行資源管理和給對應(yīng)班級的學(xué)生進(jìn)行分組。

教學(xué)資源管理系統(tǒng) 教學(xué)資源管理主要工作是資源上傳、資源維護(hù)和資源下載。資源上傳主要由管理員和教師負(fù)責(zé)，其中管理員設(shè)置一級分類，教師設(shè)置二級分類。管理員或教師將教學(xué)資源（比如儀器操作視頻、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容等）按照一定的分類方式上傳，供教師在上課時(shí)推送給學(xué)生學(xué)習(xí)。分類原則上是按照專業(yè)科目進(jìn)行，管理員也可自定義，修改分類信息。資源上傳后顯示資源的上傳人、資源大小及上傳時(shí)間等信息。資源維護(hù)一般是由教師負(fù)責(zé)，教師可將自己上傳的資源刪除、修改分類等，也可由教師委托管理員進(jìn)行定期維護(hù)，統(tǒng)一分類。為了保護(hù)教師的知識產(chǎn)權(quán)，保障系統(tǒng)運(yùn)行順利，資源下載的權(quán)限僅限于管理員和教師，他們可以下載已上傳的全部資源，學(xué)生不得用優(yōu)盤等移動設(shè)備下載或拷取資源。

課堂互動系統(tǒng) 課堂互動系統(tǒng)是該系統(tǒng)的亮點(diǎn)，包含學(xué)生分組及簽到點(diǎn)名、互動圖片、遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)、學(xué)生終端一鍵鎖定、收發(fā)文件、投票、舉手示意等內(nèi)容。

學(xué)生分組及簽到點(diǎn)名即是教師將對應(yīng)班級的學(xué)生進(jìn)行分組。分組后，教師可隨時(shí)修改分組數(shù)量及組內(nèi)成員，保存多套分組方案（根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的不同，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的分組方式可能不同）。上課后學(xué)生終端顯示組別及每組學(xué)生的姓名。學(xué)生點(diǎn)擊“簽到”，系統(tǒng)攝像頭采集學(xué)生面部圖像并發(fā)送至教師端，教師端需要能將錄入系統(tǒng)賬號時(shí)的照片和當(dāng)前簽到拍攝的照片以對比的形式顯示出來，供教師確認(rèn)。

實(shí)驗(yàn)涉及多組圖片，如實(shí)驗(yàn)過程變化圖片、實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖片等，互動圖片可實(shí)現(xiàn)師生互動、生生互通。教師或?qū)W生可以將實(shí)驗(yàn)過程或結(jié)果以圖片的形式分享至一個(gè)或多個(gè)學(xué)生，并且可以在圖片上留下筆跡。

教師可以根據(jù)授課內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)進(jìn)程實(shí)施遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)，可一鍵關(guān)閉所有的學(xué)生終端，進(jìn)行講解、提問、考核等環(huán)節(jié)。此功能由教師控制。同時(shí)，教師還有學(xué)生終端一鍵鎖定功能，教師端點(diǎn)擊鎖定按鈕后，所有在線學(xué)生的頁面都將顯示同一內(nèi)容，此時(shí)學(xué)生不能進(jìn)行任何操作，更便于教師掌控實(shí)驗(yàn)課程的進(jìn)程。

收發(fā)文件功能是師生間通過此功能互傳文件，支持學(xué)生給教師傳文件，教師可以選擇性接收；教師給學(xué)生傳文件，學(xué)生默認(rèn)自動接收。

舉手示意是學(xué)生在課上向教師示意的傳統(tǒng)方式，互動助教系統(tǒng)安裝了“舉手”按鈕，學(xué)生點(diǎn)擊“舉手”按鈕引起教師注意，此時(shí)教師端彈出消息，并且相應(yīng)小組的名稱會以不同顏色顯示。待與小組學(xué)生溝通后，教師單擊小組名稱，小組名稱恢復(fù)默認(rèn)顏色。

互動助教系統(tǒng)設(shè)置了投票功能，投票可以分為普通投票和匿名投票。投票可實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果反饋以及學(xué)生實(shí)驗(yàn)的新方法、新思路等需要學(xué)生在課堂上表決意見的內(nèi)容。投票說明由教師或者學(xué)生進(jìn)行口述，投票項(xiàng)在教師終端進(jìn)行選擇。可以手動輸入投票項(xiàng)，或選擇學(xué)生姓名作為投票項(xiàng)，或選擇默認(rèn)字母、數(shù)字、分組為投票項(xiàng)。投票發(fā)起之前，教師可隨時(shí)修改投票項(xiàng)的內(nèi)容。全部設(shè)置完成后，教師即可發(fā)起投票，教師端會進(jìn)入票數(shù)統(tǒng)計(jì)頁面，票數(shù)最多的選項(xiàng)使用不同顏色進(jìn)行標(biāo)識。投票結(jié)束后，以柱狀圖或餅狀圖顯示投票結(jié)果。

在線學(xué)習(xí)系統(tǒng) 在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)置了教師資源推送和學(xué)生自主學(xué)習(xí)。教師資源推送是指教師在課堂上的任何時(shí)間將教學(xué)資源（如儀器操作視頻、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容等）推送至學(xué)生終端，并且實(shí)現(xiàn)類似于歌詞或者字幕形式的滾動播放。學(xué)生自主學(xué)習(xí)是指學(xué)生可以在課上按照資源分類自主查找教師上傳的各類型資源，可以在線觀看或下載到本地觀看學(xué)習(xí)。

成績管理系統(tǒng) 成績管理系統(tǒng)設(shè)置了教師隨堂評價(jià)和成績查看及導(dǎo)出功能。教師隨堂評價(jià)是教師端以小組成員為單位進(jìn)行隨堂評價(jià)。系統(tǒng)將實(shí)驗(yàn)室評價(jià)條目進(jìn)行分類，并且每一類別設(shè)計(jì)固定條目和自定義條目。固定條目根據(jù)實(shí)驗(yàn)室成績規(guī)范設(shè)置正分或負(fù)分；當(dāng)選擇自定義條目，教師可以輸入評價(jià)內(nèi)容并且設(shè)置相應(yīng)的正分值或負(fù)分值。成績查看及導(dǎo)出，是指以學(xué)生為單位隨時(shí)查看及隨時(shí)導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)成績，點(diǎn)擊人名查看該學(xué)生每一次實(shí)驗(yàn)的成績。成績導(dǎo)出功能所導(dǎo)出的Excel表格是以班級為單位，導(dǎo)出全班每一個(gè)學(xué)生的扣分項(xiàng)和總成績。

4 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室互動助教系統(tǒng)的架構(gòu)主要由總控資源服務(wù)器、交互服務(wù)器、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成（見圖2）?？偪刭Y源服務(wù)器完成添加、刪除教師及學(xué)生的用戶信息，保存班級信息與課程安排的對應(yīng)關(guān)系，保存班級全部的分組方案，管理全部的教學(xué)資源等功能。配置需滿足：處理器—Intel Xeon

E5系列6核心處理器，主頻≥2 GHz，緩存≥12 M，配置處理器數(shù)量≥2；內(nèi)存—實(shí)配≥16 GB DDR3 RDIMM內(nèi)存，最多可以擴(kuò)展到≥128 G內(nèi)存；網(wǎng)卡—實(shí)配≥4個(gè)千兆位網(wǎng)口；硬盤—3塊≥600 GB 15000轉(zhuǎn)熱插拔SAS硬盤。交互服務(wù)器需服務(wù)班級內(nèi)課堂交互功能，每間教室需有一臺交互服務(wù)器。交互服務(wù)器需滿足：CPU—I5-3330；內(nèi)存—8 G；硬盤—320 G；顯卡—NIVDIA GeForce 8800或更高；操作系

統(tǒng)—Windows7及以上。無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將為互動助教系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，每間教室一套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需包括路由器和AP。

5 結(jié)語

我國教育改革和發(fā)展正面臨前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，以教育信息化帶動教育現(xiàn)代化，促進(jìn)教育創(chuàng)新與變革，是加快從教育大國向教育強(qiáng)國邁進(jìn)的重大戰(zhàn)略抉擇[5]。實(shí)驗(yàn)室互動助教系統(tǒng)將加強(qiáng)“管理過程精細(xì)化、教學(xué)分析即時(shí)化”，以具體的實(shí)施推進(jìn)教學(xué)信息化，充分釋放教育信息化的潛能。

參考文獻(xiàn)

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