呂念玲, 黃曉梅, 張林麗, 李 斌, 殷瑞祥

(華南理工大學(xué) 電子與信息學(xué)院, 廣東 廣州 510640)

工程教育是我國(guó)高等教育的主要組成部分,2003年我國(guó)開始試行工程教育認(rèn)證,并于2016年6月正式加入國(guó)際工程教育認(rèn)證組織——華盛頓協(xié)議[1],確定了以學(xué)生能力成長(zhǎng)為宗旨的工程教育目標(biāo),明晰了12項(xiàng)工程專業(yè)教育畢業(yè)達(dá)成指標(biāo)[2-4]。實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)是工程教育中不可或缺的重要教育教學(xué)環(huán)節(jié),科學(xué)有效地實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)是保障工程專業(yè)人才培養(yǎng)畢業(yè)達(dá)成的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)有實(shí)踐性、載體性、重復(fù)性及資源依賴性的特點(diǎn),所以,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一項(xiàng)重在過(guò)程的教學(xué)工作[5]。但在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢測(cè)往往比實(shí)驗(yàn)過(guò)程檢測(cè)更容易,這就使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)常常走過(guò)場(chǎng)、效率低,嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量的提高。本文以華南理工大學(xué)電類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革為基礎(chǔ),提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理的系統(tǒng)方法,探索進(jìn)一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的新路。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理的意義

1.1 突破管理難點(diǎn),切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量

學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告3個(gè)環(huán)節(jié),是與內(nèi)容設(shè)置、資源支撐和過(guò)程實(shí)施密切相關(guān)的過(guò)程。該過(guò)程時(shí)間跨度長(zhǎng),場(chǎng)地常常布局在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)、外,甚至校內(nèi)、校外,參與人數(shù)眾多?，F(xiàn)行的主要依賴教師人力實(shí)施過(guò)程管理的方式,受限于時(shí)間和空間、受制于管理的技術(shù)與手段,教師常感“心有余,而力不足”,質(zhì)量提升遭遇瓶頸。向過(guò)程管理要質(zhì)量,必須改變傳統(tǒng)的過(guò)程管理思維模式,借助技術(shù)手段,探索新方法,才能突破管理難點(diǎn),支撐教學(xué)質(zhì)量上新高度[6-9]。

1.2 凝練過(guò)程要素,扭轉(zhuǎn)過(guò)度關(guān)注結(jié)果的評(píng)價(jià)方式

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)是通過(guò)成熟內(nèi)容訓(xùn)練學(xué)生的能力,因此,對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程的評(píng)價(jià),比對(duì)于學(xué)生獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)更加重要。但教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,影響質(zhì)量的因素很多,給管控帶來(lái)一定的困難,這就造成了現(xiàn)實(shí)教學(xué)及評(píng)價(jià) “重結(jié)果、輕過(guò)程”的現(xiàn)狀。聚焦實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本目標(biāo)、凝練過(guò)程管理中影響教學(xué)質(zhì)量的內(nèi)涵要素、建設(shè)基于過(guò)程的多元評(píng)價(jià)機(jī)制,才能轉(zhuǎn)變教、學(xué)雙方過(guò)度關(guān)注結(jié)果的現(xiàn)狀。

1.3 實(shí)現(xiàn)過(guò)程自整定,保持教學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定

過(guò)程管理,是教學(xué)大系統(tǒng)中的重要一環(huán)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程是一個(gè)單向、開環(huán)的過(guò)程,從系統(tǒng)穩(wěn)定的角度來(lái)看,開環(huán)系統(tǒng)信息易流失、穩(wěn)定性較差。因此,通過(guò)收集過(guò)程管理信息、挖掘過(guò)程要素之間的內(nèi)涵關(guān)聯(lián)、建設(shè)過(guò)程管理閉環(huán)系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的自整定,是保持教學(xué)穩(wěn)定,質(zhì)量持續(xù)提高的必要條件。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的質(zhì)量要素

實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理中,與教學(xué)質(zhì)量相關(guān)度高的因素是過(guò)程管理關(guān)注的要點(diǎn)。

(1) 身份識(shí)別。高等教育承擔(dān)學(xué)生知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)的同時(shí),也承擔(dān)認(rèn)證職能。實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中的抄襲、代做、代考等行為,都有悖于認(rèn)證的真實(shí)性原則,因此,過(guò)程管理要解決的首要問(wèn)題就是實(shí)驗(yàn)者身份的真實(shí)性問(wèn)題,后續(xù)的教學(xué)與評(píng)價(jià)才有意義。

(2) 預(yù)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)是手腦并用的過(guò)程,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段的投入,直接影響到實(shí)驗(yàn)課的質(zhì)量。檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告,僅說(shuō)明學(xué)生完成了預(yù)習(xí)的形式,無(wú)法考量其預(yù)習(xí)的實(shí)際效果。實(shí)驗(yàn)課上常會(huì)看到預(yù)習(xí)報(bào)告抄了好幾頁(yè),仍然不會(huì)處理實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的學(xué)生。由于實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的好與不好都能做實(shí)驗(yàn),學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性普遍不高。如果將預(yù)習(xí)質(zhì)量的要求轉(zhuǎn)變成實(shí)驗(yàn)課堂上可以檢測(cè)的指標(biāo),可以引導(dǎo)并推動(dòng)學(xué)生的有效預(yù)習(xí)。

(3) 教學(xué)輔導(dǎo)。掌握規(guī)范的操作技能,是一個(gè)反復(fù)模仿、練習(xí)、出錯(cuò)與糾正的過(guò)程,所以教學(xué)的重點(diǎn)也在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過(guò)程之中。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課堂,通常是1～2名主講教師和教輔人員,承擔(dān)整個(gè)課堂的答疑、糾錯(cuò)、輔導(dǎo)、安全管理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)審核、驗(yàn)收等工作,無(wú)法更到位地照顧到學(xué)生個(gè)體；學(xué)生出現(xiàn)操作錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)誤差等無(wú)法及時(shí)得到糾正。憑借教師的人力管理的實(shí)驗(yàn)課堂,教學(xué)輔導(dǎo)力量嚴(yán)重不足,需要考慮借助智能手段,協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)教師，拓展教學(xué)輔導(dǎo)的廣度與深度。

(4) 學(xué)情信息。教學(xué)質(zhì)量的提高不可一蹴而就,是一個(gè)持續(xù)提升的過(guò)程；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)反映的問(wèn)題,是做出教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的最可靠依據(jù)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂,教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的了解是通過(guò)答疑、輔導(dǎo)和糾正錯(cuò)誤的互動(dòng)中獲得的,由于取樣面窄,所以信息不全面；更有一些反映學(xué)生認(rèn)知變化的動(dòng)態(tài)信息,由多個(gè)狀態(tài)信息組成,不是單憑一次觀察,就能得出結(jié)論的。因此依靠技術(shù)手段,獲取反映教學(xué)效果的學(xué)情大數(shù)據(jù),是過(guò)程管理的一項(xiàng)重要任務(wù)。

(5) 操作評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)素養(yǎng)的主要途徑,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的操作情況,反映其真實(shí)的實(shí)驗(yàn)水平。因此,對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)操作評(píng)價(jià)為主。而以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為單一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法,令學(xué)生過(guò)分關(guān)注結(jié)果,而忽視在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程的投入和積累。唯有將指揮棒指向過(guò)程評(píng)價(jià),才能更好地落實(shí)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)重在過(guò)程”的理念。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理的系統(tǒng)思考

綜上所述,實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理,是一個(gè)多方面、多層次的,有其獨(dú)特內(nèi)涵的系統(tǒng)整體。從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā),通過(guò)分析過(guò)程管理的整體效果與具體流程的關(guān)系,研究管理系統(tǒng)內(nèi)部與外界實(shí)施條件相互關(guān)聯(lián),從整體性、最優(yōu)性、動(dòng)態(tài)性及層次性原則出發(fā),對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)。

3.1 建設(shè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理的閉環(huán)系統(tǒng)

從學(xué)生參與的角度看,實(shí)驗(yàn)過(guò)程包含實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作及提交報(bào)告環(huán)節(jié)。所以,一般的實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理是以輔助、輔導(dǎo)學(xué)生完成上述學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)為主要目的、單向、開環(huán)的管理過(guò)程。

但從教育教學(xué)的角度看,優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)課實(shí)施,在形式上是循環(huán)往復(fù)的,而在質(zhì)量上是螺旋上升的動(dòng)態(tài)過(guò)程,其得以上升的驅(qū)動(dòng)力,來(lái)源于對(duì)每個(gè)教學(xué)循環(huán)效果的研究判斷與調(diào)整提高。因此,完善的實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理,必須是一個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)、過(guò)程管理、效果分析與反饋調(diào)整等環(huán)節(jié)緊密關(guān)聯(lián)、相互作用、可自矯正的閉環(huán)系統(tǒng),如圖1所示。在此閉環(huán)系統(tǒng)中,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中呈現(xiàn)的各種狀態(tài),出現(xiàn)的各種共性問(wèn)題,即學(xué)情信息大數(shù)據(jù),才可能被收集、分析,并利用,在提升過(guò)程管理有效性的目標(biāo)下體現(xiàn)價(jià)值。

圖1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理信息閉環(huán)系統(tǒng)圖

3.2 選擇代表性的過(guò)程檢測(cè)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理要關(guān)注的關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)是學(xué)情大數(shù)據(jù)獲取的重點(diǎn),也是難點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)就是通過(guò)成熟的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,訓(xùn)練學(xué)生從事實(shí)驗(yàn)研究的能力。學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)的理解、操作中遇到的困難,最終是否完成任務(wù)等,是過(guò)程管理要掌握的重要信息。因此,過(guò)程管理要獲取切實(shí)反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程動(dòng)態(tài)的行為數(shù)據(jù)和用于判斷效果的結(jié)果數(shù)據(jù)。選擇檢測(cè)點(diǎn)要滿足2個(gè)原則。

(1) 與學(xué)生實(shí)驗(yàn)狀態(tài)或?qū)嶒?yàn)效果緊密相關(guān),且具代表性。以預(yù)習(xí)效果檢測(cè)環(huán)節(jié)為例,預(yù)習(xí)報(bào)告反映的是學(xué)生完成了預(yù)習(xí)的過(guò)程；而進(jìn)行在線的預(yù)習(xí)檢測(cè),則考查了學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)基本問(wèn)題的能力,是檢測(cè)預(yù)習(xí)效果。因此,將在線預(yù)習(xí)檢測(cè)設(shè)置為過(guò)程檢測(cè)點(diǎn),比翻閱預(yù)習(xí)報(bào)告更能夠了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的情況。

(2) 選擇便于機(jī)器采集的監(jiān)控對(duì)象。全過(guò)程的數(shù)據(jù)采集,需要借助計(jì)算機(jī)工具,所以要選擇便于機(jī)器自動(dòng)識(shí)別與檢測(cè)的過(guò)程對(duì)象。

如表1所示,基于上述原則,選擇的檢測(cè)點(diǎn)及其對(duì)于教學(xué)管理的意義。

表1 過(guò)程檢測(cè)點(diǎn)及其意義

表1(續(xù))

3.3 實(shí)施過(guò)程評(píng)價(jià)

基于上述過(guò)程檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置,每個(gè)學(xué)生的每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)信息都被打上多個(gè)“標(biāo)簽”,每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)被賦予了多重的意義(見(jiàn)表1)。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘,可以獲取支撐過(guò)程評(píng)價(jià)的依據(jù)。簡(jiǎn)單地說(shuō),這個(gè)過(guò)程就是把原來(lái)由教師跟隨的全過(guò)程,才能做出的對(duì)于操作的參與度、熟練度、規(guī)范度和準(zhǔn)確度的評(píng)價(jià),轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的面部信息。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的速度、關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和刷新次數(shù),以及數(shù)據(jù)正確率等描述方式,計(jì)算機(jī)可以把學(xué)生實(shí)驗(yàn)全過(guò)程動(dòng)態(tài)地記錄下來(lái)；教師參考上述原始數(shù)據(jù)記錄，根據(jù)評(píng)價(jià)側(cè)重點(diǎn),賦予檢測(cè)目標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重,計(jì)算機(jī)可以輔助教師給每一個(gè)學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。

3.4 助力管理制度柔性落地

強(qiáng)化過(guò)程管理,是為了將制度與評(píng)價(jià)緊密關(guān)聯(lián),督促學(xué)生給予實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)足夠的重視,學(xué)生個(gè)體要提升積極性和主動(dòng)性,付出努力,才能達(dá)到目標(biāo),其過(guò)程無(wú)疑是辛苦的。有些學(xué)生會(huì)產(chǎn)生抗拒情緒,所以管理過(guò)程要把握方式方法。特別是事關(guān)分?jǐn)?shù)、資格、能力或水平的評(píng)價(jià)容易影響學(xué)生情緒波動(dòng)的管理操作,要充分考慮學(xué)生的感受與自尊,減少師生面對(duì)面可能產(chǎn)生的不愉快,讓過(guò)程管理的約束與要求以學(xué)生愿意接受的方式、潛移默化地影響學(xué)生。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

為了使借助技術(shù)手段、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理的理念在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室落地,并切實(shí)惠及師生,開展了大量的基于人臉識(shí)別技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化接口技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理領(lǐng)域的創(chuàng)新研究,并對(duì)在線管理模式融入教學(xué)應(yīng)用進(jìn)行探索。

4.1 構(gòu)建互聯(lián)互通的測(cè)試環(huán)境

啟動(dòng)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室整體改造,購(gòu)置了配備網(wǎng)絡(luò)端口的示波器、萬(wàn)用表、程控電源和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,在配套軟件驅(qū)動(dòng)下,可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)控,測(cè)試數(shù)據(jù)以儀器截屏方式上傳。每張實(shí)驗(yàn)臺(tái)還配備實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)和交換機(jī),實(shí)驗(yàn)臺(tái)接入校園網(wǎng)。為實(shí)施實(shí)驗(yàn)過(guò)程在線管理,打好基礎(chǔ)。

4.2 開發(fā)實(shí)驗(yàn)在線共享平臺(tái)管理軟件

與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管理軟件系統(tǒng)。

4.2.1 開發(fā)工具、框架

系統(tǒng)采用層次化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),將B/S架構(gòu)與C/S架構(gòu)相結(jié)合,提供彈性可擴(kuò)展的系統(tǒng)架構(gòu),包括前端Web層、中間數(shù)據(jù)協(xié)議層和計(jì)算資源層和物理資源層,以及消息管理、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、文件讀寫和安全等4個(gè)子系統(tǒng),如圖2所示。其中Web層提供網(wǎng)頁(yè)模式的服務(wù),讓學(xué)生能通過(guò)網(wǎng)頁(yè)登錄系統(tǒng),開展包括預(yù)習(xí)檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等操作；中間數(shù)據(jù)協(xié)議層完成提供多種服務(wù)的接口和操作管理流程,包括身份登錄與識(shí)別管理、數(shù)據(jù)加密管理以及服務(wù)的分發(fā),同時(shí)利用Restful結(jié)構(gòu)提供對(duì)外的API服務(wù)、提供移動(dòng)端的登錄操作；計(jì)算資源層提供必要的計(jì)算資源,支撐包括人臉識(shí)別和大數(shù)據(jù)分析所需的計(jì)算能力。

圖2 管理系統(tǒng)框架圖

4.2.2 智能電源系統(tǒng)的研制

配合管理過(guò)程中實(shí)驗(yàn)臺(tái)供電的需要,開發(fā)了電類實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源智能控制系統(tǒng)，包括控制開關(guān)硬件,以及實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)自動(dòng)組卷、自動(dòng)評(píng)分、滿足條件時(shí)命令控制開關(guān)自動(dòng)接通的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室32個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的部署。

采用B/S+C/S結(jié)合使用的模式解決瀏覽器的限制問(wèn)題。系統(tǒng)數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程服務(wù)器,考慮到實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)進(jìn)行開發(fā),為了實(shí)現(xiàn)智能電源的控制效果和解決瀏覽器的限制問(wèn)題,引入基于C#開發(fā)的客戶端程序。系統(tǒng)在服務(wù)端設(shè)定了多重邏輯條件,當(dāng)滿足特定條件的要求時(shí),客戶端作為服務(wù)端和電源通信的中間橋梁,傳達(dá)著彼此的指令信息(見(jiàn)圖3)。

圖3 電源智能控制實(shí)現(xiàn)圖

4.2.3 人臉識(shí)別登錄

系統(tǒng)人臉識(shí)別采用了深度學(xué)習(xí)技術(shù)[10-11],利用谷歌的tensorflow結(jié)構(gòu)提供包括人臉定位和識(shí)別功能,基于度量學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別登錄功能,算法架構(gòu)如圖4所示。

圖4 人臉識(shí)別系統(tǒng)算法架構(gòu)圖

算法基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[12],使用已有的人臉數(shù)據(jù)訓(xùn)練該網(wǎng)絡(luò)模型,并輸出512維度的特征作為每張人臉的特征表達(dá)。我們將該系統(tǒng)用于識(shí)別程序,分別應(yīng)用于系統(tǒng)的登錄操作和實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)測(cè)。當(dāng)新的學(xué)生注冊(cè)后,系統(tǒng)會(huì)保存不同光照、角度下的人臉特征,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)定時(shí)采集學(xué)生的臉部信息,并將采集到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的特征值比對(duì),基于歐氏距離的度量后,系統(tǒng)可以在一定誤差內(nèi)確定學(xué)生的身份信息。

4.3 功能實(shí)現(xiàn)

在線實(shí)驗(yàn)共享平臺(tái)支撐下,實(shí)驗(yàn)過(guò)程由簡(jiǎn)單的單向流程,變?yōu)檫^(guò)程精細(xì)化管理的閉環(huán)系統(tǒng),具體流程如圖5所示。

該系統(tǒng)是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)助學(xué)系統(tǒng)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)刷臉登錄,進(jìn)行預(yù)習(xí)檢測(cè)；滿足分?jǐn)?shù)條件,實(shí)驗(yàn)設(shè)備才上電；實(shí)驗(yàn)過(guò)程按照要求上傳指定的關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù),系統(tǒng)具備出錯(cuò)自動(dòng)提醒功能；實(shí)驗(yàn)結(jié)束,學(xué)生可獲取回傳的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束,學(xué)生可以看到自己在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告3方面的評(píng)價(jià)；對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出錯(cuò)率高的(如：一次上傳數(shù)據(jù)出錯(cuò)率高于40%的)學(xué)生,系統(tǒng)自動(dòng)給出其下次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的個(gè)性化建議。即從第二次實(shí)驗(yàn)開始,學(xué)生就擁有了個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方案；實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束,獲得實(shí)驗(yàn)課總評(píng)成績(jī)。

該系統(tǒng)是教師的學(xué)情信息存儲(chǔ)、分析與反饋平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)要求以預(yù)習(xí)題目、關(guān)鍵操作檢測(cè)點(diǎn)及各環(huán)節(jié)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等可量化的方式落實(shí)到過(guò)程管理各環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,教師對(duì)實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)和重點(diǎn)的講授,以及現(xiàn)場(chǎng)巡回輔導(dǎo)等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式依然保留；不同的是,計(jì)算機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施監(jiān)控并自動(dòng)獲取、存儲(chǔ)每個(gè)學(xué)生的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和反映其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的行為數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,教師既可以看到上述全部的原始數(shù)據(jù),也可以看到計(jì)算機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)形成的階段評(píng)價(jià),幫助教師發(fā)現(xiàn)班級(jí)實(shí)驗(yàn)共性問(wèn)題、確定是否調(diào)整實(shí)驗(yàn)要求或優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

圖5 實(shí)驗(yàn)在線管理閉環(huán)系統(tǒng)圖

4.4 系統(tǒng)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助的正、誤判斷,就像“0”“1”代碼,非此即彼,無(wú)中間條件可言。但是系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象是真實(shí)的學(xué)生群體,如何應(yīng)用管理工具達(dá)成“所有的管理措施不是為難學(xué)生,而是為了幫助學(xué)生學(xué)得更好、更輕松”的初心,考量的是教師把握評(píng)價(jià)公平與管理藝術(shù)的大智慧。

4.4.1 剛?cè)岵⑴e的準(zhǔn)入制度

對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)提出明確要求,并利用電源智能控制系統(tǒng)落實(shí)“實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入制”,即實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng),計(jì)算機(jī)自動(dòng)隨機(jī)組成一份包含10道選擇題的預(yù)習(xí)檢測(cè)卷,每題10分；學(xué)生答題、提交,系統(tǒng)自動(dòng)判卷、計(jì)分；考不到60分,該實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源無(wú)法接通,該學(xué)生原則上不可以進(jìn)行當(dāng)次實(shí)驗(yàn)。上述檢測(cè)在15 min內(nèi)完成,以3次為限。其實(shí),學(xué)生在宿舍登錄實(shí)驗(yàn)在線共享平臺(tái),是可以無(wú)次數(shù)地進(jìn)行預(yù)習(xí)檢測(cè)的模擬練習(xí),練習(xí)的過(guò)程就是預(yù)習(xí)的一部分?？梢?jiàn),嚴(yán)格準(zhǔn)入制度的根本目的不是不讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn),而是督促學(xué)生做好預(yù)習(xí)。

4.4.2 一視同仁的客觀評(píng)價(jià)

成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)關(guān)乎學(xué)生切身利益,務(wù)必獎(jiǎng)勤懲懶、體現(xiàn)公平。給予每個(gè)學(xué)生的評(píng)價(jià),都是依據(jù)計(jì)算機(jī)過(guò)程檢測(cè)獲取的數(shù)據(jù)(如表1所示),在統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)模式下獲得的。有2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)給予了足夠的重視。

(1) 預(yù)習(xí)評(píng)價(jià)關(guān)注熟練。設(shè)置了與測(cè)試次數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)重,鼓勵(lì)做得正確且熟練的學(xué)生。具體評(píng)分方式為：

第一次提交預(yù)習(xí)自測(cè),預(yù)習(xí)分?jǐn)?shù)=檢測(cè)實(shí)際得分*1(次數(shù)權(quán)重)

第二次提交預(yù)習(xí)自測(cè),預(yù)習(xí)分?jǐn)?shù)=檢測(cè)實(shí)際得分*0.9(次數(shù)權(quán)重)

第三次提交預(yù)習(xí)自測(cè),預(yù)習(xí)分?jǐn)?shù)=檢測(cè)實(shí)際得分*0.8(次數(shù)權(quán)重)。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)操作評(píng)價(jià)關(guān)注過(guò)程。把反映過(guò)程的順序與時(shí)間要素納入評(píng)價(jià)指標(biāo),改變僅憑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)錯(cuò)進(jìn)行評(píng)價(jià)的方式。學(xué)生上傳數(shù)據(jù)的順序,反映對(duì)調(diào)試步驟的理解；第一次上傳出錯(cuò)率高,反映對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)測(cè)試的掌握比較差；實(shí)驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目完成的速度,反映實(shí)驗(yàn)熟練程度；綜合上述因素,把完成速度、順序無(wú)誤和數(shù)據(jù)正確并列為反映過(guò)程質(zhì)量的最高級(jí)別,并設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)操作評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

在關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)全部上傳、順序無(wú)誤和數(shù)值全部正確的學(xué)生中,提交時(shí)間排序前10名的,現(xiàn)場(chǎng)操作分=100。

在余下的學(xué)生中,數(shù)據(jù)全部上傳、順序無(wú)誤和數(shù)值全部正確的學(xué)生,現(xiàn)場(chǎng)操作分=90。

剩下的學(xué)生存在上傳數(shù)據(jù)不全、順序錯(cuò)誤,以及數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等問(wèn)題。上傳順序錯(cuò)誤的,現(xiàn)場(chǎng)操作成績(jī)乘以系數(shù)0.8；數(shù)據(jù)缺失-15分/個(gè),數(shù)據(jù)錯(cuò)誤-10分/個(gè)。則現(xiàn)場(chǎng)操作分=90*80%-15*數(shù)據(jù)缺失個(gè)數(shù)-10*數(shù)據(jù)錯(cuò)誤個(gè)數(shù)。

4.5 教與學(xué)的緊密互動(dòng)

本過(guò)程管理的理念是以學(xué)情數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程在線管理平臺(tái)為支撐,以學(xué)情大數(shù)據(jù)分析為核心,形成教學(xué)任務(wù)設(shè)置與學(xué)習(xí)效果反饋的閉環(huán)系統(tǒng)?；趯?duì)教學(xué)全過(guò)程的信息收集與分析,了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)狀態(tài),及時(shí)對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方式進(jìn)行調(diào)整,實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程自整定,確保教學(xué)大系統(tǒng)的穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)軟、硬件的研發(fā)及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理的自鑒系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用,可以提高過(guò)程管理的有效性,并幫助教師收集和利用學(xué)情大數(shù)據(jù),優(yōu)化提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。但再?gòu)?qiáng)大的系統(tǒng),都無(wú)法替代教師有溫度的口授、身傳,建設(shè)人、機(jī)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)課堂,需要更多的實(shí)踐與發(fā)現(xiàn)。