常江 鞏雪 任嬋媛

摘 ? ?要：近年來，媒體融合技術發(fā)展迅速，傳統(tǒng)意義上的多媒體虛擬技術已逐漸被形式更加多樣、交互性更好的新媒體取代。將多種媒體形式與傳播媒介相融合，依托互聯(lián)網(wǎng)開展數(shù)字化實驗設計及實施，成為實驗教學研究的新方向和熱點。文章從工科專業(yè)實驗開展中遇到的問題出發(fā)，從加強實驗內(nèi)容的數(shù)字化設計、實現(xiàn)實驗內(nèi)容與媒體介質的融合及構建數(shù)字化實驗平臺三個方面提出了完善工科數(shù)字化實驗的對策，為后續(xù)開展相應教研實

踐奠定了基礎。

關鍵詞：數(shù)字化實驗;工科;媒體融合;對策

中圖分類號：G642.3 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2019）010-0055-02

數(shù)字化實驗是以真實實驗為基礎，借助計算機來完成部分或全部功能的實驗[1]。國際上數(shù)字化實驗主要有兩類：一類是微型計算機實驗室，另一類是虛擬仿真實驗室。自1984年美國馬薩諸塞州劍橋學院技術研究中心的Tinker提出數(shù)字化實驗構想以來，經(jīng)過三十多年的不斷發(fā)展，數(shù)字化實驗在遠程實驗室建設、數(shù)字化實驗技術整合和開發(fā)研究方面取得了大量的成果。我國也在1999年左右開始了以虛擬實驗教學為代表的數(shù)字化實驗探索。

新媒體技術以數(shù)字技術、計算機技術和現(xiàn)代通信技術為基礎，是一個多種產(chǎn)業(yè)技術整合的動態(tài)產(chǎn)物，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的進一步發(fā)展，呈現(xiàn)出PC和多種移動終端如手機、平板電腦的不斷融合。傳統(tǒng)意義上的多媒體虛擬技術已經(jīng)逐漸被形式更加多樣、交互性更好的新媒體取代。

將多種媒體形式和傳播媒介相融合，依托互聯(lián)網(wǎng)開展數(shù)字化實驗設計和實施，成為實驗教學研究的新的方向和熱點。數(shù)字化實驗研究一直是自然科學、技術學、工程學及數(shù)學學科領域研究的重點。在媒體融合背景下的開放式的數(shù)字化實驗是一種高層次的自主性的合作實踐過程。在這種開放式的實驗過程中，從選題到資料收集整理，再到研究方案確定、實驗過程實施，最后形成實驗成果，整個過程始終是以學生為中心，以學生自主和主動的參與為基礎，學生經(jīng)歷的不僅僅是一個實驗的過程，體會更多的是科研的方法[2]。

將傳統(tǒng)的實驗課程內(nèi)容與現(xiàn)有的多種媒體形式相結合，通過不同的媒介形式進行傳播推送，將傳統(tǒng)的實驗過程以數(shù)字化的形式進行再現(xiàn)和實施，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術和信息數(shù)字化優(yōu)勢，將實驗內(nèi)容和過程以多種形式展現(xiàn)，從實驗內(nèi)容的網(wǎng)絡平臺視頻演示到儀器設備的仿真操作，從實驗室的網(wǎng)絡預約到實驗過程的交互式交流，從實驗結果的可視化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到實驗成績的有效評價等方面開展研究和實踐，能夠有序地把媒體及互聯(lián)網(wǎng)技術引入到開放式實驗過程中，將會為最大限度地發(fā)揮學生自主性、積極性和創(chuàng)造性奠定良好的基礎。在媒介融合背景下構建合理的實驗教學模式和實驗管理模式，能夠有效地提高工科專業(yè)實驗室的信息化建設程度，方便實驗室的開放式管理，有效提高教學資源的共享利用率，可以顯著提高人才培養(yǎng)和實驗教學質量[3]。

一、當前工科專業(yè)實驗開展的現(xiàn)狀

對哈爾濱商業(yè)大學現(xiàn)有的實驗教學開展情況，尤其是對工科專業(yè)專業(yè)課實驗教學的實施過程進行分析，不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的實驗課程或者簡單的虛擬實驗已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有教學的需求。

1.隨著學生數(shù)量的迅速增加，實驗設備的補充不到位。實驗臺套數(shù)不足，造成分組實驗中，單組學生人數(shù)過多。以哈爾濱商業(yè)大學印刷工程專業(yè)為例，原有的5人一組的紙張性能測試實驗，目前基本上為8人以上。在有限的實驗學時中，只能減少單個學生的測試任務量。學生在一次實驗過程中，只能對單一樣品進行單次測量，以小組為單位進行數(shù)據(jù)整合分析。學生對不同試樣測試過程和測試結果的直觀感受減少，不同實驗數(shù)據(jù)間人為的數(shù)據(jù)誤差增大，學生后續(xù)的實驗數(shù)據(jù)分析不準確或湊結果的現(xiàn)象增多。

2.由于學生實際操作時間的減少，學生更多的是在規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定動作，按照實驗指導書上步驟，完成實驗內(nèi)容。留給學生開放式的設計實驗，或者試錯的時間幾乎沒有。這就造成了學生在實驗課后，也只是做過實驗，知道實驗流程而已，而對于為什么要這么做、否則會有什么樣的結果等問題缺少思考。同時，師生之間有效的交流減少，教師要在盡可能短的時間內(nèi)完成基本實驗過程的講解，再加上學生課前預習效果并不好，使部分學生在實驗開始階段并不能有效地完成實驗任務，教師無法針對實驗過程中存在的問題進行及時的反饋。

3.對學生實驗的成績評價形式單一，更多地以實驗報告的形式完成。學生把更多的精力投放到實驗后數(shù)據(jù)的處理和實驗報告的書寫上。而對于實驗過程、儀器設備的調(diào)試和操作關注度不夠，實際訓練的目的并未達到。

4.由于現(xiàn)有的實驗室條件無法實現(xiàn)7天×24小時實時開放，加之學生缺乏足夠的實驗操作訓練、部分實驗內(nèi)容和實驗設備也不能隨時使用，造成實驗室開放不夠，設備利用率不足。很多設備僅僅面向一個專業(yè)一門課程，造成了嚴重的浪費。以學生開展科創(chuàng)活動實驗為例，學生在進行實驗之前，需要教師花大量時間進行儀器使用培訓和實驗流程演示，學生綜合利用設備的能力不夠。

以上現(xiàn)象實際上是傳統(tǒng)實驗開展過程中的通病，尤其是在傳統(tǒng)的課堂講授+實驗室操作這樣的教學模式下，學生對實驗內(nèi)容的理解，開放性的思考和交互式的信息反饋效果不好，造成學生對實驗課興趣不高，理解不深等問題。這也從一定程度上造成了培養(yǎng)應用型人才的工科專業(yè)開設最多的是驗證性實驗，而綜合性和設計性實驗開設數(shù)量較少，質量較差。雖然在一些課程中開展了多媒體演示或者虛擬實驗的實踐和研究，但是由于媒體形式單一，缺乏內(nèi)容間的聯(lián)系，缺乏師生間交互信息的反饋，實際效果一般，仍有較大的提升和研究空間。

二、完善工科專業(yè)實驗的對策

在對現(xiàn)階段研究成果進行分析的基礎上，筆者認為針對實驗內(nèi)容的數(shù)字化設計、實驗內(nèi)容與媒體介質的融合和數(shù)字化實驗平臺的構建三個方面進行研究及實踐能夠在實驗室數(shù)字化實現(xiàn)過程中解決一定問題，起到一定的作用。

（一）加強實驗內(nèi)容的數(shù)字化設計

在現(xiàn)有實驗內(nèi)容中，并不是所有內(nèi)容都適合數(shù)字化實驗過程，所以實驗內(nèi)容的選擇對最終的實驗效果有很大影響。對相關的實驗要進行整合加工，設計開放性更強的實驗方案。對于一些設計性、驗證性實驗，不要求學生進行一步步的實驗模仿，而是基于一定實驗內(nèi)容的教學要求，由學生設計實驗方法、步驟及整個實驗流程，讓學生按此步驟自行實驗和探究，最后完成實驗任務。

（二）實現(xiàn)實驗內(nèi)容與媒體介質的融合

媒介與實驗內(nèi)容的融合取決于實驗教學的要求。針對傳統(tǒng)實驗教學中，信息傳播形式單一、教師對學生單向信息傳遞等問題，在實驗開展的不同階段，選擇不同形式的媒介和媒體形式對實驗內(nèi)容進行加工，突出內(nèi)容特征，加強信息的傳遞和反饋效果[4]。

（三）構建數(shù)字化實驗平臺

根據(jù)現(xiàn)有實驗開展過程中對多媒介數(shù)字化實驗的預期要求，實驗平臺應該包括以下幾部分內(nèi)容。

1.數(shù)字化資源庫模塊，主要包含數(shù)字化實驗教學資料，實驗操作過程的各實驗狀態(tài)的圖片或視頻。以上內(nèi)容以多媒體素材創(chuàng)作平臺為基礎進行設計，以云平臺為發(fā)布媒介。針對前期實驗要求，多媒體素材加工后，可針對PC、手機、平板電腦等終端進行整合，以手機網(wǎng)站、公眾號、APP、H5等形式進行推送[5]。

2.虛擬實驗教學模塊，以交互式動畫或虛擬顯示技術的形式虛擬實驗環(huán)境，能對虛擬的儀器和器材進行模擬操作，對測試數(shù)據(jù)情況進行反饋。學生在完成預習內(nèi)容的情況下，在實際實驗室操作之前，可以在虛擬實驗條件下完成個性化實驗設計和合理性驗證。這一方面保證學生實驗預習效果;另一方面，在現(xiàn)有的實驗臺套數(shù)和實驗學時較少的情況下，能夠把更多的時間投入到有效的實驗操作中。充分利用網(wǎng)絡環(huán)境，解決實驗設備臺套數(shù)少的問題。對目前實驗項目內(nèi)容進行分析研究，對其測試的指標和過程進行分類，探討數(shù)字化實驗項目選擇的依據(jù)，數(shù)字化實驗的參數(shù)指標，是本項目研究的首要問題。

3.實驗信息反饋模塊，交互性是多媒介融合下數(shù)字化實驗的核心。學生預習效果的反饋，實驗過程中設備信息的采集和顯示，實驗數(shù)據(jù)的整理和圖形化呈現(xiàn)，學生實驗結果、實驗報告的提交和教師審查反饋都要依靠信息反饋功能來實現(xiàn)。

建立一個適合于工科專業(yè)實驗課程的、依托多媒介傳播形式的數(shù)字化實驗流程和平臺，實現(xiàn)基本功能要求。充分調(diào)動學生積極性，引導學生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。優(yōu)化現(xiàn)有的實驗教學手段和方法。利用靈活性、自主性更強的實驗教學手段和方法，滿足學生實驗需要。

參考文獻：

[1]戚麗麗.數(shù)字化光學實驗平臺的設計與研究[D].鄭州：? ? 鄭州大學，2017.

[2]李瑾，張寧，云霄.新工科背景下工科生自主學習力的? ? 深度構建——以X大學“現(xiàn)代密碼學”SPOC翻轉課堂? ? 為例[J].高等工程教育研究，2018，（5）.

[3]韓文佳，楊桂花，陳嘉川，等.新工科背景下工科專業(yè)實驗? ? 教學體系的構建與實踐[J].大學教育，2018，（9）.

[4]羅俊.互聯(lián)網(wǎng)時代傳播格局的重構及其新挑戰(zhàn)[J].學術? ? 論壇，2018，（4）.

[5]朱震華.VR技術在課堂中的應用[J].電子技術與軟件? ? 工程，2018，（20）.