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1.2實驗課的比重
各院校確定的現代教育技術專業的實驗課共計100門,占整個課程的65%,即有65%的課程設置了相應的實驗,但各院校不盡一致。大部分院校現代教育技術專業含有實驗的課程中理論講授學時所占比重較大,而實驗學時較少,只有武威職業學院和鄖陽師專的培養方案中實驗學時超過了理論講授學時;相對于整個專業的總學時,含有實驗的課程學時(理論講授學時+實驗學時)所占比重較小,即大部分院校現代教育技術專業課程大部分還是理論講授為主。
1.3實驗課程類型
從上述各院校確定的現代教育技術專業實驗課程,作者將其分為以下幾類:基礎類試驗、視聽類實驗、計算機類實驗、教育技術類實驗。各院校確定的現代教育技術專業實驗課程共計100門,但從表2可以看出,所有實驗課程計算機類實驗課程比例超多了50%,有些計算機專業不開設的課程現代教育技術專業開設,有些課程重復開設(如編程課程就有8門:C程序設計、VB程序設計、ASP編程、PHP編程、JSP編程、面向對象的程序設計(JAVA技術)、高級語言程序設計、Vb-script);而真正屬于教育技術類實驗并不成熟,像教育傳播學、現代教育技術理論、學與教的基本原理等課程本來是純將理論基礎的課程,偏偏加上了實驗學時。
2現代教育技術專業實驗課程存在的問題
2.1“失重”的實驗課程
無論是作者所調查的全國部分院校現代教育技術專業,還是通訊作者所在的學校———甘肅民族師范學院現代教育技術專業,它們的實驗課程可以用“失重”來形容,這種“失重”現象體現在兩個方面:一是相對于理論課程來說,實驗課程比重較小,并且大多依附于理論課程;二是從實驗課程類型、實踐內容來看,計算機類實驗課程明顯偏多,真正屬于教育技術類的實驗并不成熟。根據教育部對高職高專教育人才培養工作的意見,“實踐教學的主要目的是培養學生的技術應用能力,并在教學計劃中占有較大比重”、“實踐教學要改變過分依附理論教學的狀況,探索建立相對獨立的實踐教學體系”,現代教育技術專業的實驗課程體系的改革,特別是實驗課程教材的建設勢在必行。
2.2“依附”、“演示”的實踐教學
在作者所調查的全國部分院校現代教育技術專業的課程體系中,相對于整個專業的總學時,含有實驗的課程學時(理論講授學時+實驗學時)所占比重較小,大部分院校現代教育技術專業課程大部分還是理論講授為主。在甘肅民族師范學院進行實地調研時,作者發現,由于專業教學人員缺乏、設備及實驗室面積較小等諸多原因,只能開展一些設備操作、演示的項目,真正綜合的實驗項目無法開展,所以實踐教學效果較差。從所有課程設置的實驗項目中可以看出,大部分都是設備使用項目,學生學完這些項目之后很少安排進一步進行綜合運用、教學應用的實驗項目,個別設置了的課程恰恰又沒有開設,以《教育電聲系統》為例,該課程實驗開出率為80%,實際開出的實習項目是“話筒、錄音卡座、數碼錄音筆等電聲器件的操作使用;調音臺構造及操作使用;聲音素材采錄;錄音節目的編制”等設備操作、演示型的項目,該課程設置了“利用語言學習系統進行教學”的項目,通過對該課程任課老師的訪談發現:全校有一套語言學習系統在外語系,現代教育技術專業所在系沒有電聲系統相關設備,該實驗項目并沒有開展。
3現代教育技術專業實驗實踐課程設計
3.1設計原則
3.1.1豐富的實踐教學體系
培養學生的學生動手操作能力、技術應用能力,不能單靠實驗實訓課程,所以必須豐富現代教育技術的實踐教學體系,包括實驗課程體系、校內外實訓體系、分散見習與集中實習體系等,形成了完整的培養體系。
3.1.2“依附”“獨立”并存,分方向設置的實驗實踐課程體系
與以往實驗課程比重較小、實驗課程依附于理論課程的情況相比,作者提出“依附”“獨立”并存,分方向設置的實驗實踐課程體系的設想,即個別演示型實驗依附于理論課程外,需要學生親自動手的實驗均安排為獨立的實驗課程,并且除公共性質的實驗實踐課程如實習、計算機基礎上機實驗外,專業實驗實踐課程除基礎實驗外,按不同的專業方向單獨設置。上述實驗實踐課程體系,使得實踐教學在教學計劃中占有較大比重,形成了基本實踐能力與操作技能、專業技術應用能力與專業技能、綜合實踐能力與綜合技能有機結合的實踐教學體系,有利于及時吸收科學技術和社會發展的最新成果,有利于培養實用型、應用型專門人才。
3.2實驗實踐課程設計
現代教育技術專業的實驗實踐課程除個別演示型實驗依附于理論課程外,需要學生親自動手的實驗均安排為獨立的實驗課程,整個課程體系可分公共實驗實踐課程、專業實驗實踐課程和見習實習等模塊,不包含公共選修課中含有的實驗實踐課程。
3.2.1公共實驗實踐課程主要包括信息技術實驗、大學體育、軍事訓練等。
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裝備物流包裝,主要研究在不同環境條件下,如何使裝備器材的貯存可靠性得到保持、恢復和增長,使裝備器材完好地通過物流環節進入保障領域,實現其使用價值,發揮最大效能。裝備物流包裝研究對象包括:包裝材料的選擇、包裝容器的結構造型、包裝裝潢、包裝方法、防護方法、包裝輔助物及包裝機械等;還有包裝試驗質量檢測與評價,以及包裝標準化與管理等。研究內容包括:裝備物流自然特性包裝、裝備物流貯存特性包裝、裝備物流運輸特性包裝、裝備物流裝卸特性包裝、裝備物流野戰特性包裝及裝備物流管理特性包裝等。由此,裝備物流包裝技術實驗室主要研究方向可以規劃為以下幾個方向:裝備物流包裝需求研究。裝備物流生產、運用、保障及退役處理等各環節,對裝備物流包裝都提出了不同需求,需要進行系統研究論證。裝備物流包裝標準化研究。裝備物流包裝標準化研究包括基礎標準、技術標準和作業標準,研究的目的在于提高裝備物流運行的標準化、規范化和科學化,為裝備物流高效平穩運行奠定技術基礎。裝備物流包裝技術方法研究。針對裝備物流包裝的自然特性、貯存特性、運輸特性、裝卸特性、野戰特性及管理特性的特點與規律,研究包裝技術方法的同時,也應進行包裝性能試驗方法研究,以及提出適宜各種環境條件要求的最佳試驗方案,評定所采用的包裝方法的包裝效果。裝備物流包裝材料研究。研究各類包裝材料的物理學、化學、生物學特性,包裝材料研究包括新型包裝材料的研究與開發,為改進裝備物流包裝技術與方法創造條件。裝備物流包裝結構研究。研究裝備物流包裝結構、緩沖包裝結構、內包裝結構及裝備表面包裝結構等,以及輔助物結構。外包裝結構、緩沖包裝結構、內包裝結構及裝備表面包裝結構等的生產工藝性能,均應便于機械化、自動化生產,以提高生產效率。裝備物流包裝廢棄物處理研究。裝備物流必須重視廢舊裝備器材及其包裝廢棄物的處理,重視處理技術、方案及其策略。重點進行廢棄物處理的理論方法、技術工藝、設備設施、工程解決方案等研究。
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媒體課件的使用是課程教學中必不可少的手段,特別是在實驗課程中,需要展示大量的實驗儀器、實驗操作過程等,媒體課件生動直觀的優勢就更加明顯[3]。我們根據實驗內容的安排和教學的需要,總結了生物技術藥物研發的10個實驗操作技術,并拍攝制作了實驗操作視頻,包括聚合酶鏈式反應、目的基因與載體的酶切和連接、陽性克隆的篩選、工程菌的培養和擴增、包涵體的預處理、蛋白的親和層析純化、聚丙烯酰胺凝膠電泳、蛋白印跡雜交、考馬斯亮藍染色、蛋白定量等。實驗操作視頻可以利用多角度、特寫放大等技術展現每一項實驗操作的關鍵點,讓學生準確看到操作的細節,解決了教師實地操作示范時無法保證每個學生都能有最佳觀察位置的空間不足。同時,有些實驗操作中需要等待數分鐘甚至數小時,在有限的實驗課時中無法展示全部的實驗過程,實驗操作視頻可以將漫長的等待時間剪輯去除,彌補了實驗操作長時間等待的時間不足。在視頻課件的制作過程中,我們首先根據內容安排撰寫了拍攝腳本,然后召集實踐經驗豐富、實驗操作嫻熟的老師進行了多次論證和修訂,確保了實驗內容的科學性、實驗操作的規范性、解說語言的簡潔性和視頻拍攝的技術性。每一項實驗技術視頻的拍攝之前,負責操作演示的老師都要經過至少2次的預實驗,確保視頻拍攝的順利進行。視頻拍攝時,我們根據拍攝腳本設計實驗場景、準備所需儀器設備,對于需要學生掌握的步驟和容易出現錯誤的步驟,從多個角度反復拍攝演示過程,確保后期剪輯制作時有足夠的素材。通過一系列精心的設計和實施,我們完成制作了實驗操作視頻媒體課件。在實驗教學的過程中,學生首先在教師的講解下觀看實驗操作視頻,再到實驗室觀看教師的操作示范,并自己動手操作。我們通過對比發現,與沒有使用實驗操作視頻媒體課件輔助教學相比,使用后,學生出現基本操作錯誤的概率大大降低、更容易得到預期的實驗結果,學生提出的問題更加側重對實驗過程和結果的深層次思考,而不是一些淺顯的實驗操作技術。實驗操作視頻媒體課件的應用提高了學生的學習興趣,增強了實驗課程的教學效果。
3培養一支專業的教學團隊
實踐課程與理論課程教學過程的一個顯著差別在于,理論課的授課通常是以老師個體為單位完成的,而實驗課的授課則需要多個老師的協作配合。我們根據以往實踐課程的經驗,以20名學生為1組,每組配備由3名老師組成的教學團隊,3名老師分別負責授課的準備和實施、實驗操作過程的管理和指導、儀器設備和試劑耗材的保障。通過這樣的設計和安排,所有老師既分工明確、各司其職,又相互協作、通力配合,保證了實驗課的課前準備、課中實施和課后收尾工作的順利進行。授課老師主要負責授課的準備和實施,是實驗課程的負責人。實驗課的講授不同于理論課的講授過程,因為實驗課更注重操作技術,所以授課老師在課前應該搜集大量的圖片、動畫、視頻等生動特色的教學資源,并根據課程標準的要求,設計教學過程、撰寫教案、制作課件,組織所有參與教學的老師進行集體預實驗,充分了解實驗的全部過程。在課中,講授實驗內容,與其他老師一起分工負責指導學生的實驗操作、解決學生的問題。指導老師主要負責實驗操作過程的管理和指導。實驗課的最大特點是在實驗操作過程中,學生要在實驗室中“活動”起來,因此必須通過預先的統籌安排維護實驗過程的秩序井然。例如,對于低溫離心機、細胞超生破碎儀、微孔板檢測儀等需要共用的儀器設備,可以通過調整不同學生實驗步驟的順序,達到錯峰使用的目的。這就需要指導老師在課前明確實驗操作過程中每一個步驟的時間節點、安排好其他老師的指導崗位,確保在課中每個操作步驟、每個共用儀器設備都有老師指導。保障老師主要負責儀器設備和試劑耗材的保障。實驗課進行的過程雖然只有幾個學時,但各種試劑的配制、耗材的準備、儀器設備的調試往往需要花費老師幾天的時間。保障老師根據教學過程的設計和實驗操作的需要,在課前制定詳細的實驗準備和保障手冊,包括使用哪些儀器設備、哪些可以共用、哪些預先放在學生的實驗臺面上、配制哪些試劑、配制量是多少、哪些需要分裝等問題,大到蛋白純化儀器,小到卷筒紙,每一個細枝末節都在手冊中詳細注明。根據此手冊進行準備和保障,既規范、高效,又不會遺漏。
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2.1分方向的實驗教學模式
軟件技術基礎課程的教學內容重點可以分為兩大塊:數據結構和數據庫。因此,可以讓學生根據個人興趣愛好,自由選擇這兩個方向的其中之一,來做一個該方向的大作業,計入期末總成績。數據結構方向主要以VC++6.0作為開發環境,側重算法與數據結構的編程;數據庫方向主要以SQLserver作為開發環境,側重數據庫的建立和使用。學生可以深入學習自己方向的開發環境,并通過制作一個小型的軟件來完成大作業。這個大作業是每個學生必須完成的任務,占期末考試總成績的20。學生可以自愿組合,最多3人一組共同完成一個大作業。小組內的各個成員按照自身能力來進行角色分配,共同完成大作業內容。大作業應嚴格按照軟件生存周期的各個階段來進行軟件項目的開發,并生成各個階段的相應文檔。最后,學生需提交項目開發報告的紙質版和電子版來作為期末考試評分依據。
2.2與專業相結合的項目開發模式
我院包括自動化、電氣工程及其自動化、測控等三個本科專業,都要學習“軟件技術基礎”這門課程。因此我們考慮讓學生在做大作業的時候,可以跟各自專業聯系起來,加入一些專業背景和實際工程環境,這樣可以保證學生的選題更具有現實意義,避免課程教學與實際脫軌。
2.3充分利用各種實驗室平臺
我院設有創新實驗室,單片機實驗室、貝加萊聯合實驗室等多個開放實驗室平臺,為軟件技術基礎課程的實踐改革提供了較好的硬件設施,保證了實驗教學的順利開展。其中,創新實驗室是我院全面貫徹和落實電子類學科面向21世紀課程體系和課程內容的改革中創建的新型實驗室,是我院大學生電子類科技活動的重要場所。單片機實驗室目前擁有單片機/微機實驗裝置40套;實驗用計算機40臺;仿真器20套;編程器6套。貝加萊聯合實驗室目前擁有PLC實驗裝置20套;實驗用計算機20臺;DT-1模擬電梯1套;無塔供水系統1套,并承擔ASEA的自動化系統工程師或注冊工程師的技能培訓和測試任務。學生可以深入這些實驗室,結合自己的開發項目,將理論知識與實際操作結合起來,更好地促進課程的學習。
2.4與課程設計、畢業設計接軌
軟件技術基礎課程沒有專門的課程設計,因此可以考慮增加該課程的課程設計,為期兩周的時間,學生可以集中的進行項目開發,彌補課內實驗學時不足的問題,收到良好的學習效果。另外,還可以將部分學生做得較好的項目,延伸到畢業設計中來。通過長線的學習,等到學生大四做畢業設計的時候,可以掌握的非常熟練,通過開發較復雜的軟件來完成畢業設計。這樣可以使得學生有較大的動力學習該課程。
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技術試驗在技術創造過程中的地位與科學實驗在科學研究過程中的地位相當,有以下相似與區別之處:1)與科學觀察相比,都不是發生在自然的條件下,而是在人為控制和干預的條件下進行的。2)與科學實驗相比,實驗的研究對象是自然事物,而試驗的研究對象只是人工創造物,包括人們擬定的規劃、設計和研制出的機器設備等。實驗主要表現為從客觀到主觀、從實踐到理論的認識過程;試驗則是從主觀到客觀、從理論向實踐的轉化過程。實驗是為了揭示自然事物、現象和過程的本質與規律,創立相應的科學理論;而試驗則是為了探索科學理論實際應用的條件、途徑和形式,以獲得新的技術發明。3)盡管技術試驗同實際應用的聯系比科學實驗更密切,但也只是在實際應用的預備階段,為試制和實際應用奠定基礎。技術試驗是試探性與驗證性的統一,往往能為技術研發與推廣應用開辟出新的途徑。技術試驗是從技術方案到現實技術形態的中介或橋梁,是檢驗、修正和完善技術構思與設計的重要手段。技術試驗在技術發明、技術革新、技術推廣等活動中,不僅是對技術成功與否的驗證,更是發現問題、探究規律、優化技術的關鍵,對于推進技術認識的發展、完善技術設計與制造工藝發揮著不可替代的作用。技術試驗過程大致可分為試驗準備、試驗操作和試驗數據的分析處理3個基本階段。其中,試驗的構思設計居于核心地位。試驗設計不僅要明確試驗的目的、任務、內容和類型,選配相應的測試儀器,而且還要確定恰當的試驗步驟和試驗方法,力求對所處理的因素進行合理的安排,從而用較少的試驗次數,最低的人力、物力、財力消耗,實現預期的試驗結果。在技術試驗過程中,不同的試驗題目、內容和性質,往往要求不同的試驗類型及其方法。即使同一個復雜的試驗項目,試驗步驟或階段不同,所要求的試驗方法也不盡相同。因此,應根據試驗項目的具體特點、步驟和階段,選取不同類型的試驗方法。技術試驗方法的種類很多,可以按照不同的依據對其進行劃分。1)性能試驗與對比試驗。性能試驗是為了定性或定量地認識某一部件、工藝或產品的功用而安排的試驗。如對材料的強度、塑性、抗腐蝕性的試驗,對機械設施的抗震性,汽車的速度、安全性或耗油量的試驗等。性能試驗常常需要在某種極限條件下進行(如破壞性試驗),或者需要經歷一個較長的試驗時間(如壽命試驗),并要求具備相應的測試手段。性能試驗往往需要通過對比試驗的方式進行。對比試驗就是為了確定多種方案或產品的優劣而精心安排的,試驗結果可作為評價和選擇技術的重要依據。2)析因試驗。析因試驗就是通過技術試驗,分析和確定導致技術后果的原因。在技術發明過程中,常常會產生這樣或那樣的結果,這些結果或者是符合、或者是偏離預定的技術目標和技術功能。通過析因試驗,探尋導致某一結果的原因,有助于人們有針對性地采取措施,強化、減弱或消除這一結果,從而改進技術方案與設計,使技術功能得到改善或提高。技術的開發或運行是一個涉及眾多因素的復雜過程,某一結果的出現往往是由多種因素綜合作用的。因此,在析因試驗中,應善于全面、系統地分析導致某一結果的機理和因素,抓住其中的主要或關鍵環節。3)中間試驗。中間試驗也稱為中試生產試驗,是為了把實驗室技術成果轉化為實際應用而進行的試驗,處于從實驗室技術到工業化技術發展的中間環節。一般地說,實驗室研究的規模狹小,條件控制嚴格,操作精細,結論的精確度較高;而生產環境的規模大,要求不嚴格,可變因素多,過程復雜。實驗室技術成果一旦投入生產或擴大規模,條件發生改變,就會出現種種問題和預料不到的情況。因此,不能把實驗室技術成果簡單地移植到工業生產環境之中。為了摸清在推廣應用過程中可能出現的問題,就需要以更接近于生產規模的實際條件進行反復試驗。4)模擬試驗。模擬試驗又稱模型試驗,它是以模型替代原型而進行的技術試驗,然后再將模型試驗結果適當地推演和應用到原型上。在這一過程中,模型是創造原型的手段,完善原型則是進行模型試驗的目的。模擬試驗本質上屬于間接試驗,事物之間的相似性是該方法的客觀基礎。模擬試驗方法適用于技術創造過程的諸多環節。
3科學實驗與技術試驗方法的綜合運用
運載器是極其復雜的系統,綜合體現了當今科學技術的成就,代表著航空、航天技術最全面、最復雜、最先進的水平。同時,它也是高投入、高技術、知識密集的系統工程,在其設計、制造、試驗、發射和飛行過程中都將面臨許多難題,因而要求從事該領域的科學研究與工程技術人員不但要廣泛運用科學實驗方法與技術試驗方法,而且要將二者有機地綜合運用,以支撐運載器的全壽命周期質量保證與工程應用工作的開展。科學家達•芬奇指出:“科學如果不是從實驗中產生,并以一種清晰實驗結束,便是毫無用處的、充滿荒謬的,因為實驗乃是確定性之母。[3]”科學研究與工程技術人員不僅要充分認識實驗在科學方法上的重要性,而且要不遺余力地身體力行,從事各種實驗活動,獲得更多的科學事實,指導科學與工程技術問題的認知與解決。導彈液體推進劑晃動問題的解決即是通過科學實驗取得科學成果的成功案例之一。“木星”導彈前兩次發射均以失敗告終。其中,首飛失利歸咎于發動機羽流燒壞了伺服機構控制電纜。此后第2次發射再次失利,原因定位于“由于液體推進劑晃動和控制系統之間的動態耦合,導致控制系統飽和,箭體在最大動壓時失去了控制”。前一個問題通過在燃氣發生器尾氣排出箭體處設置防護罩得到有效解決;第二個問題則在理論方面及相關的實驗方法上是一項新興技術,該問題成為促進研究人員開展深入科學研究和發展相關實驗技術的契機。為此,首先利用“木星”的液氧推進劑貯箱進行了演示實驗:將貯箱放置在有軌電車上,貯箱內加滿水,通過驅動電車與軌道上的固定障礙物進行猛烈的撞擊,由此激發液體的動力學響應。攝像機記錄下了這些運動,并可由此推導出等效的晃動質量和頻率,將其應用在控制反饋仿真中,最終通過“啤酒罐”、“鼠籠框”的結構形式成功實現“防晃”的目的,并且在實驗的基礎上形成了液體推進劑在晃動條件下其動力學行為的演變理論,為運載火箭型號液氧推進劑貯箱的結構設計提供了理論指導。技術試驗關系到技術系統的質量、功能和水平,是技術方法論的重要內容之一。技術試驗可以為技術方案建構、工程技術設計和樣品試制提供事實根據,驗證它們的科學性、可行性與可靠性,發現設計制造過程中的缺陷,改進工藝和產品。工程技術對象十分復雜,影響因素眾多,在常態下有的特征或缺陷不易顯現,有的造價昂貴,定型后更改代價高昂。只有在設計過程中運用巧妙的試驗來強化、干預或模擬對象,才能形成技術制造或控制的最佳方案。由于技術試驗在技術活動中是必不可少的環節,因而在重大技術研發的各個階段都需要試驗。技術試驗作為航天領域中最基本的常用方法之一,尤其是作為宇航和武器系統全壽命周期過程中的重要質量保證方法之一,正在發揮著越來越重要的作用。通過技術試驗推動技術認識、提高技術水平的案例可列舉為:火箭研制過程中的重要一環就是試驗驗證,電氣系統需要通過綜合試驗、匹配試驗和發動機點火試驗驗證,并經過出廠測試驗證。新研火箭更需要開展分離試驗、動力系統試車、模態試驗、靜力試驗、風洞試驗等大型試驗。航天型號在進入工程研制階段之前,都要經過一個預先研究時期,這一時期的研究活動集中體現了科學實驗與技術試驗兩種方法綜合運用的重要意義。這一時期,在基礎科學研究階段通過科學實驗獲得的科學原理開始轉向應用研究;技術基本原理開始被用于發明活動;通過實驗室研究,驗證各獨立元素并分析預測;基礎部件或原理樣機在實驗室進行試驗;部件或部件級原理樣機在相關環境下進行試驗。預先研究時期進行的科研活動的顯著特點就是通過實驗方法進行理論研究,完成從客觀到主觀、從實踐到理論的認識過程,并通過試驗方法不斷驗證、修正理論,完成從主觀到客觀、從理論向實踐的轉化過程。預研階段是航天型號進入工程研制的基礎儲備階段。圖2展示了某材料在航天型號應用前開展的主要實驗和試驗活動。
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虛擬技術是當下計算機實驗教學應用的主要教學技術手段,在計算機實驗教學發展過程中,具有重要推動作用[1]。虛擬技術在計算機實驗教學中應用,其優勢主要有以下幾個方面:2.1降低資源投入成本虛擬技術不需要太大的場地就可以進行計算機實驗教學,這與傳統的計算機實驗教學來說,有著很大的差別。傳統計算機實驗教學需要建立教學實驗室,并且購置很多計算機實驗設備。虛擬技術則不需要這一點,極大地降低了資源試論虛擬技術在計算機實驗教學中的應用陳軍山東醫學高等專科學校【摘要】計算機技術在當下社會經濟發展以及人們日常生活中所占的地位越來越重要,計算機實驗教學對于計算機技術的應用與發展來說,意義重大。但就目前計算機技術發展來看,可供研究和使用的計算機實驗資源缺乏,這對于掌握和發展計算機技術來說,十分不利。為此,旨在促進計算機實驗教學發展的虛擬技術在計算機實驗教學中得到了廣泛的應用。這種虛擬技術主要是以軟件創建虛擬機,并且在虛擬機情況下進行計算機實驗教學。經過大量實踐,虛擬技術在計算機實驗教學中具有重要作用。本文以虛擬技術在計算機實驗教學中的應用為研究對象,主要探討了基于VMwareWorkstation軟件創建的虛擬機在計算機實驗教學中的具體應用。【關鍵詞】虛擬技術計算機實驗教學應用投入成本,但其所起到的實驗教學作用,與真正計算機實驗教學并無差別。2.2靈活性較強虛擬機在設計和使用上,只需要通過對硬件和軟件進行系統化更新,就可以讓虛擬機與當前計算機技術保持一致性,具有很大靈活性。這種對軟、硬件的更新,可以不需要進行實體機配置的兌換,就可以實現更新目的。2.3安全性較高虛擬機當中,具有單獨的數據存儲設備,可以對實驗數據、實驗資源、實驗資料等信息進行保存,避免數據丟失為用戶造成不便。而且,虛擬機在進行計算機教學實驗過程中,即使其他系統出現故障,也不會對數據存儲設備產生影響,避免數據丟失,具有很高的安全性。
三、虛擬技術在計算機實驗教學中的應用研究
虛擬技術在計算機實驗教學中的應用,首先要創建虛擬機,這是虛擬技術進行應用的前提。針對于虛擬機的創建,需要在物理計算機操作平臺上安裝虛擬機操控軟件,就目前虛擬機技術應用來看,主要以‘VMwareworkstation’軟件為主。其次,對虛擬機進行優化與維護,使其更好服務于計算機實驗教學。最后,則是將優化好的虛擬機投入到計算機實驗教學當中。3.1虛擬機創建研究虛擬機創建以VMwareworkstation軟件為主,在VMware窗口中,進行虛擬機創建,其具體步驟如下:(1)啟動VMwareworkstation后,需要在打開的窗口中選擇創建類型,進行程序安裝工作。一般來說,創建虛擬機主要采用Typical默認方法,VMware會根據物理計算機的實際配置,進行虛擬機硬件配置創建工作。而虛擬機創建過程中,又會根據用戶需求不同,通過對虛擬磁盤以及適配器進行重新定義,從而實現虛擬機新功能。根據用戶自身需求對VMware創立完成后,接下來就需要對虛擬機的操作系統進行設置;(2)進行操作系統設置時,頁面會彈出“客戶機操作系統安裝”窗口,這個窗口中一共有三個選項,虛擬機創建時需要選擇“稍后安裝”選項。之所以選擇這個選項,是因為可以在很大程度上避免客戶機系統的不完整性,有利于虛擬機使用;(3)客戶機的默認配置,需要在“客戶操作系統安裝”的窗口中進行選擇,就虛擬機的操作系統類型來看,可用于選擇的操作系統主要有“Windows”、“VMware”、“Linux”等,就操作系統選擇來看,需要根據實際情況進行分析,選擇的系統要符合當前使用虛擬機的版本;(4)默認配置以及操作系統選擇完畢后,下一步需要對創建的虛擬機進行命名,這種虛擬機命名主要是為了日后操作時更加有利于識別;(5)虛擬機命名之后,則需要生成虛擬機配置的保存路徑,用硬盤進行相關配置保存,為之后虛擬機的使用提供方便。虛擬機的創建,為計算機實驗教學創造了方便,新虛擬機生成之后,需要對其進行優化,之后投入到計算機實驗教學之中。3.2虛擬機的優化及維護研究虛擬機的建立,主要是以‘VMwareworkstation’軟件為主,虛擬機的硬件設備,則是由VMware自動生成[2]。虛擬機應用于計算機實驗教學中,需要對相關配置進行優化,使之符合計算機實驗教學的要求。在進行虛擬機優化及維護過程中,要遵循以下優化及維護的方法:(1)內存:虛擬機的內存與物理計算機內存有著密切聯系,一般來說,虛擬機的內存主要是根據物理計算機內存大小進行測算的。例如物理計算機的內存值若是1024MB,那么虛擬機的推薦內存則為512MB。在虛擬機內存優化時,其內存設置在512MB左右浮動,最大值不能超過1024MB,最小值不能低于128MB,其內存設置應該為32MB的倍數;(2)處理器:在進行處理器優化時,虛擬機處理器的個數要與物理計算機進行比較,保證處理器個數少于物理計算機處理器個數;(3)硬盤:硬盤大小對于虛擬機進行計算機實驗教學來說,具有重要影響。硬盤容量決定了對數據的存儲容量,在虛擬機優化過程中,要根據實際情況,對有用信息進行保留,對無用信息進行清除。這就需要在硬盤設計過程中,對硬盤內容進行相關設置。關于硬盤功能設置,主要通過‘Expand’的功能,可以根據硬盤工作狀態,進行‘持久模式’和‘非持久模式’選擇,其主要是針對硬盤數據問題進行的一種優化;(4)網絡適配器:網絡適配器是虛擬機進行網絡連接的關鍵,它決定了虛擬機以何種方式實現上網。一般來說,虛擬機進行上網,大都是通過網橋連接模式,利用網卡實現上網。這種上網形勢下,虛擬機需要有著自己單獨的IP地址。除此之外,虛擬機還可以實現‘NAT’上網模式,但這種上網模式下,就需要對主機IP以及虛擬機IP進行重新設置,虛擬機的單獨IP地址將會被取消。網絡適配器在虛擬機中的應用,決定了虛擬機的上網方式,并且根據實際情況,可以實現虛擬機與物理計算機單獨上網,這對于虛擬機進行教學實驗來說具有重要意義。以單獨上網的方式進行攻擊性網絡教學實驗,除了可以達到實驗目的之外,還可以避免對物理計算機造成損壞。3.3虛擬技術在計算機實驗教學中的應用分析本文研究的虛擬技術在計算機實驗教學中的應用,主要從多操作系統安裝實驗以及分級網絡實驗兩個方面進行分析,關于這兩種實驗教學的應用,如下所示:(1)多操作系統安裝實驗:多操作系統安裝實驗是計算機實驗教學的基礎,其主要包括計算機硬盤分區、操作系統安裝等教學內容,該教學實驗受到的限制條件較多,若是以物理計算機進行教學實驗,會造成極大的資源浪費,并且對物理計算機軟硬件的損壞較大,因此,針對于這一教學實驗,最為有效的辦法則是采用虛擬機進行實驗教學[3]。虛擬機與物理計算機的特性一致,以虛擬機進行計算機多操作系統安裝實驗,可以讓學生進行實踐操作。關于虛擬機的多操作系統安裝實驗,可以以任意一臺物理計算機為主,安裝‘VMwareworkstation’軟件,進行虛擬機構建,之后進行虛擬機優化,使之符合計算機實驗教學要求。在虛擬機構建完成之后,學生可以根據計算機實驗教學目標,在虛擬機進行實踐操作,就多操作系統安裝實驗的要求,按步驟進行實際操作;(2)分級網絡實驗:分級網絡實驗是利用虛擬機與物理計算機的聯合,構建對等網絡,從而實現實驗局域網的構建。分級網絡的構建,在很大程度上提升了學生們學習計算機技術的信心,并且增強了學生的實際動手操作能力。分級網絡的構建,主要是基于虛擬機和物理計算機的對等網絡構建基礎上實現的。而分級網絡的實踐操作,進一步增強了計算機實驗的難度,可以考驗學生對計算機實際操作能力的掌握。在進行分級網絡實踐操作時,學生們的操作主要在虛擬機上進行操作,避免了對物理計算機軟、硬件的損壞。利用虛擬機進行分級網絡實驗,為學生提升計算機實驗能力打下了堅實基礎,對學生日后使用計算機技術方面,具有重要意義。
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2.1實驗診斷前的準備工作
首先實驗診斷技術人員必須提高自己的知識水平,不斷學習,鉆研專業技能,經常去醫院了解醫學發展動態,以便使教學與臨床實踐緊密結合,從而獲得更多、更新的知識。其次,上課前要熟悉每個實驗的目的、要求、試劑配制、用具的準備、提前預示,以掌握實驗診斷的全過程和預計可能出現的問題。例如,微生物基礎實驗課中如果標本制作的結構不清楚、不典型、染色模糊、有人工假象,那么學生觀察起來則很吃力,不能獨立找到所要了解和掌握的結構內容。還有在進行細菌生化鑒定方面實驗時,如果沒有進行預示,不知道細菌培養生長的情況如何,實驗診斷中出現的問題就很難給學生解釋,這就必然影響學生的實驗情緒,影響實驗診斷結果。因此實驗診斷前的準備工作至關重要。
2.2運用實驗診斷教學方案
傳統的教學模式往往是教師牽著學生的鼻子走,多以“滿堂灌”方式指導進行實驗,故導致學生有依賴心理,不動腦思考,對實驗診斷過程及結果不甚明傳統的教學模式往往是教師牽著學生的鼻子走,多以“滿堂灌”方式指導學生進行實驗,故導致學生有依賴心理,不動腦思考,對實驗診斷過程及結果不甚明了,從而使整個實驗課效果不理想。近年來,我們在教學中開展了綜合性實驗診斷教學,即學生獨立設計和完成一次實驗,教師只提供必要的器材和試劑,提出實驗診斷技術要求和操作事項。
2.3做好實驗診斷的考核方法
以往實驗成績的考核,過分依賴報告的優劣,導致學生不注重實驗過程,片面追求實驗結果的正確性和實驗報告的篇幅與整潔程度,嚴重制約了對學生綜合素質的培養,導致學生對實驗課的不重視,不當回事。近幾年我們將實驗課獨立出來,成為單獨的一門課后,學生普遍重視起來,提高了他們對實驗的重視程度,調動了他們學習的積極性,保證了成績評定的客觀和公正、提高了實驗的教學效果。
3展望
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(2)網絡工作站。高等院校信息網絡中其實還包含一些子域網,比如高等院校中的電力系統網絡、動力系統網絡、財經系統網絡,這些網絡的存在也可以說是單獨存在的個體,通過網絡進行分割,又通過網絡進行結合,同時還實現每個系統的功能。這就需要通過各種兼容機來實現,目前使用較為普遍的就是486、386等微機硬盤工作站。這些微機硬盤工作站可以將網絡服務器不能存儲的文件或信息進行接收存儲,從而實現網絡資源的共享,提高網絡工作效率,對數據的安全性也起到了推動作用。
(3)網絡服務器。眾所周知,計算機網絡服務器是網絡組成部分的重要關鍵,在高等院校實驗室建設中則需要選用一些存儲容量較大的硬盤,這樣計算機就可以存儲更多的有用信息,而且計算機的運行速率也會有所提升。
1.2網絡管理
在高等院校實驗室管理中由網絡管理員對校園內的網絡進行實時管理與定期維護,要對每個網絡目標和網絡結構進行設定,同時對于一些重要文件資料要進行加密設置,要從根本上消除網絡漏洞,同時要建立信息恢復系統,避免黑客的攻擊,安裝防毒軟件,防止病毒侵入導致整個校園內所有服務器的癱瘓,確保高校實驗室網絡信息的安全。
1.3實驗室管理系統
在1992年我校就開始將北化軟件應用到計算機網絡實驗室中,目的是為了對對實驗室內的各種儀器設備進行綜合自動化管理,目前主要包括四個比較完善的子系統,分別是儀器設備、實驗項目、實驗人員、實驗室等四個子系統,該系統會定期進行更新,可以對全院內的實驗設施進行控制,這樣就便于實驗室工作人員的管理,也可以將公共資源信息進行快速共享。
2網絡的優越性
目前校園信息網相較于其他網絡系統主要具備以下幾點優勢:
(1)具有兼容性,支持現有數據庫系統信息,也就是說以前系統的大多數軟件也是可以在該系統中運行使用的。我校選用了較常用的NE2000和PowerNIC兼容網卡,傳輸媒體選用基帶為50歐的同軸電纜和雙絞線,其組網的拓樸結構為公共總線型。
(2)校園信息網可以被看作一個整體,也可以被看作多個個體部分,最好的優勢就是可以將全校內的所有職能部分進行聯網,實現全校公共信息資源的共享,從而提高了各部門工作效率。
(3)校園信息網以計算機網絡技術為基礎,對學校內部的各個實驗室進行聯網,然后建立完善的實驗室管理系統,實驗室內的所有設施都可以通過網絡進行控制,實現了綜合自動化管理。同時各個實驗室之間的網絡資源也可以快速傳輸,這樣為實驗室的管理提供了便利,也更加快捷、安全。
(4)校園信息網的出現改變了傳統網絡模式,可以在最短時間內獲知國家教委教育網、國際信息網和電力工業信息網的最新信息資料,這樣便于高等院校重大決策的準確執行。
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3.實驗時間開放以3~4人為一個實驗小組,以小組為單位安排實驗時間,實驗室一次可以同時安排6個小組開展實驗。實驗時間由以前固定時間,改為課程理論授課3周開始至學期末前1周結束。學生可以根據自己的課程安排,合理選擇實驗時間。實驗室時間采用預約制,由實驗室管理人員統一安排。上班時間由實驗室管理人員負責實驗室,節假日和晚上由研究生協助管理實驗室,為學生開展開放實驗提供充足的時間。
二、開放式實驗教學取得的效果
1.實驗教學方式開放,激發學生興趣在大多數同學印象中園藝植物生物技術實驗教學以實驗方法、手段、技術為主要內容,這些內容過于抽象,通過授課形式講授或單獨的驗證性實驗,學生理解效果很差,很難達到掌握實驗內容的目的。任何研究都是從好奇和懷疑開始的,通過典型的生物技術實例,如柑橘細胞融合獲得原生質體雜種、植物遺傳轉化獲得轉基因植株,人類基因組測序及園藝植物基因組測序的不斷完成,生物信息學預測基因的功能分析等,這些實例在網絡上的介紹與視頻非常多,通過網站瀏覽和視頻觀看,讓同學們真正了解生物技術的神秘與貼近生活的兩個方面,將抽象的概念轉化為切實可行的操作行動。
2.實驗時間及空間開放,提高動手能力實驗室的開放,即儀器設備和時間概念上的開放,在一定程度上可以解決實驗人數多、實驗室及儀器設備嚴重不足的問題。例如,生物分子實驗室的定量PCR儀、PCR儀、離心機、核酸儀、電泳儀、紫外投射儀等,實驗時間一旦開放,學生可以用充裕的時間來把實驗獨立完成,不會被課程所限制。通過開放實驗室,本科生可以在課余時間多次進入實驗室。同時,研究生可以一對一或一對三的帶領本科生進行實驗,開展相關的擴展實驗內容,開闊視野,提高動手能力,還可以更好地參與教師的科研項目,增加教師和學生的交流機會。
3.實驗內容開放,自主設計試驗在教學內容上打破原有的實驗課程結構體系,優化實驗內容組合與創新,注重設計性、綜合性實驗,充分利用網絡資源、視頻資源及生物公司的廣告資源,提高學生的技術應用能力和創新能力的培養,促進學生在學習能力、創新能力和社交能力等綜合能力的培養。根據專業培養目標和實驗條件,突出實用性,根據學校實驗條件提出以下實驗內容進行選擇與優化。通過開放實驗教學內容,學生打破傳統的擬定學時的驗證實驗內容,充分利用學生的自主性進行大量的設計性、綜合性實驗教學。學生在學校提供的實驗條件的前提下,自選實驗內容,自定實驗步驟,自選儀器設備,自己處理和分析實驗結果、實驗數據,給學生提供了創新思維的自由空間。這將有利于激發學生的自覺性和主動性,有利于培養學生的創新能力。自覺接受現代教育技術新的成果,把信息技術與學科有機的融合在一起,為學生創設良好的學習情景,突出雙向性、參與性、互動性。在實驗操作環節,鼓勵學生獨立完成操作,獨立分析結果,發現問題。
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(1)靈活、高效的軟件在虛擬儀器中起到關鍵的作用。根據實驗的不同要求選取恰當的軟件并充分結合該軟件配套的函數庫,以此就可以輕松地建設一個個性化十足的試驗平臺。
(2)模塊形式的I/O接口是虛擬儀器的重要硬件。在信息化時代高速發展的影響下,實驗數據的測量范圍越發廣泛,不同類型的數據總線在運行時都需要對應的模塊形式的I/O接口的支持。這對虛擬技術的科研人員無疑是一種新的挑戰。
(3)如今比較常見的集成平臺是PXI。PXI主要用于工業數據的獲取以及各種測試,是一種較為先進的模塊化集成平臺。用戶可以根據自身的要求,創建不同的方案,用于數據測量,此平臺不僅可以完成較為簡單的數據獲取,還可以實現難度較高的混合信號同步采集,在虛擬儀器領域中得到了廣泛的應用。
2虛擬儀器的特點
(1)創建虛擬儀器所需的費用較少,而且非常靈活多變,只需要輸入相應的軟件就可以完成修改和調控,與常規的儀器相比,虛擬儀器具有更高水平的智能性和數據處理效率。為不同用戶提供更為高端的技術支持。
(2)虛擬儀器內部的硬件組合方式靈活多變,為多樣化的測試和實驗提供各種功能的平臺,比如,在設計和研制邏輯分析儀時,可運用速度較快的數字采樣器。根據不同的組合方式構成的虛擬儀器在實驗中可以完成更為專業、精準的測量。另外,還可以運用網絡共享技術,實現實驗資源的共享,從而提高了資源的利用率,從根本上減小實驗所需的成本。
(3)虛擬儀器具有較強的操作性,而且在實際使用過程中不會受到過多的干擾。根據用戶的需求,虛擬儀器可以設計出種類繁多而且個性化極強的顯示界面。在多媒體應用技術日趨成熟的今天,用戶可以輕松操作虛擬儀器,在測量完成以后,還可以為結果的傳輸提供多種渠道,比如存入數據庫或者是在網絡上傳播。在網絡技術大跨步發展的今天,虛擬技術帶動了虛擬儀器的完善,而虛擬儀器在實踐中還會在更多的領域發揮出理想的效果,還可在網絡共享技術的支持下,逐步完成實驗資源的高度共享。
二、虛擬技術的網絡共享實驗平臺的建設
1體系和結構
基于虛擬技術的網絡共享實驗平臺的建設,需要立足于用戶的不同需求。對網絡共享實驗的研究可得知,其內容涉及的方面非常廣泛,主要包括建立局域網、平臺操作程序的安裝與調控、用戶服務器的選型以及安全防護等內容,根據不同階段的要求可制定綜合性的實驗項目(系統監管、工程設計、安全措施等)。通常情況下,該試驗所選用的軟件有VMware(在國際中享有較高的聲譽,也是數據信息虛擬化處理軟件的領導品牌。)和PacketTracer。
2建設流程
通過不斷的完善,基于虛擬技術的網絡共享實驗平臺的建設已經有了較為嚴謹的步驟。可分為五個過程。第一,常規的準備工作。此過程的主要內容包括虛擬技術相關軟件以及操作平臺的安裝和調控,以及設置互聯網的操作系統(IOS)。第二,配置虛擬技術軟件的實驗參數。在對虛擬主機進行配置之前,通常要根據需求設置其內部的硬件組成(內存、硬盤以及中央處理器等)。第三,設計實驗的拓撲網絡。在虛擬技術的試驗平臺運行之前,需要設計實驗的拓撲網絡,一般情況下,絕大多數虛擬軟件創建試驗拓撲網絡的方法十分簡單,只需要拖動鼠標即可完成。第四,基于虛擬技術的網絡共享實驗設備的調配以及運行。對實驗設備進行針對性的調配是該試驗的關鍵環節,這是對實驗環境進行模擬的重要前提。最后,對實驗測量的結果進行驗證。在實驗平臺建設完成以后,運用指定的驗證方式,判定實驗數據的準輕型,從而驗證該實驗平臺的可行性。
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由于小學科學的很多實驗內容不是一堂課就能完成的,需要同學們回家通過一天、一個星期、一個月甚至更長的時間來完成,比如種植、養殖等實驗。可我們要展示這些實驗結果的時候,由于重量、大小、交通、安全等客觀因素的影響,實驗成果很難帶到學校來。如果同學們沒有相關的圖片資料匯報實驗情況,很難具有說服力。于是我就讓同學們在家里把實驗的過程通過手機采樣拍照的形式進行記錄,然后再通過QQ、郵箱、微信等方式,把照片傳給我,我再將同學們的照片放到云盤里,然后在上課的時候用圖片的形式進行展示,跟同學們的匯報相結合,從而達到預期的效果。例如我在教《鳳仙花的一生》這一單元的時候,要求學生把鳳仙花的發芽、長葉、開花、結果等過程全部用照片的形式進行記錄,然后組成鳳仙花的一生的成長系列照片。結果有些同學沒有完成,有些同學卻完成得非常好,當我把他們的照片展示在同學面前的時候,其他同學不由得發出贊嘆聲。通過這些圖片的展示,既達到了科學教學的需要,又激發了沒有做實驗的同學的實驗興趣,也堅定了這些同學以后做實驗的信心。
三、及時掃描學生圖文資料,開展實驗匯報
多年來,實物展示臺由于它方便、直觀的特點,一直是我們廣大教師受歡迎的教學工具。在我們科學實驗課中,如果要進行匯報、討論時,那就要把學生寫的實驗設計方案、實驗記錄報告單等一些文字或圖片資料拿到展示臺來展示,然后大家邊看、邊聽、邊討論,享受著展示臺給我們帶來的方便。但是在使用展示臺來展示學生的相關圖片等資料的時候,我發現也存在一定的問題:首先是要學生依次到上面來展示,這樣大家走來走去,既不方便,又費時;其次是同學不愿意上臺來展示,五、六年級的同學,由于多種因素的影響,學生舉手跟上臺的欲望越來越低,這樣一來在他們中就會有一些具有展示意義的資料被埋沒了;最后,其中一些非常好的實驗設計方案或者典型錯題等具有一定參考價值的紙質資料由于保管困難、不便于共享、不便于查閱、無安全備份等等諸多的困難,沒有辦法讓其他班級學生或者是以后的學生參考。如果在這些時候,我們用手機來掃描學生相關的圖片跟文字資料,然后同步到云盤里,再通過電腦投影到屏幕上來展示,那就可以彌補使用展示臺展示的不足。例如當學生在下面寫實驗設計方案或者填寫相關資料的時候,當我看到有一定的代表性,或者有一定的典型性的案例,就用手機上的掃描軟件把圖片或文字資料掃描下來,掃描軟件可以通過智慧精準的圖像裁剪和圖像增強演算法,保證我們掃描的內容清晰可讀,比照片拍攝、實際展示都要清晰得多。手機上的掃描軟件可以把我們一次掃描的幾張或者幾十張圖片資料生成PDF文件,同時把PDF文件通過云傳輸上傳到云盤,這樣我們在用戶端電腦上就可以將這些資料以文件的形式展示在學生面前。通過掃描的方法,既可以進行很好的展示,又能保存學生的圖片跟文字資料,真可以說是一舉兩得。
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(2)電子器件的特性參數分散性大,電子元件的元件值也有較大的偏差。這就使得實際電路性能與設計要求有一定的差異,實驗時就需要進行調試。
(3)電子電路中的寄生參數和外界的電磁干擾,在一定條件下可能對電路的特性有重大影響,甚至會產生自激而使電路不能工作。這種情況在工作頻率高時尤易發生。因此,元件的合理布局和合理連接方式、接地點的合理選擇和地線的合理安排、必要的去禍和屏蔽等措施在模擬電子電路實驗中是相當重要的。
(4)電子電路各單元電路相互連接時,經常會遇到一個匹配問題。盡管各單元電路都能正常工作,若未能做到很好地匹配,則相互連接后的總體電路也可能不能正常工作。為了做到匹配,除了在設計時就要考慮到這一問題,選擇合適的元件參數或采取某些特殊的措施外,在實驗時也要注意到這一問題。
(5)模擬電子電路的輸人輸出關系具有連續性、多樣性與復雜性這就決定了模擬電子電路測試手段的多樣性與復雜性。針對不同的問題采用不同的測試方法,是模擬電子電路實驗的特點之一。而數字電子電路的輸出輸人關系比較簡單,但應搞清楚各測試點電平之間的邏輯關系或時序關系。
2.電子技術實驗存在的主要問題
2.1實驗的教學方式相對單一
電子技術實驗設備采用的是集成化、模塊化的綜合實驗箱,學生在實驗過程中只須按照實驗的要求選擇實驗電路板,選擇測試儀器,不需要具體選擇電路元器件,搭建電路,這樣學生只是從形式上完成了實驗,但掌握不了實驗中元器件的參數識別、性能測試和選用、掌握不了基本單元電路的安裝方法、調試技能,不利于培養學生的動手和創新能力。所開設的實驗內容較為陳舊,大多為驗證性實驗,實驗指導書詳細,學生按照事先既定的程序“按部就班”地操作,只會模仿,從而限制了學生求知的激情和創造性思維。
電子技術實驗教學仍然停留在手工作坊式的傳統教學模式上,學生以固定的班級為單位,在同一時間里用同一種教材,做著同一個多以驗證性實驗為主的必做實驗。學生做實驗完全按照指導書或教師規定的實驗操作步驟亦步亦趨地進行,學生不知道為什么這樣做甚至也不知道操作結果說明了什么。實驗考核的依據主要是做沒做實驗、交沒交實驗報告和教師對學生的印象好不好等因素。這樣的實驗教學效率低下、學生處于被動學習和機械操作的狀態,導致教師和學生都覺得枯燥,遏止了學生的邏輯思維和創造性思維,不利于培養學生的實驗能力和科研能力,不適應教育現代化的需要。以灌輸式、填鴨式、封閉式的教學方法占大部分,過分強調以教師為中心的教學方式,從教材編排、實驗內容、步驟到實驗結果和實驗報告的書寫均由教師預先確定、安排,以統一的模式去要求和塑造學生,致使學生學習興趣不高,處于被動學習狀態。
2.2實驗與理論課的結合不夠
在科學發展史上,實驗和理論互為依存,理論是實驗事實的總結,實驗是科學理論的基礎,同時還是判斷、修正錯誤的依據,也是發展理論的起點。從實驗在科學發展中的作用看,實驗教學理應受到教學管理著、施教者、受教者的重視。但是,當前的實驗教學和理論教學不能同步。主要表現在:理論教學中的元器件知識和基本電路理論沒有得到實驗的及時驗證,而實驗的方法、步驟和實驗中出現的各種實驗現象沒有得到理論的指導和合理解釋,理論教學不能很好地指導實驗教學,實驗教學也不能很好地服務于理論教學。教學觀念陳舊過時,長期以來只重視理論教學,輕視實驗教學和實驗能力的培養,實驗教學僅僅依附、服務于理論教學,培養出來的學生缺乏觀察、分析和解決問題的能力,造成高分低能。
2.3實驗內容設置不合理
目前的電子技術實驗內容多是按理論課要求設置的,實驗內容陳舊,形式單一,對課本知識的驗證性實驗偏多,綜合性、設計性、應用性實驗很少,而且新技術不能及時充實到實驗內容中來。由于學生缺乏獨立設計與創新的實驗思維,這種實驗教學已不能適應高職對人才培養的現實需求。因此,教學雙方呼喚改革實驗內容的聲音非常強烈。
2.4實驗儀器設備太陳舊
由于電子技術的飛速發展,新設備、新工藝、新技術不斷涌現,現有實驗設施已不能適應時代的發展,并且由于經費有限,多數正在使用的儀器設備破損嚴重,更新較難,已無法滿足實驗教學的要求。如何通過改造與創新實驗教學來解決這些問題,已成為教學中必須面對并巫需解決的問題。
3.電子技術實驗的發展前景
3.1電子技術實驗發展的基本思路
創新人才的培養必須貫穿于實驗教學的全過程,體現在實驗教學的各個環節。因此,必須以培養與提高科學實驗素質和創新能力為目標,重組實驗教學體系,優化課程結構,更新實驗內容,按照多層次、模塊化、開放性的實驗教學新體系組織實驗教學。電子技術實驗課程改革的基本思路是:
(1)體現以學生為主體的教學思想改變傳統教學中由教師“主宰”課堂的方式,引人以學生討論提高和自我發揮為主的課堂機制。在“教”與“學”中找到溶合點,教師只作必要的指導和啟發,留出時間,讓學生獨立思考,自己動手設計實驗,在實驗過程中激發學習的興趣與熱情開拓思維的深度與廣度,從而有效地培養學生的主動性和創造性。
(2)強化實踐能力和創新意識隨著教育體制改革的深人進行,高等學校的競爭力不僅體現在教學和科研實力上,學生的綜合素質、創新能力也成為高校生存和發展的重要因素。為此,應樹立一種新型的、開放的人才培養觀。電子技術實驗教學改革應在廣泛接觸和獲取前沿學科的基礎上,以電子技術發展的新趨勢來構架教學課程體系,重視培養學生的實踐能力、創新能力和創業精神,普遍提高學生的人文素養和科學素質,才能順應時展潮流,為社會培養高素質人才。
(3)優化實驗課程的知識結構鑒于學科發展的趨勢是交*與綜合,各學科間的交*與滲透日益頻繁。因此,要根據學科發展的特點,突破原有學科與課程界限,加強相關學科之間的橫向聯系、相關課程之間的縱向聯系,使開設的實驗內容相互聯系、相互滲透,形成較完整的知識體系。
3.2電子技術實驗發展方向
當前電子技術的發展突飛猛進,知識更新的速度不斷加快,對電子技術實驗教學提出了新要求。電子技術實驗課程改革是社會發展和市場機制對實驗教學提出的必然要求。
(1)改變教學模式,完善實驗教學手段在實驗教學中,必須改變傳統的教學模式,不斷探索新的實驗方法,捕捉最新科技成果,引入高、精、尖的實驗設備和實驗手段。按照素質教育的要求,以培養創新能力為主線,可以采用多層次實驗教學體系結構。在多層次實驗教學體系結構模型中,它將電子技術實驗分為四個層次。實驗理論和實驗技術知識以課堂教學為主,要求學生掌握電子電路設計的基本理論和基本方法及常用EDA軟件的使用,了解常用電子儀表的原理等。基礎訓練型實驗主要安排電子電路各基本單元電路的設計與調測。通過實驗使學生掌握各基本單元電路的功能及設計方法,掌握運用常用儀器儀表測試電路和電路參數的方法,掌握實驗數據的處理方法。綜合設計型實驗屬于應用性實驗,實驗內容側重于某些理論知識的綜合應用。系統設計實驗既有綜合性又有探索性,主要側重于對學生創新能力的開發,主要安排一些特定功能電子電路的設計、安裝和調試。
(2)以學生為主體,培養學生獨立設計的能力實驗課程改革的指導思想在于注重綜合應用能力的培養。學習電子技術不僅要求學生掌握基本原理和計算公式,而且要求在掌握基本原理的基礎上,著重培養對電路的分析、設計和應用開發的能力。在實驗教學中,應提倡以學生為主體,引導和共同探討為主的自主式教學模式。在實驗前,教師應教會學生學會預習相關理論,啟發學生按實驗目的要求自己設計實驗方案,知道要做什么及實驗結果。學生必須認真預習,查閱資料,設計電路,擬訂實驗方案,設計數據表格等。在學生設計能力提高到一定程度后,教師可以布置綜合實驗題目,該任務功能明確,實現的原理、器件和方法由學生自定,也可根據實驗室的條件,部分限制使用的元器件和實現的方法,但選擇余地應足夠大;還可開設實驗專題,鼓勵學生根據實驗專題查閱資料、確定方案,制定電路設計和元器件選定,選用測量儀器,在此基礎上進行電路裝配、調試、數據測量和數據處理,最后寫出有分析的實驗報告,在實驗中培養學生探索、分析、研究的能力。
(3)重視綜合設計型實驗的開設驗證性實驗與設計性實驗的有機結合可以培養學生動手能力和分析問題的能力,提高學生綜合運用每門課程進行創造性的學習,使學生的實驗能力、設計能力、創新能力和科學素質在不斷的解決問題和積極主動的實驗過程中得到培養。因此,在原有傳統性實驗的基礎上,應以培養學生實踐能力為目標,開設設計型實驗課程。學生完成了基本實驗和設計性實驗后,掌握了實驗的基本技能,同時又具備了一定的創新能力,這時再開設綜合設計性實驗和實訓,就可以進一步開拓學生的創新思維和創新能力,培養學生的系統設計、制作和測試能力,以及綜合研發能力和基礎理論運用能力。在綜合設計性實驗和實訓,首先由教師提出實驗的目的和具體電路性能要求;然后由學生自行查閱資料、設計實驗電路、選擇元器件;再把設計好的電路用計算機輔助軟件-仿真模擬。
科技的發展日新月異,新思想、新觀念、新技術、新裝備、新應用層出不窮。實驗教學體系是一項復雜的系統工程,涉及到教育、教學及其管理的方方面面、各個層次和各個環節,它們既相互促進,又相互制約。因此,實驗教學的改革,沒有固定的模式,要跟上時代的步伐。
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2.絡氨酸酶-金納米顆粒-石墨烯的可拋式生物傳感器的制備。酚類化合物(phenoliccompound),指的是芳香烴中苯環上的氫原子被羥基取代所生成的化合物,是芳烴的含羥基衍生物,依據其分子所具有的羥基數目可分為一元酚和多元酚、依據其揮發性又可分為揮發性酚和不揮發性酚。環境中的酚污染主要指酚類化合物對水體的污染,含酚廢水是當今世界上危害大、污染范圍廣的工業廢水之一,是環境中水污染的重要來源,所以能夠準確得鑒定酚類化合物對于環保具有極其重要的意義。而基于絡氨酸酶的傳感器是一種較為方便的方法,其中的性能相對穩定的固定酶分子是關鍵性因素,因而作為一種全新的納米材料—石墨烯便成了固定酶分子的理想介質;由于金納米顆粒獨特的物理化學性質,可以為電子傳遞進行加速,從而能為生物分子的固定提供較為理想的微觀環境。由此,華東理工大學的李原婷等人成功的制備了可拋式電化學生物傳感器。
二、利用多媒體技術簡化化學實驗
對于學生來講,很多化學實驗比較繁瑣,或者有一定的風險。因此,在實驗之前,教師可以利用多媒體將實驗通過圖片或者視頻的方式進行模擬,增加實驗的可視度,這樣能夠減少不必要的實驗損失,并且有利于梳理實驗前學生的實驗思路。比如“伏安法測定小燈泡電阻”,由于電路連接在實際實驗中比較繁瑣,容易出現連接錯誤的現象,如果通過利用多媒體將簡化的電路圖呈現給學生,理清學生進行實驗前的線路連接思路,并且對于電流表以及電壓表的使用,也可以通過模擬的方式。總之,通過多媒體大大提升化學實驗的教學效果,激發學生的學習興趣,學生通過多媒體將化學實驗理解并掌握。模式識別是人類的一項基本智能,在日常生活中,人們經常在進行“模式識別”。模式識別的應用包括文字識別,語音識別,指紋識別等。多模式識別傳感器則指的是通過傳感材料性能的多樣性如電、光、熱等開發的具有多個傳感原理的傳感模式,它可以為傳感器的傳感材料提供豐富的信息,從而能夠識別不同類分析物或者多組分同時分析。四川大學的胡靜等科學家成功設計了一款基于紫外光誘導n-Si/TiO2/TiO2:Eu表面光電壓及熒光的二維傳感器,可以區分20多種的揮發性物質,以及市面上銷售的5種飲品,這也成功得驗證了二維傳感器的穩定性及其準確的識別能力。