网络环境下的数字化实验教学

前言：本站为你精心整理了网络环境下的数字化实验教学范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

1网络学习的特点

1．1自行管理与自我评价的学习

通过新型数字化教学媒体，如教学仪器设备、数字化学习资源与网络新媒体(BLOG、WIKI)，既可以与师生进行广泛地交流，也可以与生生进行广泛地交流，在此基础上，对自己所要学习的知识与信息进行系统的、科学的管理，形成知识难易程度各异的“知识管理夹”．该“知识管理夹”采用格子铺的形式对知识进行“摆放”，同类型难易程度相近的知识放于同一层次的不同“格子”之中，同类而难易程度有别的放于不同层次的不同“格子”之中．同时对自己的学习也可以进行自我评价，对已理解并掌握的知识进行评价后再加以管理．

1．2多样化的学习

广泛而又全面的数字化教学资源，灵活方便的网络媒体为数字化学习奠定了基础;新型实用的数字化移动学习终端、固定式学习终端，为数字化学习提供了有力的支撑．学生可利用各式各样的学习终端，对自己所要学的内容进行灵活地选择，丰富的教学资源、灵活方便的学习终端、快速高效的网络媒体为网络化的学习提供了丰富多样的学习方式、方法．

1．3均衡而又公平的学习

只要有良好的学习设备与畅通的网络，所有人所获取的资源都是均等的、公平的．不像自然环境中的教育状况那样，城市的师资较农村师资水平高、东部沿海地区的师资较西部地区的师资水平高;更不像自然环境中的教学现状那样，师生关系好的学生倍受关注，师生关系不好的学生受到冷落．总之，网络环境下的学习形式多种多样、公平公正．

2网络环境下的实验方案设计

网络环境下的学习方法很多，如自主学习、协作学习、探究学习、开放学习、研究性学习等，这些学习方法都是基于一般网络环境下的学习方法，针对智能化、智慧化的新型网络，其学习方法是上述这些方法的综合应用，同时还需要结合具体的实验内容、实际的实验环境及学生的实验技能水平进行综合考虑，并设计其实验方案．下面就对智慧化(智能化)环境下的数字化实验进行探讨．

2．1基于思维导图的实验方案设计

将实验的内容、方法与步骤，依据网络环境的具体情况，结合实际实验系统平台的特点、结构原理及实验应用，按照教学系统设计的基本原理进行实验设计，并依据实验方法过程与步骤的基本流程设计出相应的实验思维导图，这一流程性的实验思维导图既有实验的方法与步骤，又有实验的原理与应用;既有要探究的实验内容，又有留给学生拓展创新的实验空间，让学生在完成基本实验的基础上加以创新与拓展，这一思维导图下的实验方案设计虽然难度较大，但对学生的实验指导可从由浅入深、由易到难、由简到繁，循序渐进地加以实施，这样对学生的研究性学习与自主探究有着较好的指导作用．对一般学生要求完成必做内容，对成绩较好、留有余力的学生要求完成拓展创新内容，为个性化的实验教学奠定了基础．

2．2基于实验内容体系结构的实验方案设计

对于一些设计性实验、验证性实验，传统的实验方法是老师首先讲完实验原理、方法、步骤以后，老师再演示一遍，最后让学生在理解观察的基础上进行实验模仿，这样的实验教学方法让学生像机器人一样进行着一步步的实验模仿;而基于实验内容体系结构的实验方案设计，要求老师在熟练掌握实验设备、器材及系统平台的功能特点以后，并能够较好地驾驭这些实验内容，在此基础上按照学生实验的特点及实验目标，设计出相应的实验方法、步骤及整个实验的流程，让学生按照这些方法、步骤及流程自行实验、自行探究，最后完成实验教学任务;对于水平较高的学生，相应设计出难度稍大、综合性水平较高的实验项目，以实现个性化的教学，培养出不同层次的技能人才．依据实验内容、实验原理、实验设备及实验环境，结合实验教学的目标，设计出一科学合理的内容体系结构实验指导方案，让学生依据这一既有一定规范、参数指标及实验步骤的基本方案加以实施，又有一定的灵活性与创新性，让学生结合自己的实际情况，依据实际实验环境、条件与设备，进行创新设计、开展拓展创新性实验，以完成相应的个性化实验训练，实现真正的个性化人才培养的目的．

2．3基于项目任务的学习方案设计

对于一些综合性实验、创新性实验，既要求较高的实验环境、实验条件与实验设备，又要求学生能够将多种实验设备进行综合应用，充分利用实验环境及最佳的实验方案加以完成，当实验较为复杂、难度较大时，可将这一综合性实验按照实验任务分解成各实验模块，而每一项实验模块又可分解成几个简易实验，让学生逐一加以完成各个简易实验、各项实验模块，最后将所有的实验任务完成后，再加以集成，以完成整个综合性实验，实验完成后，再引导学生进行实验拓展与创新，直至到达综合性实验的至高点，在这里老师可设计出简易性实验、综合性实验、拓展创新性实验三个层次．因此，基于项目任务的实验方案设计对完成综合性、拓展创新性实验起到较好的引导作用．

3网络环境下的数字化实验

3．1网络环境下的仿真实验

依据数字化教学资源来分，常用的仿真实验有课件型、网络课程型、网站型、系统平台型、数据库型等类型．依据上述几种类型的仿真实验，我们先后设计开发了网络课件型、网站型、系统平台型三种仿真实验．具体开发的内容为仿真物理实验、基于专题网站的儿童智能开发小实验、少儿眼保健仿真数字化资源库等．先后在部分初中、高中试用了仿真物理实验，效果较好;在部分幼儿园试用了儿童智能开发小实验，深受小朋友的喜爱、教师的欢迎;少儿眼保健仿真数字化资源库对小学生的眼保健起到了积极的推动作用．上述三大类型的仿真实验经试用，也发现了一些问题，实验效果不够理想;儿童智能开发只重视了智力的开发，而能力的开发与培养欠缺;眼保健仿真实验范围广，而深度不够．在技术上，基于智慧校园的试用，也存在一些问题，这些问题大都是测控信息传输不够畅通．针对上述问题，我们对上述仿真实验首先进行了改进与提高，同时也对智慧校园网络系统平台进行了改进与功能拓展，使其在智慧校园环境下完成各种实验，增设了物联网设备测控端口、实验数据库、实验采集综合应用软件等功能，使基于智慧校园网的仿真实验得以顺利完成，为远程开放教育教学奠定了仿真实验基础，为中学新课程改革和仿真模拟实验提供了技术支持．

3．2网络环境下的数字化实验

网络环境下的传统数字化实验组成如图1所示:传统的数字化实验系统是由传感器、数据采集器、微机系统等内容组成．传感器的功能用于对实验物的物理、化学及生物等参数及性能指标进行测量测试与传输;数据采集器用来采集来自传感器的数据，并通过USB接口将来自传感器的数据传输到计算;计算机系统首先由计算机软件完成对数据采集器所提供的数据进行数据处理，由计算机硬件对其实验系统进行控制与实验结果显示等．由此可以看出，传统的数字化实验系统一般只能在实验室内完成各种实验，而不能满足在任何时间、任何地点来完成我们所要完成的实验，传统的数字化实验平台一旦增加了物联网设备与云数据库后，既可在任何时间、任何地点，灵活地完成各种实验;传统的数字化系统平台中的计算机系统增加物联网与简易的数据库、传感器也要相应的加入Zig-Bee数据收发装置，这一装置的体积小，但数据传输灵活方便，其功能完全可满足移动实验数据的收发需求，且使用方便灵活、价格低廉;数据采集器也要增设物联网ZigBee收发装置，使其可灵活地完成与传感器、计算机系统的无线实验数据传输，这种加装了物联网ZigBee装置与简易云数据库的数字化实验平台，既可完成移动环境下的数字化实验，又可完成固定环境下的数字化实验．这种新型的数字化实验系统，我们称之为“智慧型数字化实验系统”，如图2，它既可满足实验教学的需要，又可满足综合实践活动的需要，为新课程改革和创新人才培养奠定了基础．

3．3基于智慧校园网的数字化实验

所谓智慧校园网，是指具有十大管理系统、十大管理模块、五大子系统平台的新型校园网络的架构．十大管理系统是指智能管理系统、智能教学系统、移动学习系统、数字化实验系统、智慧文化系统、数字图书馆系统、家校通系统、学习分析与诊断系统、绩效管理系统、教学评价系统等;十大管理模块是指用户管理、设备管理、办公管理、教务管理、活动管理、信息准入管理、应用管理、学生管理、物联网测控及通讯管理、资源库管理;五大管理平台是指系统支撑服务平台、应用支撑服务平台、系统总线与控制平台、基础设施服务平台、数据综合采集及应用平台等．上述新型智慧校园中，设置了物联网测控及通讯管理模块、云数据与资源库管理模块，这使校园网内的各种硬件资源、软件资源、管理资源、数据库资源等各种数据均可由校园网控制平台灵活调用;传统的数字化实验系统中的传感器增设了ZigBee子系统、采集器也相应地增设ZigBee子系统，再使两者集成在一起，形成一个高度集成的、可移动的智能测控实验系统(“智慧型”数字化实验系统)，学生可手持笔记本电脑，将这一“智慧型”的数字化实验系统与智慧校园网融合为一个完整的、开放的、大型的数字化实验系统，这样就可在智慧校园网所能覆盖的范围内，完成各种数字化实验与综合实践活动．

4结束语

传统的网络较适于学生的自主学习、协作学习与探究学习，3G网络既适于上述各种学习方法，也适用于开放学习、基于项目任务的学习、研究性学习等，由于上述这两种网络环境不能满足海量信息的传输与调用，故不适合于基于物联网的多传感器数据的同时传输;因此，需采用智慧校园网来完成新型的移动式数字化实验这一任务，在智慧学习过程中，又增加了学习分析、学习诊断及绩效学习评价等诸多信息的传输与调用功能，因此智慧校园网既可满足数字化移动实验，又能满足智慧学习;在满足智慧学习、移动实验等学习需求的同时，智慧校园网还可以同时满足学生的各种综合实践活动的具体需求．因此，网络环境下的数字化实验已由传统的室内数字化实验，向基于3G网络的开放性实验系统平台进行升级，当前又向基于智慧校园网络来完成各种移动实验与智慧学习的方向快速发展．

作者：李颖单位：山东鲁能光大物联网与智能电器研究所