一種互聯網+實驗教學系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】一種互聯網+實驗教學系統(tǒng) 技術背景
[0001] 本發(fā)明涉及實驗教學、認知科學領域。具體涉及一種互聯網+實驗教學系統(tǒng),它是 在實驗教學環(huán)境中,由實驗室+互聯網+學生+教師形成的教學空間,經互聯互動構建的一種 應對21世紀信息爆炸的新型實驗教學系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]
[0003] 現有的實驗教學模式是以實驗室+老師+學生為主線的"喂食"式平面結構; 201310694588.0專利提出了"一種基于全景學習系統(tǒng)平臺的師生互動教學方法",實際上是 一個移動教室,學生在封閉的虛擬網絡空間被動地接受知識,教學模式仍然是平面型的,缺 少在網絡信息海洋中鑒別、遴選信息的思維沖擊;發(fā)明人2009年發(fā)表的"覓食教學法一一數 字電路實驗教學中的新模式"論文中,提到為適應知識經濟時代對教學改革新要求,充分應 用互聯網這一獲取浩瀚知識的便捷平臺,形成了一個開放的教學體系。在這個體系中,學生 是主體,他們獨立地開展各項工作:收集實驗素材、整理加工實驗方案、相互咨詢探討,無形 中營造了互教互學互邦的極具活力的學習 氛圍。由于教學時間與空間的延伸,引導學生從 傳統(tǒng)的"喂食"學習狀態(tài),轉化為"覓食"狀態(tài),極大地調動學生的主觀能動性,特別有利于挖 掘學生個體的潛質。該文雖然在實驗教學中,引入了互聯網,展現了它的功能作用,但沒有 從課程認知網絡的視角探討實驗教學系統(tǒng),也沒有將人腦與電腦無線連接的課程認知網絡 用于教學中。本發(fā)明是以學生為試驗對象,取得良好實驗教學效果的基礎上,提出的一種互 聯網+實驗教學系統(tǒng),或實驗教學模式。
【發(fā)明內容】
[0004] 互聯網+實驗教學系統(tǒng)是發(fā)明人以所在985高校信息科學與工程學院計算機科學 與技術、信息安全、保密管理、智能科學與技術、物聯網工程與軟件工程6個專業(yè)、24個班, 657名學生為對象,進行電路和電子實驗教學基礎上提出的,如表1所示:
[0005] 表1 2013-2014年參與本專利進行電路和電子實驗教學的專業(yè)與人數
[0006]
[0007]本專利所要解決的技術問題是:順應互聯網時代的要求,將學生的學習視角從書 本和課堂延伸到網絡空間,在學生+實驗室+互聯網+教師的框架中,構建為圖1所示的信息 輸入輸出、信息遴選加工、實驗成品制作的實驗教學施教模式,在這一模式中,老師給學生 提供的信息逐漸衰減,互聯網的信息需求不斷擴大;移動終端的便捷提高了搜集信息效率; 有序訓練之后,學生從錯綜復雜的網絡中不斷提高獲取信息的精準度;經大腦遴選加工,形 成由弱/小到強/大的課程認知網絡:一是學生從多角度、多渠道向神經元輸入目標信息,在 大腦的多腦區(qū)存儲信息;二是大腦對信息的比較和遴選,激活多腦區(qū)協同工作,建立可持續(xù) 發(fā)展關于目標信息的課程認知網絡;三是增強的課程認知網絡遴選加工信息能力有利于形 成終身學習模式;課程認知網絡不斷擴張使大腦神經元對存儲信息進行優(yōu)化連接,有利于 萌發(fā)創(chuàng)新思維。本發(fā)明定義的課程認知網絡是:從大腦對課程產生認知,到該課程的知識能 夠在大腦中快速運行,高效、正確地解決實際問題時,該課程的知識存儲在大腦的多個腦 區(qū)、可被喚醒的區(qū)域稱為課程認知網絡;由于神經元的突觸連接是動態(tài)的,各課程的知識可 以互聯、擴張、優(yōu)化,由課程認知網絡擴展到學科認知網絡。
[0008] 為實現上述技術效果,實施的技術方案是:
[0009] 1.-種互聯網+實驗教學系統(tǒng),其特征在于按照實驗課程任務書(圖2)的要求,將 學生的學習視角從書本和課堂延伸到網絡空間,在學生+實驗室+互聯網+教師的框架中,構 建為信息輸入輸出、信息遴選加工、實驗成品制作的實驗教學體系(圖1);其中所述信息輸 入輸出子系統(tǒng)由老師+學生+實驗室與操作+互聯網組成;信息遴選加工子系統(tǒng)由觸覺、視 覺、聽覺神經元形成的課程認知網絡,簡稱課程認知網絡,經存儲、加工、優(yōu)化,反饋新信息 到實驗成品制作子系統(tǒng);實驗成品制作子系統(tǒng)由實驗成品+實驗室+學生+互聯網組成,通過 子系統(tǒng)間互聯互動的多次運作,產出實驗成品;
[0010]隨著實驗教學施教進程,靜態(tài)的實驗教學結構將隨課程進度發(fā)生重組與變異,由 圖1結構變異為圖3、4、5的結構,其中信息輸入輸出子系統(tǒng)與實驗成品制作子系統(tǒng)將重組為 一種復合平臺,課程認知網絡與互聯網的功能作用由弱變強,復合平臺中的老師作用由主 導衰減為輔導,學生成為實驗教學模式的主體,獨自完成實驗成品的制作。
[0011] 2.根據權利要求1所述一種互聯網+實驗教學系統(tǒng),其特征在于實驗教學系統(tǒng)的施 教過程,分為課前、初期、中期、后期四個階段:
[0012] -是施教的課前階段或課程認知網絡創(chuàng)建期:無實驗教材提供,只發(fā)實驗課程任 務書,學生接到實驗課程任務書后,教學環(huán)境轉變?yōu)榱Ⅲw實驗教學模式,學生盡可能在實驗 原理、實驗電路、實驗方案和實驗報告寫作上從網上獲取相關信息,為形成課程認知網絡作 預備;
[0013] 二是施教的初期階段或課程認知網絡嬰兒期(圖3):學生對課堂和老師的依賴大, 從互聯網搜集的實驗所需資料雜亂,信息可用度不高;實驗必須在老師指導下才得以完成; 實驗室給學生大腦提供了視、聽、觸的課程信息輸入,能夠快速、有效地在學生大腦中建立 起課程認知網絡;老師通過對比、分析和解釋實驗任務書(圖2)的方案,給學生提供多視角 獲取息的途徑;
[0014] 三是施教的中期階段或課程認知網絡成長期(圖4):學生在互聯網和老師指導下 進行自主設計和儀器設備的操作,學生對教師的依賴降低,互聯網對課程認知網絡的發(fā)展 作用增強;學生能夠有效地從互聯網上遴選合用的實驗資料,拿到實驗室開展工作;當學生 遇到難點時,先從網上搜索答案,從中獲得更多的課程認知信息,推進課程認知網絡的發(fā) 展;例如,計算機科學與技術專業(yè)的黃同學在實驗總結中寫道:"掌握了用示波器顯示李薩 如圖形,對RLC交流電路有了更深入的了解。總的來說此次試驗比較順利,遇到的一些操作 問題也通過上網百度解決了"。此時學生更愿意借助互聯網找到問題的癥結;這個過程中, 學生自主學習能力開始形成;
[0015] 四是施教的后期階段或課程認知網絡成熟期(圖5):學生借助網絡和紙質資料進 行獨立設計和創(chuàng)作,不再依賴老師的指導,課程認知網絡與互聯網協同作用增強與擴大,借 助互聯網獲得線索和關注信息,借助書籍期刊雜志等充實和完善創(chuàng)意知識,將這些知識帶 到實驗室從事創(chuàng)新性設計與制作。
[0016] 上述實驗教學系統(tǒng)的四個階段,通過以下操作流程實現(以電子、電路實驗教學為 例):
[0017] 1.實驗課前給學生布置的工作
[0018] (1)實驗課計劃做12個實驗,一次設計測試。實驗內容由三個部分組成,一是按照 李瀚蓀的電路分析基礎教材的內容安排相應的實驗,二是根據同學的需求和提議增減實 驗,三是根據實際電路應用價值給同學們布置實驗任務;
[0019] (2)每次實驗的時間控制在2小時,若是課程上實驗結果不理想,或想超前完成實 驗任務的學生,可在實驗室沒課的情況下來實驗室自由自主做實驗,實驗室在課程運行期 間12小時開放;
[0020] (3)實驗課程計劃是,沒有給學生提供實驗教材,只提供實驗任務,具體的實驗電 路由學生根據所學的、或將要學的知識,自己制定,也可以從網上搜索所需的電路資料。這 樣做,可能開始的時候感覺難,或不習慣,但不久,很快會適應,在搜索和收集資料的過程 中,學生會發(fā)現收獲更多;
[0021 ] (4)電路設計軟件multisim和