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摘 要 吉林大学生物国家级实验教学示范中心自2005年获批国家级实验中心以来，一直注重信息化管理建设，为加强实验室管理及实验教学管理，深入分析教学需求，设计并开发互动助教系统应用于实验教学中，收到良好教学效果。
关键词 实验室；信息化管理；实验教学；互动助教系统
中图分类号：G482 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2018）06-0030-03
Lab Interaction Tutor System//MENG Lingjun， MENG Wei， LI Chenliang， JIANG Dan， LIU Yan
Abstract The National Experimental Teaching Demonstration Center of Jilin University has been focusing on information manage-ment since the approval of the national experimental center in 2005. In order to strengthen laboratory management and experimental teaching management， in-depth analysis of teaching requirements， design and development of interactive teaching assistant system， applied in experimental teaching， received good teaching effect.
Key words laboratory； informatization management； experimental teaching； interactive teaching assistant system
1 前言
《教育部关于印发<教育信息化“十三五”规划>的通知》（教技〔2016〕2号）指出：“深入推进管理信息化，从服务教育管理拓展为全面提升教育治理能力。”[1]将信息化管理融入实验室管理是“十三五”发展的一个趋势。吉林大学生物国家级实验教学示范中心自2005年获批国家级实验中心以来，一直注重信息化管理建设，先后研发LIMS管理系统、配件管理系统等管理系统，为加强实验室管理及实验教学管理设计并开发互动助教系统，应用于实验教学中，收到良好效果[2-4]。
2 教学需求分析
对于互动助教系统，在教学中需要实现教学资源管理、课堂互动以及成绩管理。
教学资源管理是指将已有的教学资源进行分类管理，方便教师及学生在线学习，主要包括仪器操作视频、实验注意事项、实验流程、实验主要内容等资源，这些是学生预习实验、顺利完成实验的前提条件，是为学生开启实验兴趣的第一把钥匙。实验前，学生可以通过仪器操作视频学习仪器设备的使用，以便顺利通过仪器使用技术考核；实验注意事项是学生实验时规避失败的关键；实验流程是实验步骤的集约化体现，让学生总览实验的过程；让学生了解实验主要内容，在思维空间上有一个整体的认识，深入了解实验目的，掌握实验原理，对实验有一个粗浅认识。当实验室承担不同课程时，相关教学资源丰富，采取互动助教系统进行管理，便于提取及应用。
课堂互动是互动助教系统的主要功能。教师可以对学生进行分组管理，进行点名，学生可以签到；在实验过程中，教师可以将资源推送给学生，让学生在线观看，并进行滚动播放；学生可以自由查看教师上传的资源，或通过外网查找资料进行学习；师生及生生之间可以进行成果分享；教師可以随堂评价学生实验成绩并保存至期末；教师可以远程关闭所有学生终端。
成绩管理是满足教学效果评定的基石。教师可以随堂评价学生实验成绩，并且在期末时统计每个学生的成绩。
3 助教系统功能设计
根据需求分析，设计实验室助教系统分为账号管理系统、资源管理系统、管控系统、课堂互动系统、在线学习系统及成绩管理系统（见图1）。
账号管理系统 互动助教系统的账号管理共分为三类角色，分别是管理员、教师、学生。管理员一般由实验室管理教师担任，其职责是添加、删除教师及学生的用户信息，并设置班级信息与课程安排的对应关系。实验室内学生信息按照实际参加实验的情况调配（不严格按照物理班级的名单）。教师可以进行资源管理和给对应班级的学生进行分组。
教学资源管理系统 教学资源管理主要工作是资源上传、资源维护和资源下载。资源上传主要由管理员和教师负责，其中管理员设置一级分类，教师设置二级分类。管理员或教师将教学资源（比如仪器操作视频、实验注意事项、实验流程、实验主要内容等）按照一定的分类方式上传，供教师在上课时推送给学生学习。分类原则上是按照专业科目进行，管理员也可自定义，修改分类信息。资源上传后显示资源的上传人、资源大小及上传时间等信息。资源维护一般是由教师负责，教师可将自己上传的资源删除、修改分类等，也可由教师委托管理员进行定期维护，统一分类。为了保护教师的知识产权，保障系统运行顺利，资源下载的权限仅限于管理员和教师，他们可以下载已上传的全部资源，学生不得用优盘等移动设备下载或拷取资源。
课堂互动系统 课堂互动系统是该系统的亮点，包含学生分组及签到点名、互动图片、远程关机、学生终端一键锁定、收发文件、投票、举手示意等内容。
学生分组及签到点名即是教师将对应班级的学生进行分组。分组后，教师可随时修改分组数量及组内成员，保存多套分组方案（根据实验项目的不同，每个实验的分组方式可能不同）。上课后学生终端显示组别及每组学生的姓名。学生点击“签到”，系统摄像头采集学生面部图像并发送至教师端，教师端需要能将录入系统账号时的照片和当前签到拍摄的照片以对比的形式显示出来，供教师确认。 实验涉及多组图片，如实验过程变化图片、实验结果图片等，互动图片可实现师生互动、生生互通。教师或学生可以将实验过程或结果以图片的形式分享至一个或多个学生，并且可以在图片上留下笔迹。
教师可以根据授课内容和实验进程实施远程关机，可一键关闭所有的学生终端，进行讲解、提问、考核等环节。此功能由教师控制。同时，教师还有学生终端一键锁定功能，教师端点击锁定按钮后，所有在线学生的页面都将显示同一内容，此时学生不能进行任何操作，更便于教师掌控实验课程的进程。
收发文件功能是师生间通过此功能互传文件，支持学生给教师传文件，教师可以选择性接收；教师给学生传文件，学生默认自动接收。
举手示意是学生在课上向教师示意的传统方式，互动助教系统安装了“举手”按钮，学生点击“举手”按钮引起教师注意，此时教师端弹出消息，并且相应小组的名称会以不同颜色显示。待与小组学生沟通后，教师单击小组名称，小组名称恢复默认颜色。
互动助教系统设置了投票功能，投票可以分为普通投票和匿名投票。投票可实现教学效果反馈以及学生实验的新方法、新思路等需要学生在课堂上表决意见的内容。投票说明由教师或者学生进行口述，投票项在教师终端进行选择。可以手动输入投票项，或选择学生姓名作为投票项，或选择默认字母、数字、分组为投票项。投票发起之前，教师可随时修改投票项的内容。全部设置完成后，教师即可发起投票，教师端会进入票数统计页面，票数最多的选项使用不同颜色进行标识。投票结束后，以柱状图或饼状图显示投票结果。
在线学习系统 在线学习系统设置了教师资源推送和学生自主学习。教师资源推送是指教师在课堂上的任何时间将教学资源（如仪器操作视频、实验注意事项、实验流程、实验主要内容等）推送至学生终端，并且实现类似于歌词或者字幕形式的滚动播放。学生自主学习是指学生可以在课上按照资源分类自主查找教师上传的各类型资源，可以在线观看或下载到本地观看学习。
成绩管理系统 成绩管理系统设置了教师随堂评价和成绩查看及导出功能。教师随堂评价是教师端以小组成员为单位进行随堂评价。系统将实验室评价条目进行分类，并且每一类别设计固定条目和自定义条目。固定条目根据实验室成绩规范设置正分或负分；当选择自定义条目，教师可以输入评价内容并且设置相应的正分值或负分值。成绩查看及导出，是指以学生为单位随时查看及随时导出实验成绩，点击人名查看该学生每一次实验的成績。成绩导出功能所导出的Excel表格是以班级为单位，导出全班每一个学生的扣分项和总成绩。
4 系统架构设计
实验室互动助教系统的架构主要由总控资源服务器、交互服务器、无线网络设备组成（见图2）。总控资源服务器完成添加、删除教师及学生的用户信息，保存班级信息与课程安排的对应关系，保存班级全部的分组方案，管理全部的教学资源等功能。配置需满足：处理器—Intel Xeon
E5系列6核心处理器，主频≥2 GHz，缓存≥12 M，配置处理器数量≥2；内存—实配≥16 GB DDR3 RDIMM内存，最多可以扩展到≥128 G内存；网卡—实配≥4个千兆位网口；硬盘—3块≥600 GB 15000转热插拔SAS硬盘。交互服务器需服务班级内课堂交互功能，每间教室需有一台交互服务器。交互服务器需满足：CPU—I5-3330；内存—8 G；硬盘—320 G；显卡—NIVDIA GeForce 8800或更高；操作系
统—Windows7及以上。无线网络设备将为互动助教系统提供网络环境，每间教室一套无线网络设备。无线网络设备需包括路由器和AP。
5 结语
我国教育改革和发展正面临前所未有的机遇和挑战，以教育信息化带动教育现代化，促进教育创新与变革，是加快从教育大国向教育强国迈进的重大战略抉择[5]。实验室互动助教系统将加强“管理过程精细化、教学分析即时化”，以具体的实施推进教学信息化，充分释放教育信息化的潜能。
参考文献
[1]教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[DB/OL].[2016-06-07].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.
[2]闫国栋，权宇彤，邵妍，等.仪器配件及技术文件管理系统的开发与应用[J].实验室研究与探索，2017，36（2）：
279-281.
[3]权宇彤，闫国栋，孟威，等.大型仪器设备档案及配件管理建设[J].实验技术与管理，2016，33（8）：248-250，253.
[4]刘艳，孟威，孟令军，等.实验教学信息化系统的开发与建设[J].中国现代教育装备，2015（23）：12-13.
[5]中华人民共和国教育部.教育信息化十年发展规划（2011—2020年）[DB/OL].[2012-03-13].http：//old.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3342/
201203/xxgk_133322.html.
关键词 实验室；信息化管理；实验教学；互动助教系统
中图分类号：G482 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2018）06-0030-03
Lab Interaction Tutor System//MENG Lingjun， MENG Wei， LI Chenliang， JIANG Dan， LIU Yan
Abstract The National Experimental Teaching Demonstration Center of Jilin University has been focusing on information manage-ment since the approval of the national experimental center in 2005. In order to strengthen laboratory management and experimental teaching management， in-depth analysis of teaching requirements， design and development of interactive teaching assistant system， applied in experimental teaching， received good teaching effect.
Key words laboratory； informatization management； experimental teaching； interactive teaching assistant system
1 前言
《教育部关于印发<教育信息化“十三五”规划>的通知》（教技〔2016〕2号）指出：“深入推进管理信息化，从服务教育管理拓展为全面提升教育治理能力。”[1]将信息化管理融入实验室管理是“十三五”发展的一个趋势。吉林大学生物国家级实验教学示范中心自2005年获批国家级实验中心以来，一直注重信息化管理建设，先后研发LIMS管理系统、配件管理系统等管理系统，为加强实验室管理及实验教学管理设计并开发互动助教系统，应用于实验教学中，收到良好效果[2-4]。
2 教学需求分析
对于互动助教系统，在教学中需要实现教学资源管理、课堂互动以及成绩管理。
教学资源管理是指将已有的教学资源进行分类管理，方便教师及学生在线学习，主要包括仪器操作视频、实验注意事项、实验流程、实验主要内容等资源，这些是学生预习实验、顺利完成实验的前提条件，是为学生开启实验兴趣的第一把钥匙。实验前，学生可以通过仪器操作视频学习仪器设备的使用，以便顺利通过仪器使用技术考核；实验注意事项是学生实验时规避失败的关键；实验流程是实验步骤的集约化体现，让学生总览实验的过程；让学生了解实验主要内容，在思维空间上有一个整体的认识，深入了解实验目的，掌握实验原理，对实验有一个粗浅认识。当实验室承担不同课程时，相关教学资源丰富，采取互动助教系统进行管理，便于提取及应用。
课堂互动是互动助教系统的主要功能。教师可以对学生进行分组管理，进行点名，学生可以签到；在实验过程中，教师可以将资源推送给学生，让学生在线观看，并进行滚动播放；学生可以自由查看教师上传的资源，或通过外网查找资料进行学习；师生及生生之间可以进行成果分享；教師可以随堂评价学生实验成绩并保存至期末；教师可以远程关闭所有学生终端。
成绩管理是满足教学效果评定的基石。教师可以随堂评价学生实验成绩，并且在期末时统计每个学生的成绩。
3 助教系统功能设计
根据需求分析，设计实验室助教系统分为账号管理系统、资源管理系统、管控系统、课堂互动系统、在线学习系统及成绩管理系统（见图1）。
账号管理系统 互动助教系统的账号管理共分为三类角色，分别是管理员、教师、学生。管理员一般由实验室管理教师担任，其职责是添加、删除教师及学生的用户信息，并设置班级信息与课程安排的对应关系。实验室内学生信息按照实际参加实验的情况调配（不严格按照物理班级的名单）。教师可以进行资源管理和给对应班级的学生进行分组。
教学资源管理系统 教学资源管理主要工作是资源上传、资源维护和资源下载。资源上传主要由管理员和教师负责，其中管理员设置一级分类，教师设置二级分类。管理员或教师将教学资源（比如仪器操作视频、实验注意事项、实验流程、实验主要内容等）按照一定的分类方式上传，供教师在上课时推送给学生学习。分类原则上是按照专业科目进行，管理员也可自定义，修改分类信息。资源上传后显示资源的上传人、资源大小及上传时间等信息。资源维护一般是由教师负责，教师可将自己上传的资源删除、修改分类等，也可由教师委托管理员进行定期维护，统一分类。为了保护教师的知识产权，保障系统运行顺利，资源下载的权限仅限于管理员和教师，他们可以下载已上传的全部资源，学生不得用优盘等移动设备下载或拷取资源。
课堂互动系统 课堂互动系统是该系统的亮点，包含学生分组及签到点名、互动图片、远程关机、学生终端一键锁定、收发文件、投票、举手示意等内容。
学生分组及签到点名即是教师将对应班级的学生进行分组。分组后，教师可随时修改分组数量及组内成员，保存多套分组方案（根据实验项目的不同，每个实验的分组方式可能不同）。上课后学生终端显示组别及每组学生的姓名。学生点击“签到”，系统摄像头采集学生面部图像并发送至教师端，教师端需要能将录入系统账号时的照片和当前签到拍摄的照片以对比的形式显示出来，供教师确认。 实验涉及多组图片，如实验过程变化图片、实验结果图片等，互动图片可实现师生互动、生生互通。教师或学生可以将实验过程或结果以图片的形式分享至一个或多个学生，并且可以在图片上留下笔迹。
教师可以根据授课内容和实验进程实施远程关机，可一键关闭所有的学生终端，进行讲解、提问、考核等环节。此功能由教师控制。同时，教师还有学生终端一键锁定功能，教师端点击锁定按钮后，所有在线学生的页面都将显示同一内容，此时学生不能进行任何操作，更便于教师掌控实验课程的进程。
收发文件功能是师生间通过此功能互传文件，支持学生给教师传文件，教师可以选择性接收；教师给学生传文件，学生默认自动接收。
举手示意是学生在课上向教师示意的传统方式，互动助教系统安装了“举手”按钮，学生点击“举手”按钮引起教师注意，此时教师端弹出消息，并且相应小组的名称会以不同颜色显示。待与小组学生沟通后，教师单击小组名称，小组名称恢复默认颜色。
互动助教系统设置了投票功能，投票可以分为普通投票和匿名投票。投票可实现教学效果反馈以及学生实验的新方法、新思路等需要学生在课堂上表决意见的内容。投票说明由教师或者学生进行口述，投票项在教师终端进行选择。可以手动输入投票项，或选择学生姓名作为投票项，或选择默认字母、数字、分组为投票项。投票发起之前，教师可随时修改投票项的内容。全部设置完成后，教师即可发起投票，教师端会进入票数统计页面，票数最多的选项使用不同颜色进行标识。投票结束后，以柱状图或饼状图显示投票结果。
在线学习系统 在线学习系统设置了教师资源推送和学生自主学习。教师资源推送是指教师在课堂上的任何时间将教学资源（如仪器操作视频、实验注意事项、实验流程、实验主要内容等）推送至学生终端，并且实现类似于歌词或者字幕形式的滚动播放。学生自主学习是指学生可以在课上按照资源分类自主查找教师上传的各类型资源，可以在线观看或下载到本地观看学习。
成绩管理系统 成绩管理系统设置了教师随堂评价和成绩查看及导出功能。教师随堂评价是教师端以小组成员为单位进行随堂评价。系统将实验室评价条目进行分类，并且每一类别设计固定条目和自定义条目。固定条目根据实验室成绩规范设置正分或负分；当选择自定义条目，教师可以输入评价内容并且设置相应的正分值或负分值。成绩查看及导出，是指以学生为单位随时查看及随时导出实验成绩，点击人名查看该学生每一次实验的成績。成绩导出功能所导出的Excel表格是以班级为单位，导出全班每一个学生的扣分项和总成绩。
4 系统架构设计
实验室互动助教系统的架构主要由总控资源服务器、交互服务器、无线网络设备组成（见图2）。总控资源服务器完成添加、删除教师及学生的用户信息，保存班级信息与课程安排的对应关系，保存班级全部的分组方案，管理全部的教学资源等功能。配置需满足：处理器—Intel Xeon
E5系列6核心处理器，主频≥2 GHz，缓存≥12 M，配置处理器数量≥2；内存—实配≥16 GB DDR3 RDIMM内存，最多可以扩展到≥128 G内存；网卡—实配≥4个千兆位网口；硬盘—3块≥600 GB 15000转热插拔SAS硬盘。交互服务器需服务班级内课堂交互功能，每间教室需有一台交互服务器。交互服务器需满足：CPU—I5-3330；内存—8 G；硬盘—320 G；显卡—NIVDIA GeForce 8800或更高；操作系
统—Windows7及以上。无线网络设备将为互动助教系统提供网络环境，每间教室一套无线网络设备。无线网络设备需包括路由器和AP。
5 结语
我国教育改革和发展正面临前所未有的机遇和挑战，以教育信息化带动教育现代化，促进教育创新与变革，是加快从教育大国向教育强国迈进的重大战略抉择[5]。实验室互动助教系统将加强“管理过程精细化、教学分析即时化”，以具体的实施推进教学信息化，充分释放教育信息化的潜能。
参考文献
[1]教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[DB/OL].[2016-06-07].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.
[2]闫国栋，权宇彤，邵妍，等.仪器配件及技术文件管理系统的开发与应用[J].实验室研究与探索，2017，36（2）：
279-281.
[3]权宇彤，闫国栋，孟威，等.大型仪器设备档案及配件管理建设[J].实验技术与管理，2016，33（8）：248-250，253.
[4]刘艳，孟威，孟令军，等.实验教学信息化系统的开发与建设[J].中国现代教育装备，2015（23）：12-13.
[5]中华人民共和国教育部.教育信息化十年发展规划（2011—2020年）[DB/OL].[2012-03-13].http：//old.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3342/
201203/xxgk_133322.html.