第一篇：基于分組式教學(xué)的多房間聯(lián)合型高清多媒體實驗室建設(shè)與研究

第22卷

現(xiàn)代教育技術(shù)

Vol.22 2012年第1期

Modern Educational Technology

No.1 2012 基于分組式教學(xué)的高清多媒體實驗室建設(shè)與研究

——重慶理工大學(xué)經(jīng)濟管理實驗教學(xué)中心多媒體實驗室建設(shè)經(jīng)驗探析

楊

曉

劉

衛(wèi)

馬逢田

（重慶理工大學(xué) 經(jīng)濟管理實驗教學(xué)中心，重慶 400054）

【摘要】重慶理工大學(xué)經(jīng)濟管理實驗教學(xué)中心圍繞分組式教學(xué)的特點和優(yōu)勢，采用先進的多媒體信息技術(shù)，突破傳統(tǒng)模式和空間障礙，成功建設(shè)了分組式合班型高清多媒體實驗室。該文闡述了其建設(shè)方案要點，對其中的成果和經(jīng)驗進行了分析和總結(jié)，對高校開展多媒體實驗室具有一定的參考意義。

【關(guān)鍵詞】分組式教學(xué)法；多媒體；信息技術(shù)；實驗室建設(shè)

【中圖分類號】G482

【文獻標(biāo)識碼】B

【論文編號】1009—8097（2012）01—0000—05重慶理工大學(xué)經(jīng)濟管理實驗教學(xué)中心（以下簡稱經(jīng)管中心）是由該校的工商、經(jīng)貿(mào)、會計三個二級學(xué)院院屬實驗室于2006年合并而成。該中心經(jīng)過5年多的建設(shè)與完善，現(xiàn)已成為重慶理工大學(xué)經(jīng)濟管理類專業(yè)唯一的實踐教學(xué)基地。經(jīng)管中心目前擁有各類房屋面積2000M2，資產(chǎn)總額400余萬，建有金融實驗室、財會實驗室、沙盤實驗室、物流實驗室、綜合設(shè)計實訓(xùn)室、創(chuàng)業(yè)孵化室等多個專業(yè)性功能實驗室，取得了大量的教學(xué)科研成果，于2008年被評為重慶市市級實驗教學(xué)示范中心（省部級）。

近年來，伴隨著招生規(guī)模日益擴大，實驗室作為培養(yǎng)創(chuàng)新人才的基地[1]，面臨著越來越大的壓力。2011年，學(xué)校決定在經(jīng)管中心新建設(shè)一個多媒體實驗室，并為此專門撥出兩間房屋作為建設(shè)用地，房屋的基本情況如下：

（1）兩間房屋彼此相鄰，中間由一面實體的墻壁完全隔開，學(xué)校明確規(guī)定，該墻壁不能拆除。

（2）兩間房屋的結(jié)構(gòu)完全一致，均為長方型（長17M,寬7M），均能容納一個45人以內(nèi)的單班級開展實踐教學(xué)活動。

組式教學(xué)法改變了以往對學(xué)生全面培養(yǎng)的傳統(tǒng)模式，強調(diào)大學(xué)教育從講授知識向?qū)W習(xí)知識轉(zhuǎn)化[5]，強調(diào)發(fā)揮每個學(xué)生自己的獨特優(yōu)勢，強調(diào)學(xué)生對實踐環(huán)節(jié)的主動參與，所以取得了非常良好的效果，其應(yīng)用范圍也最為廣泛[2]。本次多媒體實驗室建設(shè)的第一目標(biāo)，就是采用先進的設(shè)備和軟件，全力打造出滿足分組式教學(xué)需要，能充分體現(xiàn)分組式教學(xué)法特點的多媒體實驗室環(huán)境。建設(shè)跨房間的合班教學(xué)多媒體實驗室。

大學(xué)教育與小學(xué)、初中、高中教育的一個不同之處在于，大學(xué)教育中經(jīng)常采用合班制的方式進行教學(xué)，即同一個教師同時給兩個班級的學(xué)生授課。合班制教學(xué)方式由于在單位時間內(nèi)授課的學(xué)生人數(shù)成倍增加，同時其教學(xué)效果也基本不受影響，所以，其對于授課任務(wù)非常繁重的大學(xué)教師而言，合班制的教學(xué)方式是其樂于采用也經(jīng)常采用的一種教學(xué)方式。但從前面的建設(shè)場地介紹中可以看出，本次多媒體實驗室建設(shè)場地為兩個相鄰的單班規(guī)模房間，房間之間有無法拆除的墻體，這一現(xiàn)實的情況對于合班的實踐教學(xué)而言造成了幾乎無法逾越的障礙。本次多媒體實驗室建設(shè)的第二個目標(biāo)，就是在既有的約束條件下，積極的探索和大膽創(chuàng)新，盡一切努力突破這一物理障礙，實現(xiàn)兩個房間的聯(lián)合控制與協(xié)調(diào)管理，使多媒體實驗室無論是單班還是合班均能靈活使用。大力提升整個多媒體實驗室的實用性和易用性。多媒體技術(shù)是指把文字、聲音、圖像、動畫等多種媒體的信息通過計算機進行處理，集成具有交互性系統(tǒng)的一種技術(shù)[4]。其在實驗室中實際使用所發(fā)揮的最終效果，與其提供的多媒體信息整合方案的實用性和易用性有著密切的聯(lián)系。有鑒于此，本次多媒體實驗室建設(shè)的第三個目標(biāo)，就是專門針對多媒體實驗室的實用性和易用性，進行深入的思考與分析，做出整體設(shè)計。為了有效地開展工作，我們進一步界定了這一 基本建設(shè)目標(biāo) 全力打造滿足分組式教學(xué)需要的多媒體實驗室環(huán)境。隨著大學(xué)生越來越嚴(yán)峻的就業(yè)形勢，以及社會發(fā)展對高素質(zhì)人才的迫切需求，高校教育越來越重視對大學(xué)生的創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新能力、團隊合作精神、協(xié)同競爭意識的培養(yǎng)和鍛煉[3]。廣大的師生在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)開展了大量的改革與探索，其中分組式教學(xué)法是最引人關(guān)注的改革成果之一。分組式教學(xué)法，顧名思義，是改變傳統(tǒng)的學(xué)生單一個體式的教學(xué)方法，將以往的由每個學(xué)生獨立完成相同題目的實踐方式，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生科學(xué)合理的分成多個小組，以小組為單位進行一個較為綜合的作品設(shè)計，每個學(xué)生在小組中充分發(fā)揮自己的作用。分一目標(biāo)的具體內(nèi)涵，主要包括以下幾個方面：

（1）高清晰度的視覺效果。包含兩個方面的內(nèi)容，其一是能提供顯示高清數(shù)字信號的手段和方法，即顯示畫質(zhì)達到1080P，分辨率達到1920×1080；其二是能提供對單一畫面的大尺度高清晰顯示的手段和方法。

（2）高保真度的聲音效果。無論是人還是計算機發(fā)出的聲音，均能通過音響系統(tǒng)，在整個房間內(nèi)清晰的傳播。

（3）高效率化的師生交互。主要包括教師和學(xué)生之間的圖像交互、聲音交互和資源交互三個方面。

（4）高自由度的操控使用。包含兩個方面的內(nèi)容，其一是將多媒體實驗室的主要設(shè)備進行集成，采用良好的人機交互界面，使實驗室的使用方便快捷；其二是采用成熟的無線通訊技術(shù)，實現(xiàn)部分設(shè)備的移動化。

二 基本建設(shè)方案 采用液晶拼接系統(tǒng)，構(gòu)造分組式作品演示高清液晶顯示墻。

DID液晶拼接系統(tǒng)，主要包括DID(Digital Information Display)液晶顯示屏、液晶顯示屏拼接器及控制軟件、VGA矩陣、以及液晶墻拼接支架等。利用DID液晶拼接系統(tǒng)，我們可以將多塊高清液晶顯示屏組合起來，形成一個較大的液晶顯示墻，其可以實現(xiàn)以下的功能：

（1）獨立顯示多個畫面。每塊液晶顯示屏均可以獨立顯示一個畫面。

（2）整體顯示一個畫面。所有的液晶顯示屏組合成為一個整體，顯示一個畫面。

（3）組合顯示多個畫面。將全部液晶顯示屏組合后，重新進行劃分，形成M×N個獨立的顯示畫面。

（4）高清畫質(zhì)顯示。每塊DID液晶顯示屏的拼接器均帶有HDMI高清數(shù)字信號接口，可以完美的顯示高清畫質(zhì)。

采用這套液晶顯示墻，我們可以將分組實驗中多個小組的作品在同一時間、同一個平面上進行高清畫質(zhì)的展示，非常便于教師和學(xué)生進行一對一、一對多、多對多的對比、分析和點評，使分組式教學(xué)的實際效果有質(zhì)的飛躍。采用投影機和畫框幕布，構(gòu)造單一作品大尺度高清晰顯示面。

盡管液晶顯示墻能夠完美的演繹高清畫質(zhì)，但其昂貴的價格對建設(shè)資金提出了很高的要求，而且其尺寸越大，價格還將成倍的增長。經(jīng)過精確預(yù)算，我們無法建設(shè)120寸幅面的液晶顯示墻，而對于單班實驗室而言，120寸是顯示單一作品最理想的大小。為實現(xiàn)這一功能，我們采用高亮度的投影機和120寸畫框式幕布相組合，以投影的方式來展示單一作品。其與液晶顯示墻相互補充，分別從大尺度畫面和高清畫質(zhì)兩個關(guān)鍵點入手，共同構(gòu)建多媒體實驗室視頻系統(tǒng)主要的硬件解決方案。采用音響系統(tǒng)和無線信息技術(shù)，進一步提升實驗室的實用性和易用性。

在視頻系統(tǒng)的問題基本解決之后，我們將注意力轉(zhuǎn)移到如何進一步提高多媒體的效果，突顯其實用性、易用性方面。為此，我們設(shè)計了以下的解決方案：

（1）高保真的聲音效果。我們采用目前國內(nèi)較為先進的音響系統(tǒng)來確保實驗室的聲音效果（包括計算機的發(fā)聲和人的發(fā)聲），主要設(shè)備有高保真的功放、音箱和調(diào)音臺等。

（2）無線便捷的交互方式。包括三個方面，首先是采用無線接收器和無線話筒等設(shè)備，實現(xiàn)教師和學(xué)生的發(fā)言以無線的方式進行傳輸，完全不受空間和線路的約束；其次是采用無線手寫等電子設(shè)備，實現(xiàn)教師的板書自由便捷，不受空間限制；最后，我們還采用多媒體網(wǎng)絡(luò)軟件，實現(xiàn)教師計算機與學(xué)生計算機之間資源發(fā)布、信息交互、課堂控制等功能。采用中控系統(tǒng)，實現(xiàn)中央控制和靈活使用。

本次多媒體實驗室建設(shè)后，將增添大量的電子設(shè)備，某些設(shè)備的操作和使用較為復(fù)雜。如果我們不能在較短的時間內(nèi)讓廣大的授課教師掌握并靈活使用，必將會大大降低教師使用多媒體實驗室的意愿和興趣。為解決這一問題，我們采用觸摸式可編程中控系統(tǒng)，將主要的設(shè)備智能化集成：所有的操作均在后臺完成，包括各種設(shè)備的控制信號傳輸、VGA矩陣和液晶拼接器的聯(lián)動等；前臺則采用液晶觸摸屏提供一個簡單、友好的人機交互界面，使授課教師無需太多培訓(xùn)就能輕松掌握多媒體實驗室的使用。

三 主要實施方案

本次多媒體實驗室建設(shè)方案具體實施中，最為關(guān)鍵且難度最大的是視頻系統(tǒng)，其要求要在保持高清畫質(zhì)的前提下，突破房間之間的物理障礙，實現(xiàn)跨房間視頻信號聯(lián)合控制與協(xié)調(diào)管理。這在幾乎沒有任何成熟經(jīng)驗可以借鑒的現(xiàn)實情況下，無疑是一種突破創(chuàng)新和自我挑戰(zhàn)。以下，我們將主要闡述視頻系統(tǒng)的實施細節(jié)。視頻系統(tǒng)設(shè)備配置與線路結(jié)構(gòu)

經(jīng)管中心與來自企業(yè)界的資深高級工程師深入分析、反復(fù)思考，最后采用了一個簡單、方便、又較為經(jīng)濟的視頻系統(tǒng)實施方案，其系統(tǒng)拓撲如圖1所示。

（1）主要設(shè)備。兩個房間各安裝一套2*3的液晶顯示墻，其采用的每塊液晶顯示屏均為40寸窄邊DID液晶顯示屏，除帶VGA信號接口外，還帶兩個HDMI高清接口；兩個房間各安裝一套投影系統(tǒng)，由3500流明的工業(yè)級投影機和120寸大尺寸畫框式幕布組成；兩個房間共用一個16進16出的VGA矩陣；每個房間有學(xué)生用計算機42臺，分成7個小組；每個房間有教師用計算機1臺，該計算機可同時輸出VGA和HDMI兩種信號；兩個房間的所有計算機使用4個24口的高速網(wǎng)絡(luò)交換機連接，形成局域網(wǎng)絡(luò)。圖1 視頻系統(tǒng)拓撲圖

（2）VGA矩陣信號輸入端連接方式。教師用計算機的VGA信號使用VGA視頻分配器輸入矩陣；每組學(xué)生計算機中有一臺固定的計算機，其使用顯卡自帶的兩路輸出中的一路VGA信號接入矩陣，該計算機的兩路VGA信號在顯卡的控制軟件里配置成復(fù)制模式。

（3）VGA矩陣信號輸出端連接方式。將矩陣的16個輸出信號中的12個分別連接到兩個房間的12塊液晶顯示屏的VGA輸入接口；將矩陣的2個輸出信號分別連接到兩個房間的投影機輸入接口。

（4）高清信號連接方式。兩個實驗室的每臺教師用計算機均通過一個1分2的HDMI分配器和2個1分10的HDMI分配器與兩個教室的每塊液晶顯示屏的HDMI輸入接口連接。

由此可見，兩個實驗室的教師機上的HDMI高清視頻信號直接連接到液晶顯示墻上的每塊液晶顯示屏上，而所有的VGA信號則通過矩陣的方式連接起來，這就為各種信號之間的發(fā)送、傳輸、接收、顯示鋪平了道路。但是，物理上信號的連通距離正式的使用尚有一段距離，我們還必須進行以下的工作。安裝拼接控制軟件進行視頻信號的管理

通過對兩臺教師用計算機安裝液晶拼接控制軟件，實現(xiàn)對視頻信號的管理。

（1）信號歸類整理。對每個教室的視頻信號的輸入端和視頻信號的輸出端進行歸類編號，我們必須確保每個編號清晰明確，讓使用者通過編號能夠非常容易地確定其對應(yīng)設(shè)備。

（2）信號的控制。主要有兩個方面內(nèi)容，首先是控制各個輸出設(shè)備選擇和接收某個輸入信號；其次是控制液晶顯示墻如何顯示接收的信息，如單獨顯示，或者整體顯示等。改進拼接控制軟件實現(xiàn)跨房間合班控制

由于液晶顯示墻在實驗室單/合班靈活配置方面處于空白狀態(tài)，所以，目前市面已有的拼接控制軟件均不能完全滿足這個方面的要求，我們必須進行必要的二次開發(fā)改進軟件的功能。

（1）單/合班實驗室信號切換控制。前面已經(jīng)對各個信號

端進行了科學(xué)的編號，現(xiàn)在的改進是實現(xiàn)對這個編號的管理，即在得到授權(quán)的情況下，使用者可以控制使用兩個房間內(nèi)全部輸入輸出信號；而在未經(jīng)授權(quán)的情況下，使用者只能控制使用其所在房間內(nèi)的輸入輸出信號，另一間房間的信號則無法使用。

（2）兩個房間同時作為單班使用下的矩陣控制。當(dāng)兩個教師分別進入兩個房間進行授課時，盡管前面的單/合班實驗室信號切換控制已經(jīng)將輸入輸出視頻信號分開管理，但仍然存在一個嚴(yán)重的問題，那就是現(xiàn)有的VGA矩陣同一時間只能由一臺計算機控制，故在傳統(tǒng)模式下，就只能一個教師使用，而另一個教師是無法同時使用的。我們的改進是當(dāng)該軟件啟

動時自動進行偵測，一旦發(fā)現(xiàn)VGA矩陣的串口控制鏈路已經(jīng)被另外一臺計算機的控制軟件控制的情況下，將能通過網(wǎng)絡(luò)連接到已經(jīng)控制VGA矩陣的計算機，通過調(diào)用該計算機上的矩陣服務(wù)端軟件來實現(xiàn)對自己房間內(nèi)的視頻信號進行控制和管理。盡管這時候兩臺教師用計算機都在使用其中一臺的控制軟件對VGA矩陣進行視頻信號的切換，但由于有前面的信號授權(quán)管理，所以，其相互之間完全不受影響，而且在實際使用過程中使用者也完全感受不出來。

（3）定制設(shè)備完成矩陣自動管理。前面的闡述中我們知道，VGA矩陣同一時間只能由一臺計算機進行控制，根據(jù)擬定的設(shè)計方案，要完成單/合班靈活配置，就必須實現(xiàn)能夠自動判斷哪臺教師用計算機首先通電啟動，同時立即將矩陣交由該計算機控制與管理。這里我們采用了硬件的方式來進行解決，單獨設(shè)計和定制了一個矩陣控制信號切換器和液晶拼接器的控制信號切換器，該切換器能夠自動偵測兩臺教師用計算機中某一臺是否率先通電啟動，如果發(fā)現(xiàn)其中一臺已經(jīng)啟動，則立即將矩陣的控制權(quán)切換到該計算機上，另外一臺計算機則通過TCP/IP鏈路連接到此計算機的矩陣控制服務(wù)端對矩陣分配給本機的視頻信號進行切換。單/合班實踐教學(xué)具體情況推演

完成前面的三個步驟后，實現(xiàn)了最關(guān)鍵的跨房間合班控制與協(xié)調(diào)管理問題，能夠全面的滿足單/合班多媒體室實驗室實踐教學(xué)的需要。

（1）單班開展實踐教學(xué)情況。由于只有一個班級開展實踐教學(xué)，所以只使用一間房間，只有一臺教師用計算機會啟動，矩陣切換器將VGA矩陣交由該計算機控制，該教室的拼接器控制信號也默認接在該計算機上，在沒有授權(quán)的情況下，該教師只能對本實驗室內(nèi)的視頻信號進行切換控制。

（2）兩個單班同時開展實踐教學(xué)情況。當(dāng)兩個單班同時開展實踐教學(xué)的時候，矩陣切換器會將VGA矩陣的控制權(quán)交給先啟動的那個教師用計算機，另一個房間的教師用計算機則將通過網(wǎng)絡(luò)共享控制矩陣的教師用計算機的矩陣控制服務(wù)端軟件，從而實現(xiàn)兩臺計算機同時控制使用VGA矩陣分配給自己的視頻信號資源。同時，由于兩個教師都沒有授權(quán)，所以兩個教師都只能對自己所在房間的視頻信號進行管理。

（3）合班開展實踐教學(xué)情況。當(dāng)進行合班實踐教學(xué)的時候，學(xué)生分布在兩個房間，教師只在其中一個房間，只啟動一臺教師用計算機，兩個實驗室的液晶拼接器的控制信號全部根據(jù)中控的指令切換到該教師機上，矩陣切換器也將VGA矩陣交由該計算機控制，由于得到授權(quán)，該教師將能夠?qū)蓚€房間內(nèi)的全部視頻信號進行管理，并且可以根據(jù)教學(xué)的需要隨意切換并控制兩個教室內(nèi)的液晶拼接墻及投影機的顯示畫面和場景。其他方面的實施情況

相對于視頻部分而言，其他方面的實施要簡單一些，這里就不再詳述。聲音和視頻一樣，也需要進行單/合班聯(lián)合控制與協(xié)調(diào)管理，但實施起來較為簡單，只需要將兩個房間的音響系統(tǒng)中的兩個調(diào)音臺的音頻信號通道的輸入和AUX輸出對應(yīng)連通即可，其中需要注意的是對方教室音頻輸入的信號通道的AUX輸出旋鈕要調(diào)節(jié)到最低，防止自激嘯叫。同時本教室內(nèi)的各個信號輸入通道的AUX輸出根據(jù)現(xiàn)場的實際環(huán)境進行調(diào)節(jié)，以便另外一個教室內(nèi)的調(diào)音臺接收到的音頻信號電平適中，防止產(chǎn)生削峰，影響聲音效果，這樣當(dāng)教師按下中控系統(tǒng)觸摸屏上的合班課按鈕的時候，該中控主機將自動發(fā)送信號控制矩陣切換器、液晶拼接器切換器及音頻切換器，即可實現(xiàn)單個房間和合班房間的便捷轉(zhuǎn)換。

音頻系統(tǒng)拓撲如圖2所示：

圖2 音頻系統(tǒng)拓撲圖

四 實施效果與經(jīng)驗總結(jié)

本次經(jīng)管中心多媒體實驗室經(jīng)過近一個多月時間的設(shè)計和建設(shè)，已經(jīng)全部完成，從目前的運行情況來看，比較圓滿的實現(xiàn)了各項預(yù)期的目標(biāo)。多媒體效果顯著提升，分組式實驗教學(xué)有望得到進一步的推廣和深化。

（1）無論是視頻效果還是音頻效果，都令人非常滿意，尤其是在液晶顯示墻上展示教師用計算機的高清信號時，完全是一副栩栩如生的優(yōu)美畫面。

（2）分組式實驗教學(xué)中，教師即可以將某個小組的作品在液晶顯示墻上整體展示，實現(xiàn)對單個作品的分析點評；也

可以將14個小組的作品在12塊液晶顯示屏和2個投影機上同時展示，實現(xiàn)對全部小組作品的分析點評；還可以將4個小組的作品其中2個在液晶顯示墻上整體展示，另外兩個在投影機上展示，實現(xiàn)對部分作品的高清晰對比分析。總而言之，作品展示的方法和手段非常豐富，實踐教學(xué)的效果的確是傳統(tǒng)方式無法比擬的。完全實現(xiàn)跨房間合班控制，對分組式多媒體實驗室的功能進行了重新的詮釋，極大地提升了分組式多媒體實驗室在高校中的實用價值和推廣意義。

跨房間合班控制與協(xié)調(diào)管理是本次建設(shè)中花費精力最多、困難度也最大的一個環(huán)節(jié)，但實施后的效果證明，這是非常必要和最有價值的部分。通過本次的改革和建設(shè)，成功的解決了分組式多媒體實驗室跨房間綜合應(yīng)用的難題，徹底突破了以往分組式多媒體實驗室只能在一個房間內(nèi)使用的空間局限，極大地拓寬了分組式多媒體實驗室在高校實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的實用價值，為廣大高校積極進行分組式多媒體實驗室建設(shè)提供了極具價值的參考案例。

五 結(jié)束語

本次多媒體實驗室建設(shè)中，積累了不少的經(jīng)驗教訓(xùn)，如：（1）視頻信號長距離衰減問題。根據(jù)實際效果來看，不管是采用成品線還是手工制作的視頻線纜，一旦視頻線超過20米以上就可能出現(xiàn)拖尾或者重影。在添加信號增強設(shè)備和隔離設(shè)備放大和優(yōu)化信號后，這一問題得到了較好的解決。

（2）另外一個比較實際的問題是由于實驗室的強電均為三相電380V輸入，而多媒體視頻設(shè)備和所有的電腦均使用單相220V交流電，當(dāng)這些設(shè)備的交流電不是接在同一相電的時候，由于電位差產(chǎn)生水波紋、橫紋干擾的幾率較大，值得注意。

（3）視頻及音頻信號線的鋪設(shè)上盡量遠離強電干擾，否則也容易出現(xiàn)視頻信號的干擾及音頻信號的交流干擾噪聲。

高校實驗室多媒體化是實驗室建設(shè)未來發(fā)展的方向之一，是一個需要長期研究和探索課題，需要我們大家的共同的付出和不懈努力。本次重慶理工大學(xué)經(jīng)管中心分組式多媒體室建設(shè)可以說是一次極有創(chuàng)意的嘗試和探索，其多媒體跨房間合班控制與協(xié)調(diào)管理的解決方案突破傳統(tǒng)模式，為這個難題的順利解決提供了現(xiàn)實的思路?！?/p>

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Construction Experience

YANG Xiao

LIU Wei

MA Feng-tian(ChongQing University of Technology Economic and Management Experimental Teaching Center，ChongQing 400054,China)Abstract: Around the characteristics and advantages of the group teaching, Chongqing University of Technology Economic and Management Experimental Teaching Center use the advanced multimedia information technology, creative break with traditional patterns and space constraints, design and implement the group teaching multi room HD multimedia lab construction project.This paper expounds the construction point, analyzes and sum up the achievements and experience, which has a great reference value for universities in developing multimedia lab.Keywords: group teaching;multimedia;information technology;lab construction ——————————

*基金項目：本文受重慶理工大學(xué)科研創(chuàng)新團隊建設(shè)計劃“經(jīng)濟控制研究——歷史和現(xiàn)實”（重理工[2010]12號第16項）資助。作者信息：楊曉，重慶理工大學(xué)經(jīng)濟管理實驗教學(xué)中心主任，副教授。研究方向：信息技術(shù)應(yīng)用研究，實驗室管理與建設(shè)。電子郵箱：yxem@163.com 收稿日期：2011年12月7日

編輯：李原

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第二篇：淺談教學(xué)實驗室信息化管理研究與建設(shè)

論文關(guān)鍵詞：教學(xué) 實驗室 信息化管理 系統(tǒng)設(shè)計

論文摘要：實驗室信息化建設(shè)是校園數(shù)字化建設(shè)的重要組成部分，也是提高實驗、實訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量、優(yōu)化資源配置和提升管理水平的有效途徑和手段。本文針對籌建浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學(xué)院的契機，提出實驗室建設(shè)中信息化平臺的定位和設(shè)計原則，綜合利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建集網(wǎng)絡(luò)平臺、硬件平臺和軟件平臺于一體的高度自動化、立體化、開放化的教學(xué)和管理體系，更好地服務(wù)于學(xué)校的教學(xué)與管理。

一、教學(xué)實驗室信息管理系統(tǒng)簡述

實驗室信息管理系統(tǒng)是通過計算機網(wǎng)絡(luò)，采用科學(xué)的管理思想和先進的數(shù)據(jù)庫技術(shù)對實驗室的各種信息進行全面管理的計算機軟、硬件系統(tǒng)；是計算機技術(shù)、管理科學(xué)和分析測試技術(shù)的集合體，是一個包括信號采集設(shè)備、數(shù)據(jù)通訊軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件、實驗室的內(nèi)部管理在內(nèi)的高效集成的管理系統(tǒng)。它以實驗室樣品分析數(shù)據(jù)的采集、錄入、處理、檢查、判定、存儲、傳輸、共享、報告發(fā)布以及業(yè)務(wù)工作流程管理為核心，將實驗室的人員、材料、設(shè)備、技術(shù)、方法、資料檔案等資源有機結(jié)合起來，組成一個全面、規(guī)范的管理體系，為實現(xiàn)測試資料自動采集、網(wǎng)上調(diào)度、實驗信息安全共享、人員量化考核、實驗室管理水平整體提高等各方而提供技術(shù)支持。同時它也是連接實驗室、管理部門及用戶的信息平臺。

二、教學(xué)實驗室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計

1．信息化平臺的定位

實驗室作為實驗教學(xué)的平臺和載體，其建設(shè)和管理水平直接決定著實驗教學(xué)質(zhì)量的高低，因此，實驗室建設(shè)的指導(dǎo)思想應(yīng)定位于實用、高效、節(jié)約，著眼于構(gòu)筑與時代發(fā)展相適應(yīng)的信息化環(huán)境，確保實驗室內(nèi)部知識信息從創(chuàng)新到應(yīng)用各環(huán)節(jié)問相互協(xié)調(diào)與高效運作。建設(shè)的核心是將教學(xué)資源、教學(xué)軟件、實驗室儀器設(shè)備等采用現(xiàn)代化的手段加以科學(xué)管理，為實驗室管理者提供有效的網(wǎng)絡(luò)管理環(huán)境，為教師提供有效的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和科研環(huán)境，為學(xué)生提供有效的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。

實驗室信息化平臺，服務(wù)于“以學(xué)生為本，知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展”的實驗教育理念和“以能力培養(yǎng)為核心”的實驗教學(xué)觀念，是一個開放、深度、學(xué)術(shù)、實戰(zhàn)多方面結(jié)合的平臺，是一個提供全面系統(tǒng)的知識產(chǎn)品和知識服務(wù)的平臺，是一個既重理論更重實踐的平臺，也是一個服務(wù)于知識經(jīng)濟、知識傳播、知識分享、知識學(xué)習(xí)、知識創(chuàng)新和所有知識者的平臺。該平臺打破了傳統(tǒng)的實驗室管理模式和實驗教學(xué)方式，充分體現(xiàn)以內(nèi)容為主、學(xué)生優(yōu)先、師生互動、資源共享的原則。

2．總體規(guī)劃

系統(tǒng)所運行的平臺是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用先進的信息化手段和工具，實現(xiàn)實驗室數(shù)據(jù)信息資源的全部數(shù)字化，在傳統(tǒng)的管理基礎(chǔ)上構(gòu)建一個數(shù)字空間以拓展現(xiàn)實信息管理的空間維度，從而提升了傳統(tǒng)管理方法的效率，擴展了傳統(tǒng)管理方式的功能，最終實現(xiàn)全面信息化。實驗室信息管理系統(tǒng)的建設(shè)是分階段、分層次的，它經(jīng)歷的是由硬到軟、由下而上、螺旋上升的建設(shè)過程。其體系結(jié)構(gòu)可以用一系列同心圓表示，內(nèi)圓是核心，是基礎(chǔ)，外圓是在內(nèi)圓的基礎(chǔ)上提供的更進一步的服務(wù)。按照功能劃分，可以分為四層：[!--empirenews.page--](1)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)是校園綜合信息平臺最基礎(chǔ)的硬件設(shè)施，沒有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，信息不能流動，就不可能形成信息空間。[1][2][3]下一頁(2)數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)倉庫是整個信息平臺的信息基礎(chǔ)是由若干個數(shù)據(jù)庫等信息資源組合而成，不同的數(shù)據(jù)庫之間有很強的相關(guān)性，在數(shù)據(jù)倉庫的基礎(chǔ)之上，可以進行更高級的應(yīng)用擴展。

(3)基礎(chǔ)信息服務(wù)。基礎(chǔ)信息服務(wù)是信息流動的軟件基礎(chǔ)，包括電子郵件、文件傳輸、信息發(fā)布等。

(4)高級應(yīng)用服務(wù)。高級應(yīng)用服務(wù)是在基礎(chǔ)信息服務(wù)基礎(chǔ)之上，對數(shù)據(jù)倉庫的應(yīng)用挖掘，生成的各個應(yīng)用系統(tǒng)直接管理各種信息資源，并根據(jù)相關(guān)的邏輯提供給用戶使用。

3．系統(tǒng)采用的模式

軟件結(jié)構(gòu)采用瀏覽器／服務(wù)器(B／S)結(jié)構(gòu)，即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是隨著Internet技術(shù)的興起，對C／S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端(BrOWSer)實現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(Server)實現(xiàn)，形成所謂三層3一tier結(jié)構(gòu)。這樣就大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。

以目前的技術(shù)看，局域網(wǎng)建立B／S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，并通過Internet／lntranet模式下數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，相對易于把握、成本也是較低的。它是一次性到位的開發(fā)，能實現(xiàn)不同的人員，從不同的地點，以不同的接入方式(~HLAN，WAN，Internet／Intranet等)訪問和操作共同的數(shù)據(jù)庫；它能有效地保護數(shù)據(jù)平臺和管理訪問權(quán)限，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫也很安全。特別是在JAVA這樣的跨平臺語言出現(xiàn)之后，B／S架構(gòu)管理軟件更是方便、快捷、高效。目前，軟件系統(tǒng)的改進和升級越來越頻繁，B／S架構(gòu)的產(chǎn)品明顯體現(xiàn)著更為方便的特性。對一個稍微大一點單位來說，系統(tǒng)管理人員如果需要在幾百甚至上千部電腦之間來回奔跑，效率和工作量是可想而知的，但B／S架構(gòu)的軟件只需要管理服務(wù)器就行了，所有的客戶端只是瀏覽器，根本不需要做任何的維護。無論用戶的規(guī)模有多大，有多少分支機構(gòu)都不會增加任何維護升級的工作量，所有的操作只需要針對服務(wù)器進行；如果是異地，只需要把服務(wù)器連接專網(wǎng)即可，實現(xiàn)遠程維護、升級和共享。

4．信息化平臺的構(gòu)成實驗室管理與教學(xué)信息化平臺是一個高度集成的平臺，由網(wǎng)絡(luò)平臺、硬件平臺和軟件平臺共同組成。(1)網(wǎng)絡(luò)平臺。隨著高校數(shù)字化校園建設(shè)的日益完善，校園信息化、網(wǎng)絡(luò)化逐步實現(xiàn)，計算機實驗室已成為數(shù)字化校園的重要組成部分。為便于管理和維護，每個實驗室分別組建局域網(wǎng)，通過校園網(wǎng)接入CERNET和Internet，從而使實驗室在教學(xué)、科研、信息服務(wù)、資源共享等方面發(fā)揮了巨大作用。

(2)硬件平臺。計算機實驗室以教師和學(xué)生上機實驗為主，兼顧多媒體教學(xué)，因此在硬件設(shè)備方面，除微機之外，還配備有服務(wù)器、交換機、功放和音箱等設(shè)備，從而為各種應(yīng)用提供強力的支持。為了防止計算機病毒的侵襲，以及避免由于學(xué)生誤操作或其它原因引起的硬盤數(shù)據(jù)混亂或丟失，實驗室采用硬件控制方法，即通過海光藍卡來保障硬盤的數(shù)據(jù)安全。[!--empirenews.page--](3)軟件平臺。網(wǎng)絡(luò)平臺和硬件平臺的建設(shè)是計算機實驗室存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件平臺的建設(shè)則是實驗室提高教學(xué)質(zhì)量和管理水平的核心。軟件平臺包括系統(tǒng)軟件、教學(xué)應(yīng)用軟件以及實驗室門戶網(wǎng)站、實驗教學(xué)論壇、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、實驗設(shè)備管理信息系統(tǒng)、開放機房自動化管理系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)平臺，其中，應(yīng)用系統(tǒng)平臺的建設(shè)是軟件平臺建設(shè)的關(guān)鍵。上一頁[1][2][3]下一頁 5．應(yīng)用系統(tǒng)平臺的建設(shè)

應(yīng)用系統(tǒng)平臺采用面向構(gòu)件的、基于總線的、開放式的三層體系架構(gòu)，以實驗室門戶網(wǎng)站為載體，集成其它應(yīng)用系統(tǒng)，建立一個松散連接的、可預(yù)測的分布式系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)各種教學(xué)資源和信息的整合和高度共享。

(1)實驗室門戶網(wǎng)站。實驗室門戶網(wǎng)站是實驗室信息化平臺的重要組成部分，是實驗室對外宣傳的窗口。網(wǎng)站以用戶體驗為中心，采用多線索的信息組織方式，整合信息發(fā)布、實驗室建設(shè)、實驗教學(xué)、管理體制、規(guī)章制度、教研成果、在線留言、在線調(diào)查、內(nèi)容檢索、教學(xué)論壇、實驗設(shè)備管理等功能模塊于一體，為實驗教學(xué)、科研、社會服務(wù)和管理等各項工作提供數(shù)字化資源共享環(huán)境。

(2)實驗教學(xué)論壇。論壇是一個以交互形式為師生提供信息服務(wù)的交流平臺，其特點是：網(wǎng)絡(luò)用戶均可以利用其功能進行信息交流，包括提供新聞和各種信息、表達自己的觀點和意見、回應(yīng)別人的觀點和意見等。實驗教學(xué)論壇按照實驗課程的不同分為多個主題版塊，由實驗教師擔(dān)任相應(yīng)課程版塊的版主，協(xié)助管理員管理該版塊的秩序，活躍版塊討論和交流氣氛，為專家學(xué)者以及師生之間建立和維護一個良好的學(xué)術(shù)交流和觀點辯論的樂土。教師通過論壇上傳豐富的教學(xué)資源，包括課件、參考資料、習(xí)題、課程錄像等，學(xué)生可以不受時間、地點限制下載資源，進行課后學(xué)習(xí)、作業(yè)提交、在線測試、網(wǎng)上討論等，教師根據(jù)學(xué)生的反饋信息調(diào)整教學(xué)進度，修訂教學(xué)計劃，并進行在線答疑。

(3)多媒體教學(xué)系統(tǒng)。為了提高實驗教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，滿足實驗教學(xué)過程中講解和演示實驗的需求，計算機實驗室安裝了洪恩多媒體網(wǎng)絡(luò)教室系統(tǒng)。它是基于局域網(wǎng)的多媒體教學(xué)管理軟件，能夠構(gòu)造強大的多媒體網(wǎng)絡(luò)教室及教學(xué)環(huán)境，實現(xiàn)純軟件方式的廣播教學(xué)、教學(xué)示范、遙控輔導(dǎo)、師生對講、分組討論、電子搶答、文件傳送、遠程管理等網(wǎng)絡(luò)教室教學(xué)功能。洪恩多媒體網(wǎng)絡(luò)教室，徹底解決了以往網(wǎng)絡(luò)教室建設(shè)中存在的成本高、周期長、操作復(fù)雜等一系列難以解決的問題。

(4)實驗設(shè)備管理信息系統(tǒng)。實驗室采用基于Web的實驗設(shè)備管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)對實驗設(shè)備的登記、管理、規(guī)劃、調(diào)配、報廢等整個生命周期的監(jiān)控，減輕了實驗室管理人員工作量和工作繁瑣程度，提高了工作效率。通過該系統(tǒng)的實施，提高了實驗設(shè)備利用率，減少了庫存的無謂積壓和重復(fù)購置；能夠及時、準(zhǔn)確地提供各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，自動生成用戶所需要的各類報表，為各級領(lǐng)導(dǎo)提供有力的決策信息支持；同時，使異地辦公成為可能，實現(xiàn)了特定范圍內(nèi)的資源共享。

(5)開放機房自動化管理系統(tǒng)。實驗時間和實驗周期固定的傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，無法保證實驗過程的連續(xù)性，不利于提高學(xué)生獨立思考和獨立操作能力及從事實驗研究的興趣。因此，實驗室采用安圣開放機房自動化管理系統(tǒng)實現(xiàn)實驗室從時間、空問上全面對學(xué)生開放。系統(tǒng)采用c／s架構(gòu)，基于TCP／IP協(xié)議通信，支持課表上機、自由(課時)上機、自費上機等多種上機模式，通過校園IC卡可以實現(xiàn)對上課、上機過程的全自動化管理，包括安排課時上機任務(wù)、自費機時的預(yù)收費、贈送學(xué)生自由機時、學(xué)生卡片管理、機房值班管理等。管理人員通過系統(tǒng)及時掌握開放機房的使用情況和學(xué)生課內(nèi)外上機情況，從而合理安排實驗教學(xué)任務(wù)和開放時間，為學(xué)生提供一個寬松、自由的學(xué)習(xí)環(huán)境。實驗室的開放，尊重了學(xué)生在實驗教學(xué)中的主體地位，極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極參與意識，為學(xué)生走進實驗室創(chuàng)造了更多的機會，是知識型、綜合型、研究設(shè)計型實驗正常開展的必要條件，也是實驗室資源能夠得到更充分、更合理地利用的有效手段。[!--empirenews.page--]

三、結(jié)束語

在教學(xué)實驗室中使用信息化管理技術(shù)，是實驗室的必然發(fā)展趨勢，將會對實驗室管理產(chǎn)生較大的影響。建立實驗室信息管理平臺的目的，首先要發(fā)揮系統(tǒng)的質(zhì)量控制和質(zhì)量管理功能，其次是提高實驗室整體的自動化水平，同時提高實驗室的管理水平和學(xué)術(shù)水平，促進教學(xué)模式、教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，加速了教育手段的現(xiàn)代化。