互联网+实践教学管理系统

将互联网+思维和多种先进信息技术综合应用于实践教学,解决实践教学中预习难、讲解难、操作难、考评难等问题,提升实践教学信息水平,减轻教与学压力,提高实践教学质量。

实践教学现状

客观情况
装置少 学生多 专业多 流程长 操作多 不可见
客观情况
装置少
学生多
专业多
流程长
操作多
不可见
现状
装置造价高、占地面积大、台套数少
一套装置供多个班、众多学生使用
一套装置,涵盖了化工、电气、 机械、自动化、仪表等多个专业知识
实践教学装置往往由多个工段、多道工序构成
实践过程一般操作步骤较多,操作繁杂
装置多为不锈钢材质, 内部结构、动态过程、物料变化过程不可见
存在问题
无法做到人手一套, 多数人没有参与操作、不会操作、无法熟练操作
无法真正运行生产,多人静态围观
一个专业的老师无法讲解涉及多个专业的知识
装置流程长, 教师在短时间内讲不完、学生在有限时间内做不全
操作错误会导致整个过程往往要从头再来, 浪费时间和物料,还可能带来人身和环境危害
无法透彻理解结构、原理、过程,只能靠想象得到结论
教学问题
预习难 讲解难 操作难 练习难 考试难 评估难
教学过程
预习
讲解
操作
练习
考试
评估
现状
看讲义、写预习报告, 不见真实设备、原理过程
教师需口头讲解原理、结构、 流程、操作、安全,学生想象、理解
实验室不随时开放
装置数量有限,一人操作,多人围观
装置套数少、学生多、 监考难、时间长,操作考试变成笔试
同组学生实验报告几乎相同, 没有操作记录和设备运行记录
存在问题
学生对装置理解不深,达不到预习目的
讲不清、讲不全、听不懂、记不住
学生不能反复练习实验操作直到完全掌握
多数人没有参与操作、不会操作、无法熟练操作
纸质试卷无法评价学生对装置的操作能力
教、学效果评价效度低, 缺乏依据来指导教学改进和提高

教学质量难以保证!

解决之道

利用信息科技,改进教学设备、整合教学资源、改变教学方式、提升教学评价方法、提高学生自学能力、丰富教师讲解方法、落实操作练习成效、形成操作记录数据,实现互联网+实践教学管理,逐个击破实践教学中存在的诸多问题,保障教学效果。

解决方案

预习难

可以查看装置三维模型、视频课、三维动画、立体讲义、操作演示、操作视频,进行操作练习,解决预习难的问题。

讲解难

教师使用增强现实系统、虚拟现实仿真系统、图像记录系统、资源融合立体书系统将原理、结构、操作、安全等讲解清楚全面,解决讲解难的问题。

操作难

使用增强现实系统、虚拟现实系统、资源融合立体书系统、运行测控系统、操作记录系统实时得到操作指导,达到操作可追溯、人人可参与、解决操作难的问题。

练习难

可以利用真实装置考试,也可以用虚拟现实仿真软件考试,两种方式均有操作记录,数据可远程访问、可回放操作过程,解决练习难的问题。

考试难

利用虚拟现实系统、操作记录系统、运行测控系统,学生操作三维仿真模型或真实装置,数据及现象可模拟仿真,过程可评价、可记录、可回放,使操作考试能有效落实。

评估改进难

教师可以利用运行测控系统、操作记录系统、图像记录系统、增强现实系统、虚拟现实仿真系统对教学效果和学习效果进行评估从而根据反馈改进和提高,解决评估、改进难的问题。

功能架构

互联网+实践教学管理系统由互联网+实践教学管理云平台、操作记录系统、运行测控系统、图像记录系统、立体教材系统、虚拟现实仿真系统、增强现实系统等与传统的实践教学装置有效整合在一起,为教师和学生提供一体化的实践教学方案。

教师使用该系统安排学习任务、查看过程记录、评估结果、教学讲解、考试考核,实现实践教学过程化考核。

学生使用该系统进行全面预习、虚拟练习、实际操作、学习知识、参与考试。

实验管理员 通过系统查看操作记录、练习记录、考试等情况,了解装置和软件运行情况。

教学管理员 通过系统查看教学效果和学习效果,有理有据地提出改进意见,帮助教师和学生共同提高。

组成部分

增强现实系统

通过在虚拟环境中引入现实场景信息,在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路,通过手机识别真实装置上的信息点,了解装置方方面面信息。

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虚拟现实仿真系统

虚拟现实仿真系统应用于实践以既有趣又容易学习的方式将复杂的数据、过程呈现给学生,使其能够身临其境进行操作,解决了学生欠缺实际操作的问题,可以随时、随地、安全、低费用的重复操作大大提高了教学成效。

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资源融合立体书系统

以课程教学为中心,借助网络技术、多媒体技术等现代信息技术将教学资源以多种媒介、多种形态、多个层次进行整合,丰富了学生学习、练习的内容,从深度、广度和教学手段上,保证了实践教学效果。

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运行测控系统

对装置测控的数据进行采集,在本机展示的同时将其上传到云平台,为其他功能模块或是外部应用提供基础数据访问服务,从而可以进行数据处理、数据分析和数据统计。

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操作记录系统

通过在装置上加装各类操作记录传感器,对学生操作过程中的操作进行记录。记录的操作数据可用于事后追溯操作行为并对学生操作熟练程度和教师教学过程进行评估。

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图像记录系统

通过在装置周围合理位置加装摄像头,将教学过程、操作过程和运行情况如实记录;由监控主机为云平台提供基础视频数据访问服务;由云平台对外部访问提供视频实时监控和监控视频回放服务。

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系统将所有数据上传至云平台,能够随时随地访问。教师可利用云平台查看学生学习情况、操作情况、易错点、视频记录回放并进行操作评分和考试。学生利用该平台预习、学习、练习、查看仿真操作回放、查看运行数据并进行数据整理、数据处理、生成实验报告。管理人员可利用该系统查看装置运行情况、查看教学效果、学习效果并经过评估提出改进意见。

系统结构

互联网+实践教学管理系统服务器集成了虚拟现实仿真系统、操作记录系统、运行记录系统、图像记录系统、立体教材系统、增强现实系统,能够展示PPT、数据整理、数据处理、操作评分、生成实验报告、进行仿真回放、视频回放。

装置上装有运行数据传感器、操作数据传感器及配套的DCS系统和操作数据集中器,实时将数据上传至云平台。装置周围合适位置装有摄像头实时将画面由视频主机上传至云平台,方便日后视频回放和案例讲解。

教师讲解装置时使用话筒,通过教室内音响使所有学生都能听清讲解内容。教室内配有互动大屏方便教师讲解装置。

学生、教师、实验管理员、教学管理员都能使用这个系统提高教学质量,保证教学效果!

教学过程

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预习

在虚拟仿真系统中利用仿真软件中三维模型了解装置的外部结构和内部结构,使用三维动画了解实验原理,进行虚拟操作,了解实验操作步骤。使用增强现实系统结合真实实践装置进行增强现实学习。所有操作均有记录,方便教师能够及时掌握学生预习情况。

讲解

教师使用虚拟现实仿真系统、增强现实系统中的部件、装置、动画通过互动大屏讲解原理、结构、流程、操作、安全等知识。配合使用立体教材系统高效的使用各种媒体资源讲解实践过程。解决了讲不清、讲不全的困难。

操作

学生在虚拟仿真系统中预演实践操作和参数调节,依照虚拟现实仿真系统和增强现实系统中的指导,完成每一步操作,保证操作正确,避免危险和浪费。解决了学生不会操作的难题。

练习

每位同学都能够在与实际装置完全一致的虚拟现实仿真系统中,不受时间、空间限制,随时随地的进行反复操作,解决了不随时开放、装置数量少,学生数量多,一人操作多人围观的难题。

考试

实践教学考试是操作性考试,通过虚拟现实仿真系统,教师可以考察每个学生的实践操作掌握情况;可以通过设置相应的故障和异常,了解学生的应变能力;系统能够自动评分,在连接系统的装置上少量真实操作考试,解决了传统考试无法评估学生实见操作技能的困难。

评估

教师通过互联网+云平台查看学生在使用虚拟仿真系统、增强现实系统、资源融合立体书系统及进行操作时通过运行测控系统、操作记录系统、图像记录系统的记录从而了解学生的难点、易错点等,有依据的进行提高和改进,解决了评估改进难的问题。

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