基于積分制的物理實驗管理系統設計與應用實踐*

陳 彥，李朝榮，李 華，楊彩麗，李英姿

（北京航空航天大學物理實驗與教學中心，北京100191）

基于積分制的物理實驗管理系統設計與應用實踐*

陳 彥，李朝榮，李 華，楊彩麗，李英姿

（北京航空航天大學物理實驗與教學中心，北京100191）

將“積分制”用于基礎物理實驗教學管理，是一種全新的嘗試。為保障教學改革的順利進行，設計了基于“積分制”的實驗管理系統，系統以W indows Server 2003+Apache2+PHP+M ySQL為基礎，以管理員、教師、學生進行功能劃分，通過優化數據結構、梳理業務邏輯流程、簡化操作步驟，實現了B/S架構的軟件方案，通過4年多的實際運行，運行效果良好。

積分制；物理實驗；管理系統

引言

基礎物理實驗作為高等理工科院校對學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎課程，是本科生接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端。為全面提升基礎物理實驗對學生科學素養、實踐能力、創新能力的培養，北京航空航天大學（簡稱“北航”）在國內率先實施了“積分制”物理實驗管理新模式，以因材施教為核心，為激發學生的學習積極性，培養創新拔尖人材探索了一套行之有效的方法。

相對于傳統物理實驗管理模式，“積分制”的核心是以“積分”來激勵學生和管理實驗，最終實現對學生的個性化培養。根據各個物理實驗的難度及實驗方法的綜合性、創新性，對各實驗題目分級設置了不同的積分（1～5分），同時規定學生每學期必須完成若干積分而不限定實驗數目與學時，學生可以根據自己的能力選擇做多個簡單實驗或只做若干難度較高的實驗來完成積分。

由于實驗課的“積分制”教學管理模式是北航首創，沒有現成的平臺可以借鑒，為此北航物理實驗與教學中心自主研發了基于Windows Server 2003+Apache+PHP+ MySQL架構的“積分制”物理實驗管理系統，為物理實驗教學管理新模式的探索和建設做出了重要貢獻。

一、“積分制”規則

采用“積分制”教學模式，實驗以專題的形式開出，每個專題包含不同層次、不同難度的多個實驗題目，每個實驗題目根據其難易程度設置了不同積分，題目編號方法如下：例如1040522，其中首位數字表示實驗類型（1：為基本實驗、2：綜合實驗、3：設計性實驗、4：開放實驗、5：演示實驗、6：創新實驗）；第二、三位為專題號（01：電阻測量、02：示波器應用、03：邁克爾遜、04：分光儀……）；第四、五位為實驗序列；第六位數字為題目序號；最后一位數字是積分值。學生可自行安排做哪些內容，但規定某些實驗（如1030113、1050113、1070113、1090114）必選。

允許但不鼓勵學生重復選擇同一專題的實驗，若重復選擇同一類型題目 （題號前5位相同，如1010313、1010323），包括一次課上做兩個同類型實驗，從第二個實驗開始積分值逐次減1分；若選擇同一專題不同類型題目（題號前3位相同，如1030113、1030213、1030312），從第四個實驗開始積分值逐次減1分；若重做實驗（題號完全相同，如1010113、1010113），每重做一次積分減1分，成績僅保留最后一次輸入的結果。

二、系統總體設計

系統主要由既相互聯系又相對獨立的4大功能模塊組成：學生模塊、教師模塊、管理員模塊、數據庫模塊，如圖1所示。

圖1 系統總體框架

（1）學生模塊：主要包括學生選課、信息查詢 （選課記錄查詢、實驗成績查詢、開放預約實驗的查詢與退訂、教師課表查詢、個人信息查詢等）、留言薄（包括發布留言、瀏覽留言）、個人賬戶注冊與修改等功能。

（2）教師模塊：包括教師本人課表查詢、選課學生信息查詢、實驗成績錄入與修改等功能。

由于不同教師對于實驗評分標準尺度控制略有差異，為了保障評分標準的客觀公平，因此在期末匯總成績時管理軟件會對每個任課教師所評分的所有實驗成績和報告成績進行權重修正，以盡可能消除教師人為因素對實驗評分的不合理影響。

（3）管理員模塊：這是系統的重要組成部分，包括賬戶分配、密碼設置、學生信息查詢與修改、教師信息查詢與修改、課表打印、成績錄入與修改、期末成績匯總、實驗教室啟用與關閉、實驗題目的開放與關閉、各實驗題目的儀器臺套數設置與房間分布、教師課表安排、通知與公告信息的發布與管理、實驗開放時間段的管理、學生選課記錄的統計查詢與修改等功能。

（4）數據庫模塊：這是系統得以正常運行的基礎和前提，通過優化數據結構，使每一次http請求都能以輕量級數據檢索實現。主要有：學生信息表student_info、教師信息表teacher_info、實驗教室表room_info、實驗專題表group_info、學生選課表stu_elect、教師課表tea_elect、實驗成績表score_book、實驗題目表exp_info、選修類型表class_course_type等。

三、排課與選課

管理員根據實驗安排及每個實驗題目的儀器臺套數首先需要配置哪些實驗室可以開放、哪些實驗專題可以開放、各個實驗專題所開設的實驗子題目、實驗題目積分分值、每個實驗室可開設的題目數等基礎信息。然后還需要配置開放時間段、各題目及房間允許人數、任課教師等信息。

積分制實現了實驗課程的全面開放，它打破了傳統的以班級為單位統一選課的模式，要求各個學生自主選課。學生通過注冊賬號登錄管理系統，可以瀏覽各個時間段開放的題目、剩余空位數，并根據個人需要選擇適合時間段的實驗專題。

如果學生已選實驗由于某些原因需要改選，系統允許學生自由改選所選實驗?？紤]到即將要上課的實驗課表已經打印完畢，為了保障課表的一致性，對開課時間3天內的課表具有自動凍結功能，處于凍結狀態的選課記錄不允許學生改選。

四、“積分制”功能實現

教師對學生實驗完成情況及實驗報告完成質量分別進行打分，并通過登錄教師成績錄入窗口錄入成績，由程序自動根據“積分制”計算規則，判斷是否為重復選擇同一專題的實驗，若重復選擇同一類型題目（題號前5位相同），包括一次課上做兩個同類型實驗，從第二個實驗開始積分值逐次減1分；若選擇同一專題不同類型題目 （題號前3位相同），從第四個實驗開始積分值逐次減1分；若重做實驗（題號完全相同），每重做一次積分減1分，成績僅保留最后一次輸入的結果，處理流程如圖2所示。

圖2 成績處理流程

五、結束語

所開發的教學管理系統是國內唯一采用 “積分制”評價體系的物理實驗教學管理軟件，在兄弟院校物理實驗教學管理中具有示范作用。

實踐表明：通過“積分制”改革，打破了學時限制，形成了鼓勵學生主動學習、自主學習的激勵機制。將“積分制”用于物理實驗教學充分體現了因材施教的教育理念，學生可以根據自己的能力和興趣，選擇不同方法、不同難度的實驗；既培養了學生的實驗基礎，也培養了學生創新意識、創新思維和創新能力，在個性化培養和篩選優秀學生方面取得了較好的效果。

系統投入運行4年以來，工作穩定可靠。此系統不僅可以用于物理實驗管理中，也可用于其他實驗課或有類似需求的院校中，具有較大的實用和推廣價值。

［1］李朝榮，李華，陳強，張淼，陳彥.“一制二式”物理實驗教學模式的探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2013，32 （5）:173-175.

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［3］那日.大學物理實驗教學改革初探［J］.實驗室研究與探索，2004，23（12）:163-164.

［4］霍劍青，王曉蒲.大學物理實驗教學方法和教學資源建設的研究［J］.實驗室研究與探索，2008，27（5）:11-13.

［5］陳紅雨，陳星，殷立明.基于Internet的大學物理實驗教學管理網站設計［J］.實驗室研究與探索，2006，25（2）: 188，194-197.

（編輯：楊馥紅）

TP315

B

1673-8454（2015）11-0077-02

*本文受北京航空航天大學重點教改項目支持（項目編號:201415）。