物理實驗教學中心網絡綜合服務平臺的建設

黃金棟, 付衛紅(天津工業大學 理學院，天津 300387)

0 引 言

實驗教學對培養學生的主動學習、動手能力和創新意識等方面，具備突出的優勢[1]。物理學又是一門基于實驗的科學，物理定律的發現無不依賴于物理實驗[2]。物理實驗教學中心(以下簡稱中心)面向全校27個專業、3 200余名學生授課，是全校覆蓋專業最廣、學生受益面最大的實驗教學平臺。經過多年的不懈努力，中心在傳統實驗教學模式的道路上取得了較好成績，2005年中心被評為天津市優秀實驗教學中心，2012年被批準為天津市級優秀實驗教學示范中心建設單位。

2012年3月，教育部頒布的《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》中明確指出，“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視”[3]，并要求“推進信息技術與教學融合”“培養學生信息化環境下的學習能力”。與此同時，在多年的教學實踐中，長期存在著學生專業范圍廣、上課人數多、實驗空間有限、教師工作量大、學生預習不充分、組織實驗考核難等諸多問題。因此，在新的教育形勢的要求下，在教學實踐中客觀存在的問題面前，構建一個依托現代信息技術，面向社會、服務于廣大師生，基于物理實驗教學的綜合服務平臺成為亟待解決的問題。這個平臺不僅是一個充分展示實驗中心自身形象，反映教學理念、辦學思想的窗口，更應該是一個功能完備的網絡教學平臺，在網絡環境中，向學習者提供大量的自助學習資源，實現學生個性化自主預習和課程預約，并讓教師和學生廣泛參與，形成線上線下良性互動，培養學生自主學習能力、創新能力和實踐能力[4]。因此，物理實驗教學中心的網絡綜合服務平臺建設既要展示物理實驗教學中心的自身形象，又要構建一個互動協助式的網絡教學平臺。

1 網絡綜合服務平臺的設計原則

1.1 以開放服務為基礎

中心從成立之初，便十分注重開放意識和服務意識。實驗儀器和設備都是有使用壽命的，要使它們能夠被合理充分地利用，必須做好實驗室的開放，做好對科研、教學和社會服務。作為天津市優秀實驗教學示范中心，更應該擴大對外開放和服務輻射的宣傳力度，這樣既展示了高校的自身形象、又與國內外進行交流提升了教育教學層次和效果[5]。

1.2 以信息技術為保障

為實現豐富多樣的教學資源，需要運用多媒體技術，制作全部物理實驗課程的教學課件和講義，涉及到文本、圖形、圖像、音頻、視頻和動畫等多種媒體素材的融合，必要時還需要結合虛擬現實技術[6]，對一些需要直觀呈現的實驗內容予以虛擬仿真[7]。為實現便捷高效的互動交流，還需要運用Web編程技術和數據庫技術[8]，構建一套集課程安排、課程預約、成績管理、在線交流、在線考試以及教務管理于一身的網絡互動教學系統。這些信息技術的合理運用是平臺搭建的技術保障。

1.3 以自主學習為重點

培養適應社會需求的高素質應用人才，是實施質量工程、提高本科教育質量的主要任務[9]。學生是教學實踐的主體，網絡教學平臺應以學生為中心，為他們提供豐富多樣可共享的教學資源和便捷高效可互動的交流渠道。為此，網絡教學平臺應將實驗課程涉及的儀器、原理、步驟等內容通過網絡以多種媒體形式全面呈現出來，幫助學生隨時了解實驗內容，選擇適合自己專業需要或自己感興趣的實驗，自主完成網上選課、在線預習、成績查詢、在線答疑、在線考試等。這樣才能使主動學習、自主學習成為可能，將學習的主動權交給學生，創造一切以學為中心的教學理念[10]。

此外，個性化學習也是自主學習的一部分，由于不同專業的學生對聲、光、力、熱、電等幾方面的物理知識的需求和興趣不同，他們不需要修完所有物理實驗內容，網絡學習環境可最大限度地發揮學生的主動性、積極性，實現個性化學習[11]。不同層次的學生可對學習內容、順序、方式等模式進行個性化的選擇[12]，充分考慮到學生之間的個體差異，解決了傳統實驗教學模式中的“大而全”、不適應實際需求的問題。

1.4 以協同互動為特色

有別于傳統授課模式中師生的面對面交流，網絡教學平臺的建立能夠給師生提供一個課外交流的渠道，利用網絡虛擬的時空，采用點對點留言、協同討論、在線咨詢等教學策略，通過更加積極和自由的環境來激發學生在互動學習氛圍下的自主學習興趣，培養自主學習能力[13]。

2 網絡綜合服務平臺的建設內容

根據設計原則，物理實驗教學中心網絡綜合平臺采用兩級內容模式進行建設。第一級內容是以開放服務為基礎，物理實驗教學中心的綜合展示，第二級內容為網絡教學平臺。

在中心的綜合展示部分，設置了7個展示模塊和1個平臺入口，其結構圖如圖1所示。7個展示模塊分別為中心簡介、實驗教學、實驗隊伍、管理模式、設備與環境、特色與輻射、網絡資源，這7部分內容主要為靜態頁面信息，媒體形式為文本、圖像、視頻和部分虛擬仿真動畫，其中網絡共享資源主要以PPT、PDF、DOC、WMA和仿真插件等文件形式存在，供學生在線瀏覽和下載。

1個平臺入口，即中心網絡綜合平臺第二級內容——網絡教學平臺的入口。參與物理實驗互動教學的師生可從這里進入。根據設計分析，進入到網絡教學平臺的角色主要有3類，分別為學生、教師和管理員，不同角色進入平臺后，進入的界面和可操作的功能各不相同，但三者內部之間又是緊密聯系的，其結構圖如圖2所示。此平臺實現的各類信息和交互主要是動態的，因此需要綜合運用Web編程技術和數據庫技術來實現。

圖1 物理實驗教學中心網絡綜合服務平臺結構圖

圖2 物理實驗網絡教學平臺結構圖

2.1 展示模塊的內容設置

中心簡介模塊主要從發展歷程、組織結構、中心任務和規劃4個欄目，介紹中心的整體概況；實驗教學模塊主要從辦學理念、教學體系、教學方法、改革思路和教學效果，介紹中心教學開展情況，特別突出展示了多年教學實踐中取得的教學效果，包括教師帶領學生參加各類學科競賽、技能大賽、創新大賽的獲獎情況；實驗隊伍模塊主要從隊伍結構、隊伍建設、發展規劃、教改成果，介紹中心人員的結構和發展情況，重點展示了中心教師在教學改革方面的突出業績，包括各級各類教改項目、發表論文、出版教材和獲獎情況；管理模式模塊主要從管理體制、運行機制、崗位職責、規章制度，介紹了中心的管理運行情況，展示中心正規嚴謹的管理；設備與環境模塊主要展示各類實驗儀器設備、實驗教學環境和實驗室分布情況等;特色與輻射模塊主要展示以“五級物理實驗教學體系”為代表的實驗中心特色、獲獎的各級優秀實驗和精品課程、中心所承擔的校企合作項目和兄弟院校之間合作的教學與科研項目。網絡資源模塊為學生提供了了解實驗所需要的教學課件、實驗講義、實驗視頻和虛擬仿真課件，該模塊也為學生進入網絡教學平臺后，進行實驗預約提供了參考，為實驗預習提供了依據。

2.2 網絡教學平臺的構建

為了實現教學管理信息化、營造一個協同學習氛圍，有效引導學生自主學習，中心安排專人負責網絡教學平臺的建設和維護工作。經過一段時間的調研和分析，制定了基于B/S結構、以動態網頁編程技術ASP.NET為編程技術、以SQL Server為后臺數據庫的系統設計方案[14]，并逐步推進實施，測試完善，直至完成。

無論何種類型的用戶，進入網絡教學平臺，首先要經過登錄系統進行角色判斷，若是學生用戶，可以進行預約選課、成績查詢、互動交流、教學評價和在線考試。有些功能還設置了一定限制，例如預約選課要根據當前實時選課情況，只有存在空位的課程才可選擇，此外還有各階段選課的學時限制。若是教師用戶，可進行成績錄入和修改、互動交流和評教查詢。若是管理員用戶，可對實驗課程的時間、地點、教師和教室進行安排，管理學生與教師互動交流的信息，發布各類通知信息，安排各階段的報表打印，進行在線考試的管理。

不同的用戶角色，進入平臺的界面和操作各不相同，但他們之間又建立了內在的聯系。例如師生間的互動交流，是通過內置的實驗論壇、留言郵箱和實時在線聊天室實現公告牌、點對點交流和公共討論；學生選課、成績查詢以及教師查詢學生對自己的教學評價情況，都是通過相對應的數據庫和數據表實現實時共享和更新信息；再如學生在線考試和管理員的考試管理功能，都是通過“在線考試管理系統”實現互通和共享。管理員可通過“在線考試管理系統”管理考試題庫、設置考試的時間長度和類型、設定組卷策略、進行成績統計等操作，而學生可在自己的頁面中實現自動抽題、進行作答和提交試卷、查看成績和錯題等操作。

3 網絡綜合服務平臺的運行效果

3.1 提高了教學管理效率

物理實驗教學中心的網絡綜合平臺投入運行以來，不僅擴大了宣傳力度，提升了實驗中心的整體形象，更重要的是通過網絡教學平臺，物理實驗課程的教學管理運行效率獲得了很大提高。以前安排27個專業、100多個班級的實驗課程，人工完成一般需要16 h，而現在采用信息化和人工相結合的方式完成大約只需要2 h，效率提高了8倍。

3.2 促進了師生互動交流

傳統的實驗教學中，老師往往要一個一個對學生進行實驗指導，其他學生課上有了問題，未必能夠及時得到老師的回答，有的需要等上幾分鐘，有的甚至需要等到下課?，F在通過網絡教學平臺，學生在實驗前、 實驗中、實驗后都可以給老師留言提問，還可以跟老師約定時間，在線與老師進行實時地交流，不再受到時間和空間的約束，最大限度地調動了學生的主動性、積極性[15]。同樣，老師也可以通過學生給出的教學評價，找到自己教學中的忽視或遺漏的問題，單獨或集中地對學生進行在線輔導和修正。

教學是教與學的交往互動，師生雙方相互交流、相互溝通、相互啟發、相互補充，在這個過程中教師與學生彼此間進行交流，從而達到共識、共享、共進，實現教學相長與共同發展[16]。

3.3 推動了學生自主學習

“培養學生信息化環境下的學習能力”就要倡導學生主動學習、自主學習。有了信息化的教學平臺，學生對物理實驗產生了濃厚興趣。從2013～2016年，中心對每屆修完物理實驗的學生進行了抽樣問卷，問題涉及“是否通過網絡資源進行了課前預習”“每周通過與老師進行在線交流互動的次數”“對任課教師的滿意度”“是否課后進行了實驗小測”“對實驗網絡教學平臺的滿意度”等。對問卷的回答進行了匯總和統計，學生對物理實驗的興趣在逐年遞增。

3.4 獲得了認可和獎勵

物理實驗網絡教學平臺在構建和不斷完善的過程中，先后于2014年和2015年，以V1.0和V2.0版本2次申請軟件著作權，均取得了國家計算機軟件著作權登記證書。

2015年11月，實驗中心教師參加全國第十五屆多媒體課件大賽，作品“大學物理實驗在線教學平臺”，獲得高教理科組二等獎。

4 結 語

中心提出了物理實驗教學中網絡綜合服務平臺建設的設計原則，給出了依托信息技術開發的建設方案。平臺的建設和運行，全面、系統地將中心的辦學理念、教學成果、師資隊伍、設備環境、管理模式、特色輻射、教學資源等各個方面展示，為師生提供一個便捷高效的網絡教學平臺，提高了教學資源的利用率和教學管理的水平，將傳統教學中以“教”為中心的模式，轉變為以“學”為中心，這種“學生為主體，教師為主導”的新思想促進了師生間的良性互動，實現了教學相長，推動了學生的自主學習和協作學習，為中心未來發展起到了較大的推動作用，也為今后申請國家級實驗教學示范中心奠定了堅實的基礎。

參考文獻(References)：

[1] 王章豹，劉光復，吳玉程.強化工科實踐教學培養學生的工程實踐與創新能力[J]． 合肥工業大學學報(社會科學版)，2006(4): 1-5.

[2] 蘇學軍，唐建華，李 文. 基于VRML技術的物理虛擬實驗室的設計[J] . 實驗技術與管理，2009，29(9)：67-69.

[3] 教育部．教育部關于印發《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》的通知[DB/OL]．http:/ /www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3342/201203/133322．html，2012-09-05.

[4] 李 曉，張海鹍，李 峰，等． 互動式教學模式在普物實驗教學中應用的探討[J]． 高校實驗室工作研究，2012(3):11-12.

[5] 來琳琳，張怡軒，劉曉輝,等．生物學實驗教學中心開放式網絡平臺建設[J]． 實驗室研究與探索，2013，32(5):111-114．

[6] 熊 焰，姚 ?。诰€仿真物理化學虛擬實驗系統的開發[J]．化工高等教育，2012(1): 26-29．

[7] 高樹清，張 亭．基于三維技術的設計學網絡互動方法研究[J]． 實驗室科學，2013，16(4): 83-85．

[8] 趙毅彬，李汝莘，張 瑋,等．基于Web的高校實驗中心網站的建設[J]．生物信息學，2006(1): 16-18．

[9] 劉富池，王力虎，覃以威,等．物理學實驗教學示范中心的建設與實踐[J]．實驗室研究與探索，2011(4):91-93.

[10] 胡椒華，樊 勇．基于個性化推薦技術的Web學習系統設計[J]．軟件導刊，2012(4): 47-50．

[11] 鄧秀蘭．基于個性化指導下網絡學習系統探討[J]．考試周刊，2012(13):112-113.

[12] 懷艾芹．校園互動媒體學習系統的設計與開發[J]．信息技術，2010(10):20-23.

[13] 張 穎，王艷芳，梁 科．互動式網絡實驗教學綜合平臺建設——以電子信息實驗教學中心為例[J]．實驗室研究與探索，2014，33(9):162-165.

[14] 吳金秀，羅幼平． 基于ASP.NET的WEB應用開發[M]．北京: 高等教育出版社，2014: 68-74.

[15] 董妍汝．基于網絡的互動式學習系統的探討[J]．實驗室科學，2013，16(4):80-82.

[16] 武小梅，王星華，劉 藝，等．基于實訓教學的工程素養和創新能力培養[J]．中國電力教育，2010(30):133-134．