基于二維碼技術的材料實驗室實踐課程教學改革與探索＊

李川江，蘭 鴿，代丹丹，賀 艷，喬 虎

（新疆工程學院，新疆 烏魯木齊 830091）

1 背景

2019年，新疆工程學院在新疆維吾爾自治區高等職業教育與本科教育聯合培養應用型人才試點項目中獲批，這也是新疆維吾爾自治區立項的第四批“職本銜接”應用型人才試點項目。要全面建成合格的地方性應用型本科院校，就必須要建設與完善與應用型人才培養目標相匹配的實踐教學平臺與體系，全面發揮出實踐教學在應用型人才培養中的積極的、正面的作用。例如，材料學科的交叉學科屬性，使得理論教學的知識點較為抽象，所以需要通過實踐教學來加強對抽象理論知識的理解，這就進一步凸顯了實踐教學對加深及強化材料學科內容理解的重要性。與此同時，實驗教學在高校教學活動全過程中，無論從教學方法、教學組織形式的選擇，還是教學手段的選用，都呈現出鮮明的實踐性特征，具有其他教學環節難以取代的特點。

而在傳統的實踐教學中，很多學生對實踐環節的必要性及重要性理解程度不夠，確有應付了事的心理。實驗教學之前，學生只需要通過實驗指導書機械性的抄寫實驗預習報告，在此過程中，學生對實際操作設備及注意事項未能充分認知及掌握；正常的實驗過程中，在有限的時間內，學生既要掌握實驗設備的使用方法，又要同時采集、記錄和分析數據，直至完成實驗。這就導致學生短時間內需要學習的知識量過大，甚至會造成課堂理論知識和實驗教學無法有效聯系，更別提相互融合。由此導致學生缺少對實踐知識進行思考和應用的機會。

本文以新疆工程學院材料實驗室為例，探討如何有效解決上述一系列問題，并輻射至校內其他實驗室，借助智能移動終端及二維碼技術，開展網絡實踐教學平臺，推動線上實踐教學與線下課堂的結合。同時，打破傳統實踐教學的沉悶，打通教師-學生的雙向交流通道，令先進信息技術在高校實踐教學中得以充分應用。

2 二維碼特點

二維碼又稱QRCode，是近幾年來在移動設備上應用場景尤為廣泛的一種編碼方式，用某種特殊的幾何圖案按一定規律在平面上分布并記錄相關信息的應用技術，它具有以下特點。

2.1 編碼密度高，信息存儲量大

二維碼作為一維碼的補充和擴展，它的應用和內容承載量比一維碼更大。二維條形碼通過利用垂直方向的尺寸來提高條形碼的信息密度，通常情況下其密度是一維條形碼的幾十到幾百倍。這樣就可以把產品信息全部存儲在一個二維條形碼中。

2.2 成本低、易制作、教師易上手

在教學準備過程中，教師可以將文本、圖片及視頻等信息，通過免費的二維碼生成軟件進行編碼，生成特定的二維碼，放在課件中，學生隨時可以通過智能移動終端對二維碼進行掃描，調出資源庫中的學習資料。這種對知識內容的隨用隨取、方便快捷、無空間限制的特性，恰好滿足教師、學生及教學的要求。

2.3 保密性高，易推廣

二維碼制作、掃描軟件已納入應用商店第三方應用監管范圍，根據排列組合方式計算，二維碼數量幾乎是無窮的。可以在二維碼內加入簽名認證，同時，采用抵御性強的加密解密方法，極大地增強了二維碼的安全性。由于二維碼掃描速度快，易制作，當因穿孔、污損等引起局部損壞時，照樣可以被正確識讀，損毀面積達30%仍可恢復信息，在所以在高校中易推廣。

2.4 更加迎合學生個性化要求

通常我們所看到的以及大多數軟件生成的二維碼都是黑色的，但事實上彩色的二維碼生成技術也并不復雜，并且備受年輕人的喜愛。當前已有不少“個性二維碼”的生成工具，把一些個性圖案與二維碼進行合成，得到個性化并能被掃描設備識別的二維碼。

3 二維碼應用于材料實驗室實踐教學的過程

3.1 平臺架構

材料實驗室二維碼實踐教學平臺的建立如圖1所示。通過二維碼編碼技術，將材料實驗室開設的實驗課程知識信息、實驗設備信息以及其他動畫、視頻等素材和材料實驗仿真實訓等資源，進行挑選、優化、分組、融合和重組，建成相對獨立的資源庫。用安全的二維碼生成軟件，獲取資源庫中的相關信息生成二維碼，結合其他課程網站建立二維碼教學資源庫，通過智能手機等帶有攝像功能的移動終端，獲取相關資源。

圖1 二維碼學習平臺架構

3.2 實踐教學模塊構建

材料實驗室主要承擔材料相關課程的實驗和實訓等任務，單次實驗教學學生集中，而課堂時間有限，實驗教學效果極難保證。因此，在此模塊的建設過程中，需將實驗儀器設備的組成、使用方法、注意事項、示范操作視頻以及儀器的虛擬仿真視頻等轉換成二維碼，嵌入在實驗講義和操作規范中。學生可以通過智能移動終端掃描獲取并下載相關信息，實踐實訓過程中可隨時反復學習和參考，這樣一來，既在課中彌補了傳統現場教學資源的缺乏，又彌補了因學生人數過多，導致教師的示范無法清晰理解的缺陷，同時也可方便學生在課后對實踐實訓過程的復習。

比如在6005A材料金相組織測定實驗中，需要學生正確掌握金相試樣制備的三道工序：磨成平面、磨光和拋光，試樣必須經過適當的腐蝕，才能將其組織顯示出來。因實驗時間的限制，學生無法快速理解和掌握金相試樣制備方法，造成無法達到預計的實驗效果。因此，可以將金相試樣制備的工序及腐蝕過程的三維動畫，通過軟件轉換成二維碼，貼在金相試樣磨拋機、金相顯微鏡等儀器上，學生可以通過手機攝像頭隨時掃描下載或觀看學習，更能調動學生們學習的積極性。

3.3 智能移動終端APP的建立

在構建二維碼實踐教學平臺的基礎上，還可以考慮開發智能移動終端APP，學生可以在應用商店或掃描二維碼下載程序，既可以在實驗室以外的地方隨時隨地進行學習，課前預習課后復習，充分發揮線上學習的優勢；同時又可以通過APP完成實踐教學作業，可與教師在線上互動，教師可隨時解答學生疑問；也可以在線進行模擬考試，建立答題區，通過后臺數據分析，及時發現實踐教學中的薄弱環節和內容。

4 二維碼應用于材料實驗室的意義

二維碼作為易于制作、易掃描、易推廣的“超鏈接”，可以存儲豐富多樣的教學資源，將二維碼適當地引入到傳統枯燥乏味的、長時間會讓學生昏昏欲睡的平面教學中來，呈現出更加立體的，以圖片、動畫和視頻等方式為輔的可視化教學。

在即將步入5G時代的今天，隨著網速的加快及萬物互聯的想法逐步實現，學生對手機等智能移動終端的依賴性逐漸增加。將二維碼技術應用于材料實驗室，使手機也發揮出應有的學習價值，引導學生打破傳統的黑板、投影儀等教學工具的局限，為實踐教學注入新的動力。

推動本科高校向應用型轉變，是黨中央、國務院重大決策部署，是教育領域人才供給側結構性改革的重要內容，所以探索二維碼在實踐教學中的應用，也是響應國家對實踐教學信息化改革的要求，推動互聯網信息技術和實踐教學的有機結合，為實踐教學信息化發展提供保障。

5 結束語

二維碼技術具有良好的技術特性，可以較好地應用于材料實驗室的實踐教學中。基于二維碼學習平臺架構的建設，能夠優化材料學科實踐教學內容和結構，探索并總結如何將創新理念融入實踐教學中的思想和模式。實現實踐教學信息資源由傳統紙質平面化向多內容、多模式立體化轉變，實現學生學習由“被動”到“主動”的過程，突出以學生為主體的教學模式，真正實現實踐教學信息資源庫開放共享的作用和功能，達到提高實驗教學效果和提高教學質量的目的。