小程序和二維碼在海岸動力學實驗教學中的應用

秦淑芳， 王 崗， 陶愛峰， 陳文昊

（河海大學a.海岸災害及防護教育部重點實驗室；b.港口海岸與近海工程學院，南京210098）

0 引 言

近年來，隨著微信小程序和二維碼技術在生活中的廣泛應用，如高鐵、銀行等行業，通過手機掃描二維碼即可得到需要的信息，完成購票、查詢等常規工作，避免了排隊等候，簡化了人們在各行各業的工作流程，實現了數據的實時調用和計算，具有鮮明的動態在線特征［1-5］。高校也在積極推廣數據信息共享［6-7］，在教師、學生、實驗設備、科研成果等方面進行信息搜集。然而這種能實現數據收集、分析、實時調用和形象化展示的動態管理模式，在高校實驗教學方面推廣較慢、應用甚少。

傳統的實驗教學模式，在學生多、設備少、課程時間有限的情況下，隨著學生創新意識的增強，其弊端也日益顯現，嚴重限制了學生的自主動手操作能力，偏離了工科學生應用型人才的培養目標［8］。微信小程序和二維碼技術作為一種全新的手段和方法在實驗教學中應用，能擴充實驗教學的知識面，增強學生自主學習及動手能力。

1 海岸動力學實驗課概況

我校的海岸動力學課程是國家級一流本科專業港口航道與海岸工程的專業基礎課，于1952年開設，2016年入選首批國家級精品資源共享課。在該課程60余年的建設過程中，高度關注對學生實踐和創新能力的培養，于2008年在國內首次開設了海岸動力學實驗課程。該實驗課圍繞創新與實踐進行過多次改革，實驗內容不斷豐富，教學手段不斷更新，嘗試了數字教學［9］、MOOC、移動終端［10］等實驗教學模式實踐，經過師生評價，移動終端手機小程序結合二維碼技術應用于實驗教學，效果良好。

海岸動力學實驗課分為3個課題，分別是水波測量、直立堤壓力測量和斜坡堤壓力測量，用到的實驗設施有76 m波浪水槽1條、DH5922動態測試系統（配套10只壓力傳感器）、DS30波高測量系統（配套8臺浪高儀）等。實驗開始時，啟動造波機，進行造波，每個實驗課題需要造波的數量與學生人數一致，確保每位學生都有動手操作的機會并得到自己的測量數據。如6人小組，需要3組規則波和3組不規則波，每組造波平均需要3 min/人，這樣6人小組的造波時間需要18 min。年度參與實驗課的指導老師每班次3人，學生共有180人左右，實驗需分為30個小組。

2 小程序和二維碼在海岸動力學實驗課中的應用

我校港口海岸與近海工程學院開發了實驗室設備動態管理系統電腦網絡版，建立了獨立的MYSQL數據庫，學院師生、實驗場地、實驗設備等信息均可從數據庫中讀取，為實驗課程小程序的開發打下了良好基礎。根據微信小程序、二維碼技術和海岸動力學實驗課程的特點，采用了以下應用模式。

2.1 搜集和整理實驗資料，構建實驗資料庫

實驗課前，教師根據教學大綱的要求，搜集和整理海岸動力學實驗的最新動態、實驗任務書、實驗指導書、實驗操作視頻、實驗項目案例、實驗圖片、視頻、注意事項、常見問題和解決方法等，將收集到的實驗教學相關資料進行整合，形成實驗資料庫，采用二維碼生成器，把常用資料制作二維碼，如實驗原理、實驗操作步驟、課程專題講座等，將二維碼嵌入到紙質版的學習任務單相應的條目中，師生用手機或者ipad微信掃描二維碼，即可對海岸動力學實驗課的相關內容進行信息發布和學習。也可打開實驗課程微信小程序，對實驗資料庫中的內容進行瀏覽或下載。對于復雜的實驗原理和儀器設備操作步驟，以實驗演示的形式制作視頻，生成二維碼，將二維碼粘貼在實驗水槽和儀器設備上，以便實驗過程中隨時參考。

2.2 完善實驗流程，優化實驗考核方法

根據海岸動力學實驗課流程，將實驗前預習、實驗過程操作和實驗后考核添加到微信小程序，學生根據小程序中流程化的實驗內容安排，能方便快捷地找到所需要的實驗資料，進行針對性地學習。小程序還有記錄學生學習情況、現場測驗、問題解答、信息反饋等功能［11-13］（見圖1），便于教師了解學生對實驗課程的理解程度。

圖1 海岸動力學實驗課程小程序

（1）小程序學習記錄功能。類似簽到，用于理論課、實驗課、專題交流等的學習記錄。它能夠讀取學生登錄、下載、學習時長、師生互動的每一次記錄，通過信息分析，推斷學生學習狀態、進度等，為課程指導提供依據，加強學生對專業課程的學習態度，為將來工程應用打好基礎。

（2）小程序測試功能。是用手機等移動設備掃描二維碼，進入小程序，隨機讀取資料庫中一定數量的相關實驗測試題，供學生現場測試，便于老師了解學生對實驗課的掌握程度，選擇重點，引導學生實驗操作，給學生留出更多的動手操作和思考時間。

（3）小程序問題解答功能。通過學生提問，老師或者同學解答，專業人員整理入庫，可以大大增加實驗資源庫中的信息量，對下一級學生學習提供更多的實驗資源。

（4）小程序信息反饋功能。① 老師對學生的課程學習、現場測試、實驗報告等情況，通過小程序中設置的權重進行分析統計，得到學生的實驗課成績，生成學生成績統計報表，完成對學生的實驗課考評；② 學生對實驗指導老師的講解方法、授課內容和教學態度進行反饋，海岸動力學實驗課程小程序便于老師對此進行改進，提高教學質量。

3 小程序和二維碼應用于實驗教學的成效

海岸動力學實驗課引入微信小程序和二維碼技術后，成效明顯，學生學習主動性增強、動手實踐機會增多、知識吸收更加深入、實驗課考評機制更加有效，印證了微信小程序和二維碼技術在實驗課教學改造中的實用價值。

3.1 打破傳統實驗教學方式，激發主動學習積極性，增加動手實踐頻次

傳統的實驗教學，學生多、實驗操作設備少、學生對實驗設施和內容了解得不夠充分，所以實驗前指導老師需要對實驗原理、儀器設備原理和操作過程等分別進行講解，每小組講解至少10 min。以學生180人，6人1組，共30組，每組造波3 min/人為例，每組實驗操作需要18 min，這樣一個小組完成實驗大約需要30 min。整個實驗課程，3位實驗老師各需要講解90（30組×3項）次，實驗時間45 h（30×30×3=2 700 min），每天8 h計算，約為6天。

實驗課程一般安排在11～12月間的4個周末完成，時間跨度長，且其中兩天要用在實驗前的理論課及設備安裝準備上，學生雖然每人都有操作機會，但是對一個實驗項目，如水波測量，在短短的30 min內讓6個學生都徹底理解，還是有點困難，學生很難在實驗過程中充分發揮其想象力和動手能力，老師也很難與學生進行細致的互動交流。這種傳統的實驗授課方法，占用了學生太多動手操作和與老師交流互動的時間，學生在這個時間內只能機械地完成實驗操作，沒有時間去重復測量或探索分析實驗結果出現的原因。

微信小程序和二維碼技術應用后，學生利用手機等移動設備掃描二維碼獲得相關實驗課的課件、視頻等資料，提前進行預習，對實驗課題進行準備和思考，帶著問題去操作設備，對比分析數據，對于有可能出現的實驗結果，完全有時間進行再次測量驗證。根據實驗課學生測量次數分析，傳統的教學方式下，1個小組6人，用時30 min，每人只能測量1次，共6次；二維碼應用后，對于問題較多的人，除了完成老師指定參數下的實驗外，如一定水位和周期下的波高變化，他們還可以改變水位，或改變周期進行測量，分析不同工況下的測量結果，這樣6人小組在30 min內可測量12次以上，問題多的學生每人可最多達到測量4次，極大地提高了學生對專業實驗課的認同和興趣，達到了提升創新和實踐能力的教學目的。

3.2 充分利用實驗課在線資源，師生互動機會增多，知識點理解更加透徹

實驗課老師，提前把教學大綱、實驗指導書、相關操作視頻、項目案例、實驗常見問題等相關材料進行搜集，將搜集到的實驗教學相關資料進行整合，形成實驗資料庫。理論教學章節結束后，將相關資料二維碼發送給學生，也可以進入微信小程序瀏覽或下載學習，課下學生可以隨時查看，便于學生及時鞏固課程內容。

實驗教學前，學生通過微信小程序，瀏覽或下載實驗資料庫中的材料，提前學習即將授課的內容，觀看實驗項目案例視頻，對實驗原理、操作過程、動水波高或波壓力大小有個概念性的認識，為實驗操作打好基礎。

實驗過程中，實驗室液晶屏幕會滾動播放實驗操作相關內容及注意事項，學生進入實驗室后，老師稍做介紹后即進行巡查引導。此時，學生可帶著問題集中精力投入到實驗中去，他們會擁有更多的時間去動手操作，對比分析測量數據，充分發揮學生的主觀能動性，將實踐與理論良好結合。

實驗后，通過實驗問題解答二維碼，對于資源庫中已存在的問題，學生可參考其解決辦法；如果是新問題，則可以提出，發送給老師，老師解答后，新的問題會添加在資源庫中。實驗問題案例也越積越多，日積月累，實驗資源庫會給專業學生提供更加全面的實驗知識，夯實專業基礎知識，增加學生對海岸動力學理論及工程實踐中的認知，從而達到實驗教學的目的。

3.3 實驗考評機制更加有效，學生學習態度更加端正，教學效果得到保障

以往實驗考核方式簡單，基本上以提交的實驗報告為主，導致學生對實驗教學不夠重視，報告抄襲現象屢禁不絕。

手機小程序應用后，在實驗前，可以跟蹤學生預習情況。微信小程序對學生登錄信息和學習時間均有記錄，實驗課件必須學習的內容是否完成，實驗案例及相關資源有沒有播放，小程序在日志管理中均有記錄。這些學習記錄會做為實驗考評的一項內容，督促學生自主學習的積極性。學生實驗操作結束后，該組成員掃碼進入小程序，完成實驗隨機測試，現場打分，分數低的同學可以利用中午或晚上時間重新實驗，重新測試，直到分數滿意為止。現場測試，便于了解學生對實驗知識點的掌握程度，一方面可以提高學生對實驗課的重視，另一方面也可以協助老師了解課程難點，及時更新課件講授方式，增加案例說明。

實驗結束后，學生根據實驗任務書內容，課后編寫實驗報告。這樣課前學習、現場測試和實驗報告按一定比重得到最終實驗考評成績，完善了實驗課的考核形式，端正了學生實驗課學習態度。

4 結 語

海岸動力學實驗課是國家級精品資源共享課和大學生MOOC海岸動力學的有機組成部分，也是海岸動力學培養學生創新實踐能力的重要舉措。近年來，通過引入微信小程序和二維碼技術［14-16］，結合實驗課在線資源的不斷建設，對實驗課教學效果提升起到了重要作用。實驗前，學生利用豐富的實驗資料庫進行拓展預習，將實驗任務單中不明白的內容和問題及時通過小程序進行反饋。實驗中，學生遇到問題，可以進入小程序，搜索查找相關問題的解決辦法，鍛煉學生自主學習和解決問題的能力。實驗后，實驗老師根據學生遇到的問題，將新增加的有價值的問題及時添加到資料庫，豐富資料庫內容，再根據小程序中學生的課前預習、現場測試和實驗報告成績進行綜合考評，完善了傳統實驗課的考核形式，端正了學生的學習態度。豐富的實驗資料庫，方便快捷的微信小程序和二維碼，營造了海岸動力學實驗課良好的教學氛圍，增加了學生對海岸動力學課程的興趣和認知，保障了實驗教學目的的實現，提升了學生的自主思考和創新實踐能力。