實驗教學過程管理及其信息化系統建設探究

孫平安 許文雕 胡玉平

摘要：實驗教學是高校教學體系的重要組成部分，對學生實踐能力和創新能力的提高有著至關重要的作用，實驗教學過程管理涉及環節較多，傳統的教學管理模式難以滿足現代管理的需要；探討了實驗教學過程管理的新思路、新方法，并給出了實驗教學過程管理信息化系統的設計方案，以提升教學管理水平與實驗教學質量。

關鍵詞：實驗教學管理；過程管理；信息系統

中圖分類號：G420? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）13-0149-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

實驗室是科學研究的重要陣地，實驗教學是高校教學體系的重要組成部分，實驗（訓）課程是學生實踐能力培養的主要形式。為了提高實驗教學質量，應加強對實驗教學活動過程的監控力度，將實驗教學各環節納入考核范疇，為科學地進行實驗教學評價提供重要依據[1]。信息技術與互聯網技術的日新月異，為實驗教學全過程的精細化管理提供了基礎技術支撐，開發適合各校校情的實驗教學過程管理系統加強實驗教學的過程監控，以規范化的實驗過程管理助推實驗教學質量的提高。

1 實驗教學的特性

實驗教學、實訓教學、課程設計、實習、畢業設計等非理論教學統稱為實踐教學環節，是可言傳的書面理論知識轉化為行為習慣隱性知識的重要載體，對學生實踐能力、創新能力的提高至關重要，實踐教學的實施大部分在實驗室完成。實驗是科學探索的重要途徑，實驗教學的重要性體現在對理論知識的驗證、掌握和運用上，實驗教學具有實踐性、載體性、重復性及資源依賴性的特點，因此實驗教學是一個重在過程的教學活動[2-3]，過程管理的精細程度決定了這一活動的可控度與最終結果的質量。

2 實驗教學過程組織與監管現狀

ISO質量管理體系中SO9001的本質是：建立一個保證及提高質量的系統，明確保證質量應達到的基本要求，通過對一個組織的各個管理環節的有效控制，使出現問題的可能性降到最低程度，保證教學質量的穩定和提高[4]。建立以學生為本、教學即服務的現代教育理念，形成“三全育人”合力，持續加強實驗教學過程管理的規范化是教學質量不斷提高的保證。實驗教學過程的組織以學生為主教師為輔，發揮學生的主觀能動性，根據實驗原理或實訓能力目標要求，通過理論指導實踐、實踐檢驗、驗證理論這一循環迭代的方法，培養學生的自覺性、獨立性和創造性。

實驗教學計劃的實施在各教學單位，教務教學管理部門監督、指導這一過程的執行，但實際執行過程中常因信息不對稱導致教務管理部門對實驗教學的執行過程、進度等無法實時跟蹤，實際執行偏離教學計劃的情況時有發生，加上實驗教學評價反饋機制不完善等問題，制約了實驗教學質量的提高。

3 實驗教學過程管理探索

實踐教學環節尤其實驗（訓）教學是一個系統工程，不能片面地強調個別環節，監管必須圍繞實驗教學的全過程展開，將每門實驗課程和各個實驗教學環節全盤考慮統籌安排，將“三全育人”的理念貫穿于人才培養的全過程[5]。實驗教學過程管理是通過一系列的事先定義好的教學計劃和教學大綱進行組織、協調和監督實驗教學，完成既定的教學目標，堅持立德樹人、為黨育人、為國育才的根本任務，把學生培養成為社會主義現代化建設的有用之才[6]。應該根據實驗教學特點從以下幾個方面做好實驗教學管理。

3.1 實驗教學的頂層設計

實驗教學作為人才培養的重要組成部分，首先應做好實驗教學的頂層設計，從三個層面著手：1） 學科專業層面：根據各專業人才培養目標所需知識要求、能力要求、素質要求，制定科學、有機銜接的課程支撐體系；2） 課程體系層面：針對每一門課程的教學目標設置不同類別（必做、選做）的實驗（訓）項目，合理配置驗證性、設計性、綜合性、創新性實驗項目比例；3）? 實驗教學層面：根據各實驗（訓）項目的目標要求，明確實驗原理、實驗步驟，實驗操作要求，實驗能力目標等，為后續實驗教學過程的管理提供基礎依據。

3.2 實驗教學大綱的制定

美國質量管理專家戴明的PDCA質量管理提升理論已被應用在了很多領域，很多學者也將此理論引入到實驗室教學管理、實驗室維護等多方面[7-8]。P（Plan） 計劃，包括目標確定與規劃；D（Do） ，執行、實施，根據既定的計劃，設計詳細的步驟并執行；C（Check） 檢查，對執行結果的檢查、總結，明確下一步的改進措施；A（Act）處理，對檢查結果的處理，正確的、成功的經驗要加以肯定，并形成標準化流程;對失敗的教訓也要總結，以引起重視，對于沒有解決的問題在下一個PDCA循環中解決。

實驗教學大綱明確各實驗課程的教學目標、課程要求、所需儀器設備（環境基礎）、實驗項目內容及課時分配等。根據教學計劃安排與實驗教學大綱生成實驗教學任務，具體到哪些實驗（訓）項目必做、哪些選做，每個項目開出的時間、地點、實驗人數、所需儀器設備、實驗耗材等，以便實驗中心做好前期各項準備。實驗教學大綱為實驗教學質量的管理提升提供了基本依據，指導后續各項工作的開展。

3.3 實驗教學任務的實施

實驗教學任務的執行過程是實驗教學過程重要內容，分為實驗預習、實驗操作過程，實驗數據分析處理。督促學生做好預習，了解儀器設備功能性能，熟知實驗原理、實驗步驟、數據分析處理方法等，對預期的實驗結果、可能出現的問題制定應急處置預案。實驗過程中以學生為主、教師為輔，引導學生按照實驗操作步驟，認真細致觀察實驗現象、記錄實驗數據，處置突發問題，實驗后對實驗數據分析處理，以發現物質的本源與運行規律，激發學生的學習興趣與創新意識。實驗過程實現了知識從感性認識到理論認識的升華，能為學生創新能力的培養奠定良好基礎。

3.4 實驗教學效果的評價與反饋

對實驗教學效果進行科學評價，評估實驗過程各環節對學生實踐能力提高是否達到預期培養目標是教學單位和教務教學管理部門所關注的核心。構建科學、客觀的實驗教學評價與反饋機制是促進實驗教學水平、教學質量不斷提高的良好途徑。如果將學生比喻為一個復雜的信號處理系統，則學習過程是該系統的外部信號輸入，評價與反饋機制能促使系統逐步趨于完善。

以學生為本建立學生對實驗教學各環節的評價與反饋，收集學生在實驗過程中的感受、體會、對項目的建議，了解學生對實驗原理、理論來源的理解程度，實踐能力是否得到有效提升等，進而評估實驗教學目標是否達成。為下一階段實驗教學工作的改進提供決策依據。

3.5 實驗教學質量的監控體系

健全和完善的教學質量監控體系，促進教與學兩方面的積極性，促進教學質量的全面提升。構建教學質量管理、監控和評估系統可以強化質量意識，深化質量管理概念，使質量管理工作進入科學規范的軌道[9]。實驗教學質量的監控體系，包括實驗教學督導團隊、實驗教學過程考核、實驗結果考核等。教學督導團隊主要監督實驗教學任務的執行情況，從管理機制上保障實驗任務的保質保量開出；建立統籌實驗過程與實驗結果的實驗考核制度，引導學生走主動學習、科學學習和創造性的學習之路，將對改善實驗教學效果，提高教學質量起到積極促進作用。如：實驗成績構成為：實驗預習×10%+實驗操作×40%+實驗報告×50%，為每個實驗項目設定其在實驗成績中的權重，以更細的管理粒度客觀評價學生對知識掌握的情況。

3.6 教育部實驗項目與人員數據上報

每年10月中旬前各高校均須向教育部上報上一學年實驗室相關數據，共7個基表。其中基表4（教學實驗項目表）、基表5（專任實驗室人員表）、基表6（實驗室基本情況表）與實驗室直接相關。基表4反映一學年來高校開設實驗項目情況，包括實驗項目名稱、實驗類型、實驗所屬學科、實驗要求、實驗者類別、實驗者人數、每組人數、實驗學時數、實驗室名稱等信息；基表5反映專任實驗室人員信息，包括人員編號、姓名、實驗室編號、實驗室名稱、性別、出生年月、所屬學科、專業技術職務、文化程度、專家類別、國內培訓、國外培訓等信息；基表6反映整個實驗建設層次、使用面積，運行經費，專任實驗人員的科研情況，服務教學科研等信息。系統應該能夠將實驗教學過程數據直接加工處理，導出為上報教育部相關基表所要求的格式。

4 實驗教學過程管理的信息化系統建設

實驗教學過程管理涉及人才培養方案制定、課程體系確立，實驗項目設置，實驗教學任務生成，實驗教學過程管理，成績評定、實驗者反饋等環節，每個環節又有較多項內容，且為動態過程，傳統的管理模式已無法滿足管理要求。為了保證實驗教學過程管理的高效運行，不斷提高實驗教學質量和教學管理水平，建設適合高校實驗教學過程管理需求的信息化系統有著重要的現實意義。

4.1 實驗教學過程管理系統的各模塊功能

為了支撐實驗教學的全過程管理，并能夠為教育部實驗項目與人員數據上報提供數據支撐，經分析研究認為該系統至少應包括以下模塊：

1） 基礎信息維護模塊：包括學校學區信息管理、院部信息管理、學科信息管理、專業信息管理、班級信息管理、培養方案基礎信息管理、教師管理、學生管理、學年學期管理。

2） 實驗場所信息：包括實驗中心基本信息管理、實驗分室管理、實驗儀器設備管理。

3） 用戶與權限管理：包括用戶信息管理、用戶權限管理、用戶密碼修改。

4） 課程與實驗（訓）項目：包括實驗類別信息管理、實驗類型信息管理、實驗所屬學科信息管理、實驗要求信息管理、實驗者類別信息管理、課程信息管理、實驗項目信息管理。

5） 培養方案與實際教學日歷：包括培養方案信息管理、實驗分組開課管理、實驗教學任務管理。

6） 實驗教學過程管理：實驗預習管理、實驗成績管理、實驗評價與反饋。

7） 查詢與統計分析管理：學生實驗成績查詢、“三性”實驗統計匯總、實驗項目人學時數統計，大型儀器設備人學時統計、生成上報格式數據。

8） 系統管理：系統基本信息管理、數據備份與恢復、數據庫連接設置。

4.2 實驗教學過程管理系統的體系架構

高校信息化建設幾乎沒有一步到位的案例，通常在漸進中完善。因客觀的、主觀的種種原因，支撐高校日常運行的各系統通常由不同企業承建，系統架構、技術方案各不相同，在一定程度上造成了高校的信息孤島問題，且隨著各類管理信息系統的不斷引入這一問題變得更加嚴峻。如何對數據資源進行有效治理使數據變成“資產”支撐學校發展決策是各個高校不得不面對的難題。在系統建設之初就充分考慮不同系統之間數據交換的接口，提高數據的共享度，降低數據冗余消除數據的不一致現象是較為科學的方案。為此，實驗教學過程管理系統應該充分考慮從教務管理系統、資產管理系統獲取已有基礎數據，并根據系統功能對數據進一步補充完善。

技術方案選型方面，考慮不同類型客戶端的優缺點而揚長避短。對數據處理密集度高的重型業務，如：實驗教學分組、復雜打印報表、瀏覽器頁面不好處理的模塊采用Windows窗體客戶端程序開發；對使用用戶多的輕型業務，如：較簡單的用戶數據錄入、公共查詢等模塊使用Web頁面開發。經研究系統的體系架構如圖1所示。

5 結束語

實驗教學過程管理涉及較多環節，引入PDCA質量管理理念建立從實驗教學計劃制定、實驗教學實施、實驗教學效果評價與反饋、實驗教學質量監控的迭代循環，不斷優化提升實驗教學水平，并建設實驗教學過程管理信息化系統，以系統的標準化教學流程規范實驗教學管理過程，取得了良好的成效。

參考文獻：

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[3] 王魯云，張明君，王穎，等.實驗課教學過程管理模式的改革與實踐[J].實驗技術與管理，2013，30（6）：102-104，117.

[4] 葉漢俠，闞先宏，徐幼娜.建立ISO9001實驗教學質量管理體系的探索[J].實驗室研究與探索，2006，25（10）：1309-1312.

[5] 許小東，吳軍強，許衛明.基于過程管理的智能化實驗教學平臺的研究與實現[J].紹興文理學院學報，2011（9）：83-88.

[6] 時述有.加強實驗教學過程管理，完善電工電子實驗教學體系[J].實驗技術與管理，2009，26（7）：112-114.

[7] 李珍，何一文.戴明PDCA理論在實驗教學中的應用[J].教育現代化，2017，4（43）：172-173.

[8] 韋瑤.基于PDCA的實訓教學運行分析[J].電子技術（上海），2022，51（9）：106-108.

[9] 婁娟，周光宇，余志剛.教學過程管理與科學質量評估系統的研究與開發[J].東北電力學院學報，2003，23（5）：66-68.

【通聯編輯：謝媛媛】