黃金棟, 付衛(wèi)紅(天津工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，天津 300387)

0 引 言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)、動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)等方面，具備突出的優(yōu)勢(shì)[1]。物理學(xué)又是一門(mén)基于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，物理定律的發(fā)現(xiàn)無(wú)不依賴于物理實(shí)驗(yàn)[2]。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(以下簡(jiǎn)稱中心)面向全校27個(gè)專業(yè)、3 200余名學(xué)生授課，是全校覆蓋專業(yè)最廣、學(xué)生受益面最大的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，中心在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的道路上取得了較好成績(jī)，2005年中心被評(píng)為天津市優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，2012年被批準(zhǔn)為天津市級(jí)優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)單位。

2012年3月，教育部頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》中明確指出，“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”[3]，并要求“推進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)融合”“培養(yǎng)學(xué)生信息化環(huán)境下的學(xué)習(xí)能力”。與此同時(shí)，在多年的教學(xué)實(shí)踐中，長(zhǎng)期存在著學(xué)生專業(yè)范圍廣、上課人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)空間有限、教師工作量大、學(xué)生預(yù)習(xí)不充分、組織實(shí)驗(yàn)考核難等諸多問(wèn)題。因此，在新的教育形勢(shì)的要求下，在教學(xué)實(shí)踐中客觀存在的問(wèn)題面前，構(gòu)建一個(gè)依托現(xiàn)代信息技術(shù)，面向社會(huì)、服務(wù)于廣大師生，基于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合服務(wù)平臺(tái)成為亟待解決的問(wèn)題。這個(gè)平臺(tái)不僅是一個(gè)充分展示實(shí)驗(yàn)中心自身形象，反映教學(xué)理念、辦學(xué)思想的窗口，更應(yīng)該是一個(gè)功能完備的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，向?qū)W習(xí)者提供大量的自助學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化自主預(yù)習(xí)和課程預(yù)約，并讓教師和學(xué)生廣泛參與，形成線上線下良性互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力[4]。因此，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)平臺(tái)建設(shè)既要展示物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的自身形象，又要構(gòu)建一個(gè)互動(dòng)協(xié)助式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。

1 網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則

1.1 以開(kāi)放服務(wù)為基礎(chǔ)

中心從成立之初，便十分注重開(kāi)放意識(shí)和服務(wù)意識(shí)。實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)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(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放，做好對(duì)科研、教學(xué)和社會(huì)服務(wù)。作為天津市優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，更應(yīng)該擴(kuò)大對(duì)外開(kāi)放和服務(wù)輻射的宣傳力度，這樣既展示了高校的自身形象、又與國(guó)內(nèi)外進(jìn)行交流提升了教育教學(xué)層次和效果[5]。

1.2 以信息技術(shù)為保障

為實(shí)現(xiàn)豐富多樣的教學(xué)資源，需要運(yùn)用多媒體技術(shù)，制作全部物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)課件和講義，涉及到文本、圖形、圖像、音頻、視頻和動(dòng)畫(huà)等多種媒體素材的融合，必要時(shí)還需要結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[6]，對(duì)一些需要直觀呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容予以虛擬仿真[7]。為實(shí)現(xiàn)便捷高效的互動(dòng)交流，還需要運(yùn)用Web編程技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)[8]，構(gòu)建一套集課程安排、課程預(yù)約、成績(jī)管理、在線交流、在線考試以及教務(wù)管理于一身的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)。這些信息技術(shù)的合理運(yùn)用是平臺(tái)搭建的技術(shù)保障。

1.3 以自主學(xué)習(xí)為重點(diǎn)

培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)應(yīng)用人才，是實(shí)施質(zhì)量工程、提高本科教育質(zhì)量的主要任務(wù)[9]。學(xué)生是教學(xué)實(shí)踐的主體，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)以學(xué)生為中心，為他們提供豐富多樣可共享的教學(xué)資源和便捷高效可互動(dòng)的交流渠道。為此，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)將實(shí)驗(yàn)課程涉及的儀器、原理、步驟等內(nèi)容通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以多種媒體形式全面呈現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生隨時(shí)了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，選擇適合自己專業(yè)需要或自己感興趣的實(shí)驗(yàn)，自主完成網(wǎng)上選課、在線預(yù)習(xí)、成績(jī)查詢、在線答疑、在線考試等。這樣才能使主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)成為可能，將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，創(chuàng)造一切以學(xué)為中心的教學(xué)理念[10]。

此外，個(gè)性化學(xué)習(xí)也是自主學(xué)習(xí)的一部分，由于不同專業(yè)的學(xué)生對(duì)聲、光、力、熱、電等幾方面的物理知識(shí)的需求和興趣不同，他們不需要修完所有物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境可最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)[11]。不同層次的學(xué)生可對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容、順序、方式等模式進(jìn)行個(gè)性化的選擇[12]，充分考慮到學(xué)生之間的個(gè)體差異，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中的“大而全”、不適應(yīng)實(shí)際需求的問(wèn)題。

1.4 以協(xié)同互動(dòng)為特色

有別于傳統(tǒng)授課模式中師生的面對(duì)面交流，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建立能夠給師生提供一個(gè)課外交流的渠道，利用網(wǎng)絡(luò)虛擬的時(shí)空，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)留言、協(xié)同討論、在線咨詢等教學(xué)策略，通過(guò)更加積極和自由的環(huán)境來(lái)激發(fā)學(xué)生在互動(dòng)學(xué)習(xí)氛圍下的自主學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力[13]。

2 網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)設(shè)計(jì)原則，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)絡(luò)綜合平臺(tái)采用兩級(jí)內(nèi)容模式進(jìn)行建設(shè)。第一級(jí)內(nèi)容是以開(kāi)放服務(wù)為基礎(chǔ)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的綜合展示，第二級(jí)內(nèi)容為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。

在中心的綜合展示部分，設(shè)置了7個(gè)展示模塊和1個(gè)平臺(tái)入口，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。7個(gè)展示模塊分別為中心簡(jiǎn)介、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍、管理模式、設(shè)備與環(huán)境、特色與輻射、網(wǎng)絡(luò)資源，這7部分內(nèi)容主要為靜態(tài)頁(yè)面信息，媒體形式為文本、圖像、視頻和部分虛擬仿真動(dòng)畫(huà)，其中網(wǎng)絡(luò)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(xué)生在線瀏覽和下載。

1個(gè)平臺(tái)入口，即中心網(wǎng)絡(luò)綜合平臺(tái)第二級(jí)內(nèi)容——網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的入口。參與物理實(shí)驗(yàn)互動(dòng)教學(xué)的師生可從這里進(jìn)入。根據(jù)設(shè)計(jì)分析，進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的角色主要有3類，分別為學(xué)生、教師和管理員，不同角色進(jìn)入平臺(tái)后，進(jìn)入的界面和可操作的功能各不相同，但三者內(nèi)部之間又是緊密聯(lián)系的，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。此平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的各類信息和交互主要是動(dòng)態(tài)的，因此需要綜合運(yùn)用Web編程技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

圖2 物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

2.1 展示模塊的內(nèi)容設(shè)置

中心簡(jiǎn)介模塊主要從發(fā)展歷程、組織結(jié)構(gòu)、中心任務(wù)和規(guī)劃4個(gè)欄目，介紹中心的整體概況；實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊主要從辦學(xué)理念、教學(xué)體系、教學(xué)方法、改革思路和教學(xué)效果，介紹中心教學(xué)開(kāi)展情況，特別突出展示了多年教學(xué)實(shí)踐中取得的教學(xué)效果，包括教師帶領(lǐng)學(xué)生參加各類學(xué)科競(jìng)賽、技能大賽、創(chuàng)新大賽的獲獎(jiǎng)情況；實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍模塊主要從隊(duì)伍結(jié)構(gòu)、隊(duì)伍建設(shè)、發(fā)展規(guī)劃、教改成果，介紹中心人員的結(jié)構(gòu)和發(fā)展情況，重點(diǎn)展示了中心教師在教學(xué)改革方面的突出業(yè)績(jī)，包括各級(jí)各類教改項(xiàng)目、發(fā)表論文、出版教材和獲獎(jiǎng)情況；管理模式模塊主要從管理體制、運(yùn)行機(jī)制、崗位職責(zé)、規(guī)章制度，介紹了中心的管理運(yùn)行情況，展示中心正規(guī)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾恚辉O(shè)備與環(huán)境模塊主要展示各類實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室分布情況等;特色與輻射模塊主要展示以“五級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”為代表的實(shí)驗(yàn)中心特色、獲獎(jiǎng)的各級(jí)優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)和精品課程、中心所承擔(dān)的校企合作項(xiàng)目和兄弟院校之間合作的教學(xué)與科研項(xiàng)目。網(wǎng)絡(luò)資源模塊為學(xué)生提供了了解實(shí)驗(yàn)所需要的教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)講義、實(shí)驗(yàn)視頻和虛擬仿真課件，該模塊也為學(xué)生進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約提供了參考，為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)提供了依據(jù)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理信息化、營(yíng)造一個(gè)協(xié)同學(xué)習(xí)氛圍，有效引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，中心安排專人負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)和維護(hù)工作。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)研和分析，制定了基于B/S結(jié)構(gòu)、以動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)編程技術(shù)ASP.NET為編程技術(shù)、以SQL Server為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[14]，并逐步推進(jìn)實(shí)施，測(cè)試完善，直至完成。

無(wú)論何種類型的用戶，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，首先要經(jīng)過(guò)登錄系統(tǒng)進(jìn)行角色判斷，若是學(xué)生用戶，可以進(jìn)行預(yù)約選課、成績(jī)查詢、互動(dòng)交流、教學(xué)評(píng)價(jià)和在線考試。有些功能還設(shè)置了一定限制，例如預(yù)約選課要根據(jù)當(dāng)前實(shí)時(shí)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(xué)時(shí)限制。若是教師用戶，可進(jìn)行成績(jī)錄入和修改、互動(dòng)交流和評(píng)教查詢。若是管理員用戶，可對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間、地點(diǎn)、教師和教室進(jìn)行安排，管理學(xué)生與教師互動(dòng)交流的信息，發(fā)布各類通知信息，安排各階段的報(bào)表打印，進(jìn)行在線考試的管理。

不同的用戶角色，進(jìn)入平臺(tái)的界面和操作各不相同，但他們之間又建立了內(nèi)在的聯(lián)系。例如師生間的互動(dòng)交流，是通過(guò)內(nèi)置的實(shí)驗(yàn)論壇、留言郵箱和實(shí)時(shí)在線聊天室實(shí)現(xiàn)公告牌、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交流和公共討論；學(xué)生選課、成績(jī)查詢以及教師查詢學(xué)生對(duì)自己的教學(xué)評(píng)價(jià)情況，都是通過(guò)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)表實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享和更新信息；再如學(xué)生在線考試和管理員的考試管理功能，都是通過(guò)“在線考試管理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)互通和共享。管理員可通過(guò)“在線考試管理系統(tǒng)”管理考試題庫(kù)、設(shè)置考試的時(shí)間長(zhǎng)度和類型、設(shè)定組卷策略、進(jìn)行成績(jī)統(tǒng)計(jì)等操作，而學(xué)生可在自己的頁(yè)面中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抽題、進(jìn)行作答和提交試卷、查看成績(jī)和錯(cuò)題等操作。

3 網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)平臺(tái)的運(yùn)行效果

3.1 提高了教學(xué)管理效率

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的網(wǎng)絡(luò)綜合平臺(tái)投入運(yùn)行以來(lái)，不僅擴(kuò)大了宣傳力度，提升了實(shí)驗(yàn)中心的整體形象，更重要的是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)管理運(yùn)行效率獲得了很大提高。以前安排27個(gè)專業(yè)、100多個(gè)班級(jí)的實(shí)驗(yàn)課程，人工完成一般需要16 h，而現(xiàn)在采用信息化和人工相結(jié)合的方式完成大約只需要2 h，效率提高了8倍。

3.2 促進(jìn)了師生互動(dòng)交流

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，老師往往要一個(gè)一個(gè)對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，其他學(xué)生課上有了問(wèn)題，未必能夠及時(shí)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(xiàn)在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前、 實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后都可以給老師留言提問(wèn)，還可以跟老師約定時(shí)間，在線與老師進(jìn)行實(shí)時(shí)地交流，不再受到時(shí)間和空間的約束，最大限度地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性、積極性[15]。同樣，老師也可以通過(guò)學(xué)生給出的教學(xué)評(píng)價(jià)，找到自己教學(xué)中的忽視或遺漏的問(wèn)題，單獨(dú)或集中地對(duì)學(xué)生進(jìn)行在線輔導(dǎo)和修正。

教學(xué)是教與學(xué)的交往互動(dòng)，師生雙方相互交流、相互溝通、相互啟發(fā)、相互補(bǔ)充，在這個(gè)過(guò)程中教師與學(xué)生彼此間進(jìn)行交流，從而達(dá)到共識(shí)、共享、共進(jìn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)與共同發(fā)展[16]。

3.3 推動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)

“培養(yǎng)學(xué)生信息化環(huán)境下的學(xué)習(xí)能力”就要倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)。有了信息化的教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了濃厚興趣。從2013～2016年，中心對(duì)每屆修完物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行了抽樣問(wèn)卷，問(wèn)題涉及“是否通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行了課前預(yù)習(xí)”“每周通過(guò)與老師進(jìn)行在線交流互動(dòng)的次數(shù)”“對(duì)任課教師的滿意度”“是否課后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)小測(cè)”“對(duì)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的滿意度”等。對(duì)問(wèn)卷的回答進(jìn)行了匯總和統(tǒng)計(jì)，學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣在逐年遞增。

3.4 獲得了認(rèn)可和獎(jiǎng)勵(lì)

物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在構(gòu)建和不斷完善的過(guò)程中，先后于2014年和2015年，以V1.0和V2.0版本2次申請(qǐng)軟件著作權(quán)，均取得了國(guó)家計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書(shū)。

2015年11月，實(shí)驗(yàn)中心教師參加全國(guó)第十五屆多媒體課件大賽，作品“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)平臺(tái)”，獲得高教理科組二等獎(jiǎng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

中心提出了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的設(shè)計(jì)原則，給出了依托信息技術(shù)開(kāi)發(fā)的建設(shè)方案。平臺(tái)的建設(shè)和運(yùn)行，全面、系統(tǒng)地將中心的辦學(xué)理念、教學(xué)成果、師資隊(duì)伍、設(shè)備環(huán)境、管理模式、特色輻射、教學(xué)資源等各個(gè)方面展示，為師生提供一個(gè)便捷高效的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，提高了教學(xué)資源的利用率和教學(xué)管理的水平，將傳統(tǒng)教學(xué)中以“教”為中心的模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩W(xué)”為中心，這種“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的新思想促進(jìn)了師生間的良性互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長(zhǎng)，推動(dòng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)，為中心未來(lái)發(fā)展起到了較大的推動(dòng)作用，也為今后申請(qǐng)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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