白洪亮， 周漢杰， 惠 煌， 李雪春， 秦 穎， 吳興偉

(1.大連理工大學(xué) 基礎(chǔ)物理國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，遼寧 大連 116024; 2.大連理工大學(xué) 軟件學(xué)院，遼寧 大連 116600)

0 引 言

物理實(shí)驗(yàn)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的先驅(qū)。大學(xué)(基礎(chǔ))物理實(shí)驗(yàn)(以下統(tǒng)稱大學(xué)物理實(shí)驗(yàn))是理工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接受系統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端，具有其他課程無(wú)法替代的作用和地位[1]。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是反映學(xué)生實(shí)踐課程學(xué)習(xí)情況的最重要媒介之一，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中穿插始終[2]。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，很多實(shí)踐類課程已經(jīng)逐漸淘汰紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，轉(zhuǎn)而采用無(wú)紙化報(bào)告[3-7]。與紙質(zhì)報(bào)告相比，無(wú)紙化報(bào)告有很多先天的優(yōu)勢(shì)，如傳遞效率高、重復(fù)勞動(dòng)可由計(jì)算機(jī)代替、易于存儲(chǔ)、便于對(duì)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行分析和挖掘等[8-11]。然而，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)高校中，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)報(bào)告仍然以紙質(zhì)介質(zhì)為主，采用無(wú)紙化報(bào)告的情況僅限于個(gè)例[12]。這種情況的存在，有資金、技術(shù)方面的原因，也與授課教師和決策者的思維慣性和對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展了解程度不足有關(guān)。在使用無(wú)紙化報(bào)告的高校中，最常見的方式是針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行量身定制[13]。這樣做的弊端是非常明顯的。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的項(xiàng)目和內(nèi)容每年都要進(jìn)行更新和變動(dòng)，在使用期內(nèi)系統(tǒng)始終處于動(dòng)態(tài)修改狀態(tài)。這就要求開發(fā)者必須保持穩(wěn)定，而且有充足的經(jīng)費(fèi)支持。對(duì)于大多數(shù)高校而言，這種路線幾乎是不可行的。采用此類方式開發(fā)的無(wú)紙化報(bào)告系統(tǒng)的生命力因而也會(huì)大打折扣。為了消除這些弊端，放棄了量身定制這一傳統(tǒng)做法，將通用性、易用性作為出發(fā)點(diǎn)，自行開發(fā)了一套具有通用特征的在線物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫和批閱系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng))，嘗試以一種新的設(shè)計(jì)思想改變無(wú)紙化報(bào)告在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這一課程中的困局。

1 無(wú)紙化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及工作流程

實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)象是教師和學(xué)生，能否被他們接受和喜歡取決于這套系統(tǒng)能否解決好紙質(zhì)報(bào)告中大家遇到的共性問(wèn)題，能否給他們帶來(lái)良好的體驗(yàn)。而且，系統(tǒng)也要與現(xiàn)有的教學(xué)模式做好銜接，為未來(lái)的教學(xué)變革留出空間，這樣才能被決策者接納和采用，因?yàn)樽兏镆残枰粋€(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，不能破壞正常的教學(xué)秩序。

1.1 保留紙質(zhì)報(bào)告的基本格式

在實(shí)踐類課程中要求學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的目的主要是為了借此提高學(xué)生的科技寫作能力和數(shù)據(jù)記錄、分析能力。傳統(tǒng)的紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告通常包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、總結(jié)分析等不同欄目，基本包含了科學(xué)論文的主要元素[14]。可以說(shuō)，一份成功的實(shí)驗(yàn)報(bào)告就是一篇科學(xué)論文的雛形。因而，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)時(shí)，將這種已經(jīng)被廣泛認(rèn)可和采用的形式保留了下來(lái)。

1.2 靈活、強(qiáng)大的欄目設(shè)計(jì)

雖然保留了紙質(zhì)報(bào)告的基本格式，但是在無(wú)紙化系統(tǒng)中，這些欄目的設(shè)立情況可以根據(jù)需要在后臺(tái)進(jìn)行分類調(diào)整，并不是靜態(tài)的。而且，不同欄目的輸入功能和界面是完全一樣的，采用了同一套代碼。在這些欄目里，科技寫作中經(jīng)常涉及的文字、圖片、表格和公式等不同類型的對(duì)象都可以非常便利地被插入進(jìn)來(lái)。這種做法適應(yīng)了不同類型、不同教學(xué)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的需要，并且可以有效地減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。

1.3 分角色賦權(quán)

系統(tǒng)設(shè)定了學(xué)生、教師和系統(tǒng)管理員3個(gè)角色。學(xué)生和授課教師是主要被服務(wù)對(duì)象，而管理員是整個(gè)系統(tǒng)的管家。管理員承擔(dān)著課程信息和人員信息管理、學(xué)生和教師賬戶權(quán)限設(shè)定等職責(zé)。教師和學(xué)生角色都是圍繞實(shí)驗(yàn)報(bào)告開展操作，不同的是學(xué)生對(duì)報(bào)告享有編輯權(quán)，而教師具有批閱權(quán)。在后續(xù)開發(fā)中，擬增設(shè)題長(zhǎng)角色，負(fù)責(zé)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目批閱工作的管理和監(jiān)督。

1.4 工作流程

圖1顯示的是實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)的工作流程。首先由管理員在系統(tǒng)中批量導(dǎo)入課程安排，所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開課時(shí)間、節(jié)次、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、授課教師等課程基本信息都需要提前設(shè)定好供學(xué)生在撰寫報(bào)告前選擇入位；學(xué)生完成課上實(shí)驗(yàn)后需要進(jìn)入系統(tǒng)撰寫和提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，寫好的報(bào)告需要通過(guò)系統(tǒng)直接推送給授課教師；授課教師可以對(duì)已提交的報(bào)告進(jìn)行預(yù)審和批閱。預(yù)審是對(duì)提交的報(bào)告的基本情況進(jìn)行審查，如果報(bào)告不完整或提交錯(cuò)了，可以由教師退回給學(xué)生。學(xué)生收到退回的報(bào)告可以進(jìn)行一些修改、完善和再次提交，也可以修改課程信息后轉(zhuǎn)投其他老師。批閱是教師對(duì)學(xué)生的報(bào)告進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和打分的環(huán)節(jié)，待教師確認(rèn)批閱結(jié)束后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將批閱結(jié)果推送給學(xué)生，同時(shí)將成績(jī)匯總供教師查閱和導(dǎo)出。

圖1 實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)工作流程圖

2 系統(tǒng)主要特色

2.1 操作簡(jiǎn)單

對(duì)于教師和學(xué)生而言，友好的操作界面是提高使用體驗(yàn)的重要因素。如圖2所示，實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)的工作界面采用了與微軟Office軟件和網(wǎng)絡(luò)論壇類似的功能菜單，學(xué)生和教師只需要掌握了Word和Excel的基本使用技巧就可以完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫和批閱。這樣做的目的主要是考慮了大多數(shù)師生的使用習(xí)慣。學(xué)生在各個(gè)欄目中可以鍵入文字，插入圖片和表格，修改文字字體、字號(hào)、顏色，添加段落編號(hào)等。此外，為系統(tǒng)專門開發(fā)了公式編輯器，學(xué)生可以像使用Office公式編輯器和Mathtype插件一樣直接在頁(yè)面進(jìn)行公式的輸入和編輯。這些功能是理工科學(xué)生使用Office軟件時(shí)最常用的一些功能，采用類似的設(shè)計(jì)不僅使得實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)更加易用，對(duì)于對(duì)Office軟件不熟悉的學(xué)生而言，也可以利用這套系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)的使用技巧。圖2(b)展示了一份學(xué)生利用本系統(tǒng)所撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一部分內(nèi)容的截圖。在這份報(bào)告中，公式、表格、圖片等不同類型的對(duì)象都被展現(xiàn)了出來(lái)，說(shuō)明物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告中常見的內(nèi)容都可以利用這個(gè)系統(tǒng)提供的功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

(a)

2.2 在線表格輔助教師批閱報(bào)告

對(duì)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)而言，一個(gè)非常重要但是長(zhǎng)期未能很好解決的問(wèn)題是抄襲和偽造數(shù)據(jù)的現(xiàn)象屢禁不止[15]。實(shí)際教學(xué)中，由于批改量非常大，很少有教師親手去一一核驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的計(jì)算結(jié)果正確與否。參考Excel和在線文檔的功能和模式，將在線電子表格引入到實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)中。在電子表格中，參考Excel編寫了大量的內(nèi)置函數(shù)，這樣使用者除了可以自由添加或者刪除行列，還可以直接在在線表格里引用表格內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行函數(shù)計(jì)算。這是一種非常便捷的方法，學(xué)生和教師無(wú)需借助于計(jì)算器和其他軟件就可以完成數(shù)據(jù)的計(jì)算和核驗(yàn)。

為了徹底杜絕偽造數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，系統(tǒng)中專門安排了“原始數(shù)據(jù)”欄目。學(xué)生在撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告前需要先將帶有授課教師簽字的原始數(shù)據(jù)記錄照片上傳到該欄目中并同時(shí)將原始數(shù)據(jù)以電子表格的形式插入到其中。上傳簽字的原始數(shù)據(jù)照片是為了防止學(xué)生美化數(shù)據(jù)或另起爐灶重新編湊一套數(shù)據(jù)蒙混過(guò)關(guān)，原始數(shù)據(jù)電子化則有利于教師直接調(diào)用和計(jì)算。教師批閱時(shí)可以利用這些數(shù)據(jù)和內(nèi)置函數(shù)進(jìn)行在線計(jì)算，核算效率和準(zhǔn)確度都有了很大的提高。

2.3 浮動(dòng)批閱標(biāo)簽

批改紙質(zhì)報(bào)告時(shí)，傳統(tǒng)的做法是教師直接在出現(xiàn)問(wèn)題或者值得肯定的地方用筆進(jìn)行標(biāo)注和打分。這種做法的好處是學(xué)生看到批注就可以知道問(wèn)題所在。這種做法的弊端也非常明顯。例如，其中包含著大量的重復(fù)性勞動(dòng)，教師統(tǒng)計(jì)分?jǐn)?shù)麻煩且極易出現(xiàn)錯(cuò)誤等。吸收了手工批注的優(yōu)點(diǎn)，將這一功能引進(jìn)到了無(wú)紙化報(bào)告系統(tǒng)中。在這里，教師對(duì)報(bào)告進(jìn)行批注和評(píng)分時(shí)不再借助于筆，而是采用了浮動(dòng)標(biāo)簽形式。浮動(dòng)標(biāo)簽的內(nèi)容包括提示文本和扣分分值，可以由教師輸入并在使用一次后被重復(fù)調(diào)用(如圖3(a)所示)。浮動(dòng)標(biāo)簽可以在欄目?jī)?nèi)被任意拖到需要的位置，并且在教師確認(rèn)批閱結(jié)束后固定下來(lái)。這樣學(xué)生在查看自己的報(bào)告時(shí)可以像紙質(zhì)報(bào)告一樣在出現(xiàn)問(wèn)題的地方查看批閱信息和了解扣分情況(如圖3(b)所示)。浮動(dòng)標(biāo)簽的添加和移動(dòng)同時(shí)支持鼠標(biāo)和觸摸屏操作，系統(tǒng)界面會(huì)根據(jù)所使用的設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行一些必要的調(diào)整，在PC、筆記本電腦、平板電腦和智能手機(jī)上都可以進(jìn)行批閱。這樣，教師可以將出差、課間等零散時(shí)間充分利用起來(lái)，不受空間和平臺(tái)的限制開展批閱工作。除此之外，教師的工作界面還設(shè)計(jì)了畫筆功能，打開該功能后教師可以利用鼠標(biāo)或者手指直接在報(bào)告上任意圈點(diǎn)，使得系統(tǒng)的易用性進(jìn)一步提高。在系統(tǒng)界面的邊欄部分，學(xué)生信息、批注內(nèi)容、扣分情況、最終得分以及整體得分分布情況都會(huì)實(shí)時(shí)集中顯示，有助于教師實(shí)時(shí)了解批閱情況。

(a) 批閱標(biāo)簽的添加

(b) 批閱結(jié)果的顯示

2.4 雙報(bào)告分欄對(duì)比功能

除了抄襲和偽造數(shù)據(jù)，機(jī)械模仿是另一種普遍出現(xiàn)的不良行為。這種行為主要體現(xiàn)在照搬別人的過(guò)程和算法處理自己的數(shù)據(jù)和撰寫報(bào)告而不進(jìn)行任何思考和修正。這種行為實(shí)際上也是一種抄襲，理應(yīng)堅(jiān)決打擊。然而，在紙質(zhì)報(bào)告時(shí)代，教師面對(duì)這種行為往往是心里清楚但是取證困難，因?yàn)閳?bào)告在批改完后都得返還給學(xué)生。借鑒一些網(wǎng)站的對(duì)比功能，實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)開發(fā)了單雙欄切換功能。在單欄模式下，教師每次只能查看和批閱一份報(bào)告；在雙欄模式下，可以一次調(diào)閱、批改兩份不同的報(bào)告，而且每份報(bào)告還可以通過(guò)翻頁(yè)系統(tǒng)切換到其他的報(bào)告。這個(gè)功能可以幫助教師對(duì)不同實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比，十分有利于查找報(bào)告中存在的各種問(wèn)題。圖4給出了分欄對(duì)比模式下的教師批閱界面的截圖。來(lái)自兩名不同學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格完整的被顯示在欄目中。實(shí)踐證明分欄對(duì)比模式使得批改效率較單欄模式提高了至少1/3以上。

圖4 教師工作界面的分欄對(duì)比批閱功能展示

3 結(jié) 語(yǔ)

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這一基礎(chǔ)實(shí)踐類課程中，無(wú)紙化報(bào)告的發(fā)展遇到了各種困難?；诩堎|(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本范式并參考商業(yè)辦公軟件和網(wǎng)站系統(tǒng)的形式和功能，嘗試開發(fā)了一套具有通用特征的在線物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)。該系統(tǒng)將在線電子表格、分欄對(duì)比、浮動(dòng)標(biāo)簽等在商業(yè)網(wǎng)站上深受歡迎的功能吸收進(jìn)來(lái)，較好地解決了類似系統(tǒng)適用性差、易用性低的問(wèn)題。由于沒(méi)有相似體系的系統(tǒng)供參考，商業(yè)系統(tǒng)的代碼也不對(duì)外公開，由授課教師和學(xué)生組成的開發(fā)者的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平也有限，導(dǎo)致系統(tǒng)還有諸多不完善的地方。但是，作為一項(xiàng)有益的嘗試，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)已經(jīng)初步得到了實(shí)現(xiàn)并在實(shí)際教學(xué)中予以體現(xiàn)，這為未來(lái)進(jìn)一步開發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為同類系統(tǒng)的開發(fā)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。