關(guān)鍵詞：微信小程序；實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)；數(shù)字化學(xué)習(xí)資源；碎片化學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）25-0001-04

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校人才培養(yǎng)與教學(xué)創(chuàng)新的重要途徑。相對(duì)于理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生綜合科學(xué)素質(zhì)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動(dòng)學(xué)習(xí)已成為高校教育的新趨勢(shì)，將移動(dòng)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，將為師生提供更加個(gè)性化、便捷化的學(xué)習(xí)與工作方式。其中，微信小程序自2017年上線以來，由于其無須安裝、適配程度高、即用即走等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，越來越多地被應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

西安理工大學(xué)信息與控制工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（下文簡稱實(shí)驗(yàn)中心）于2013年獲批，并于2023年由陜西省教育廳驗(yàn)收合格。在建設(shè)的10年期間，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、示范輻射等方面做了很多工作，并取得了優(yōu)異的成績。然而，目前實(shí)驗(yàn)中心所開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，還少有借助現(xiàn)代的技術(shù)管理手段以及教學(xué)方法，同時(shí)在數(shù)據(jù)共享面也稍有欠缺。微信小程序作為一種新的技術(shù)和方法應(yīng)用在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以為學(xué)生提供更便利的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高教師工作效率，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。因此，實(shí)驗(yàn)中心也需要結(jié)合微信小程序來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn)。

1 研究內(nèi)容與應(yīng)用場景

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的教育背景下，微信小程序已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。合肥學(xué)院的李萌等構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)程序，有效拓展了學(xué)生預(yù)習(xí)的時(shí)間和空間[3]。河海大學(xué)的秦淑芳等將微信小程序和二維碼技術(shù)應(yīng)用于海岸動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加了師生在實(shí)驗(yàn)操作過程中的互動(dòng)性和學(xué)生的自主性[4]。北京科技大學(xué)的栗琳等提出了基于微信小程序的實(shí)驗(yàn)室資源共享模式，為實(shí)驗(yàn)室資源管理與開放的探索進(jìn)行了有益的實(shí)踐[5]。因此，為了提升實(shí)驗(yàn)效率與實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，開發(fā)一個(gè)功能齊全、易操作、實(shí)用的微信小程序?qū)嶒?yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。

實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)繁重，學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程安排緊密。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)有限，在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的次數(shù)有限。然而，復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求學(xué)生重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)才能完全吃透知識(shí)點(diǎn)，若課前沒有深入預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)收效甚微。通過問卷調(diào)查，學(xué)生希望梳理一些實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)信息，不限于圖片、文字、視頻，能有效地幫助他們做到課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)。因此，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整合，并在平臺(tái)上進(jìn)行資源共享，能方便快捷地為學(xué)生提供信息資源。本項(xiàng)目為師生提供一個(gè)基于微信小程序的實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助工具，適用于各類軟、硬件實(shí)驗(yàn)課程。平臺(tái)包括實(shí)驗(yàn)管理、課堂管理、練習(xí)中心[6-7]等功能模塊。通過平臺(tái)的使用，能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分地利用數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，不受時(shí)間、空間的限制進(jìn)行碎片化學(xué)習(xí)[8]。

2 構(gòu)建小程序?qū)嶒?yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)中心的需求，構(gòu)建了基于微信小程序的實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)，圖1展示了平臺(tái)設(shè)計(jì)的總體框架。歸納總結(jié)，主要包含了以下幾方面：

2.1 整合數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，提高實(shí)驗(yàn)效果

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)方式是學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告完全抄寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理以及儀器設(shè)備沒有深入的理解，因此實(shí)驗(yàn)教師課上需花費(fèi)大量的時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，留給學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的時(shí)間少之更少。為了讓學(xué)生更加行之有效地預(yù)習(xí)，教師制作了豐富的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，包括文字資料、圖片資料、視頻資料等。實(shí)驗(yàn)前，教師將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)案例發(fā)布在微信小程序中，便于學(xué)生預(yù)習(xí)。教師將每一次的實(shí)驗(yàn)錄制成視頻發(fā)布在小程序上，學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)前直觀地了解實(shí)驗(yàn)器材，熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，課前課后反復(fù)觀看。教師還上傳了課程PPT、課程學(xué)習(xí)資料等其他線上資源，建立學(xué)習(xí)資料庫，學(xué)生可根據(jù)需要下載，避免沒有針對(duì)性的學(xué)習(xí)[9]。

2.2 開發(fā)課后練習(xí)中心，進(jìn)一步加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)理解

除了常規(guī)實(shí)驗(yàn)要求外，希望學(xué)生利用課余時(shí)間進(jìn)行線上練習(xí)。線上練習(xí)內(nèi)容主要由教師主導(dǎo)把控，幫助學(xué)生精準(zhǔn)、快速地掌握知識(shí)點(diǎn)。教師篩選題目并上傳系統(tǒng)，學(xué)生線上答題，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)評(píng)判，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示得分排名。題目形式多樣，有單選、多選、填空、判斷等。學(xué)生提交答案，答題完畢后可查看結(jié)果以及學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)包括答題時(shí)間統(tǒng)計(jì)、答題類型統(tǒng)計(jì)、答題正確率等。排名結(jié)果可作為課程考核的一部分，以此激勵(lì)學(xué)生課后多動(dòng)手，最終提高學(xué)習(xí)效果。

2.3 完善的實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)，為師生提供便利

平臺(tái)提供了實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交、實(shí)驗(yàn)課表查詢、實(shí)驗(yàn)成績查詢、實(shí)驗(yàn)課程簽到、實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入考試等功能。實(shí)驗(yàn)報(bào)告線上提交，打破了傳統(tǒng)紙質(zhì)版實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交模式，不僅使實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交、批改、歸檔更加方便，同時(shí)也節(jié)約了資源。實(shí)驗(yàn)課程安排通常是教師口頭通知學(xué)生，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)學(xué)生記錯(cuò)實(shí)驗(yàn)時(shí)間或者實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的現(xiàn)象。建立實(shí)驗(yàn)課表學(xué)生可更直觀地查看實(shí)驗(yàn)安排，并合理地安排實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)任務(wù)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程簽到一般是手簽，會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程已開始，學(xué)生還在排隊(duì)簽到的現(xiàn)象。小程序會(huì)由教師每節(jié)課生成簽到二維碼[10]，學(xué)生掃碼簽到即可。同時(shí)，教師可登錄系統(tǒng)，查看學(xué)生簽到情況并導(dǎo)出簽到數(shù)據(jù)。學(xué)期末，學(xué)生可登錄小程序查看自己的實(shí)驗(yàn)成績，有疑問可直接聯(lián)系老師進(jìn)行反饋。實(shí)驗(yàn)室安全一直是高校的重中之重，為了進(jìn)一步保障實(shí)驗(yàn)室安全，學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前須在小程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入考試，只有答題合格者才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)安全的認(rèn)知，也避免了實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生[11]。

3 小程序?qū)嶒?yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)框架設(shè)計(jì)

小程序?qū)嶒?yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)開發(fā)分為三部分，如圖2所示，各接口描述如表1所示。第一部分為微信小程序端（下文簡稱端側(cè)），第二部分為Web網(wǎng)頁端，第三部分為獨(dú)立部署在云上的服務(wù)器側(cè)。

微信小程序端采用的是WXML、WXSS和JavaS?cript腳本。WXML是小程序框架設(shè)計(jì)的一套標(biāo)簽語言，用來搭建頁面結(jié)構(gòu)，類似于HTML。WXSS用來自定義頁面樣式，與CSS類似。小程序的主要開發(fā)語言是JavaScript，用來實(shí)現(xiàn)頁面的功能邏輯[12]，包括面向老師、學(xué)生、管理員的App端側(cè)能力。例如面向老師的課程管理、班級(jí)管理、作業(yè)管理等能力。面向?qū)W生的課程簽到、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、練習(xí)中心等能力。

Web網(wǎng)頁端主要是用Vue+JavaScript的Web技術(shù)棧，通過封裝服務(wù)端的Restful接口，面向教師、管理員提供課程管理，班級(jí)學(xué)生管理等能力。

云上業(yè)務(wù)系統(tǒng)面向端側(cè)提供HTTPS接口，接口采用以資源為中心的RestFul風(fēng)格，主要提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助系統(tǒng)的業(yè)務(wù)能力，包括實(shí)驗(yàn)課程管理，實(shí)驗(yàn)報(bào)告等業(yè)務(wù)能力。云上系統(tǒng)部署架構(gòu)為分布式微服務(wù)架構(gòu)，核心為實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)，部署在云上虛擬機(jī)上，為無狀態(tài)系統(tǒng)，支持橫向彈性擴(kuò)張。該服務(wù)器對(duì)外提供RestFul接口，通過ELB反向代理以及DNS域名解析，對(duì)公網(wǎng)提供實(shí)驗(yàn)室管理輔助平臺(tái)的服務(wù)器HTTPS 接口，保證系統(tǒng)的性能和安全性。

小程序?qū)嶒?yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)基于SpringBoot、MySQL、Redis、Kafka開源框架實(shí)現(xiàn)。MySQL主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)中產(chǎn)生的關(guān)系型數(shù)據(jù)，包括簽到表、成績表、角色表等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。Redis主要用于查詢加速，將熱點(diǎn)數(shù)據(jù)緩存在Redis中，可提升學(xué)生端、老師端側(cè)的課程與班級(jí)等查詢性能。而平臺(tái)提供的實(shí)驗(yàn)資料、題庫等通過對(duì)象存儲(chǔ)提供存儲(chǔ)能力。分布式消息主要通過Kafka中間件實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室管理輔助平臺(tái)各微服務(wù)之間異步協(xié)同處理，如提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告等耗時(shí)場景，避免用戶界面阻塞等體驗(yàn)差的問題。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

小程序?qū)嶒?yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)身份的登錄與功能：教師端、學(xué)生端與管理員端。每個(gè)身份登錄后呈現(xiàn)的界面不同，這依據(jù)登錄時(shí)角色屬性而定，用戶首次登錄系統(tǒng)需根據(jù)各自角色進(jìn)行注冊(cè)。

教師注冊(cè)成功后，可通過賬號(hào)與密碼登錄系統(tǒng)，登錄后可進(jìn)行添加新課程操作，如圖3所示。同時(shí)給申請(qǐng)加入該門課程的學(xué)生進(jìn)行授權(quán)，只有授權(quán)過的學(xué)生才能進(jìn)入本課程進(jìn)行學(xué)習(xí)。添加課程后，會(huì)顯示圖4界面，進(jìn)而教師可進(jìn)行添加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、生成簽到碼、上傳視頻、上傳實(shí)驗(yàn)成績、上傳題庫、班級(jí)管理等操作。點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕即可進(jìn)入下一步操作。小程序部分界面截圖如圖3-圖7所示。

學(xué)生注冊(cè)成功過后，通過賬號(hào)與密碼登錄。在搜索欄輸入并選擇需要加入的課程，點(diǎn)擊按鈕發(fā)送加入課程消息，待教師授權(quán)成功后，課程列表將顯示該門課程，如圖8所示。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課程后顯示課程信息界面，如圖9所示。課程信息界面顯示實(shí)驗(yàn)安全測試、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)簽到、資料列表、上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告等小圖標(biāo)，點(diǎn)擊相應(yīng)小圖標(biāo)即可進(jìn)行下一步操作。點(diǎn)擊界面下方導(dǎo)航欄“練習(xí)中心”按鈕，即可進(jìn)入練習(xí)中心。根據(jù)課程選擇進(jìn)入不同課程的練習(xí)題界面，答題有時(shí)間記錄，點(diǎn)擊答題卡按鈕可查看答題情況。點(diǎn)擊導(dǎo)航欄“我的”按鈕，即可進(jìn)入個(gè)人信息界面，在此界面可查看個(gè)人信息、我的課表以及簽到記錄。小程序部分界面截圖如圖8-圖12所示。

以管理員的身份登錄系統(tǒng)，可進(jìn)行如下操作：1） 用戶管理：對(duì)用戶進(jìn)行添加、修改、刪除、授權(quán)等操作。2） 課程管理：管理員與教師具有相同操作權(quán)限，可對(duì)課程進(jìn)行管理。3） 題庫管理：教師也可定期將題庫交由管理員進(jìn)行統(tǒng)一上傳。

4 結(jié)束語

基于信息與控制工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的需求，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于微信小程序的實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生可利用微信小程序豐富的實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行預(yù)習(xí)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)后，可以通過練習(xí)中心進(jìn)一步對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)管理、課程簽到、實(shí)驗(yàn)成績查詢等功能為師生提供了便利，提高了教師的工作效率。

系統(tǒng)開發(fā)完成后，進(jìn)行了試用。通過調(diào)查問卷與用戶訪談的方式進(jìn)行了效果跟蹤，師生均認(rèn)為通過平臺(tái)的使用，能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。該平臺(tái)從師生的實(shí)際出發(fā)，具有一定的推廣與應(yīng)用價(jià)值，后期會(huì)根據(jù)師生的反饋結(jié)果，在功能與界面上進(jìn)一步優(yōu)化與完善。