物理实验教学中心网络综合服务平台的建设

黄金栋, 付卫红(天津工业大学 理学院，天津 300387)

0 引 言

实验教学对培养学生的主动学习、动手能力和创新意识等方面，具备突出的优势[1]。物理学又是一门基于实验的科学，物理定律的发现无不依赖于物理实验[2]。物理实验教学中心(以下简称中心)面向全校27个专业、3 200余名学生授课，是全校覆盖专业最广、学生受益面最大的实验教学平台。经过多年的不懈努力，中心在传统实验教学模式的道路上取得了较好成绩，2005年中心被评为天津市优秀实验教学中心，2012年被批准为天津市级优秀实验教学示范中心建设单位。

2012年3月，教育部颁布的《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》中明确指出，“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”[3]，并要求“推进信息技术与教学融合”“培养学生信息化环境下的学习能力”。与此同时，在多年的教学实践中，长期存在着学生专业范围广、上课人数多、实验空间有限、教师工作量大、学生预习不充分、组织实验考核难等诸多问题。因此，在新的教育形势的要求下，在教学实践中客观存在的问题面前，构建一个依托现代信息技术，面向社会、服务于广大师生，基于物理实验教学的综合服务平台成为亟待解决的问题。这个平台不仅是一个充分展示实验中心自身形象，反映教学理念、办学思想的窗口，更应该是一个功能完备的网络教学平台，在网络环境中，向学习者提供大量的自助学习资源，实现学生个性化自主预习和课程预约，并让教师和学生广泛参与，形成线上线下良性互动，培养学生自主学习能力、创新能力和实践能力[4]。因此，物理实验教学中心的网络综合服务平台建设既要展示物理实验教学中心的自身形象，又要构建一个互动协助式的网络教学平台。

1 网络综合服务平台的设计原则

1.1 以开放服务为基础

中心从成立之初，便十分注重开放意识和服务意识。实验仪器和设备都是有使用寿命的，要使它们能够被合理充分地利用，必须做好实验室的开放，做好对科研、教学和社会服务。作为天津市优秀实验教学示范中心，更应该扩大对外开放和服务辐射的宣传力度，这样既展示了高校的自身形象、又与国内外进行交流提升了教育教学层次和效果[5]。

1.2 以信息技术为保障

为实现丰富多样的教学资源，需要运用多媒体技术，制作全部物理实验课程的教学课件和讲义，涉及到文本、图形、图像、音频、视频和动画等多种媒体素材的融合，必要时还需要结合虚拟现实技术[6]，对一些需要直观呈现的实验内容予以虚拟仿真[7]。为实现便捷高效的互动交流，还需要运用Web编程技术和数据库技术[8]，构建一套集课程安排、课程预约、成绩管理、在线交流、在线考试以及教务管理于一身的网络互动教学系统。这些信息技术的合理运用是平台搭建的技术保障。

1.3 以自主学习为重点

培养适应社会需求的高素质应用人才，是实施质量工程、提高本科教育质量的主要任务[9]。学生是教学实践的主体，网络教学平台应以学生为中心，为他们提供丰富多样可共享的教学资源和便捷高效可互动的交流渠道。为此，网络教学平台应将实验课程涉及的仪器、原理、步骤等内容通过网络以多种媒体形式全面呈现出来，帮助学生随时了解实验内容，选择适合自己专业需要或自己感兴趣的实验，自主完成网上选课、在线预习、成绩查询、在线答疑、在线考试等。这样才能使主动学习、自主学习成为可能，将学习的主动权交给学生，创造一切以学为中心的教学理念[10]。

此外，个性化学习也是自主学习的一部分，由于不同专业的学生对声、光、力、热、电等几方面的物理知识的需求和兴趣不同，他们不需要修完所有物理实验内容，网络学习环境可最大限度地发挥学生的主动性、积极性，实现个性化学习[11]。不同层次的学生可对学习内容、顺序、方式等模式进行个性化的选择[12]，充分考虑到学生之间的个体差异，解决了传统实验教学模式中的“大而全”、不适应实际需求的问题。

1.4 以协同互动为特色

有别于传统授课模式中师生的面对面交流，网络教学平台的建立能够给师生提供一个课外交流的渠道，利用网络虚拟的时空，采用点对点留言、协同讨论、在线咨询等教学策略，通过更加积极和自由的环境来激发学生在互动学习氛围下的自主学习兴趣，培养自主学习能力[13]。

2 网络综合服务平台的建设内容

根据设计原则，物理实验教学中心网络综合平台采用两级内容模式进行建设。第一级内容是以开放服务为基础，物理实验教学中心的综合展示，第二级内容为网络教学平台。

在中心的综合展示部分，设置了7个展示模块和1个平台入口，其结构图如图1所示。7个展示模块分别为中心简介、实验教学、实验队伍、管理模式、设备与环境、特色与辐射、网络资源，这7部分内容主要为静态页面信息，媒体形式为文本、图像、视频和部分虚拟仿真动画，其中网络共享资源主要以PPT、PDF、DOC、WMA和仿真插件等文件形式存在，供学生在线浏览和下载。

1个平台入口，即中心网络综合平台第二级内容——网络教学平台的入口。参与物理实验互动教学的师生可从这里进入。根据设计分析，进入到网络教学平台的角色主要有3类，分别为学生、教师和管理员，不同角色进入平台后，进入的界面和可操作的功能各不相同，但三者内部之间又是紧密联系的，其结构图如图2所示。此平台实现的各类信息和交互主要是动态的，因此需要综合运用Web编程技术和数据库技术来实现。

图1 物理实验教学中心网络综合服务平台结构图

图2 物理实验网络教学平台结构图

2.1 展示模块的内容设置

中心简介模块主要从发展历程、组织结构、中心任务和规划4个栏目，介绍中心的整体概况；实验教学模块主要从办学理念、教学体系、教学方法、改革思路和教学效果，介绍中心教学开展情况，特别突出展示了多年教学实践中取得的教学效果，包括教师带领学生参加各类学科竞赛、技能大赛、创新大赛的获奖情况；实验队伍模块主要从队伍结构、队伍建设、发展规划、教改成果，介绍中心人员的结构和发展情况，重点展示了中心教师在教学改革方面的突出业绩，包括各级各类教改项目、发表论文、出版教材和获奖情况；管理模式模块主要从管理体制、运行机制、岗位职责、规章制度，介绍了中心的管理运行情况，展示中心正规严谨的管理；设备与环境模块主要展示各类实验仪器设备、实验教学环境和实验室分布情况等;特色与辐射模块主要展示以“五级物理实验教学体系”为代表的实验中心特色、获奖的各级优秀实验和精品课程、中心所承担的校企合作项目和兄弟院校之间合作的教学与科研项目。网络资源模块为学生提供了了解实验所需要的教学课件、实验讲义、实验视频和虚拟仿真课件，该模块也为学生进入网络教学平台后，进行实验预约提供了参考，为实验预习提供了依据。

2.2 网络教学平台的构建

为了实现教学管理信息化、营造一个协同学习氛围，有效引导学生自主学习，中心安排专人负责网络教学平台的建设和维护工作。经过一段时间的调研和分析，制定了基于B/S结构、以动态网页编程技术ASP.NET为编程技术、以SQL Server为后台数据库的系统设计方案[14]，并逐步推进实施，测试完善，直至完成。

无论何种类型的用户，进入网络教学平台，首先要经过登录系统进行角色判断，若是学生用户，可以进行预约选课、成绩查询、互动交流、教学评价和在线考试。有些功能还设置了一定限制，例如预约选课要根据当前实时选课情况，只有存在空位的课程才可选择，此外还有各阶段选课的学时限制。若是教师用户，可进行成绩录入和修改、互动交流和评教查询。若是管理员用户，可对实验课程的时间、地点、教师和教室进行安排，管理学生与教师互动交流的信息，发布各类通知信息，安排各阶段的报表打印，进行在线考试的管理。

不同的用户角色，进入平台的界面和操作各不相同，但他们之间又建立了内在的联系。例如师生间的互动交流，是通过内置的实验论坛、留言邮箱和实时在线聊天室实现公告牌、点对点交流和公共讨论；学生选课、成绩查询以及教师查询学生对自己的教学评价情况，都是通过相对应的数据库和数据表实现实时共享和更新信息；再如学生在线考试和管理员的考试管理功能，都是通过“在线考试管理系统”实现互通和共享。管理员可通过“在线考试管理系统”管理考试题库、设置考试的时间长度和类型、设定组卷策略、进行成绩统计等操作，而学生可在自己的页面中实现自动抽题、进行作答和提交试卷、查看成绩和错题等操作。

3 网络综合服务平台的运行效果

3.1 提高了教学管理效率

物理实验教学中心的网络综合平台投入运行以来，不仅扩大了宣传力度，提升了实验中心的整体形象，更重要的是通过网络教学平台，物理实验课程的教学管理运行效率获得了很大提高。以前安排27个专业、100多个班级的实验课程，人工完成一般需要16 h，而现在采用信息化和人工相结合的方式完成大约只需要2 h，效率提高了8倍。

3.2 促进了师生互动交流

传统的实验教学中，老师往往要一个一个对学生进行实验指导，其他学生课上有了问题，未必能够及时得到老师的回答，有的需要等上几分钟，有的甚至需要等到下课。现在通过网络教学平台，学生在实验前、 实验中、实验后都可以给老师留言提问，还可以跟老师约定时间，在线与老师进行实时地交流，不再受到时间和空间的约束，最大限度地调动了学生的主动性、积极性[15]。同样，老师也可以通过学生给出的教学评价，找到自己教学中的忽视或遗漏的问题，单独或集中地对学生进行在线辅导和修正。

教学是教与学的交往互动，师生双方相互交流、相互沟通、相互启发、相互补充，在这个过程中教师与学生彼此间进行交流，从而达到共识、共享、共进，实现教学相长与共同发展[16]。

3.3 推动了学生自主学习

“培养学生信息化环境下的学习能力”就要倡导学生主动学习、自主学习。有了信息化的教学平台，学生对物理实验产生了浓厚兴趣。从2013～2016年，中心对每届修完物理实验的学生进行了抽样问卷，问题涉及“是否通过网络资源进行了课前预习”“每周通过与老师进行在线交流互动的次数”“对任课教师的满意度”“是否课后进行了实验小测”“对实验网络教学平台的满意度”等。对问卷的回答进行了汇总和统计，学生对物理实验的兴趣在逐年递增。

3.4 获得了认可和奖励

物理实验网络教学平台在构建和不断完善的过程中，先后于2014年和2015年，以V1.0和V2.0版本2次申请软件著作权，均取得了国家计算机软件著作权登记证书。

2015年11月，实验中心教师参加全国第十五届多媒体课件大赛，作品“大学物理实验在线教学平台”，获得高教理科组二等奖。

4 结 语

中心提出了物理实验教学中网络综合服务平台建设的设计原则，给出了依托信息技术开发的建设方案。平台的建设和运行，全面、系统地将中心的办学理念、教学成果、师资队伍、设备环境、管理模式、特色辐射、教学资源等各个方面展示，为师生提供一个便捷高效的网络教学平台，提高了教学资源的利用率和教学管理的水平，将传统教学中以“教”为中心的模式，转变为以“学”为中心，这种“学生为主体，教师为主导”的新思想促进了师生间的良性互动，实现了教学相长，推动了学生的自主学习和协作学习，为中心未来发展起到了较大的推动作用，也为今后申请国家级实验教学示范中心奠定了坚实的基础。

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