關(guān)鍵詞：微信小程序；實驗教學(xué)輔助平臺；數(shù)字化學(xué)習(xí)資源；碎片化學(xué)習(xí)

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）25-0001-04

0 引言

實驗教學(xué)是高校人才培養(yǎng)與教學(xué)創(chuàng)新的重要途徑。相對于理論教學(xué)，實驗教學(xué)更加有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生綜合科學(xué)素質(zhì)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動學(xué)習(xí)已成為高校教育的新趨勢，將移動教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合，將為師生提供更加個性化、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[1-2]，越來越多地被應(yīng)用在實驗教學(xué)中。

西安理工大學(xué)信息與控制工程國家級實驗教學(xué)示范中心（下文簡稱實驗中心）于2013年獲批，并于2023年由陜西省教育廳驗收合格。在建設(shè)的10年期間，在實驗室建設(shè)、實驗教學(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，目前實驗中心所開設(shè)實驗課程，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)用在高校實驗教學(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，提高實驗教學(xué)效果。因此，實驗中心也需要結(jié)合微信小程序來實現(xiàn)實驗教學(xué)方法的改進。

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)用在實驗教學(xué)中。合肥學(xué)院的李萌等構(gòu)建了實驗預(yù)習(xí)程序，有效拓展了學(xué)生預(yù)習(xí)的時間和空間[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)用于海岸動力學(xué)實驗教學(xué)，增加了師生在實驗操作過程中的互動性和學(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驗室資源共享模式，為實驗室資源管理與開放的探索進行了有益的實踐[5]。因此，為了提升實驗效率與實驗質(zhì)量，開發(fā)一個功能齊全、易操作、實用的微信小程序?qū)嶒灲虒W(xué)輔助平臺具有較強的實際意義。

實驗中心承擔(dān)的實驗教學(xué)任務(wù)繁重，學(xué)生實驗課程安排緊密。由于實驗設(shè)備臺套數(shù)有限，在規(guī)定的課時內(nèi)，學(xué)生做實驗的次數(shù)有限。然而，復(fù)雜的實驗內(nèi)容要求學(xué)生重復(fù)多次實驗才能完全吃透知識點，若課前沒有深入預(yù)習(xí)，實驗收效甚微。通過問卷調(diào)查，學(xué)生希望梳理一些實驗重點信息，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，將實驗教學(xué)相關(guān)內(nèi)容進行整合，并在平臺上進行資源共享，能方便快捷地為學(xué)生提供信息資源。本項目為師生提供一個基于微信小程序的實驗教學(xué)輔助工具，適用于各類軟、硬件實驗課程。平臺包括實驗管理、課堂管理、練習(xí)中心[6-7]等功能模塊。通過平臺的使用，能更好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分地利用數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，不受時間、空間的限制進行碎片化學(xué)習(xí)[8]。

2 構(gòu)建小程序?qū)嶒灲虒W(xué)輔助平臺

根據(jù)實驗中心的需求，構(gòu)建了基于微信小程序的實驗教學(xué)輔助平臺，圖1展示了平臺設(shè)計的總體框架。歸納總結(jié)，主要包含了以下幾方面：

2.1 整合數(shù)字化實驗教學(xué)資源，提高實驗效果

傳統(tǒng)的實驗預(yù)習(xí)方式是學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書，了解實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容與實驗步驟。學(xué)生實驗預(yù)習(xí)報告完全抄寫實驗指導(dǎo)書，對實驗原理以及儀器設(shè)備沒有深入的理解，因此實驗教師課上需花費大量的時間講解實驗內(nèi)容，留給學(xué)生動手實踐的時間少之更少。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)字化實驗教學(xué)資源，包括文字資料、圖片資料、視頻資料等。實驗前，教師將實驗內(nèi)容以及相關(guān)實驗案例發(fā)布在微信小程序中，便于學(xué)生預(yù)習(xí)。教師將每一次的實驗錄制成視頻發(fā)布在小程序上，學(xué)生可在實驗前直觀地了解實驗器材，熟悉實驗內(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，避免沒有針對性的學(xué)習(xí)[9]。

2.2 開發(fā)課后練習(xí)中心，進一步加強知識點理解

除了常規(guī)實驗要求外，希望學(xué)生利用課余時間進行線上練習(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、快速地掌握知識點。教師篩選題目并上傳系統(tǒng)，學(xué)生線上答題，平臺會自動評判，同時實時顯示得分排名。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)包括答題時間統(tǒng)計、答題類型統(tǒng)計、答題正確率等。排名結(jié)果可作為課程考核的一部分，以此激勵學(xué)生課后多動手，最終提高學(xué)習(xí)效果。

2.3 完善的實驗管理系統(tǒng)，為師生提供便利

平臺提供了實驗報告提交、實驗課表查詢、實驗成績查詢、實驗課程簽到、實驗室安全準入考試等功能。實驗報告線上提交，打破了傳統(tǒng)紙質(zhì)版實驗報告提交模式，不僅使實驗報告的提交、批改、歸檔更加方便，同時也節(jié)約了資源。實驗課程安排通常是教師口頭通知學(xué)生，經(jīng)常會出現(xiàn)學(xué)生記錯實驗時間或者實驗地點的現(xiàn)象。建立實驗課表學(xué)生可更直觀地查看實驗安排，并合理地安排實驗預(yù)習(xí)任務(wù)。傳統(tǒng)的實驗課程簽到一般是手簽，會出現(xiàn)實驗課程已開始，學(xué)生還在排隊簽到的現(xiàn)象。小程序會由教師每節(jié)課生成簽到二維碼[10]，學(xué)生掃碼簽到即可。同時，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驗成績，有疑問可直接聯(lián)系老師進行反饋。實驗室安全一直是高校的重中之重，為了進一步保障實驗室安全，學(xué)生在進入實驗室之前須在小程序進行實驗室安全準入考試，只有答題合格者才能進入實驗室進行實驗，不僅加強了學(xué)生對實驗安全的認知，也避免了實驗室安全事故的發(fā)生[11]。

3 小程序?qū)嶒灲虒W(xué)輔助平臺的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)框架設(shè)計

小程序?qū)嶒灲虒W(xué)輔助平臺開發(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)計的一套標簽語言，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、班級管理、作業(yè)管理等能力。面向?qū)W生的課程簽到、實驗預(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，主要提供實驗教學(xué)輔助系統(tǒng)的業(yè)務(wù)能力，包括實驗課程管理，實驗報告等業(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)，核心為實驗教學(xué)輔助平臺，部署在云上虛擬機上，為無狀態(tài)系統(tǒng)，支持橫向彈性擴張。該服務(wù)器對外提供RestFul接口，通過ELB反向代理以及DNS域名解析，對公網(wǎng)提供實驗室管理輔助平臺的服務(wù)器HTTPS 接口，保證系統(tǒng)的性能和安全性。

小程序?qū)嶒灲虒W(xué)輔助平臺基于SpringBoot、MySQL、Redis、Kafka開源框架實現(xiàn)。MySQL主要用于存儲系統(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)存儲能力。Redis主要用于查詢加速，將熱點數(shù)據(jù)緩存在Redis中，可提升學(xué)生端、老師端側(cè)的課程與班級等查詢性能。而平臺提供的實驗資料、題庫等通過對象存儲提供存儲能力。分布式消息主要通過Kafka中間件實現(xiàn)，實現(xiàn)了實驗室管理輔助平臺各微服務(wù)之間異步協(xié)同處理，如提交實驗報告等耗時場景，避免用戶界面阻塞等體驗差的問題。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

小程序?qū)嶒灲虒W(xué)輔助平臺主要實現(xiàn)三個身份的登錄與功能：教師端、學(xué)生端與管理員端。每個身份登錄后呈現(xiàn)的界面不同，這依據(jù)登錄時角色屬性而定，用戶首次登錄系統(tǒng)需根據(jù)各自角色進行注冊。

教師注冊成功后，可通過賬號與密碼登錄系統(tǒng)，登錄后可進行添加新課程操作，如圖3所示。同時給申請加入該門課程的學(xué)生進行授權(quán)，只有授權(quán)過的學(xué)生才能進入本課程進行學(xué)習(xí)。添加課程后，會顯示圖4界面，進而教師可進行添加實驗內(nèi)容、生成簽到碼、上傳視頻、上傳實驗成績、上傳題庫、班級管理等操作。點擊相應(yīng)按鈕即可進入下一步操作。小程序部分界面截圖如圖3-圖7所示。

學(xué)生注冊成功過后，通過賬號與密碼登錄。在搜索欄輸入并選擇需要加入的課程，點擊按鈕發(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)生進入實驗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驗安全測試、實驗內(nèi)容、實驗簽到、資料列表、上傳實驗報告等小圖標，點擊相應(yīng)小圖標即可進行下一步操作。點擊界面下方導(dǎo)航欄“練習(xí)中心”按鈕，即可進入練習(xí)中心。根據(jù)課程選擇進入不同課程的練習(xí)題界面，答題有時間記錄，點擊答題卡按鈕可查看答題情況。點擊導(dǎo)航欄“我的”按鈕，即可進入個人信息界面，在此界面可查看個人信息、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)，可進行如下操作：1） 用戶管理：對用戶進行添加、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，可對課程進行管理。3） 題庫管理：教師也可定期將題庫交由管理員進行統(tǒng)一上傳。

4 結(jié)束語

基于信息與控制工程國家級實驗教學(xué)示范中心的需求，本文設(shè)計并實現(xiàn)了基于微信小程序的實驗教學(xué)輔助平臺。實驗前，學(xué)生可利用微信小程序豐富的實驗資源進行預(yù)習(xí)，提高學(xué)生實驗效果。實驗后，可以通過練習(xí)中心進一步對知識點進行鞏固。同時，實驗管理、課程簽到、實驗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，進行了試用。通過調(diào)查問卷與用戶訪談的方式進行了效果跟蹤，師生均認為通過平臺的使用，能更好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。該平臺從師生的實際出發(fā)，具有一定的推廣與應(yīng)用價值，后期會根據(jù)師生的反饋結(jié)果，在功能與界面上進一步優(yōu)化與完善。