工業(yè)分析檢驗智慧教學系統(tǒng)的設計與應用研究

劉歡笑

摘要：針對傳統(tǒng)工業(yè)分析檢驗課程教學模式的不足與缺陷，綜合運用計算機技術、網(wǎng)絡化技術、大數(shù)據(jù)技術和移動互聯(lián)網(wǎng)技術，研究和開發(fā)具備信息化、智能化的工業(yè)分析檢驗智慧教學系統(tǒng)有理論學習測試模塊、實驗操作實踐及分析模塊、分析檢驗中級和高級兩個考工的輔導模塊，以及分層教學模塊四個模塊組成。本校應用化工技術專業(yè)中的應用表明，通過現(xiàn)代信息技術建立信息化、智能化的實踐教學平臺和實踐教學考核評價平臺，可以彌補專業(yè)學習環(huán)節(jié)存在的不足，提高了學生的學習能力和學習成效，真正實現(xiàn)了從不同角度的分層次化學習，滿足了不同學生對工業(yè)分析檢驗課程的需求。

關鍵詞：工業(yè)分析檢驗；信息化；智慧教學系統(tǒng)；分層次化學習

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）17-0053-03

1研究背景

工業(yè)分析檢驗課程的傳統(tǒng)教學和考核以課堂和實驗室教學為主，即教師通過課堂傳授知識，學生通過化學實驗課的實踐來驗證教授的化學知識。師生之間是一種通過面對面的教師講授和被動接受，以及紙質試卷考核和評價教學效果的模式。其在教學模式和方法上主要存在以下不足：

1.1教學資源的局限性

工業(yè)分析檢驗教材更新速度慢，覆蓋面較窄，學科領域的新發(fā)現(xiàn)和新知識難以體現(xiàn)，且缺乏與社會生活的聯(lián)系性。教學資源相對缺乏，教學媒體只是一些掛圖、幻燈片、實驗儀器等靜態(tài)媒體。

1.2教學形式的單一性

教學形式上以教師為中心，主要是教師講、學生聽的班級授課模式，以及“嘴巴+粉筆+黑板+實訓”的原始教學方法。單一的說教和灌輸為主，少量的實驗教學實踐，導致難以發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

1.3教學方式的被動性

簡單將教師作為知識的傳播者和教學活動的主導者，致使學生被動接受知識。教學過程中信息更多的是單向傳輸，學生與教師間缺乏交流與溝通，遇到問題時無法及時得到老師的指導與解決。

1.4教學模式的封閉性

教學場所主要是課堂和實驗室，主要進行面對面的化學知識傳授，教學空間狹小，教學效果受到很大的影響與制約。

針對上述傳統(tǒng)工業(yè)分析檢驗課程教學模式的不足與缺陷，開始尋求以網(wǎng)絡和多媒體技術為核心的信息化教學手段，信息化教學已經(jīng)成為傳統(tǒng)課堂之外的重要教學手段。結合當前大數(shù)據(jù)技術和人工智能技術的發(fā)展趨勢，研究綜合運用計算機技術、網(wǎng)絡化技術、大數(shù)據(jù)技術和移動互聯(lián)網(wǎng)技術，研究和開發(fā)具備信息化、智能化的工業(yè)分析檢驗智能教學系統(tǒng)，并將其應用于應用化工技術專業(yè)的學生，形成了新的信息化、智能化條件下的工業(yè)分析檢驗課程教學的新模式。通過現(xiàn)代信息技術建立信息化、智能化的實踐教學平臺和實踐教學考核評價平臺，彌補專業(yè)學習環(huán)節(jié)存在的嚴重不足。

2智慧教學系統(tǒng)研究綜述

面對“數(shù)據(jù)驅動學校，分析變革教育”的大數(shù)據(jù)時代，對教學方法和路徑進行優(yōu)化和改革已經(jīng)勢在必行，智慧教學應運而生，在提高課堂教學有效性和培養(yǎng)學生自主學習能力方面取得了較大的突破。智慧教學在傳統(tǒng)教學的基礎上有著四大轉變：1）教學內(nèi)容轉型：由“知識講授”向“問題學習”轉變，教師首先應該想到的或應該做的就是如何讓其發(fā)揮得淋漓盡致，教師最重要的是要教給學生善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題從而獲得知識的方法，而不是一味地直接傳授。由“知識講授”向“問題學習”轉變，是培養(yǎng)學生實踐能力的重要一步，也是教師教學轉型的第一步。2）教學過程轉型：由“先教后學”向“以學定教”轉變，課堂教學改革倡導課堂教學要體現(xiàn)學生的主體性，從課堂呈現(xiàn)層面來講，主體性的體現(xiàn)說到底還是學生的課堂參與程度問題，而擴大學生的參與程度最終還得落腳到從學生的實際出發(fā)設計教學，也即是“以學定教”。3）教學方式轉型：由“單干學習”向“合作學習”轉變，合作學習倡導師生、生生之間的交流協(xié)作，使教學在單位時間內(nèi)取得最大的成功與更高的產(chǎn)出，最重要的是，它巧妙地化解了傳統(tǒng)課堂中師生之間的尷尬關系，讓死板的課堂走向活躍，激發(fā)每一個學生的學習潛能。4）教學評價轉型：由“單一評價”向“多元評價”轉變，教學評價也一定要采取面向全體、多元的評價標準，形成集教師、學生、家長為一體的評價主體，采用多樣化的評價方法，從而發(fā)揮教學評價原有的反饋、調節(jié)、激勵、導向功能。

基于智慧教學理論的核心與指導，教師根據(jù)智慧教學平臺的數(shù)據(jù)分析，及時掌握學生的準確學情，開展針對性課堂教學，形成了一種新型的教學法，結合翻轉課堂的理念，經(jīng)過教學探索，一種新的教學模式被提出：練習一評價一講授，即“練評講”法?！熬氃u講”法，首先學生先自主學習“微課程”資源并進行練習，然后進行評價，最后教師進行疑難解答。這種教學法能夠實現(xiàn)學生個性化和自主學習，提高他們的問題解決能力。通過建立一個基于資源和數(shù)據(jù)分析應用的學生學習模型，形成基于資源和數(shù)據(jù)分析的學生學習模式，學生根據(jù)平臺可以開展自主學習、跟進練習和矯正型學習，從而實現(xiàn)高效學習?；谠撈脚_學生可以就感興趣的內(nèi)容，通過平臺提前預習或練習相關知識，獲取豐富的微課程、微視頻學習資源，以及利用系統(tǒng)提供的留言板、班級版塊等實現(xiàn)跨時空的多維互動交流。學生也可以通過完成課堂檢測和課后練習來及時檢驗自己的學習情況。平臺的及時反饋功能貫穿于課前、課中、課后整個過程，它實現(xiàn)了知識的表征方式、教與學的傳統(tǒng)方式的有效轉換，為課堂教學帶來了全新的變革，更好地促進學生進行自我反思與糾錯的能力。新的智慧教學能夠滿足學個性化學習需求。資源推送是智慧教學平臺提供給學生獲取學習資源的一種新型方式，平臺主動向學生推送適合的學習資源，學生也可以自主選擇適合自己的學習資源，滿足他們個性化學習的需要。最后，有利于提高教師專業(yè)素養(yǎng)與教學資源開發(fā)能力。智慧教學平臺的應用，大大提高了教師對課程資源的直觀意識以及課程資源創(chuàng)造與整合的素養(yǎng)。

3工業(yè)分析檢驗智慧教學系統(tǒng)的設計與開發(fā)

通過調研來自本?；I(yè)《工業(yè)分析檢驗》課程的教學與考核過程，調研本?；I(yè)師生對該課程需求，以及調研對化工企業(yè)單位用人需求，搜集多樣化資源制定和完善工業(yè)分析檢驗理論題庫；其次根據(jù)該課程的實驗特點，制定和細化工業(yè)分析檢驗實驗操作中化學分析與儀器分析的規(guī)范操作流程，開發(fā)系統(tǒng)中實驗操作模塊，并逐步應用于實驗操作中；再次根據(jù)化工檢驗分析課程的考工考證的要求，完善中、高級工題庫內(nèi)容，完成學生名單導入、實驗數(shù)據(jù)輸入、實驗數(shù)據(jù)修改、實驗數(shù)據(jù)評價、結果查詢和導出，在系統(tǒng)中實現(xiàn)功能多樣化；同時結合職業(yè)學校技能比賽的特點，制定和完善技能選手的專業(yè)理論知識和技能操作知識題庫的構建，自主開發(fā)技能訓練模塊，并逐步應用于技能選手的選拔和訓練中。

結合上述特點自主設計和開發(fā)了工業(yè)分析智能教學系統(tǒng)。系統(tǒng)基于C#程序開發(fā)平臺，是針對工業(yè)分析檢驗課程教學與考核的信息化教考系統(tǒng)。系統(tǒng)設計分為四大模塊，結構如圖1所示：

一是理論學習測試模塊，由四個子模塊所組成，分別是預習、自主學習、順序復習和考核，這個模塊使學生能根據(jù)自身學習的狀況有選擇性的自主學習工業(yè)分析檢驗的相關課程，包括化學檢驗基礎、化學分析、儀器分析與色譜分析等理論知識的系統(tǒng)學習，提高了學生對所學理論知識的理解和鞏固提高。

二是實驗操作實踐及分析模塊，由兩個子模塊所組成，分別是化學分析和儀器分析課堂實驗數(shù)據(jù)輔助分析功能，通過該模塊將學生的實驗室實驗相關數(shù)據(jù)導人系統(tǒng)，系統(tǒng)自動分析結果。學生實驗效果一目了然，可節(jié)省教師查看和對比實驗報告單的大量時間，教師可根據(jù)結果橫向分析全班的實驗數(shù)據(jù)，從而根據(jù)全班的分析結果有針對性地進行重難點的再突破，有效提高教學效果；而學生則可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析縱向比較自己每次做實驗的數(shù)據(jù)，找到自身的優(yōu)勢和薄弱點，使后續(xù)學習更具針對性，有效提高學習效率和學習的自主性。

三是提供分析檢驗中級和高級兩個考工的輔導模塊，主要內(nèi)容包括：學生名單導入、實驗數(shù)據(jù)輸入、實驗數(shù)據(jù)評價、結果查詢、導出和實驗數(shù)據(jù)修改及理論復習等，同時管理者還可以通過系統(tǒng)進行評價標準的設置，讓學生在不同級別的要求下逐步提高實驗操作水平，本模塊還設置了游戲競技環(huán)節(jié)，分組合作自主學習實驗室知識和職業(yè)道德基本知識后方可完成游戲，小組成員成績?nèi)客P的小組方可進入實驗操作環(huán)節(jié)，提高了學生的學習興趣、團隊合作精神培養(yǎng)了競爭意識。

四是分層教學模塊，真正實現(xiàn)層次化教學和考核。理論方面，系統(tǒng)可將技能競賽的理論題庫隨機生成考試題目，并通過網(wǎng)絡通知學生進行考試，考試后系統(tǒng)自動評分同時糾正錯誤題目，允許學生重做錯題，反復訓練，查漏補缺。此外系統(tǒng)還設置了錯題反復推送功能，確保學生將難點逐個突破；技能操作方面，系統(tǒng)可橫向對比學生實驗數(shù)據(jù)的精密度與準確度，幫助教練統(tǒng)計出經(jīng)常出現(xiàn)異常的選手，進行有針對性的輔導并及時調整訓練計劃，突破瓶頸，還可針對每一位選手每次的實驗結果進行縱向比較，找出每一個人的薄弱點，使其全面提高實驗技能水平。

4工業(yè)分析檢驗智慧教學系統(tǒng)的應用

系統(tǒng)開發(fā)成功后初步應用到本?；I(yè)工業(yè)分析檢驗課程的教學，在教師和學生中做了相應系統(tǒng)使用后的問卷調查，反饋結果都證明了工業(yè)分析檢驗課程的教學在系統(tǒng)使用后有著明顯的優(yōu)勢，得到了化工專業(yè)師生的一致好評。圖2是工業(yè)分析檢驗智慧教學系界面。

理論教學：教師充分備課，并且通過各種網(wǎng)絡平臺搜索到相關資源，及時的上傳至智慧教學系統(tǒng)，供其他專業(yè)課教師和學生一起分享學習。并且針對化學檢驗基礎、化學分析、儀器分析與色譜分析等理論知識編寫學案，上傳至智慧教學系統(tǒng)，學生能夠根據(jù)自身學習的狀況有選擇性的自主預習工業(yè)分析檢驗的相關課程。教師運用該智慧教學系統(tǒng)進行授課，講授的理論知識更全面、更具體、更到位。新課結束后，教師也能及時讓學生根據(jù)本課內(nèi)容在智慧教學系統(tǒng)中選擇適合的習題進行鞏固練習，及時講評，使學生能夠及時發(fā)現(xiàn)理論問題的欠缺，加深了學生對知識的理解。

實驗教學：教師根據(jù)實驗特點，將重點實驗的實驗注意事項、實驗操作儀器、實驗操作步驟的相關講授過程自制成微視頻供上傳至該系統(tǒng)，學生在實驗前可通過觀看視頻自學實驗相關要求和操作步驟，增強了學生在實驗過程中的規(guī)范性和安全性。實驗結束后，教師通過系統(tǒng)可以將學生的實驗室實驗相關數(shù)據(jù)導人系統(tǒng)，系統(tǒng)自動分析結果。系統(tǒng)反饋結果快速明顯，大大節(jié)約了教師傳統(tǒng)查看分析實驗報告單的時間，提高了課堂效率。同時學生也可以根據(jù)系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)，查漏補缺，在后續(xù)操作中完善自己的實驗，提高了學習效率。

中、高級工教學：教師通過該系統(tǒng)能快捷方便的導入學生名單、學生實驗數(shù)據(jù)，能快速的查詢實驗結果，及時地對學生的實驗結果進行反饋。對于以往考工考證中的枯燥理論知識的學習，該系統(tǒng)為了激發(fā)學生的興趣也設置了游戲競技環(huán)節(jié)，學生利用該系統(tǒng)可以小組合作完成理論答題比賽，小組成員全部通關后方可進入實驗操作環(huán)節(jié)，這就促使該小組成員通力合作，互幫互助，共同進步。

分層教學：針對化工技能比賽的學生，該系統(tǒng)設置了分層教學模塊，利用該模塊，教師可以根據(jù)技能比賽的特點，導入比賽題庫和操作事項。學生可以通過該系統(tǒng)模塊隨機抽取技能題庫進行答題，系統(tǒng)能自動評分并且?guī)椭m正分析錯誤，教師利用該系統(tǒng)能及時發(fā)現(xiàn)學生的知識薄弱點，進行重點輔導。

5該系統(tǒng)在應用中取得的成效和意義

5.1通過智慧教學系統(tǒng)的逐步應用，提高了學生的學習能力和學習成效

從不同角度真正實現(xiàn)了分層次化的學習，滿足不同學生對工業(yè)分析檢驗課程的各方面的需求。

1）學生的學習興趣明顯增強。

系統(tǒng)使用前后我們對學生學習興趣進行了調查，通過對比不難發(fā)現(xiàn)喜歡和很喜歡新教學方法的學生明顯多于系統(tǒng)使用前，不喜歡者明顯減少。學生從心理上認識到了工業(yè)分析檢驗這門課程的重要性，主觀上愿意參與到智慧教學系統(tǒng)學習中來，并且從理論、實驗操作、考工考證，技能實訓等多個環(huán)節(jié)人手，在解決問題的同時進一步發(fā)現(xiàn)新的問題，激發(fā)進一步探究的學習欲望，學生探究學習的熱情十分高漲。

2）學生學習能力和習慣得到改善

智慧教學系統(tǒng)應用以來，我校的學生的學習習慣和學習能力有了較大的改善。在傳統(tǒng)的工業(yè)分析檢驗教學中，教師在講臺上興致勃勃地講，學生消極、被動地聽，應付性的練習，課堂氣氛比較沉悶，不少學生精神不振。通過使用該智慧教學系統(tǒng)，使學生能夠親身參與到理論和實驗的學習中來，在沒有危險不浪費的前提下熟悉各個化工分析流程，從理論學習、實驗操作學習、考工考證有針對性的學習以及技能學生更高層次的學習，真正既提高了學生對所學理論知識的理解，又掌握了在生產(chǎn)崗位上的操作技能其主要任務。

3）實現(xiàn)層次化學習，學生的學習成效明顯提高

智慧教學系統(tǒng)的學習從多個角度人手，滿足不同學生學習的需求，學生的專業(yè)理論知識和技能大大提高。

學生通過系統(tǒng)可以采用自主學習的方式參與到系統(tǒng)的順序復習、預習、學習新知識以及考核發(fā)現(xiàn)學習中的薄弱點；然后通過小組合作探究學習的方式去思考問題、探究問題，分小組討論問題，最終解決問題，學生溝通能力和合作能力得到提高。

4）學生通過該系統(tǒng)的使用，在技能大賽中也有所突破

在近幾年的市工業(yè)分析檢驗技能競賽中，我校技能教師和學生的成績也有明顯的突破，多次榮獲省、市級的各類獎項。其中在2016年度中，我校技能學生獲江蘇省工業(yè)分析檢驗技能競賽高職組一等獎的好成績。

5.2在智慧教學系統(tǒng)的開發(fā)和應用研究過程中，培養(yǎng)了使教師理論研究和實踐開發(fā)的能力，促進教師各方面的成長

對工業(yè)分析檢驗課程的教學形式更加多樣，教學形式更加靈活，教學信息傳輸更加多向和交互，教學平臺更加開放，教學反饋更加智能化，教學效果更顯著。

1）促進了教師專業(yè)水平和綜合素質的提高

通過工業(yè)分析檢驗智慧教學體統(tǒng)的研究，我們發(fā)現(xiàn)設計開發(fā)教學系統(tǒng)以及對系統(tǒng)的應用對教師的綜合素質要求很高，必須具備較高的專業(yè)研發(fā)水平，還有專業(yè)素養(yǎng)才能指導學生學習。在研究中課題組成員不斷學習，自身素質得到了較大的提高。計算機專業(yè)教師潛心分析課程特點，重點設計開發(fā)智慧教學系統(tǒng)；化工專業(yè)教師獲得鎮(zhèn)江市信息化教學大賽各類獎項。

2）實現(xiàn)分層次化教學，大大提高了教師對于工業(yè)分析檢驗課程的教學效果。智慧教學系統(tǒng)的四個功能模塊，從不同角度滿足了教師不同方式的有針對性教學，工業(yè)分析檢驗課程的教學形式更加多樣，教學形式更加靈活，教學信息傳輸更加多向和交互，教學平臺更加開放，教學反饋更加智能化，教學效果更顯著。

6總結

工業(yè)分析檢驗智慧教學系統(tǒng)與工業(yè)分析檢驗課程傳統(tǒng)教學模式相比，這樣的信息化、智能化教學系統(tǒng)將具備明顯的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：教學資源和獲取渠道的多樣性；教學形式和時間安排的靈活性；教學信息傳輸?shù)亩嘞蛐院徒换バ裕唤虒W平臺系統(tǒng)的開放性；教學反饋過程的智能性。結合最新的教育研究成果和信息技術，研究和建立的智能教學系統(tǒng)將有助于更新教學觀念，重建了師生關系；豐富了教學內(nèi)容，增強了教學媒體的作用；有利于挖掘學生的個性潛能，培養(yǎng)創(chuàng)造性的思維能力；有助于教學質量的提高，促進教育的現(xiàn)代化；有利于化學資源的優(yōu)化配置，降低教學成本；有助于提高學生的學習興趣，增強學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的綜合能力，提高教學質量。因此，開發(fā)工業(yè)分析檢驗教智能教學系統(tǒng)，在教師教學、學生自主學習與考核中逐步應用，并進行深入研究，意義深遠。