基于小班化教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)選課預(yù)約系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬曉麗，陳秋龍，周偉敏，吳雪艷，曹力軍，吳云劍，李 澍

（上海交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240）

基于小班化教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)選課預(yù)約系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬曉麗，陳秋龍，周偉敏，吳雪艷，曹力軍，吳云劍，李 澍

（上海交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240）

該文闡述了為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理，基于小班化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式特點(diǎn)，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院以O(shè)racle網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心建立的實(shí)驗(yàn)教學(xué)選課預(yù)約系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括課程設(shè)置模塊、分組模塊、選課模塊和系統(tǒng)維護(hù)模塊。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化選課模式，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)放時(shí)間，學(xué)生自主選擇教學(xué)時(shí)間和分組，開(kāi)展小班化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。實(shí)踐表明，通過(guò)指導(dǎo)教師設(shè)置課程、學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間和分組的方式，該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，促進(jìn)了教學(xué)管理工作。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)；小班化；預(yù)約系統(tǒng)；教學(xué)效率

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理工科必不可少的教學(xué)內(nèi)容之一［1］，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力和工程應(yīng)用知識(shí)的能力，主要的教學(xué)手段是指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力［2－9］。受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的每組學(xué)生人數(shù)不宜過(guò)多，否則會(huì)影響實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果［10－12］。目前，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心采用小班化的教學(xué)方式來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量，但給實(shí)驗(yàn)課程的分配與安排帶來(lái)了很大的困難。

針對(duì)由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)小班化和每學(xué)年學(xué)生數(shù)眾多的現(xiàn)狀，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心利用多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，自主研發(fā)了適合自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué)選課預(yù)約系統(tǒng)。學(xué)生通過(guò)選課預(yù)約系統(tǒng)自行選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間和分組，不僅提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的選課效率，而且方便了每學(xué)期指導(dǎo)教師的課程管理，合理安排了實(shí)驗(yàn)時(shí)間、高效利用了實(shí)驗(yàn)室資源和簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析和選課模塊設(shè)置

上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是材料科學(xué)與工程學(xué)院直屬的二級(jí)部門(mén)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心依托材料科學(xué)與工程一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科，面向?qū)W科教學(xué)科研，服務(wù)于材料科學(xué)與工程國(guó)家特色專業(yè)及全校材料相關(guān)學(xué)科專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心目前擁有1 094 m2的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，儀器設(shè)備321臺(tái)／件，價(jià)值3 421萬(wàn)元。中心作為材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要基地，不但承擔(dān)了本專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，而且為上海交通大學(xué)非材料專業(yè)的課程提供了實(shí)驗(yàn)教學(xué)支撐服務(wù)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心還利用材料科學(xué)與工程學(xué)科多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，為大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的本科專業(yè)核心課程包括材料科學(xué)與工程綜合實(shí)驗(yàn)I和材料科學(xué)與工程綜合實(shí)驗(yàn)II，實(shí)驗(yàn)類別涉及材料加工測(cè)試、力學(xué)性能測(cè)試、物理性能測(cè)試、物相分析和微觀組織分析等幾大模塊。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系主要分為3個(gè)層次，即專業(yè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合型實(shí)驗(yàn)和拓展型特色實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)之比為基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)：綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)：拓展實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)＝1∶2∶2，目的是提高學(xué)生技能訓(xùn)練能力、知識(shí)技能的運(yùn)用能力和知識(shí)技能的集成設(shè)計(jì)能力。

針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心教師人數(shù)少，實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)重的現(xiàn)狀，按照以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心開(kāi)發(fā)了基于Oracle網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的網(wǎng)上預(yù)約選課開(kāi)放模式，將預(yù)約系統(tǒng)功能模塊分為課程設(shè)置模塊、分組選課模塊和系統(tǒng)維護(hù)模塊。實(shí)驗(yàn)教學(xué)選課預(yù)約系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)選課預(yù)約系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)

1.1 課程設(shè)置模塊

課程設(shè)置模塊主要由教學(xué)指導(dǎo)教師進(jìn)行設(shè)置，主要包括創(chuàng)建學(xué)期、創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)類別、創(chuàng)建分組數(shù)目和分配實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容4個(gè)部分，實(shí)驗(yàn)預(yù)約選課系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)如圖2所示。按照上海交通大學(xué)教務(wù)處課程部署，教學(xué)指導(dǎo)教師在每個(gè)學(xué)期初添加新學(xué)期課程安排，指導(dǎo)教師通過(guò)設(shè)置“當(dāng)前學(xué)期”查看不同學(xué)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)選課及完成情況。實(shí)驗(yàn)類別中，基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)驗(yàn)（技能訓(xùn)練）主要包括金相樣品制備方法與技能、金相顯微鏡原理及顯微分析方法、電子顯微鏡原理及組織分析、材料力學(xué)性能測(cè)試原理與方法、材料物理性能測(cè)試方法和X射線物相分析及應(yīng)力測(cè)試；綜合實(shí)驗(yàn)（知識(shí)技能的運(yùn)用）部分主要包括二元合金平衡組織分析、鋁硅合金熔煉鑄造與組織性能分析、金屬材料熱處理性能與組織演化、金屬材料液態(tài)成型與組織性能、材料固態(tài)成型及其性能分析、焊接接頭組織與性能分析、材料疲勞特征與分析以及材料腐蝕性能分析；在拓展實(shí)驗(yàn)（知識(shí)技能的集成—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)）中，主要包括材料成型工藝與性能評(píng)價(jià)、高溫材料設(shè)計(jì)與性能分析、先進(jìn)陶瓷材料制備與性能分析、醫(yī)用生物材料制備與性能、復(fù)合材料成型與性能分析、微電子材料封裝與性能測(cè)試、智能焊接編程與質(zhì)量監(jiān)控、鎂合金固態(tài)成型與性能評(píng)價(jià)。指導(dǎo)教師按照相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)定實(shí)驗(yàn)類別和分組數(shù)目，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目信息包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、開(kāi)放狀態(tài)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)度等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程設(shè)置。

圖2 實(shí)驗(yàn)預(yù)約選課系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

1.2 分組選課模塊

由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式不同于理論教學(xué)的課堂授課模式，教學(xué)內(nèi)容更側(cè)重于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力，故為了提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)安排為小班化教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)預(yù)約選課流程如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)預(yù)約流程圖

針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)小班化的固有特色，實(shí)驗(yàn)教學(xué)選課預(yù)約系統(tǒng)設(shè)立了分組模塊設(shè)計(jì)功能。在分組模塊中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)定分組數(shù)目并設(shè)定每組人數(shù)上限。除了工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新類活動(dòng)外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心設(shè)置課內(nèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)做到每組2～3人，使用大型設(shè)備保證每組8人以下，并使每位學(xué)生獨(dú)立操作和獨(dú)立完成，以達(dá)到學(xué)生真正掌握基本實(shí)踐技能的目的。在選課系統(tǒng)中，指導(dǎo)教師通過(guò)設(shè)定小組化名稱作為學(xué)生的登錄賬號(hào)信息，減少了對(duì)學(xué)生需要逐一開(kāi)通賬號(hào)的繁瑣復(fù)雜流程。學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)組別登錄系統(tǒng)后，根據(jù)指導(dǎo)教師設(shè)定的實(shí)驗(yàn)名稱、小組數(shù)目和單組人數(shù)上限等相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置內(nèi)容進(jìn)行小組化選課流程。另外，指導(dǎo)教師必須指定實(shí)驗(yàn)開(kāi)放時(shí)間，學(xué)生才可根據(jù)指導(dǎo)教師設(shè)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選課。授課教師經(jīng)過(guò)對(duì)課程內(nèi)容初始化和分組完成后，學(xué)生預(yù)約相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。學(xué)生在選課時(shí)，按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間進(jìn)度安排，可獲知的實(shí)驗(yàn)課程信息主要包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)日期和選課狀態(tài)等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)教師可以查看學(xué)生對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的預(yù)約情況，對(duì)學(xué)生的預(yù)約選課情況進(jìn)行分配實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程設(shè)置實(shí)驗(yàn)的小班化人數(shù)，安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，從而完成選課流程。指導(dǎo)教師需要確認(rèn)實(shí)驗(yàn)組號(hào)、實(shí)驗(yàn)組長(zhǎng)、學(xué)號(hào)信息、聯(lián)系方式及操作類別等實(shí)驗(yàn)信息，方便對(duì)學(xué)生信息的掌握和溝通聯(lián)系。預(yù)約成功的學(xué)生可以按照系統(tǒng)反饋的實(shí)驗(yàn)信息在規(guī)定時(shí)間完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。

1.3 系統(tǒng)維護(hù)模塊

系統(tǒng)維護(hù)模塊包括信息管理和數(shù)據(jù)庫(kù)更新兩個(gè)部分。信息管理主要包含對(duì)實(shí)驗(yàn)課表信息更新和查詢、選課情況和實(shí)驗(yàn)進(jìn)度的統(tǒng)計(jì)和查詢、實(shí)驗(yàn)課程的通知信息發(fā)布、上傳實(shí)驗(yàn)課程講義與課堂作業(yè)等內(nèi)容。通過(guò)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理，學(xué)院教學(xué)委員會(huì)成員可以定期進(jìn)行實(shí)驗(yàn)選課情況監(jiān)督，查看實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的進(jìn)展情況及完成情況，并提出檢查反饋意見(jiàn)，從而促進(jìn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的監(jiān)督和管理。系統(tǒng)管理員根據(jù)反饋意見(jiàn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)選課系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改和更新，為學(xué)生提供良好的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)選課平臺(tái)。

2 選課系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中的應(yīng)用

上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的材料科學(xué)與工程綜合實(shí)驗(yàn)I和材料科學(xué)與工程綜合實(shí)驗(yàn)II兩門(mén)核心專業(yè)課程已經(jīng)被列為“985工程”三期子項(xiàng)目“材料科學(xué)與工程知識(shí)全流程實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)”，中心通過(guò)強(qiáng)化儀器設(shè)備資源、積極申報(bào)特色實(shí)驗(yàn)等手段逐步完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系并推動(dòng)小班化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有序開(kāi)展。目前，實(shí)驗(yàn)課程的授課對(duì)象為三年級(jí)本科生，每學(xué)年的人數(shù)為130～150人左右，實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)為15 000小時(shí)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)選課預(yù)約系統(tǒng)自2014年正式運(yùn)行以來(lái)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了包括基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)的20多門(mén)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的有效管理和監(jiān)督。指導(dǎo)教師每學(xué)期根據(jù)教學(xué)大綱安排或調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)實(shí)驗(yàn)選課預(yù)約系統(tǒng)，可以高質(zhì)高效地記錄每學(xué)年的實(shí)驗(yàn)選課情況，主要包括每學(xué)年的實(shí)驗(yàn)課程名稱、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間、小班化人數(shù)、實(shí)驗(yàn)學(xué)生信息等，并可以對(duì)選課信息數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和備份。此系統(tǒng)的運(yùn)行減輕了小班化教學(xué)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課程分配的工作負(fù)擔(dān)，方便了同學(xué)們協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)安排，利于管理者和指導(dǎo)教師對(duì)課程信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)查詢與統(tǒng)計(jì)。該系統(tǒng)的成功運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)化、規(guī)范化和高效化教學(xué)管理，具有一定的示范作用和推廣價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心充分利用網(wǎng)絡(luò)化信息技術(shù)，建設(shè)了先進(jìn)的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站為HTTP：／／MEEC.SJTU.EDU.CN。針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)小班化的特點(diǎn)，自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)選課預(yù)約系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化選課模式，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)放時(shí)間，學(xué)生自主選擇教學(xué)時(shí)間和分組，開(kāi)展小班化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。此系統(tǒng)的運(yùn)行減少了指導(dǎo)教師分配實(shí)驗(yàn)課程的工作量，方便了學(xué)生協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)安排，利于管理者和指導(dǎo)教師對(duì)課程信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)查詢與統(tǒng)計(jì)。該系統(tǒng)的應(yīng)用整合了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量體系。

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Design and Application of Experimental Teaching Elective Reservation System Based on the Small Class Teaching

MA Xiaoli，CHEN Qiulong，ZHOU Weimin，WU Xueyan，CAO Lijun，WU Yunjian，LI Shu
（School of Materials Science and Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200240，China）

In order to improve the quality of teaching and the promotion of experimental laboratory management，based on the small class experimental teaching mode，this paper presents a selection and reservation system with the oracle database，established by the school of materials science and engineering，Shanghai Jiao Tong University.The selection system includes curriculum modules，grouping module，elective module and system maintenance module.Students choose teaching time and group to carry out small class teaching experiment activities during the experiment opening time.By the network elective mode，the curriculum contents and time were set up by the instructor，and selected by the students.Practice shows that，through the way that teachers set up guidance of courses，students freely choose experimental time and grouping，the application of the system.improves the experimental teaching efficiency，and promotes the teaching management.

experiment teaching；small－class；reservation system；teaching efficiency

G424.1

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.048

2015－10－23；修改日期：2016－10－24

馬曉麗（1981－），女，工程師，主要從事材料檢測(cè)分析、實(shí)驗(yàn)室管理及焊接工藝及機(jī)理方面的研究工作。