大學物理實驗教學管理系統(tǒng)用戶需求調(diào)查研究

畢會英 徐美林 蔡桂雙 徐義爽 張 欣 李 徽

(北京科技大學 天津?qū)W院,天津 寶坻 301830)

大學物理實驗教學管理系統(tǒng)用戶需求調(diào)查研究

畢會英 徐美林 蔡桂雙 徐義爽 張 欣 李 徽

(北京科技大學 天津?qū)W院,天津 寶坻 301830)

教學管理的信息化為大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的開發(fā)研究提出了要求。為有效開發(fā)大學物理教學管理系統(tǒng)，該文通過現(xiàn)場調(diào)查、個人訪談、調(diào)查問卷的方法對系統(tǒng)的目標用戶需求進行了調(diào)查研究；提出了用戶對大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的功能和性能需求，并對系統(tǒng)開發(fā)的意義和作用進行了分析。調(diào)研結(jié)果對系統(tǒng)開發(fā)具有指導作用。

大學物理實驗；教學管理系統(tǒng)；用戶需求；調(diào)查；研究

根據(jù)2014年教育部發(fā)出的《關于開展2014年國家級實驗教學示范中心建設工作的通知》精神，實驗教學中心應具有先進的信息化水平，努力推進信息技術與實驗教學深度融合，加強信息技術在實驗教學過程中的廣泛應用；建設普通實驗教學、研究性實驗教學和虛擬仿真實驗教學等信息化實驗教學資源，建立統(tǒng)一的實驗教學中心信息化管理平臺。這不僅對國家級實驗教學中心提出了要求，也對各級各類高校的實驗教學中心具有指導作用。如何利用計算機技術與實驗教學管理的有機融合，使學生不受時間和空間限制地進行學習，有效擴大學生的受益面，實現(xiàn)教學內(nèi)容、空間、時間、人員和設備等的高效利用，推動課程管理、師生交流、教學評價的信息化，更好地滿足學生學習、教師教學和實驗室管理的需求，是物理實驗教學和管理過程中面臨的課題。美國大學的近代物理實驗中幾乎100%使用計算機[1]，我國許多知名高校大多也在使用大學物理實驗教學管理系統(tǒng)[2]，但二本、三本院校物理實驗教學管理系統(tǒng)使用相對較少[3]，且使用院校在使用過程中會出現(xiàn)系統(tǒng)功能不能很好滿足具體教學和管理需求的問題[4]。因此，開發(fā)出完全適合自身教學和管理需求的大學物理實驗系統(tǒng)平臺，顯得尤為重要。

本文根據(jù)教育部對實驗室建設的工作要求，結(jié)合北京科技大學天津?qū)W院物理實驗教學的實際情況，對承擔的《大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的開發(fā)與研究》項目做了大量的前期調(diào)研工作。為了更好地了解教師、學生和教學管理的需求，有效開發(fā)一套適合北京科技大學天津?qū)W院物理實驗室教學需求的教學管理系統(tǒng)平臺，通過采取實地考察、調(diào)查問卷和個人訪談的形式分別對物理實驗教學管理系統(tǒng)的主要用戶(學生和教師)進行了調(diào)研；并選取了3所高校進行實地調(diào)研，希望該系統(tǒng)平臺能滿足北京科技大學天津?qū)W院師生的教學和管理需求；真正實現(xiàn)教學資源共享，教學管理信息化、規(guī)范化和系統(tǒng)化，提高實驗教學的教學效果和管理效率，更好地滿足開放式實驗教學的需求。

1 高校和教師的調(diào)研

本文選取了北京交通大學、華北電力大學和北京科技大學天津?qū)W院3所不同層次的有代表性的高校進行實地調(diào)查和對比研究。北京交通大學物理實驗室是信息技術和實驗教學結(jié)合得較好的一所實驗教學示范中心，是國家工科物理優(yōu)秀教學基地，首批國家物理教學示范中心的特色實驗室，依托首批國家級教學團隊和國家級精品課團隊，實力雄厚。北京交通大學物理演示與探索實驗室于2005年獲得國家教學成果特等獎，內(nèi)容涉及力學、熱學、振動、波動、電磁學、光學和近代物理等領域近300個實驗項目。集科學性與趣味性于一體，可參與性強。實驗室還首創(chuàng)計算機導學系統(tǒng)，收入大量的視頻資料、計算機動畫、圖片和文字資料，供學生預習、復習和輔助實驗；參與者可在觸摸屏計算機上進行不同層次的自主學習。實驗中心建有教學網(wǎng)站，提供教學資源并進行教學管理。學生利用教學網(wǎng)站選課，查詢成績；教師利用網(wǎng)站進行教學管理，登錄、統(tǒng)計學生成績；實驗設備信息(如購置計劃、設備賬目等)、實驗項目信息(實驗名稱、性質(zhì)和內(nèi)容等)實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理。北京交通大學物理演示與探索實驗室還對在校中小學生及其他社會公眾團體參觀免費開放，受到了熱愛科學的各界人士的歡迎，也帶來了很好的社會效益[5]。

華北電力大學物理實驗室隸屬于物理教研室，物理實驗課程為非單獨設置課程，是一門公共基礎課程，供理工類各專業(yè)學習；屬于大學物理課程的一部分，任課教師由理論課教師擔任，教學模式仍采用傳統(tǒng)的板書上課，實驗考核計入理論課成績；在實驗教學管理過程中沒有使用實驗教學管理系統(tǒng)。

北京科技大學天津?qū)W院是一所獨立學院，既有別于普通本科高校，也有別于職業(yè)技術學院和自行辦學的民辦高校。培養(yǎng)目標是“高素質(zhì)應用型人才”，建立完善的實踐教學體系是實現(xiàn)該目標的重要途徑，找到適合本院特色的實踐教學方法顯得非常重要，而物理實驗教學正是實踐教學體系中非常重要的內(nèi)容，大學物理實驗教學對培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力以及對物理理論的理解起到不可替代的作用[6]。目前，我院物理實驗室的教學過程要求是：學生預習-教師講授-課堂操作-實驗結(jié)果討論-撰寫實驗報告。即：1)學生課前做好預習，課堂上教師主要采用PPT投影方式講授；2)操作時，實行學生分組實驗的教學方法，數(shù)據(jù)記錄完畢，教師和學生對實驗結(jié)果進行討論，查找并解決實驗結(jié)果暴露出來的問題；3)實驗結(jié)束后，撰寫實驗報告。但在教學過程中存在問題：1)學生預習時因受到儀器限制，預習效果不佳；2)由于受到實驗時間限制，不能進行更進一步地學習，對有些知識不能深刻理解；3)實驗結(jié)束后，只能根據(jù)課堂上掌握的內(nèi)容，憑回憶和記憶完成實驗報告，不能有效進行嘗試和創(chuàng)新活動；4)由于受到實驗場地的限制，學生反復練習操作的需求得不到滿足；5)實驗教師在記錄實驗成績時工作量較大等。為了解決實驗教學過程中出現(xiàn)的這些問題，開發(fā)一套適合北京科技大學天津?qū)W院物理實驗教學管理要求的信息化教學管理系統(tǒng)平臺非常必要[7]。

為了更好滿足系統(tǒng)用戶需要，就實驗教學管理系統(tǒng)的需求情況分別對3所高校的物理實驗教學管理情況進行了調(diào)研，調(diào)研結(jié)果對比如表1所示。

表1 大學物理實驗教學管理系統(tǒng)需求意向調(diào)查

從表1可以看出，有教學系統(tǒng)的學校，教學信息化程度高，實現(xiàn)了資源的共享，取得了較好的教學效果，對社會開放也實現(xiàn)了社會效益；而沒有教學系統(tǒng)的學校還保持著以前傳統(tǒng)的教學模式，沒有新的變化[8]。華北電力大學雖然沒有使用該系統(tǒng)，但有開發(fā)或購買的意向，希望教學系統(tǒng)能對教學起到積極影響和作用，目前國內(nèi)許多二本、三本高校都有類似情況存在。隨著教育部對實驗室教學信息化建設的要求，北京科技大學天津?qū)W院和一些高校已經(jīng)意識到系統(tǒng)開發(fā)的必要和重要性，有意向以自主開發(fā)方式推進信息化教學平臺的實施和應用。

除此之外，對以上3所高校的物理實驗任課教師以個人訪談的形式進行了調(diào)研。北京交通大學的老師認為，該實驗教學系統(tǒng)提高了學習效率，對提高教學效果起積極作用；華北電力大學老師認為，希望嘗試使用實驗教學管理系統(tǒng)進行輔助教學；北京科技大學天津?qū)W院老師希望，通過系統(tǒng)平臺的成功開發(fā)和應用，能有效緩解學生學習需求和實驗教學資源(儀器、時間、場地)有限之間的矛盾，有效解決學生預習難、復習難和管理難的問題。

2 對學生需求的調(diào)查研究

本文對學生采用了調(diào)查問卷的方式進行調(diào)查。為了使調(diào)查問卷具有普適性，本文在北京科技大學天津?qū)W院理工類各專業(yè)班級中隨機抽取8個班作為調(diào)查對象。調(diào)研對象涵蓋了所有必修過大學物理實驗的理工類各專業(yè):計算機、材料、機械、物聯(lián)、軟件、土木等的大二和大三學生。大二學生已經(jīng)修過大學物理理論課程，并正在進行大學物理實驗課程的學習，對物理實驗課程的要求和學習過程中出現(xiàn)的問題比較了解；大三學生已修過大學物理實驗課程，對如何解決學習中的問題有深刻認識，并正在進行大學物理實驗后續(xù)課程的學習，非常了解物理實驗與后續(xù)課程之間的聯(lián)系，樣本保證了所獲信息的準確性。本次調(diào)研共發(fā)放調(diào)查問卷300份，收回有效問卷288份。

本次調(diào)查問卷主要從系統(tǒng)開發(fā)的必要性，系統(tǒng)開發(fā)的具體需求，系統(tǒng)開發(fā)的意義及作用3方面來設計調(diào)查問卷，并對調(diào)查結(jié)果進行了統(tǒng)計分析。

2.1 《大學物理實驗教學管理系統(tǒng)》開發(fā)研究的必要性

如表2所示，我們從系統(tǒng)開發(fā)是否必要、是否瀏覽其他院校的管理系統(tǒng)、大學物理實驗與其他后續(xù)課程的關系如何3個方面來了解學生對系統(tǒng)開發(fā)的認識。

表2 《大學物理實驗教學管理系統(tǒng)》的必要性

2.2 學生需求調(diào)查分析

系統(tǒng)的用戶需求是開發(fā)本系統(tǒng)的依據(jù)和根本，學生是本系統(tǒng)的主要使用者。本次調(diào)查就學生對系統(tǒng)的功能和性能需求進行了重點調(diào)查研究，如表3所示。

表3 《大學物理實驗教學管理系統(tǒng)》的學生需求調(diào)查

2.2.1 系統(tǒng)功能需求

本系統(tǒng)用戶類型分為學生、教師和管理員。不同的用戶有不同的需求。

1)學生需求：學生可以在系統(tǒng)平臺上進行預習、復習、下載資料、查詢并打印成績、模擬實驗、預約實驗、互動提問。

2)教師需求：教師可以登錄系統(tǒng)進行上傳、下載、編輯、修改實驗教學相關資料；記錄、修改、統(tǒng)計、分析學生成績；瀏覽預約信息、打印學生名單；可以發(fā)布實驗內(nèi)容、實驗時間、實驗地點、實驗教師等相關教學信息；可以就學生提出的相關問題進行解答和討論。

3)管理員需求：管理員可以發(fā)布通知，在后臺修改信息等，以實現(xiàn)教學管理的需求。

因此，根據(jù)以上用戶需求，將實驗教學管理系統(tǒng)分為普物實驗教學系統(tǒng)、演示實驗教學系統(tǒng)、實驗成績管理系統(tǒng)、實驗室開放預約系統(tǒng)和實驗論壇5個功能模塊，分別執(zhí)行相應功能，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊需求

2.2.2 系統(tǒng)性能需求

根據(jù)表3的調(diào)查結(jié)果，實驗教學管理系統(tǒng)平臺應考慮以下幾點需求：

1)系統(tǒng)應易于操作和維護：因為系統(tǒng)的主要用戶是學生和教師，所以系統(tǒng)的操作和維護要盡量簡單、方便，用戶界面友好，能夠易學易用，便于學生和教師操作。

2)系統(tǒng)應具有高可靠性和穩(wěn)定性：系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障將直接影響實驗室正常的教學工作和學生的實驗課程學習，所以系統(tǒng)必須具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。

3)系統(tǒng)應具有較強的安全保密性：系統(tǒng)應提供完善的授權機制，拒絕未被授權的人員訪問、修改數(shù)據(jù)信息，特定的人員只能對特定的信息進行特定的操作。系統(tǒng)應提供數(shù)據(jù)的備份和恢復功能。

4)系統(tǒng)應具有一定的開放性：隨著信息化的進一步推進，還有其他很多的系統(tǒng)會陸續(xù)實施，故系統(tǒng)必須具有一定的開放型，應預留與其他系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)的接口。

5)可擴展性：系統(tǒng)是針對目前的現(xiàn)狀和未來幾年的一個大體規(guī)劃設計的，隨著學校規(guī)模的進一步擴建，很有可能目前的功能難以滿足需求，所以應便于升級維護，便于增加功能和模塊。

3 系統(tǒng)開發(fā)的意義和作用

《大學物理實驗教學管理系統(tǒng)》是為滿足實驗教學和管理的需求而進行的開發(fā)研究，根據(jù)對系統(tǒng)用戶的調(diào)研分析，該系統(tǒng)的開發(fā)應滿足不同用戶的使用需求，在實驗教學和管理過程中應起到積極的作用。

3.1 系統(tǒng)開發(fā)有助于學生的預習和復習

《大學物理實驗教學管理系統(tǒng)》研發(fā)目的是提高實驗教學的教學效果和管理效率，更好滿足實驗教學的需求。通過對高校的教師和學生的調(diào)研分析，可以看出大學物理實驗教學管理平臺，將有助于學生實時的預習和復習[9]，學生在沒有條件到實驗室學習時，可以通過該系統(tǒng)平臺打開教學視頻，或通過模擬實驗進行預習和復習；可實現(xiàn)網(wǎng)上提問，并得到老師的及時解答，從而提高學習效率，有效改善學習效果。

3.2 系統(tǒng)有助于教師管理學生成績

由于大學物理實驗包含實驗項目較多，實驗成績由預習報告、實驗操作、平時成績和考試成績等要素組成，教師在登記、統(tǒng)計和分析學生成績時工作量較大，工作效率低下。該系統(tǒng)的開發(fā)能極大地節(jié)省工作時間，提高教師的工作效率。

3.3 系統(tǒng)將實現(xiàn)教學管理的信息化、規(guī)范化和系統(tǒng)化

大學物理實驗作為一門理工類專業(yè)的必修公共基礎課，必修學生人數(shù)較多，通過系統(tǒng)平臺可以對學生的個人信息、學習內(nèi)容、學習成績和實驗報告等教學信息進行及時有效處理；同時實驗項目所用實驗儀器種類和數(shù)量較大，系統(tǒng)可以對實驗項目和實驗儀器實現(xiàn)信息化管理，將極大提高教學管理的效率[10]。教學管理人員還可通過該系統(tǒng)平臺及時發(fā)布教學通知、課表、新聞和教學動態(tài)等教學信息，加強了師生之間的聯(lián)系和有效溝通，便于實驗教學的順利進行。

4 結(jié)束語

本次調(diào)研分別采用了實地調(diào)研、個人訪談和調(diào)查問卷等研究方法，調(diào)研結(jié)果達到了預期效果。對各高校的調(diào)研采取了實地考察的方法，了解了各高校對大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的積極認識和使用現(xiàn)狀；對教師的調(diào)研，采取了個人訪談的形式，獲得了教師對系統(tǒng)的迫切需求；對學生需求的調(diào)研，采用了調(diào)查問卷的形式進行，參與問卷回答的學生均為已經(jīng)學習和正在學習大學物理實驗課程的學生，涉及理工類各專業(yè)，問卷答案基本能夠反映學生對系統(tǒng)的功能和性能的要求。系統(tǒng)的開發(fā)應充分考慮并依據(jù)學生、教師和教學管理者對系統(tǒng)的功能和性能的具體需求，開發(fā)出一套包含普物實驗教學系統(tǒng)、演示實驗教學系統(tǒng)、實驗成績管理系統(tǒng)、實驗室開放預約系統(tǒng)、實驗論壇5個功能模塊的教學管理系統(tǒng)平臺；系統(tǒng)應具有易操作性、安全性、穩(wěn)定性、開放性和擴展性等特點。本文對系統(tǒng)開發(fā)的必要性、用戶的需求、系統(tǒng)開發(fā)的意義等進行了調(diào)研分析，獲得了用戶對系統(tǒng)開發(fā)的具體功能和性能要求，本次調(diào)研對系統(tǒng)開發(fā)具有指導作用。

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Survey Report on User Needs of Teaching Management System for College Physics Experiment

BI Huiying，XU Meilin，CAI Guishuang，XU Yishuang，ZHANG Xin，LI Hui

(Tianjin College , University of Science and Technology Beijing , Tianjin Baodi 301830)

Teaching management information technology triggers an emergent request of development research on college physics experiment teaching and management system.To effectively develop the college physics teaching management system, this paper investigates the target user requirements of the system through on-the-spot investigation, personal interview and questionnaire, and proposes the functional and performance requirements of the system.The significance and function of the system development are analyzed.These survey results play the guiding role on the system development.

college physics experiment；teaching management system；user needs；survey；research

2015-12-27；修改日期:2016-12-30

北京科技大學天津?qū)W院——“大學物理實驗教學管系統(tǒng)的開發(fā)與研究” 項目(201403)。

畢會英(1967-)，女，碩士，高級實驗師，主要從事大學物理實驗教學和管理方面的研究。

G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.01.032