基于微信小程序的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

佟林金，陳曲揚(yáng)，陳雅薇，王曉萌

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)理學(xué)院，山東 青島 266580)

教育信息化2.0是新技術(shù)、新方式、新理念支撐下的教育信息化，將多維度、全方面地推動(dòng)教育改革[1]。另一方面隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的快速發(fā)展，教育信息化的新格局正在形成。教育信息化已成為教育改革與發(fā)展的方向[2-4]。在教育信息化的背景下，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適合混合式教學(xué)的信息化教學(xué)手段是當(dāng)今課程教學(xué)面臨的問(wèn)題之一。目前，信息化的教學(xué)手段主要以PC端WEB在線學(xué)習(xí)和移動(dòng)智慧終端為主。其中，基于智慧終端的移動(dòng)式學(xué)習(xí)以其靈活多變的學(xué)習(xí)方式和先進(jìn)高效的學(xué)習(xí)理念在眾多學(xué)習(xí)方式中脫穎而出，受到越來(lái)越多學(xué)生的青睞。小程序是一款借助微信平臺(tái)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，無(wú)須安裝，即用即走，具有良好的交互性[5，6]。既優(yōu)化了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，又避免了同類(lèi)移動(dòng)App軟件平臺(tái)對(duì)教、學(xué)雙方的束縛。研究提出了利用微信小程序開(kāi)發(fā)師生共建型物理實(shí)驗(yàn)開(kāi)放共享平臺(tái)，符合新一代網(wǎng)絡(luò)大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)需求[7]。

1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一門(mén)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)、自主創(chuàng)新研究及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神具有重要意義，也是大學(xué)生跨越物理理論知識(shí)與面向科學(xué)應(yīng)用研究之間的重要橋梁[8]。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課一般是面向理科或工科專業(yè)開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)必修課程之一，普遍面臨學(xué)生多，專業(yè)雜，學(xué)時(shí)少的困境。學(xué)生對(duì)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)停留在對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理的預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)儀器的操作使用缺乏深刻理解從而造成實(shí)驗(yàn)課時(shí)不夠、實(shí)驗(yàn)效果不理想、儀器故障率高等問(wèn)題。另一方面，由于實(shí)驗(yàn)課程的特殊性，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的復(fù)習(xí)比其他理論課的復(fù)習(xí)困難，往往使得課后復(fù)習(xí)沒(méi)有條件。針對(duì)目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中遇到的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，有必要在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入信息化的手段，與線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)互為補(bǔ)充、互為支撐，以提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和水平。

目前，線上物理實(shí)驗(yàn)信息化資源大部分都是基于PC終端的，而以手機(jī)、ipad等移動(dòng)式智慧終端為載體的線上大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)資源匱乏。通過(guò)對(duì)已學(xué)習(xí)過(guò)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的部分同學(xué)開(kāi)展調(diào)研，了解了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。結(jié)果顯示學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程演示及儀器的規(guī)范使用和介紹等需求強(qiáng)烈，對(duì)建立移動(dòng)式的學(xué)習(xí)資源平臺(tái)接受度非常高。并根據(jù)學(xué)生們的使用習(xí)慣最終選擇了以微信小程序?yàn)檩d體的技術(shù)手段[9，10]。

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

2.1 總體框架模式設(shè)計(jì)

在線移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)包括學(xué)生端和教師管理員后臺(tái)端，功能模塊主要包括教學(xué)模塊、實(shí)驗(yàn)管理模塊和成果展示模塊，其系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 師生共建型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在線平臺(tái)框圖

2.2 功能模式設(shè)計(jì)

智慧終端型移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)研究?jī)?nèi)容包括：教學(xué)資源模塊，實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊以及成果展示模塊三個(gè)部分。為大學(xué)生提供涉及力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，覆蓋范圍廣，能滿足不同專業(yè)不同物理基礎(chǔ)的學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。通過(guò)線上教學(xué)資源可以很好地完成課前知識(shí)的預(yù)習(xí)傳遞、課上知識(shí)的內(nèi)化及課后知識(shí)鞏固擴(kuò)展。教學(xué)資源模塊包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分布，教學(xué)微視頻，實(shí)驗(yàn)講義，習(xí)題測(cè)試等部分。其中，學(xué)生可通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分布功能查詢自己上課所在實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)課程相關(guān)信息。習(xí)題測(cè)試主要以單選、多選、判斷題的形式呈現(xiàn)，內(nèi)容涵蓋實(shí)驗(yàn)原理、具體知識(shí)點(diǎn)、儀器操作等部分。學(xué)生在課前根據(jù)自測(cè)題對(duì)實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)效果進(jìn)行檢驗(yàn)，在課后對(duì)實(shí)驗(yàn)整體的掌握程度進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，查漏補(bǔ)缺及時(shí)調(diào)整。

教學(xué)微視頻單元包含幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目視頻講解，可以掃描二維碼進(jìn)行觀看。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的操作、使用不熟練的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，專門(mén)錄制10 min以內(nèi)的微視頻。區(qū)別于傳統(tǒng)整堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻不同，微視頻主要以呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)儀器的規(guī)范使用介紹、實(shí)驗(yàn)演示操作這些學(xué)生反應(yīng)強(qiáng)烈的需求為主。學(xué)生可以在任何時(shí)間地點(diǎn)通過(guò)搜索小程序或者在課上通過(guò)掃描小程序生成的二維碼(張貼在實(shí)驗(yàn)臺(tái))進(jìn)行微視頻的學(xué)習(xí)，課上實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)儀器的規(guī)范使用及實(shí)驗(yàn)演示操作。這在一定程度上緩解了學(xué)生預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)受場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)儀器的限制，方便學(xué)生隨時(shí)觀看。既有利于預(yù)習(xí)也有利于復(fù)習(xí)，同時(shí)減少了由于學(xué)生實(shí)驗(yàn)儀器操作不熟悉或不規(guī)范造成的實(shí)驗(yàn)失敗或者儀器故障率高的問(wèn)題。平臺(tái)界面效果如圖2所示。

圖2 平臺(tái)界面

實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊包括學(xué)情統(tǒng)計(jì)分析和實(shí)驗(yàn)儀器問(wèn)題反饋模塊。根據(jù)學(xué)生在平臺(tái)的學(xué)習(xí)的歷史記錄(文章閱讀量、視頻觀看量、點(diǎn)贊數(shù))、留言等進(jìn)行學(xué)情統(tǒng)計(jì)分析。歸納梳理出學(xué)生比較感興趣或者比較難理解的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或者知識(shí)點(diǎn)，從而調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊單元的內(nèi)容，也可以服務(wù)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)。基于智慧終端的移動(dòng)式學(xué)習(xí)平臺(tái)能實(shí)時(shí)反饋實(shí)驗(yàn)儀器的使用、故障情況。方便教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備情況，由此可以降低由于高頻率使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備或者學(xué)生錯(cuò)誤操作等原因?qū)е碌能浻布S護(hù)成本保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的良好運(yùn)行。

師生共建型實(shí)驗(yàn)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)不僅要考慮教學(xué)內(nèi)容豐富這一原則還要充分考慮用戶體驗(yàn)性好。如果只建立而無(wú)法激起學(xué)生的興趣那么平臺(tái)則無(wú)存在及持續(xù)運(yùn)行的動(dòng)力。用戶體驗(yàn)包括：直觀性、吸引性、便捷性、課程需要性等。實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)成果及學(xué)生成果展示能很好地吸引學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣。成果展示包括學(xué)生在國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表的論文，在各類(lèi)大賽中的優(yōu)異成果和作品，創(chuàng)新訓(xùn)練中的優(yōu)秀作品等。

2.3 功能模式實(shí)現(xiàn)

2.3.1 小程序技術(shù)路線

系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)邏輯上分為前臺(tái)和后臺(tái)。前臺(tái)包括頁(yè)面的結(jié)構(gòu)、頁(yè)面的外觀視覺(jué)表現(xiàn)以及頁(yè)面層面的交互實(shí)現(xiàn)，主要是在用戶手機(jī)上實(shí)現(xiàn)。后臺(tái)包括對(duì)用戶數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)的處理、管理數(shù)據(jù)庫(kù)等功能。前端采用ivew組件庫(kù)，該組件庫(kù)實(shí)現(xiàn)了一些基礎(chǔ)的頁(yè)面組件，可以直接使用，配合HTML、CSS樣式、JavaScript語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)頁(yè)面的基本外觀和功能。后臺(tái)采用小程序的云開(kāi)發(fā)功能，通過(guò)云開(kāi)發(fā)提供的調(diào)用接口，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，及數(shù)據(jù)處理功能的實(shí)現(xiàn)。

2.3.2 前臺(tái)頁(yè)面的實(shí)現(xiàn)

個(gè)人頁(yè)面包括本系統(tǒng)設(shè)置的頁(yè)面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 小程序項(xiàng)目文件結(jié)構(gòu)

通過(guò)微信官方提供的小程序開(kāi)發(fā)者工具，點(diǎn)擊創(chuàng)建項(xiàng)目時(shí)會(huì)自動(dòng)生成小程序的基本配置文件和基礎(chǔ)框架代碼，每個(gè)頁(yè)面包含四個(gè)基本文件，分別以js、json、wxml、wxss作為后綴，js文件實(shí)現(xiàn)頁(yè)面的邏輯功能，json文件對(duì)頁(yè)面進(jìn)行基本配置，wxml文件實(shí)現(xiàn)頁(yè)面的基本結(jié)構(gòu)，wxss文件控制頁(yè)面樣式。當(dāng)頁(yè)面的內(nèi)容較多且重復(fù)的時(shí)，使用小程序的列表渲染，使用組件配合wx:for，設(shè)置頁(yè)面的css樣式。點(diǎn)擊內(nèi)容框并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)頁(yè)面時(shí)，使用參數(shù)傳遞和頁(yè)面跳轉(zhuǎn)API。

2.3.3 核心功能的實(shí)現(xiàn)代碼

視頻頁(yè)面的功能實(shí)現(xiàn)了記錄播放量、點(diǎn)贊、收藏、轉(zhuǎn)發(fā)、評(píng)論的功能。先在數(shù)據(jù)庫(kù)上創(chuàng)建相關(guān)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，當(dāng)用戶點(diǎn)擊播放、點(diǎn)贊、評(píng)論等圖案后，使用數(shù)據(jù)庫(kù)的inc接口，將相關(guān)記錄自增加1，數(shù)據(jù)修改成功后再修改本地顯示的數(shù)值。收藏功能的實(shí)現(xiàn)是用setStorageSyn函數(shù)，將視頻的標(biāo)題等信息記錄在本地，在視頻收藏記錄頁(yè)面加載該信息，顯示到頁(yè)面上。

題目測(cè)試功能主要實(shí)現(xiàn)了加載不同試題，自動(dòng)判斷答題情況，并記錄在本地。創(chuàng)建試題的題目數(shù)據(jù)和題目?jī)?nèi)容數(shù)據(jù)，用戶點(diǎn)擊進(jìn)入答題界面，根據(jù)測(cè)試名稱加載試題和答案，當(dāng)用戶提交答案，對(duì)比用戶答案和標(biāo)準(zhǔn)答案，錯(cuò)誤的題目顯示紅色，并將答題記錄儲(chǔ)存在本地。

2.3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，是小程序的重要組成部分，數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)決定了軟件的使用體驗(yàn)及管理效率。本系統(tǒng)結(jié)合各功能模塊設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計(jì)了video_info、user_comment、test、question、ppt_info五張數(shù)據(jù)表，設(shè)置“_id”為每條數(shù)據(jù)的唯一主鍵值。

用戶評(píng)論表user_comment。用戶評(píng)論表用于存儲(chǔ)用戶評(píng)論信息，當(dāng)用戶點(diǎn)擊發(fā)表評(píng)論時(shí)，將用戶id、用戶評(píng)論內(nèi)容、用戶頭像等構(gòu)造成一個(gè)json對(duì)象，將該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寫(xiě)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，在評(píng)論頁(yè)面向數(shù)據(jù)庫(kù)請(qǐng)求評(píng)論內(nèi)容，將評(píng)論數(shù)據(jù)顯示到評(píng)論頁(yè)面。

測(cè)試數(shù)據(jù)表test和問(wèn)題表question。測(cè)試數(shù)據(jù)表test主要用來(lái)存儲(chǔ)測(cè)試名稱和試題數(shù)目，當(dāng)小程序先獲取測(cè)試表的試題名稱和數(shù)量，再到題目?jī)?nèi)容表中，查詢題目的具體內(nèi)容。當(dāng)未進(jìn)入測(cè)試頁(yè)面時(shí)，只需獲取測(cè)試名稱，無(wú)須獲取具體的題目?jī)?nèi)容，此時(shí)應(yīng)該使用冗余設(shè)計(jì)。

視頻信息表video_info。視頻信息表主要是存儲(chǔ)視頻的鏈接、視頻標(biāo)題、評(píng)論數(shù)、點(diǎn)贊數(shù)、封面圖片、觀看數(shù)。當(dāng)用戶在視頻播放頁(yè)面有上述操作時(shí)，將會(huì)修改相關(guān)的記錄數(shù)值，并將修改后的記錄存儲(chǔ)回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。在云平臺(tái)上存儲(chǔ)好視頻資源，通過(guò)訪問(wèn)其鏈接，即可在本地播放視頻。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，開(kāi)發(fā)了基于微信小程序的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，并在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行了初步應(yīng)用。通過(guò)該平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了線上線下相結(jié)合混合式學(xué)習(xí)。一方面加大了數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐提供豐富的線上資源和服務(wù)。另一方面，在一定程度上提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果，但還需要在功能上進(jìn)行完善，如增加題庫(kù)、學(xué)生與老師的私信等功能。