小程序和二維碼在海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

秦淑芳， 王 崗， 陶愛峰， 陳文昊

（河海大學(xué)a.海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.港口海岸與近海工程學(xué)院，南京210098）

0 引 言

近年來，隨著微信小程序和二維碼技術(shù)在生活中的廣泛應(yīng)用，如高鐵、銀行等行業(yè)，通過手機(jī)掃描二維碼即可得到需要的信息，完成購票、查詢等常規(guī)工作，避免了排隊(duì)等候，簡化了人們在各行各業(yè)的工作流程，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)調(diào)用和計(jì)算，具有鮮明的動態(tài)在線特征［1-5］。高校也在積極推廣數(shù)據(jù)信息共享［6-7］，在教師、學(xué)生、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、科研成果等方面進(jìn)行信息搜集。然而這種能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、分析、實(shí)時(shí)調(diào)用和形象化展示的動態(tài)管理模式，在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面推廣較慢、應(yīng)用甚少。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在學(xué)生多、設(shè)備少、課程時(shí)間有限的情況下，隨著學(xué)生創(chuàng)新意識的增強(qiáng)，其弊端也日益顯現(xiàn)，嚴(yán)重限制了學(xué)生的自主動手操作能力，偏離了工科學(xué)生應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)［8］。微信小程序和二維碼技術(shù)作為一種全新的手段和方法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用，能擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)教學(xué)的知識面，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及動手能力。

1 海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課概況

我校的海岸動力學(xué)課程是國家級一流本科專業(yè)港口航道與海岸工程的專業(yè)基礎(chǔ)課，于1952年開設(shè)，2016年入選首批國家級精品資源共享課。在該課程60余年的建設(shè)過程中，高度關(guān)注對學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，于2008年在國內(nèi)首次開設(shè)了海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。該實(shí)驗(yàn)課圍繞創(chuàng)新與實(shí)踐進(jìn)行過多次改革，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷豐富，教學(xué)手段不斷更新，嘗試了數(shù)字教學(xué)［9］、MOOC、移動終端［10］等實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式實(shí)踐，經(jīng)過師生評價(jià)，移動終端手機(jī)小程序結(jié)合二維碼技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，效果良好。

海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課分為3個(gè)課題，分別是水波測量、直立堤壓力測量和斜坡堤壓力測量，用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)施有76 m波浪水槽1條、DH5922動態(tài)測試系統(tǒng)（配套10只壓力傳感器）、DS30波高測量系統(tǒng)（配套8臺浪高儀）等。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，啟動造波機(jī)，進(jìn)行造波，每個(gè)實(shí)驗(yàn)課題需要造波的數(shù)量與學(xué)生人數(shù)一致，確保每位學(xué)生都有動手操作的機(jī)會并得到自己的測量數(shù)據(jù)。如6人小組，需要3組規(guī)則波和3組不規(guī)則波，每組造波平均需要3 min/人，這樣6人小組的造波時(shí)間需要18 min。年度參與實(shí)驗(yàn)課的指導(dǎo)老師每班次3人，學(xué)生共有180人左右，實(shí)驗(yàn)需分為30個(gè)小組。

2 小程序和二維碼在海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課中的應(yīng)用

我校港口海岸與近海工程學(xué)院開發(fā)了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備動態(tài)管理系統(tǒng)電腦網(wǎng)絡(luò)版，建立了獨(dú)立的MYSQL數(shù)據(jù)庫，學(xué)院師生、實(shí)驗(yàn)場地、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等信息均可從數(shù)據(jù)庫中讀取，為實(shí)驗(yàn)課程小程序的開發(fā)打下了良好基礎(chǔ)。根據(jù)微信小程序、二維碼技術(shù)和海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，采用了以下應(yīng)用模式。

2.1 搜集和整理實(shí)驗(yàn)資料，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)資料庫

實(shí)驗(yàn)課前，教師根據(jù)教學(xué)大綱的要求，搜集和整理海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)的最新動態(tài)、實(shí)驗(yàn)任務(wù)書、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)操作視頻、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目案例、實(shí)驗(yàn)圖片、視頻、注意事項(xiàng)、常見問題和解決方法等，將收集到的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)資料進(jìn)行整合，形成實(shí)驗(yàn)資料庫，采用二維碼生成器，把常用資料制作二維碼，如實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作步驟、課程專題講座等，將二維碼嵌入到紙質(zhì)版的學(xué)習(xí)任務(wù)單相應(yīng)的條目中，師生用手機(jī)或者ipad微信掃描二維碼，即可對海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行信息發(fā)布和學(xué)習(xí)。也可打開實(shí)驗(yàn)課程微信小程序，對實(shí)驗(yàn)資料庫中的內(nèi)容進(jìn)行瀏覽或下載。對于復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)原理和儀器設(shè)備操作步驟，以實(shí)驗(yàn)演示的形式制作視頻，生成二維碼，將二維碼粘貼在實(shí)驗(yàn)水槽和儀器設(shè)備上，以便實(shí)驗(yàn)過程中隨時(shí)參考。

2.2 完善實(shí)驗(yàn)流程，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考核方法

根據(jù)海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課流程，將實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程操作和實(shí)驗(yàn)后考核添加到微信小程序，學(xué)生根據(jù)小程序中流程化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排，能方便快捷地找到所需要的實(shí)驗(yàn)資料，進(jìn)行針對性地學(xué)習(xí)。小程序還有記錄學(xué)生學(xué)習(xí)情況、現(xiàn)場測驗(yàn)、問題解答、信息反饋等功能［11-13］（見圖1），便于教師了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的理解程度。

圖1 海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程小程序

（1）小程序?qū)W習(xí)記錄功能。類似簽到，用于理論課、實(shí)驗(yàn)課、專題交流等的學(xué)習(xí)記錄。它能夠讀取學(xué)生登錄、下載、學(xué)習(xí)時(shí)長、師生互動的每一次記錄，通過信息分析，推斷學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)、進(jìn)度等，為課程指導(dǎo)提供依據(jù)，加強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)態(tài)度，為將來工程應(yīng)用打好基礎(chǔ)。

（2）小程序測試功能。是用手機(jī)等移動設(shè)備掃描二維碼，進(jìn)入小程序，隨機(jī)讀取資料庫中一定數(shù)量的相關(guān)實(shí)驗(yàn)測試題，供學(xué)生現(xiàn)場測試，便于老師了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的掌握程度，選擇重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，給學(xué)生留出更多的動手操作和思考時(shí)間。

（3）小程序問題解答功能。通過學(xué)生提問，老師或者同學(xué)解答，專業(yè)人員整理入庫，可以大大增加實(shí)驗(yàn)資源庫中的信息量，對下一級學(xué)生學(xué)習(xí)提供更多的實(shí)驗(yàn)資源。

（4）小程序信息反饋功能。① 老師對學(xué)生的課程學(xué)習(xí)、現(xiàn)場測試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等情況，通過小程序中設(shè)置的權(quán)重進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，得到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課成績，生成學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)報(bào)表，完成對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課考評；② 學(xué)生對實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師的講解方法、授課內(nèi)容和教學(xué)態(tài)度進(jìn)行反饋，海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程小程序便于老師對此進(jìn)行改進(jìn)，提高教學(xué)質(zhì)量。

3 小程序和二維碼應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效

海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課引入微信小程序和二維碼技術(shù)后，成效明顯，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性增強(qiáng)、動手實(shí)踐機(jī)會增多、知識吸收更加深入、實(shí)驗(yàn)課考評機(jī)制更加有效，印證了微信小程序和二維碼技術(shù)在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改造中的實(shí)用價(jià)值。

3.1 打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，激發(fā)主動學(xué)習(xí)積極性，增加動手實(shí)踐頻次

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生多、實(shí)驗(yàn)操作設(shè)備少、學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)施和內(nèi)容了解得不夠充分，所以實(shí)驗(yàn)前指導(dǎo)老師需要對實(shí)驗(yàn)原理、儀器設(shè)備原理和操作過程等分別進(jìn)行講解，每小組講解至少10 min。以學(xué)生180人，6人1組，共30組，每組造波3 min/人為例，每組實(shí)驗(yàn)操作需要18 min，這樣一個(gè)小組完成實(shí)驗(yàn)大約需要30 min。整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程，3位實(shí)驗(yàn)老師各需要講解90（30組×3項(xiàng)）次，實(shí)驗(yàn)時(shí)間45 h（30×30×3=2 700 min），每天8 h計(jì)算，約為6天。

實(shí)驗(yàn)課程一般安排在11～12月間的4個(gè)周末完成，時(shí)間跨度長，且其中兩天要用在實(shí)驗(yàn)前的理論課及設(shè)備安裝準(zhǔn)備上，學(xué)生雖然每人都有操作機(jī)會，但是對一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如水波測量，在短短的30 min內(nèi)讓6個(gè)學(xué)生都徹底理解，還是有點(diǎn)困難，學(xué)生很難在實(shí)驗(yàn)過程中充分發(fā)揮其想象力和動手能力，老師也很難與學(xué)生進(jìn)行細(xì)致的互動交流。這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)授課方法，占用了學(xué)生太多動手操作和與老師交流互動的時(shí)間，學(xué)生在這個(gè)時(shí)間內(nèi)只能機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)操作，沒有時(shí)間去重復(fù)測量或探索分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)的原因。

微信小程序和二維碼技術(shù)應(yīng)用后，學(xué)生利用手機(jī)等移動設(shè)備掃描二維碼獲得相關(guān)實(shí)驗(yàn)課的課件、視頻等資料，提前進(jìn)行預(yù)習(xí)，對實(shí)驗(yàn)課題進(jìn)行準(zhǔn)備和思考，帶著問題去操作設(shè)備，對比分析數(shù)據(jù)，對于有可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完全有時(shí)間進(jìn)行再次測量驗(yàn)證。根據(jù)實(shí)驗(yàn)課學(xué)生測量次數(shù)分析，傳統(tǒng)的教學(xué)方式下，1個(gè)小組6人，用時(shí)30 min，每人只能測量1次，共6次；二維碼應(yīng)用后，對于問題較多的人，除了完成老師指定參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)外，如一定水位和周期下的波高變化，他們還可以改變水位，或改變周期進(jìn)行測量，分析不同工況下的測量結(jié)果，這樣6人小組在30 min內(nèi)可測量12次以上，問題多的學(xué)生每人可最多達(dá)到測量4次，極大地提高了學(xué)生對專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的認(rèn)同和興趣，達(dá)到了提升創(chuàng)新和實(shí)踐能力的教學(xué)目的。

3.2 充分利用實(shí)驗(yàn)課在線資源，師生互動機(jī)會增多，知識點(diǎn)理解更加透徹

實(shí)驗(yàn)課老師，提前把教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、相關(guān)操作視頻、項(xiàng)目案例、實(shí)驗(yàn)常見問題等相關(guān)材料進(jìn)行搜集，將搜集到的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)資料進(jìn)行整合，形成實(shí)驗(yàn)資料庫。理論教學(xué)章節(jié)結(jié)束后，將相關(guān)資料二維碼發(fā)送給學(xué)生，也可以進(jìn)入微信小程序?yàn)g覽或下載學(xué)習(xí)，課下學(xué)生可以隨時(shí)查看，便于學(xué)生及時(shí)鞏固課程內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，學(xué)生通過微信小程序，瀏覽或下載實(shí)驗(yàn)資料庫中的材料，提前學(xué)習(xí)即將授課的內(nèi)容，觀看實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目案例視頻，對實(shí)驗(yàn)原理、操作過程、動水波高或波壓力大小有個(gè)概念性的認(rèn)識，為實(shí)驗(yàn)操作打好基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)室液晶屏幕會滾動播放實(shí)驗(yàn)操作相關(guān)內(nèi)容及注意事項(xiàng)，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，老師稍做介紹后即進(jìn)行巡查引導(dǎo)。此時(shí)，學(xué)生可帶著問題集中精力投入到實(shí)驗(yàn)中去，他們會擁有更多的時(shí)間去動手操作，對比分析測量數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，將實(shí)踐與理論良好結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)后，通過實(shí)驗(yàn)問題解答二維碼，對于資源庫中已存在的問題，學(xué)生可參考其解決辦法；如果是新問題，則可以提出，發(fā)送給老師，老師解答后，新的問題會添加在資源庫中。實(shí)驗(yàn)問題案例也越積越多，日積月累，實(shí)驗(yàn)資源庫會給專業(yè)學(xué)生提供更加全面的實(shí)驗(yàn)知識，夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，增加學(xué)生對海岸動力學(xué)理論及工程實(shí)踐中的認(rèn)知，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。

3.3 實(shí)驗(yàn)考評機(jī)制更加有效，學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度更加端正，教學(xué)效果得到保障

以往實(shí)驗(yàn)考核方式簡單，基本上以提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，導(dǎo)致學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠重視，報(bào)告抄襲現(xiàn)象屢禁不絕。

手機(jī)小程序應(yīng)用后，在實(shí)驗(yàn)前，可以跟蹤學(xué)生預(yù)習(xí)情況。微信小程序?qū)W(xué)生登錄信息和學(xué)習(xí)時(shí)間均有記錄，實(shí)驗(yàn)課件必須學(xué)習(xí)的內(nèi)容是否完成，實(shí)驗(yàn)案例及相關(guān)資源有沒有播放，小程序在日志管理中均有記錄。這些學(xué)習(xí)記錄會做為實(shí)驗(yàn)考評的一項(xiàng)內(nèi)容，督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，該組成員掃碼進(jìn)入小程序，完成實(shí)驗(yàn)隨機(jī)測試，現(xiàn)場打分，分?jǐn)?shù)低的同學(xué)可以利用中午或晚上時(shí)間重新實(shí)驗(yàn)，重新測試，直到分?jǐn)?shù)滿意為止?，F(xiàn)場測試，便于了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)知識點(diǎn)的掌握程度，一方面可以提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的重視，另一方面也可以協(xié)助老師了解課程難點(diǎn)，及時(shí)更新課件講授方式，增加案例說明。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)書內(nèi)容，課后編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣課前學(xué)習(xí)、現(xiàn)場測試和實(shí)驗(yàn)報(bào)告按一定比重得到最終實(shí)驗(yàn)考評成績，完善了實(shí)驗(yàn)課的考核形式，端正了學(xué)生實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)態(tài)度。

4 結(jié) 語

海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課是國家級精品資源共享課和大學(xué)生MOOC海岸動力學(xué)的有機(jī)組成部分，也是海岸動力學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要舉措。近年來，通過引入微信小程序和二維碼技術(shù)［14-16］，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課在線資源的不斷建設(shè)，對實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果提升起到了重要作用。實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生利用豐富的實(shí)驗(yàn)資料庫進(jìn)行拓展預(yù)習(xí)，將實(shí)驗(yàn)任務(wù)單中不明白的內(nèi)容和問題及時(shí)通過小程序進(jìn)行反饋。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生遇到問題，可以進(jìn)入小程序，搜索查找相關(guān)問題的解決辦法，鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)老師根據(jù)學(xué)生遇到的問題，將新增加的有價(jià)值的問題及時(shí)添加到資料庫，豐富資料庫內(nèi)容，再根據(jù)小程序中學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、現(xiàn)場測試和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績進(jìn)行綜合考評，完善了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的考核形式，端正了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。豐富的實(shí)驗(yàn)資料庫，方便快捷的微信小程序和二維碼，營造了海岸動力學(xué)實(shí)驗(yàn)課良好的教學(xué)氛圍，增加了學(xué)生對海岸動力學(xué)課程的興趣和認(rèn)知，保障了實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的的實(shí)現(xiàn)，提升了學(xué)生的自主思考和創(chuàng)新實(shí)踐能力。