佟林金，陳曲揚，陳雅薇，王曉萌

(中國石油大學(華東)理學院，山東 青島 266580)

教育信息化2.0是新技術、新方式、新理念支撐下的教育信息化，將多維度、全方面地推動教育改革[1]。另一方面隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、大數(shù)據(jù)等信息技術的快速發(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，開發(fā)設計適合混合式教學的信息化教學手段是當今課程教學面臨的問題之一。目前，信息化的教學手段主要以PC端WEB在線學習和移動智慧終端為主。其中，基于智慧終端的移動式學習以其靈活多變的學習方式和先進高效的學習理念在眾多學習方式中脫穎而出，受到越來越多學生的青睞。小程序是一款借助微信平臺開發(fā)的應用程序，無須安裝，即用即走，具有良好的交互性[5，6]。既優(yōu)化了移動互聯(lián)網(wǎng)時代的實驗課堂教學，又避免了同類移動App軟件平臺對教、學雙方的束縛。研究提出了利用微信小程序開發(fā)師生共建型物理實驗開放共享平臺，符合新一代網(wǎng)絡大學生的學習特點和學習需求[7]。

1 大學物理實驗教學的現(xiàn)狀

大學物理實驗作為高等學校實驗教學中的一門課程，對培養(yǎng)學生動手實踐能力、基礎實驗素養(yǎng)、自主創(chuàng)新研究及團隊協(xié)作精神具有重要意義，也是大學生跨越物理理論知識與面向科學應用研究之間的重要橋梁[8]。大學物理實驗課一般是面向理科或工科專業(yè)開設的基礎必修課程之一，普遍面臨學生多，專業(yè)雜，學時少的困境。學生對于大學物理實驗的預習停留在對實驗目的、實驗原理的預習，對實驗方案及實驗儀器的操作使用缺乏深刻理解從而造成實驗課時不夠、實驗效果不理想、儀器故障率高等問題。另一方面，由于實驗課程的特殊性，大學物理實驗課的復習比其他理論課的復習困難，往往使得課后復習沒有條件。針對目前大學物理實驗中遇到的現(xiàn)實問題，有必要在大學物理實驗教學中引入信息化的手段，與線下實驗教學互為補充、互為支撐，以提高大學物理實驗教學的質量和水平。

目前，線上物理實驗信息化資源大部分都是基于PC終端的，而以手機、ipad等移動式智慧終端為載體的線上大學物理實驗資源匱乏。通過對已學習過大學物理實驗的部分同學開展調研，了解了學生的學習需求。結果顯示學生對實驗操作過程演示及儀器的規(guī)范使用和介紹等需求強烈，對建立移動式的學習資源平臺接受度非常高。并根據(jù)學生們的使用習慣最終選擇了以微信小程序為載體的技術手段[9，10]。

2 大學物理實驗移動學習平臺設計和實現(xiàn)

2.1 總體框架模式設計

在線移動學習平臺包括學生端和教師管理員后臺端，功能模塊主要包括教學模塊、實驗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 師生共建型大學物理實驗在線平臺框圖

2.2 功能模式設計

智慧終端型移動學習平臺研究內容包括：教學資源模塊，實驗教學管理模塊以及成果展示模塊三個部分。為大學生提供涉及力學、熱學、電磁學、光學、近代物理等實驗項目的數(shù)字化學習資源，覆蓋范圍廣，能滿足不同專業(yè)不同物理基礎的學生的學習需求。通過線上教學資源可以很好地完成課前知識的預習傳遞、課上知識的內化及課后知識鞏固擴展。教學資源模塊包括實驗項目分布，教學微視頻，實驗講義，習題測試等部分。其中，學生可通過實驗項目分布功能查詢自己上課所在實驗室及實驗課程相關信息。習題測試主要以單選、多選、判斷題的形式呈現(xiàn)，內容涵蓋實驗原理、具體知識點、儀器操作等部分。學生在課前根據(jù)自測題對實驗的預習效果進行檢驗，在課后對實驗整體的掌握程度進行測驗，查漏補缺及時調整。

教學微視頻單元包含幾十個實驗項目視頻講解，可以掃描二維碼進行觀看。針對實驗中，學生對實驗儀器的操作、使用不熟練的學習現(xiàn)狀，專門錄制10 min以內的微視頻。區(qū)別于傳統(tǒng)整堂實驗教學視頻不同，微視頻主要以呈現(xiàn)知識點及實驗儀器的規(guī)范使用介紹、實驗演示操作這些學生反應強烈的需求為主。學生可以在任何時間地點通過搜索小程序或者在課上通過掃描小程序生成的二維碼(張貼在實驗臺)進行微視頻的學習，課上實時學習儀器的規(guī)范使用及實驗演示操作。這在一定程度上緩解了學生預習復習受場地和實驗儀器的限制，方便學生隨時觀看。既有利于預習也有利于復習，同時減少了由于學生實驗儀器操作不熟悉或不規(guī)范造成的實驗失敗或者儀器故障率高的問題。平臺界面效果如圖2所示。

圖2 平臺界面

實驗教學管理模塊包括學情統(tǒng)計分析和實驗儀器問題反饋模塊。根據(jù)學生在平臺的學習的歷史記錄(文章閱讀量、視頻觀看量、點贊數(shù))、留言等進行學情統(tǒng)計分析。歸納梳理出學生比較感興趣或者比較難理解的實驗項目或者知識點，從而調整實驗教學模塊單元的內容，也可以服務課堂實驗教學?；谥腔劢K端的移動式學習平臺能實時反饋實驗儀器的使用、故障情況。方便教師和實驗技術人員了解實驗設備情況，由此可以降低由于高頻率使用實驗設備或者學生錯誤操作等原因導致的軟硬件維護成本保證了實驗教學的良好運行。

師生共建型實驗移動教學平臺不僅要考慮教學內容豐富這一原則還要充分考慮用戶體驗性好。如果只建立而無法激起學生的興趣那么平臺則無存在及持續(xù)運行的動力。用戶體驗包括：直觀性、吸引性、便捷性、課程需要性等。實驗室的教學成果及學生成果展示能很好地吸引學生，激發(fā)學生的學習動力和興趣。成果展示包括學生在國內外期刊發(fā)表的論文，在各類大賽中的優(yōu)異成果和作品，創(chuàng)新訓練中的優(yōu)秀作品等。

2.3 功能模式實現(xiàn)

2.3.1 小程序技術路線

系統(tǒng)在實現(xiàn)邏輯上分為前臺和后臺。前臺包括頁面的結構、頁面的外觀視覺表現(xiàn)以及頁面層面的交互實現(xiàn)，主要是在用戶手機上實現(xiàn)。后臺包括對用戶數(shù)據(jù)的儲存、數(shù)據(jù)的處理、管理數(shù)據(jù)庫等功能。前端采用ivew組件庫，該組件庫實現(xiàn)了一些基礎的頁面組件，可以直接使用，配合HTML、CSS樣式、JavaScript語言實現(xiàn)頁面的基本外觀和功能。后臺采用小程序的云開發(fā)功能，通過云開發(fā)提供的調用接口，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的儲存，及數(shù)據(jù)處理功能的實現(xiàn)。

2.3.2 前臺頁面的實現(xiàn)

個人頁面包括本系統(tǒng)設置的頁面結構如圖3所示。

圖3 小程序項目文件結構

通過微信官方提供的小程序開發(fā)者工具，點擊創(chuàng)建項目時會自動生成小程序的基本配置文件和基礎框架代碼，每個頁面包含四個基本文件，分別以js、json、wxml、wxss作為后綴，js文件實現(xiàn)頁面的邏輯功能，json文件對頁面進行基本配置，wxml文件實現(xiàn)頁面的基本結構，wxss文件控制頁面樣式。當頁面的內容較多且重復的時，使用小程序的列表渲染，使用組件配合wx:for，設置頁面的css樣式。點擊內容框并跳轉到相應頁面時，使用參數(shù)傳遞和頁面跳轉API。

2.3.3 核心功能的實現(xiàn)代碼

視頻頁面的功能實現(xiàn)了記錄播放量、點贊、收藏、轉發(fā)、評論的功能。先在數(shù)據(jù)庫上創(chuàng)建相關的數(shù)據(jù)項，當用戶點擊播放、點贊、評論等圖案后，使用數(shù)據(jù)庫的inc接口，將相關記錄自增加1，數(shù)據(jù)修改成功后再修改本地顯示的數(shù)值。收藏功能的實現(xiàn)是用setStorageSyn函數(shù)，將視頻的標題等信息記錄在本地，在視頻收藏記錄頁面加載該信息，顯示到頁面上。

題目測試功能主要實現(xiàn)了加載不同試題，自動判斷答題情況，并記錄在本地。創(chuàng)建試題的題目數(shù)據(jù)和題目內容數(shù)據(jù)，用戶點擊進入答題界面，根據(jù)測試名稱加載試題和答案，當用戶提交答案，對比用戶答案和標準答案，錯誤的題目顯示紅色，并將答題記錄儲存在本地。

2.3.4 數(shù)據(jù)庫的設計

數(shù)據(jù)庫是按一定數(shù)據(jù)結構存儲和管理數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，是小程序的重要組成部分，數(shù)據(jù)庫的結構決定了軟件的使用體驗及管理效率。本系統(tǒng)結合各功能模塊設計相關的數(shù)據(jù)結構，主要設計了video_info、user_comment、test、question、ppt_info五張數(shù)據(jù)表，設置“_id”為每條數(shù)據(jù)的唯一主鍵值。

用戶評論表user_comment。用戶評論表用于存儲用戶評論信息，當用戶點擊發(fā)表評論時，將用戶id、用戶評論內容、用戶頭像等構造成一個json對象，將該數(shù)據(jù)結構寫入到數(shù)據(jù)庫中，在評論頁面向數(shù)據(jù)庫請求評論內容，將評論數(shù)據(jù)顯示到評論頁面。

測試數(shù)據(jù)表test和問題表question。測試數(shù)據(jù)表test主要用來存儲測試名稱和試題數(shù)目，當小程序先獲取測試表的試題名稱和數(shù)量，再到題目內容表中，查詢題目的具體內容。當未進入測試頁面時，只需獲取測試名稱，無須獲取具體的題目內容，此時應該使用冗余設計。

視頻信息表video_info。視頻信息表主要是存儲視頻的鏈接、視頻標題、評論數(shù)、點贊數(shù)、封面圖片、觀看數(shù)。當用戶在視頻播放頁面有上述操作時，將會修改相關的記錄數(shù)值，并將修改后的記錄存儲回數(shù)據(jù)庫。在云平臺上存儲好視頻資源，通過訪問其鏈接，即可在本地播放視頻。

3 結 語

針對大學物理實驗課程，開發(fā)了基于微信小程序的移動學習平臺，并在實際教學過程中進行了初步應用。通過該平臺，實現(xiàn)了線上線下相結合混合式學習。一方面加大了數(shù)字化教學資源的建設，為學生自主學習、主動實踐提供豐富的線上資源和服務。另一方面，在一定程度上提升學生學習興趣，提高了教學效果，但還需要在功能上進行完善，如增加題庫、學生與老師的私信等功能。