信息化實踐教學系統在高職工科專業課程中的應用

吳琦 賴冬寅 鄧春生 李依璘 鄭剛

（四川工商職業技術學院 四川省都江堰市 611830）

1 實踐教學信息化的現狀及困境

目前，各大高校都在積極推進信息化教學改革，并在課程建設上取得了一系列成效，但如何有效的將“互聯網+”融入實踐教學，特別是高職院校工科類的實踐教學，還主要面臨著以下幾個難題：

（1）如何將實驗實訓與“互聯網”進行有效的、科學的結合，才能切實提高實踐課程的教學效率和質量，特別是使用什么技術和手段來實現兩者的結合；

（2）實踐課程怎么才能通過“互聯網+”的方式進行課后或課外的練習；

（3）怎樣才能通過“互聯網+”的方式，有效提高學生在實踐課程中的學習能力。

從實踐條件出發，要提高實踐教學的信息化，不僅需要推動線上建設，更需要改進線下教學。線下要提高實驗質量、提升實驗室建設水平，實現資源的合理配置、高效共享，則必須實行實驗室的有效開放。[1]而在實驗室開放的過程中，必須考慮到實驗項目的安全、實驗項目的實施時長等因素，除此之外還需要考慮能夠同時兼顧專業常規實驗項目和創新實踐項目的實施，為不同需求的學生提供不同的實驗條件和實驗時間。[2]特別是要跨界協同培養學生創新創業能力，更加需要一個線上線下相結合的平臺和系統。

2 信息化實踐教學系統的應用

要實現信息化實踐教學，首先就要打破實驗環境有限、實驗設備有限、實驗次數有限、實驗時長有限等諸多對學生的約束和限制；其次還要能夠有效的采集實踐教學過程中學生的相關數據，通過對實際教學數據的分析，來改良信息化實踐教學的教學模式和考核方式。因此，基于網絡化的實驗室開放管理系統是實驗室開放高效運作的重要支撐。[3]

我校自主開發的信息化實踐教學系統由“智能開放式實驗室管理系統”和“實踐教學服務及管理平臺”兩大部分組成，可打破學生和教師實踐過程的空間、時間限制，提升實踐教學的效率。其中，“開放式實驗室管理系統”主要為學生實現在線預約實驗室資源、線下有序自主進行實驗；而“實踐教學服務及管理平臺”不僅能為學生提供在線學習專業課相關的實踐內容（包括：實驗、實訓的視頻學習、習題學習、實驗步驟的設計等），而且還能實現學生在實驗室過程中在線填報實驗數據、上傳實驗過程圖片、上傳實驗結果和報告等功能，同時也能輔助教師進行部分實驗內容的自動評判和實踐教學內容的優化。

圖1：信息化實踐教學系統的應用流程圖

信息化實踐教學系統的主要應用流程如圖1 所示。

首先教師通過“實踐教學服務及管理平臺”，在線發布實踐教學的任務、并提供包括視頻、習題等在內的一系列實踐教學資料→學生注冊、登錄“實踐教學服務及管理平臺”，獲取實踐教學任務→學生在線學習實踐教學內容的視頻（包括：實驗設備儀器的操作、實驗內容及原理、實驗知識和技能的應用等）→每學完一個視頻，需要在線進行視頻相關的作業答題；如果答題沒有達到標準，則還需要重新學習該視頻內容；如果達到標準，則可以進行下一個視頻的學習，直到所有視頻學習完畢→學生在線進行實驗前的準備，例如：在線設計實驗步驟等等→完成以上實踐內容的在線學習后，學生方可組隊、進行方案討論和制定，并將設計的實驗方案上傳平臺，同時通過“開放式實驗室管理系統”預約實驗室資源→實驗室管理者在線審核實驗室預約申請（絕大多數時間都是由“開放式實驗室管理系統”自動審核實驗室預約）→學生在預約成功的時間段內到達實驗室現場進行人臉認證進行實驗→學生在實驗過程中，將實驗數據和圖片上傳平臺，學生也通過平臺進行線上問題交流→整個信息化實踐教學系統自動進行數據分析，學生、教師、管理者將分別獲得不同的信息反饋→根據反饋信息，教師與學生進行線下交流→學生、教師將經驗分享上傳平臺→學生、教師、管理者通過對反饋信息的分析，分別進行：改進學習效率、更新實踐項目、提高實踐效率。

圖2：《機電智能產品創新設計》的實踐教學理論策略

圖3：《機電智能創新產品設計》課程的實踐教學模式設計

3 信息化實踐教學系統在專業課程中的應用——以《機電智能產品創新設計》課程為例

信息化實踐教學系統在實際的教學應用中，首先需要根據課程目標和課程實踐教學特點，制定對應的實踐教學理論策略，而后根據理論策略，依托系統進行實踐教學內容（包括：實驗前、中、后）的信息化設計，并在實際教學過程中使用系統進行教學。

3.1 《機電智能產品創新設計》的實踐教學理論策略

以《機電智能產品創新設計》課程為例，針對課程信息化實踐教學的難點，所制定的實踐教學理論策略是：采用“構建主義理論”架構實踐教學主體，以學生為中心，實現“同化——順應——平衡”的學習過程；特別是針對傳統實踐教學難點，采用“程序教學原則”設計自適應訓練體系，實現關注學生個體的成長；同時，借鑒“多元智能理論”，采用過程性評價方法，設計學習效果評價體系，通過多種方法實現過程評價，具體如圖2 所示。

3.2 《機電智能產品創新設計》的實踐教學模式設計

在《機電智能產品創新設計》課程的教學實施過程中，基于實踐教學理論策略，依托系統的信息化應用，設計了對應的實踐教學模式，如圖3 所示。

實驗前，學生首先需要在“實踐教學服務及管理平臺”上，通過觀看“實驗的規范操作視頻”，來強化對規范操作的認知理解，同時，通過觀看“實驗理論的實際應用視頻”，來提升學習興趣、彌補專業認知的不足。之后，學生需要在實驗前學習基本理論，并進行在線的答題訓練，以強化基礎知識，實驗前的學習總共約30分鐘。

實驗中，通過教師講解演示、或者觀看教師演示視頻，引導學生進行實驗項目的規范操作，強化自身經驗，以實現“同化過程”；之后，實驗項目進行專業關聯性示例教學，引導學生結合新的信息，重構對實驗項目的認知，實現“順應過程”；在實踐過程中，通過對每一個步驟進行規范操作、記錄以及網絡上傳實驗步驟過程，實現不間斷的強化學生的記憶和理解；并且通過討論、總結等方式，消化所學的新信息、穩固新的圖式；實驗中的學習至少需要90 分鐘。

實驗后，學生需要在線完成實驗報告的規范填寫并提交，以便教師網絡審閱；之后的聯想能力訓練，主要是讓學生從生活中關聯實驗原理的應用，一方面增強學生的信息收集和整理能力，另一方面增強學生對原理運用的認知。實驗后的學習大約耗時40 分鐘。

每個實踐教學環節，逐次遞進，通過實驗前增加專業認知、強化規范意識，實驗中引導專業關聯和實驗過程，實驗后規范報告寫作、強化聯想訓練，逐步固化學生工程和質量的思維方式，使學生認知達到新的平衡。

4 信息化實踐教學系統在跨界協同培養學生創新創業能力中的應用案例

信息化實踐教學系統除了可以在常規的工科類專業課程中使用之外，也適用于跨界協同培養學生的創新創業能力。當項目跨專業、跨學科領域時，學生由于受限于自身的技術和視野一般都無法獨立完成，教師也受限于專業領域一般亦無法獨立進行指導，而在傳統原有條件下都會花費大量的精力進行人員、時間、場地等方面的協調，不僅會拖慢項目的開發進程，甚至會影響項目的成敗。通過信息化實踐教學系統的應用，可以打破以上的限制，縮短項目開發周期，提升學生創新創業能力的培養效率。本文還是以《機電智能產品創新設計》課程為例，介紹課程后期依托系統進行的2 個跨界協同培養學生創新創業能力的應用案例。

4.1 案例1：校園導游系統的設計

該案例系電子信息工程技術專業學生在《機電智能產品創新設計》課程中自主設計并開發的產品。在實際開發過程中，學生和教師依托信息化實踐系統，在線開通項目管理通道、發布成員邀請，不僅在線邀請了旅游管理、網絡技術等多個專業的教師共同擔任項目指導團隊，學生也自發組織了由旅游、電子信息、網絡技術等專業構成的跨專業學生團隊，并為團隊每個成員創建了一個項目關聯賬號。學生團隊通過線上、線下的溝通交流，形成設計方案、項目分工以及項目進程表，并將這些階段性的資料上傳平臺，各位教師根據自己專業特長在線對方案等資料進行反饋和指導；學生團隊在確認方案后，可通過系統在線預約實驗室，進行項目的實物化開發。依托系統的應用，跨專業的學生團隊成功開發出“校園導游系統”的雛形機，相對原計劃縮短了30%以上的開發時間，同時教師也將該案例的經驗和過程資料，轉化為平臺上的實踐教學資源。

4.2 案例2：溫室大棚環境監控系統的設計

該案例也是電子信息工程技術專業學生在《機電智能產品創新設計》課程中自主設計并開發的產品。在該案例的實施過程中，學生和教師除了依托系統組建由電子信息、網絡技術、工業機器人、市場營銷等跨專業的團隊之外，還邀請了農業種植企業的技術專家共同參與項目指導。期間，教師團隊著重指導項目的技術路線、實物化制作、產品調試以及產品的推廣營銷，而企業專家著重指導項目在農業中的落地要素和實際的農業監控需求。以上的指導過程，基本是依托信息化實踐系統在線上實施的，特別是企業專家全程都是遠程指導。該項目成功開發出了“高原草莓溫室大棚環境監控系統”，并在企業當地進行了項目的落地試驗，不僅大幅提升了學生創新創業項目的落地轉化率，而且還縮短了40%以上的開發時間。同時，該項目參加“2020年第十二屆‘挑戰杯’大學生創業競賽”獲得省級二等獎，該項目開發過程的資料也轉化為平臺的實踐教學資源用于學生創新創業方面的教學。

5 結束語

系統應用統計結果顯示，信息化實踐系統能有效提升學生的實踐學習自主能動性，縮短學生創新創業項目的開發周期，提升項目的品質，但還需要擴大信息化實踐教學系統在其他課程中的應用。