信息化實踐教學系統(tǒng)在高職工科專業(yè)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(yè)技術學院 四川省都江堰市 611830）

1 實踐教學信息化的現(xiàn)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(lián)網(wǎng)+”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(lián)網(wǎng)”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(xiàn)兩者的結合；

（2）實踐課程怎么才能通過“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式進行課后或課外的練習；

（3）怎樣才能通過“互聯(lián)網(wǎng)+”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(fā)，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(xiàn)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(yè)常規(guī)實驗項目和創(chuàng)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(xié)同培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，更加需要一個線上線下相結合的平臺和系統(tǒng)。

2 信息化實踐教學系統(tǒng)的應用

要實現(xiàn)信息化實踐教學，首先就要打破實驗環(huán)境有限、實驗設備有限、實驗次數(shù)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(shù)據(jù)，通過對實際教學數(shù)據(jù)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(wǎng)絡化的實驗室開放管理系統(tǒng)是實驗室開放高效運作的重要支撐。[3]

我校自主開發(fā)的信息化實踐教學系統(tǒng)由“智能開放式實驗室管理系統(tǒng)”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(tǒng)”主要為學生實現(xiàn)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(yè)課相關的實踐內(nèi)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(xiàn)學生在實驗室過程中在線填報實驗數(shù)據(jù)、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(nèi)容的自動評判和實踐教學內(nèi)容的優(yōu)化。

圖1：信息化實踐教學系統(tǒng)的應用流程圖

信息化實踐教學系統(tǒng)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(fā)布實踐教學的任務、并提供包括視頻、習題等在內(nèi)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(nèi)容的視頻（包括：實驗設備儀器的操作、實驗內(nèi)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(yè)答題；如果答題沒有達到標準，則還需要重新學習該視頻內(nèi)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(nèi)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(tǒng)”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(shù)時間都是由“開放式實驗室管理系統(tǒng)”自動審核實驗室預約）→學生在預約成功的時間段內(nèi)到達實驗室現(xiàn)場進行人臉認證進行實驗→學生在實驗過程中，將實驗數(shù)據(jù)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(tǒng)自動進行數(shù)據(jù)分析，學生、教師、管理者將分別獲得不同的信息反饋→根據(jù)反饋信息，教師與學生進行線下交流→學生、教師將經(jīng)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(chǎn)品創(chuàng)新設計》的實踐教學理論策略

圖3：《機電智能創(chuàng)新產(chǎn)品設計》課程的實踐教學模式設計

3 信息化實踐教學系統(tǒng)在專業(yè)課程中的應用——以《機電智能產(chǎn)品創(chuàng)新設計》課程為例

信息化實踐教學系統(tǒng)在實際的教學應用中，首先需要根據(jù)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(jù)理論策略，依托系統(tǒng)進行實踐教學內(nèi)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(tǒng)進行教學。

3.1 《機電智能產(chǎn)品創(chuàng)新設計》的實踐教學理論策略

以《機電智能產(chǎn)品創(chuàng)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(xiàn)“同化——順應——平衡”的學習過程；特別是針對傳統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)過程評價，具體如圖2 所示。

3.2 《機電智能產(chǎn)品創(chuàng)新設計》的實踐教學模式設計

在《機電智能產(chǎn)品創(chuàng)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(tǒng)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(guī)范操作視頻”，來強化對規(guī)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(yè)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(guī)范操作，強化自身經(jīng)驗，以實現(xiàn)“同化過程”；之后，實驗項目進行專業(yè)關聯(lián)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(xiàn)“順應過程”；在實踐過程中，通過對每一個步驟進行規(guī)范操作、記錄以及網(wǎng)絡上傳實驗步驟過程，實現(xiàn)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(wěn)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(guī)范填寫并提交，以便教師網(wǎng)絡審閱；之后的聯(lián)想能力訓練，主要是讓學生從生活中關聯(lián)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(huán)節(jié)，逐次遞進，通過實驗前增加專業(yè)認知、強化規(guī)范意識，實驗中引導專業(yè)關聯(lián)和實驗過程，實驗后規(guī)范報告寫作、強化聯(lián)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(tǒng)在跨界協(xié)同培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力中的應用案例

信息化實踐教學系統(tǒng)除了可以在常規(guī)的工科類專業(yè)課程中使用之外，也適用于跨界協(xié)同培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。當項目跨專業(yè)、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(yè)領域一般亦無法獨立進行指導，而在傳統(tǒng)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(xié)調(diào)，不僅會拖慢項目的開發(fā)進程，甚至會影響項目的成敗。通過信息化實踐教學系統(tǒng)的應用，可以打破以上的限制，縮短項目開發(fā)周期，提升學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)效率。本文還是以《機電智能產(chǎn)品創(chuàng)新設計》課程為例，介紹課程后期依托系統(tǒng)進行的2 個跨界協(xié)同培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的應用案例。

4.1 案例1：校園導游系統(tǒng)的設計

該案例系電子信息工程技術專業(yè)學生在《機電智能產(chǎn)品創(chuàng)新設計》課程中自主設計并開發(fā)的產(chǎn)品。在實際開發(fā)過程中，學生和教師依托信息化實踐系統(tǒng)，在線開通項目管理通道、發(fā)布成員邀請，不僅在線邀請了旅游管理、網(wǎng)絡技術等多個專業(yè)的教師共同擔任項目指導團隊，學生也自發(fā)組織了由旅游、電子信息、網(wǎng)絡技術等專業(yè)構成的跨專業(yè)學生團隊，并為團隊每個成員創(chuàng)建了一個項目關聯(lián)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(jù)自己專業(yè)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(tǒng)在線預約實驗室，進行項目的實物化開發(fā)。依托系統(tǒng)的應用，跨專業(yè)的學生團隊成功開發(fā)出“校園導游系統(tǒng)”的雛形機，相對原計劃縮短了30%以上的開發(fā)時間，同時教師也將該案例的經(jīng)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(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設計

該案例也是電子信息工程技術專業(yè)學生在《機電智能產(chǎn)品創(chuàng)新設計》課程中自主設計并開發(fā)的產(chǎn)品。在該案例的實施過程中，學生和教師除了依托系統(tǒng)組建由電子信息、網(wǎng)絡技術、工業(yè)機器人、市場營銷等跨專業(yè)的團隊之外，還邀請了農(nóng)業(yè)種植企業(yè)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(chǎn)品調(diào)試以及產(chǎn)品的推廣營銷，而企業(yè)專家著重指導項目在農(nóng)業(yè)中的落地要素和實際的農(nóng)業(yè)監(jiān)控需求。以上的指導過程，基本是依托信息化實踐系統(tǒng)在線上實施的，特別是企業(yè)專家全程都是遠程指導。該項目成功開發(fā)出了“高原草莓溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)”，并在企業(yè)當?shù)剡M行了項目的落地試驗，不僅大幅提升了學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的落地轉化率，而且還縮短了40%以上的開發(fā)時間。同時，該項目參加“2020年第十二屆‘挑戰(zhàn)杯’大學生創(chuàng)業(yè)競賽”獲得省級二等獎，該項目開發(fā)過程的資料也轉化為平臺的實踐教學資源用于學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面的教學。

5 結束語

系統(tǒng)應用統(tǒng)計結果顯示，信息化實踐系統(tǒng)能有效提升學生的實踐學習自主能動性，縮短學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的開發(fā)周期，提升項目的品質，但還需要擴大信息化實踐教學系統(tǒng)在其他課程中的應用。