基于积分制的物理实验管理系统设计与应用实践

陈彦 李朝荣 李华 杨彩丽 李英姿

摘 要：将“积分制”用于基础物理实验教学管理，是一种全新的尝试。为保障教学改革的顺利进行，设计了基于“积分制”的实验管理系统，系统以Windows Server 2003+Apache2+PHP+MySQL为基础，以管理员、教师、学生进行功能划分，通过优化数据结构、梳理业务逻辑流程、简化操作步骤，实现了B/S架构的软件方案，通过4年多的实际运行，运行效果良好。

关键词：积分制；物理实验；管理系统

中图分类号：TP315 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2015）11-0077-02

引言

基础物理实验作为高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。为全面提升基础物理实验对学生科学素养、实践能力、创新能力的培养，北京航空航天大学（简称“北航”）在国内率先实施了“积分制”物理实验管理新模式，以因材施教为核心，为激发学生的学习积极性，培养创新拔尖人材探索了一套行之有效的方法。

相对于传统物理实验管理模式，“积分制”的核心是以“积分”来激励学生和管理实验，最终实现对学生的个性化培养。根据各个物理实验的难度及实验方法的综合性、创新性，对各实验题目分级设置了不同的积分（1～5分），同时规定学生每学期必须完成若干积分而不限定实验数目与学时，学生可以根据自己的能力选择做多个简单实验或只做若干难度较高的实验来完成积分。

由于实验课的“积分制”教学管理模式是北航首创，没有现成的平台可以借鉴，为此北航物理实验与教学中心自主研发了基于Windows Server 2003+Apache+PHP+MySQL架构的“积分制”物理实验管理系统，为物理实验教学管理新模式的探索和建设做出了重要贡献。

一、“积分制”规则

采用“积分制”教学模式，实验以专题的形式开出，每个专题包含不同层次、不同难度的多个实验题目，每个实验题目根据其难易程度设置了不同积分，题目编号方法如下：例如1040522，其中首位数字表示实验类型（1：为基本实验、2：综合实验、3：设计性实验、4：开放实验、5：演示实验、6：创新实验）；第二、三位为专题号（01：电阻测量、02：示波器应用、03：迈克尔逊、04：分光仪……）；第四、五位为实验序列；第六位数字为题目序号；最后一位数字是积分值。学生可自行安排做哪些内容，但规定某些实验（如1030113、1050113、1070113、1090114）必选。

允许但不鼓励学生重复选择同一专题的实验，若重复选择同一类型题目（题号前5位相同，如1010313、1010323），包括一次课上做两个同类型实验，从第二个实验开始积分值逐次减1分；若选择同一专题不同类型题目（题号前3位相同，如1030113、1030213、1030312），从第四个实验开始积分值逐次减1分；若重做实验（题号完全相同，如1010113、1010113），每重做一次积分减1分，成绩仅保留最后一次输入的结果。

二、系统总体设计

系统主要由既相互联系又相对独立的4大功能模块组成：学生模块、教师模块、管理员模块、数据库模块，如图1所示。

（1）学生模块：主要包括学生选课、信息查询（选课记录查询、实验成绩查询、开放预约实验的查询与退订、教师课表查询、个人信息查询等）、留言薄（包括发布留言、浏览留言）、个人账户注册与修改等功能。

（2）教师模块：包括教师本人课表查询、选课学生信息查询、实验成绩录入与修改等功能。

由于不同教师对于实验评分标准尺度控制略有差异，为了保障评分标准的客观公平，因此在期末汇总成绩时管理软件会对每个任课教师所评分的所有实验成绩和报告成绩进行权重修正，以尽可能消除教师人为因素对实验评分的不合理影响。

（3）管理员模块：这是系统的重要组成部分，包括账户分配、密码设置、学生信息查询与修改、教师信息查询与修改、课表打印、成绩录入与修改、期末成绩汇总、实验教室启用与关闭、实验题目的开放与关闭、各实验题目的仪器台套数设置与房间分布、教师课表安排、通知与公告信息的发布与管理、实验开放时间段的管理、学生选课记录的统计查询与修改等功能。

（4）数据库模块：这是系统得以正常运行的基础和前提，通过优化数据结构，使每一次http请求都能以轻量级数据检索实现。主要有：学生信息表student_info、教师信息表teacher_info、实验教室表room_info、实验专题表group_info、学生选课表stu_elect、教师课表tea_elect、实验成绩表score_book、实验题目表exp_info、选修类型表class_course_type等。

三、排课与选课

管理员根据实验安排及每个实验题目的仪器台套数首先需要配置哪些实验室可以开放、哪些实验专题可以开放、各个实验专题所开设的实验子题目、实验题目积分分值、每个实验室可开设的题目数等基础信息。然后还需要配置开放时间段、各题目及房间允许人数、任课教师等信息。

积分制实现了实验课程的全面开放，它打破了传统的以班级为单位统一选课的模式，要求各个学生自主选课。学生通过注册账号登录管理系统，可以浏览各个时间段开放的题目、剩余空位数，并根据个人需要选择适合时间段的实验专题。

如果学生已选实验由于某些原因需要改选，系统允许学生自由改选所选实验。考虑到即将要上课的实验课表已经打印完毕，为了保障课表的一致性，对开课时间3天内的课表具有自动冻结功能，处于冻结状态的选课记录不允许学生改选。

四、“积分制”功能实现

教师对学生实验完成情况及实验报告完成质量分别进行打分，并通过登录教师成绩录入窗口录入成绩，由程序自动根据“积分制”计算规则，判断是否为重复选择同一专题的实验，若重复选择同一类型题目（题号前5位相同），包括一次课上做两个同类型实验，从第二个实验开始积分值逐次减1分；若选择同一专题不同类型题目（题号前3位相同），从第四个实验开始积分值逐次减1分；若重做实验（题号完全相同），每重做一次积分减1分，成绩仅保留最后一次输入的结果，处理流程如图2所示。

五、结束语

所开发的教学管理系统是国内唯一采用“积分制”评价体系的物理实验教学管理软件，在兄弟院校物理实验教学管理中具有示范作用。

实践表明：通过“积分制”改革，打破了学时限制，形成了鼓励学生主动学习、自主学习的激励机制。将“积分制”用于物理实验教学充分体现了因材施教的教育理念，学生可以根据自己的能力和兴趣，选择不同方法、不同难度的实验；既培养了学生的实验基础，也培养了学生创新意识、创新思维和创新能力，在个性化培养和筛选优秀学生方面取得了较好的效果。

系统投入运行4年以来，工作稳定可靠。此系统不仅可以用于物理实验管理中，也可用于其他实验课或有类似需求的院校中，具有较大的实用和推广价值。

参考文献：

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（编辑：杨馥红）