基于二维码技术的物理实验开放平台

李娟妮,周　红,门庭轩,张心蕊



基于二维码技术的物理实验开放平台

李娟妮,周红,门庭轩,张心蕊

(西安石油大学 物理实验中心，陕西 西安 710065)

为了充分利用移动设备的普及性、便捷性，充分发挥开放式实验平台的优势，将二维码技术应用于物理实验开放平台的构建. 利用二维码使用方便、可靠性高，技术成熟、部署成本低等特点，为实验开放平台提供了便捷的访问入口，具有学习成本低、检索信息定位准确、直接，便于维护，易与现有技术、平台对接等应用优势.

物理实验；二维码技术；开放平台

大学物理实验作为理工科学生必上的基础课程，不仅可以加深学生对抽象物理理论知识的理解，还可以培养他们科学严谨的思维方式和发现问题、解决问题的能力. 为了培养学生的基本实验技能，当前主流的教学模式依然沿用传统的讲授方法. 教师讲授实验的相关内容，学生在掌握实验原理后，按照既有的实验步骤调节实验仪器、观察实验现象、记录实验数据. 通过这种训练，学生能够逐渐体会到经典实验设计的思维方式，掌握基础的实验方法和规范的数据处理方法，但这种教学模式限制了学生创造能力的发挥和个性的发展[1].

1　开放式物理实验平台

为了激发学生的创新型思维，培养学生独立思考、自主学习的能力，在传统被动接受、模仿操作的基础上，还需要充分发挥学生的主动性，让他们自己提出实验课题，制定相应的实验方案，搭建实验平台，完成实验内容. 让他们切身体会到物理实验学习的乐趣[2]. 在这种培养目标的驱动下，实行开放型的教学模式已经成为当前的主流趋势.

开放型教学模式完全贯彻以学生为中心，教师为辅助的教学理念. 学生根据实验目的，在现有知识的基础上，通过查询相关内容，形成设计思想，在理解仪器构造和使用方法的基础上，自行搭

建实验平台，完成实验仪器设备的调试和数据的采集. 在整个过程中，教师以引导和启发为主，辅助学生正确完成实验内容；鼓励学生独立思考，培养学生创新能力. 开放性教学为学生提供了较为宽泛的环境，让他们在时间、空间、实验内容和课题上都有较大的选择性和自由度[1]. 其中，实验仪器、实验方法的多样性，会增加平台搭建的复杂度. 学习各种型号的实验仪器的实验原理和使用方法是开放式学习不可或缺的环节. 因此，如何在这一环节为学生提供相关帮助，是衡量物理实验开放平台的重要指标[3]. 传统的纸质媒介，如实验教材编写主要以实验项目为单位，仪器相关内容的编排往往不便于学生查阅，尤其是在学生遇到某个新仪器时，往往不知从何下手. 另外由于实验教材和实验仪器的更新周期不同步，造成教材内容和实验仪器在很长时间内不匹配；而仪器说明书缺乏统一性和规范性，并且不便于维护和管理. 传统PC环境下的Web平台克服了以上问题，不仅便于维护，而且可以利用多媒体技术传递更丰富的内容，但实验内容的不容易查找，且只能在固定的位置使用，制约了物理实验开放平台的进一步有效利用. 本文将二维码技术应用于开放平台，试图采用更为简单和直接的方式解决当前的问题，则可充分利用移动设备的普及性和便捷性，构建更为高效的开放型教学模式，提高学生的学习效率.

2　基于二维码技术实验开放平台架构

二维条码/二维码(two-dimensional code)是用某种特定的几何图形按一定规律，采用平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息. 随着智能设备的普及和网络技术的发展，二维码技术已经被广泛应用于生活的各个方面，如身份识别、收支费用、上网浏览、电子凭证等[4]. 为了能够在种类和型号繁多的实验仪器中，方便、快捷地找到与当前实验项目仪器相关的内容，让学生的思维集中于实验的设计和平台的搭建，我们将二维码技术应用于开放性实验平台，其构架如图1所示.

图1　基于二维码技术实验开放平台架构

首先根据实验仪器信息的数据库的组织形式，将各个仪器的信息访问路径编码，生成二维码标签，贴示于仪器或其周围的合适位置，学生可以通过手机、平板电脑等移动设备中安装的二维码扫描工具(如全能二维码、微信等)，对自己感兴趣的仪器二维码信息进行扫描，通过识别、解析和匹配环节，最终可以在移动设备终端显示当前仪器相关的所有信息.

例如，开放的实验平台系统可以根据实验中心现有的仪器，将各个仪器的相关内容，制作成移动设备兼容的多媒体网页，存储于实验中心的服务器端. 每种仪器分配唯一的URL地址，通过二维码生成工具，将生成的二维码贴在相应的仪器表面，方便学生使用. 当学生利用可以识别二维码的App扫描二维码，就会跳转到特定仪器的网址，从而可以了解学习仪器相关的内容：仪器名称、型号、原理、基本操作及相关的实验项目. 如图2所示MOS-602通用示波器的介绍内容.

图2　MOS-602通用示波器内容示例

基于二维码的技术应用于物理实验开放平台，其信息检索的方便性、准确性是不言而喻的. 而且由于二维码的应用如此广泛，如何使用已成为“常识”：在几乎不需要任何宣传、讲解和指导的情况下，学生会很“自觉”地扫码. 在提高信息访问便捷的同时，激发了学生的兴趣，物理实验开放平台成为学生真正乐于使用的“帮手”；再者，无论仪器二维码标签，还是物理实验开放平台的仪器信息，维护成本很低，信息的修正和更新也几乎是实时的；对于已经建立的Web开放平台，不需要修改或经过少量修改，二者就可实现无缝连接，有效利用已有成果，避免重新建设带来的问题.

3　实验方式和教学效果

随着高等教育受益面的逐步扩大,学生受教育需求向多元化发展[5]. 物理实验的开放平台为学生进一步学习物理知识，培养学生的科研能力，提供了全方位、全天候的学习环境，允许学生根据自身需求选择其感兴趣的实验项目[6]. 实验项目的内容主要包括3部分：基础项目、提高项目和综合项目. 实验过程中涉及近百种实验仪器，包括：长度测量仪器、时间测量仪器、质量测量仪器、温度测量仪器、电磁测量仪器、常用电子仪器、常用光学仪器和常用光源. 在基于二维码技术的实验环境中，每种仪器上都有二维码标识，便于学生快速地了解仪器相关信息. 对于不同层次的学生，这种实验方式的优势也是不同. 低年级学生在完成基础性或综合性实验项目时，可以更加方便、直接地获取仪器相关信息；相对于传统的方法，具有便捷性和实时性的优点. 高年级学生完成设计性或研究型实验项目时，面对众多不同型号的实验仪器，可以快速并且准确地找到合适的实验仪器，完成实验项目. 如：电学实验中所使用的电键，可以分为：单刀单置电键、单刀双置电键、双刀双置电键. 当这些电键都作为可用器材时，需要学生对每种电键的特点有清晰地认识. 如果再通过查阅教材的方式获取这些信息，就会干扰实验的主要思路；而采用扫描二维码的方式，可以较好地提高实验完成的效率.

4　结束语

传统的开放平台主要基于PC平台，我们的工作充分利用了手持设备的广泛性和二维码技术的便捷性，将移动网络技术应用于教学过程中. 一方面，提供了方便快捷的仪器信息的检索方式；另一方面，为实验平台的开放提供了快速的通道，提高了实验效率.

[1]浦其荣,霍剑青,轩植华. 开放型物理实验的研究和探索[J]. 物理实验,2005,25(2):31-32.

[2]张增明,孙腊珍,霍剑青,等. 创新研究型物理实验教学平台的建设与实践[J]. 物理实验,2009,29(7):14-17.

[3]王震,丁永文,杜木. 普通物理实验教学中的“提出问题”[J]. 物理实验,2010,30(4):18-21.

[4]马鸣,李海波. 基于Android的二维码的生成与识别系统的设计与实现[J]. 电脑知识与技术,2012, 8(26):6353-6356.

[5]李潮锐,吴深尚. 物理实验创新教育的探索与实践[J]. 物理实验,2005,25(4):25-27.

[6]张锐波. 基于创新开放平台的物理实验教学方法[J]. 实验室研究与探索,2013,32(7):198-201.

[责任编辑：郭伟]

Open platform of physical experiment based on QR code technology

LI Juan-ni， ZHOU Hong， MEN Ting-xuan， ZHANG Xing-rui

(Centre of Physical Experiments, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065， China)

In order to make full use of the popularity and convenience of mobile devices, the QR code technology was applied to construct an open platform of physical experiment. The platform provided convenient access benefited from the characteristics of QR code, such as good usability, high reliability, technical maturity and cost-effective deployment. This method had the advantages of low cost, accurate and direct information retrieval, easy maintenance, good usability and easy docking with the existing technologies and platforms.

physics experiment; quick response (QR) code technology; open platform

2016-05-30；修改日期：2016-07-12

李娟妮(1979-)，女，甘肃兰州人，西安石油大学物理实验中心讲师，博士，主要从事物理实验教学.

G642.423;O4-39

B

1005-4642(2016)10-0027-03

“第9届全国高等学校物理实验教学研讨会”论文