信息化实践教学系统在高职工科专业课程中的应用

吴琦 赖冬寅 邓春生 李依璘 郑刚

（四川工商职业技术学院 四川省都江堰市 611830）

1 实践教学信息化的现状及困境

目前，各大高校都在积极推进信息化教学改革，并在课程建设上取得了一系列成效，但如何有效的将“互联网+”融入实践教学，特别是高职院校工科类的实践教学，还主要面临着以下几个难题：

（1）如何将实验实训与“互联网”进行有效的、科学的结合，才能切实提高实践课程的教学效率和质量，特别是使用什么技术和手段来实现两者的结合；

（2）实践课程怎么才能通过“互联网+”的方式进行课后或课外的练习；

（3）怎样才能通过“互联网+”的方式，有效提高学生在实践课程中的学习能力。

从实践条件出发，要提高实践教学的信息化，不仅需要推动线上建设，更需要改进线下教学。线下要提高实验质量、提升实验室建设水平，实现资源的合理配置、高效共享，则必须实行实验室的有效开放。[1]而在实验室开放的过程中，必须考虑到实验项目的安全、实验项目的实施时长等因素，除此之外还需要考虑能够同时兼顾专业常规实验项目和创新实践项目的实施，为不同需求的学生提供不同的实验条件和实验时间。[2]特别是要跨界协同培养学生创新创业能力，更加需要一个线上线下相结合的平台和系统。

2 信息化实践教学系统的应用

要实现信息化实践教学，首先就要打破实验环境有限、实验设备有限、实验次数有限、实验时长有限等诸多对学生的约束和限制；其次还要能够有效的采集实践教学过程中学生的相关数据，通过对实际教学数据的分析，来改良信息化实践教学的教学模式和考核方式。因此，基于网络化的实验室开放管理系统是实验室开放高效运作的重要支撑。[3]

我校自主开发的信息化实践教学系统由“智能开放式实验室管理系统”和“实践教学服务及管理平台”两大部分组成，可打破学生和教师实践过程的空间、时间限制，提升实践教学的效率。其中，“开放式实验室管理系统”主要为学生实现在线预约实验室资源、线下有序自主进行实验；而“实践教学服务及管理平台”不仅能为学生提供在线学习专业课相关的实践内容（包括：实验、实训的视频学习、习题学习、实验步骤的设计等），而且还能实现学生在实验室过程中在线填报实验数据、上传实验过程图片、上传实验结果和报告等功能，同时也能辅助教师进行部分实验内容的自动评判和实践教学内容的优化。

图1：信息化实践教学系统的应用流程图

信息化实践教学系统的主要应用流程如图1 所示。

首先教师通过“实践教学服务及管理平台”，在线发布实践教学的任务、并提供包括视频、习题等在内的一系列实践教学资料→学生注册、登录“实践教学服务及管理平台”，获取实践教学任务→学生在线学习实践教学内容的视频（包括：实验设备仪器的操作、实验内容及原理、实验知识和技能的应用等）→每学完一个视频，需要在线进行视频相关的作业答题；如果答题没有达到标准，则还需要重新学习该视频内容；如果达到标准，则可以进行下一个视频的学习，直到所有视频学习完毕→学生在线进行实验前的准备，例如：在线设计实验步骤等等→完成以上实践内容的在线学习后，学生方可组队、进行方案讨论和制定，并将设计的实验方案上传平台，同时通过“开放式实验室管理系统”预约实验室资源→实验室管理者在线审核实验室预约申请（绝大多数时间都是由“开放式实验室管理系统”自动审核实验室预约）→学生在预约成功的时间段内到达实验室现场进行人脸认证进行实验→学生在实验过程中，将实验数据和图片上传平台，学生也通过平台进行线上问题交流→整个信息化实践教学系统自动进行数据分析，学生、教师、管理者将分别获得不同的信息反馈→根据反馈信息，教师与学生进行线下交流→学生、教师将经验分享上传平台→学生、教师、管理者通过对反馈信息的分析，分别进行：改进学习效率、更新实践项目、提高实践效率。

图2：《机电智能产品创新设计》的实践教学理论策略

图3：《机电智能创新产品设计》课程的实践教学模式设计

3 信息化实践教学系统在专业课程中的应用——以《机电智能产品创新设计》课程为例

信息化实践教学系统在实际的教学应用中，首先需要根据课程目标和课程实践教学特点，制定对应的实践教学理论策略，而后根据理论策略，依托系统进行实践教学内容（包括：实验前、中、后）的信息化设计，并在实际教学过程中使用系统进行教学。

3.1 《机电智能产品创新设计》的实践教学理论策略

以《机电智能产品创新设计》课程为例，针对课程信息化实践教学的难点，所制定的实践教学理论策略是：采用“构建主义理论”架构实践教学主体，以学生为中心，实现“同化——顺应——平衡”的学习过程；特别是针对传统实践教学难点，采用“程序教学原则”设计自适应训练体系，实现关注学生个体的成长；同时，借鉴“多元智能理论”，采用过程性评价方法，设计学习效果评价体系，通过多种方法实现过程评价，具体如图2 所示。

3.2 《机电智能产品创新设计》的实践教学模式设计

在《机电智能产品创新设计》课程的教学实施过程中，基于实践教学理论策略，依托系统的信息化应用，设计了对应的实践教学模式，如图3 所示。

实验前，学生首先需要在“实践教学服务及管理平台”上，通过观看“实验的规范操作视频”，来强化对规范操作的认知理解，同时，通过观看“实验理论的实际应用视频”，来提升学习兴趣、弥补专业认知的不足。之后，学生需要在实验前学习基本理论，并进行在线的答题训练，以强化基础知识，实验前的学习总共约30分钟。

实验中，通过教师讲解演示、或者观看教师演示视频，引导学生进行实验项目的规范操作，强化自身经验，以实现“同化过程”；之后，实验项目进行专业关联性示例教学，引导学生结合新的信息，重构对实验项目的认知，实现“顺应过程”；在实践过程中，通过对每一个步骤进行规范操作、记录以及网络上传实验步骤过程，实现不间断的强化学生的记忆和理解；并且通过讨论、总结等方式，消化所学的新信息、稳固新的图式；实验中的学习至少需要90 分钟。

实验后，学生需要在线完成实验报告的规范填写并提交，以便教师网络审阅；之后的联想能力训练，主要是让学生从生活中关联实验原理的应用，一方面增强学生的信息收集和整理能力，另一方面增强学生对原理运用的认知。实验后的学习大约耗时40 分钟。

每个实践教学环节，逐次递进，通过实验前增加专业认知、强化规范意识，实验中引导专业关联和实验过程，实验后规范报告写作、强化联想训练，逐步固化学生工程和质量的思维方式，使学生认知达到新的平衡。

4 信息化实践教学系统在跨界协同培养学生创新创业能力中的应用案例

信息化实践教学系统除了可以在常规的工科类专业课程中使用之外，也适用于跨界协同培养学生的创新创业能力。当项目跨专业、跨学科领域时，学生由于受限于自身的技术和视野一般都无法独立完成，教师也受限于专业领域一般亦无法独立进行指导，而在传统原有条件下都会花费大量的精力进行人员、时间、场地等方面的协调，不仅会拖慢项目的开发进程，甚至会影响项目的成败。通过信息化实践教学系统的应用，可以打破以上的限制，缩短项目开发周期，提升学生创新创业能力的培养效率。本文还是以《机电智能产品创新设计》课程为例，介绍课程后期依托系统进行的2 个跨界协同培养学生创新创业能力的应用案例。

4.1 案例1：校园导游系统的设计

该案例系电子信息工程技术专业学生在《机电智能产品创新设计》课程中自主设计并开发的产品。在实际开发过程中，学生和教师依托信息化实践系统，在线开通项目管理通道、发布成员邀请，不仅在线邀请了旅游管理、网络技术等多个专业的教师共同担任项目指导团队，学生也自发组织了由旅游、电子信息、网络技术等专业构成的跨专业学生团队，并为团队每个成员创建了一个项目关联账号。学生团队通过线上、线下的沟通交流，形成设计方案、项目分工以及项目进程表，并将这些阶段性的资料上传平台，各位教师根据自己专业特长在线对方案等资料进行反馈和指导；学生团队在确认方案后，可通过系统在线预约实验室，进行项目的实物化开发。依托系统的应用，跨专业的学生团队成功开发出“校园导游系统”的雏形机，相对原计划缩短了30%以上的开发时间，同时教师也将该案例的经验和过程资料，转化为平台上的实践教学资源。

4.2 案例2：温室大棚环境监控系统的设计

该案例也是电子信息工程技术专业学生在《机电智能产品创新设计》课程中自主设计并开发的产品。在该案例的实施过程中，学生和教师除了依托系统组建由电子信息、网络技术、工业机器人、市场营销等跨专业的团队之外，还邀请了农业种植企业的技术专家共同参与项目指导。期间，教师团队着重指导项目的技术路线、实物化制作、产品调试以及产品的推广营销，而企业专家着重指导项目在农业中的落地要素和实际的农业监控需求。以上的指导过程，基本是依托信息化实践系统在线上实施的，特别是企业专家全程都是远程指导。该项目成功开发出了“高原草莓温室大棚环境监控系统”，并在企业当地进行了项目的落地试验，不仅大幅提升了学生创新创业项目的落地转化率，而且还缩短了40%以上的开发时间。同时，该项目参加“2020年第十二届‘挑战杯’大学生创业竞赛”获得省级二等奖，该项目开发过程的资料也转化为平台的实践教学资源用于学生创新创业方面的教学。

5 结束语

系统应用统计结果显示，信息化实践系统能有效提升学生的实践学习自主能动性，缩短学生创新创业项目的开发周期，提升项目的品质，但还需要扩大信息化实践教学系统在其他课程中的应用。