小程序和二维码在海岸动力学实验教学中的应用

秦淑芳， 王 岗， 陶爱峰， 陈文昊

（河海大学a.海岸灾害及防护教育部重点实验室；b.港口海岸与近海工程学院，南京210098）

0 引 言

近年来，随着微信小程序和二维码技术在生活中的广泛应用，如高铁、银行等行业，通过手机扫描二维码即可得到需要的信息，完成购票、查询等常规工作，避免了排队等候，简化了人们在各行各业的工作流程，实现了数据的实时调用和计算，具有鲜明的动态在线特征［1-5］。高校也在积极推广数据信息共享［6-7］，在教师、学生、实验设备、科研成果等方面进行信息搜集。然而这种能实现数据收集、分析、实时调用和形象化展示的动态管理模式，在高校实验教学方面推广较慢、应用甚少。

传统的实验教学模式，在学生多、设备少、课程时间有限的情况下，随着学生创新意识的增强，其弊端也日益显现，严重限制了学生的自主动手操作能力，偏离了工科学生应用型人才的培养目标［8］。微信小程序和二维码技术作为一种全新的手段和方法在实验教学中应用，能扩充实验教学的知识面，增强学生自主学习及动手能力。

1 海岸动力学实验课概况

我校的海岸动力学课程是国家级一流本科专业港口航道与海岸工程的专业基础课，于1952年开设，2016年入选首批国家级精品资源共享课。在该课程60余年的建设过程中，高度关注对学生实践和创新能力的培养，于2008年在国内首次开设了海岸动力学实验课程。该实验课围绕创新与实践进行过多次改革，实验内容不断丰富，教学手段不断更新，尝试了数字教学［9］、MOOC、移动终端［10］等实验教学模式实践，经过师生评价，移动终端手机小程序结合二维码技术应用于实验教学，效果良好。

海岸动力学实验课分为3个课题，分别是水波测量、直立堤压力测量和斜坡堤压力测量，用到的实验设施有76 m波浪水槽1条、DH5922动态测试系统（配套10只压力传感器）、DS30波高测量系统（配套8台浪高仪）等。实验开始时，启动造波机，进行造波，每个实验课题需要造波的数量与学生人数一致，确保每位学生都有动手操作的机会并得到自己的测量数据。如6人小组，需要3组规则波和3组不规则波，每组造波平均需要3 min/人，这样6人小组的造波时间需要18 min。年度参与实验课的指导老师每班次3人，学生共有180人左右，实验需分为30个小组。

2 小程序和二维码在海岸动力学实验课中的应用

我校港口海岸与近海工程学院开发了实验室设备动态管理系统电脑网络版，建立了独立的MYSQL数据库，学院师生、实验场地、实验设备等信息均可从数据库中读取，为实验课程小程序的开发打下了良好基础。根据微信小程序、二维码技术和海岸动力学实验课程的特点，采用了以下应用模式。

2.1 搜集和整理实验资料，构建实验资料库

实验课前，教师根据教学大纲的要求，搜集和整理海岸动力学实验的最新动态、实验任务书、实验指导书、实验操作视频、实验项目案例、实验图片、视频、注意事项、常见问题和解决方法等，将收集到的实验教学相关资料进行整合，形成实验资料库，采用二维码生成器，把常用资料制作二维码，如实验原理、实验操作步骤、课程专题讲座等，将二维码嵌入到纸质版的学习任务单相应的条目中，师生用手机或者ipad微信扫描二维码，即可对海岸动力学实验课的相关内容进行信息发布和学习。也可打开实验课程微信小程序，对实验资料库中的内容进行浏览或下载。对于复杂的实验原理和仪器设备操作步骤，以实验演示的形式制作视频，生成二维码，将二维码粘贴在实验水槽和仪器设备上，以便实验过程中随时参考。

2.2 完善实验流程，优化实验考核方法

根据海岸动力学实验课流程，将实验前预习、实验过程操作和实验后考核添加到微信小程序，学生根据小程序中流程化的实验内容安排，能方便快捷地找到所需要的实验资料，进行针对性地学习。小程序还有记录学生学习情况、现场测验、问题解答、信息反馈等功能［11-13］（见图1），便于教师了解学生对实验课程的理解程度。

图1 海岸动力学实验课程小程序

（1）小程序学习记录功能。类似签到，用于理论课、实验课、专题交流等的学习记录。它能够读取学生登录、下载、学习时长、师生互动的每一次记录，通过信息分析，推断学生学习状态、进度等，为课程指导提供依据，加强学生对专业课程的学习态度，为将来工程应用打好基础。

（2）小程序测试功能。是用手机等移动设备扫描二维码，进入小程序，随机读取资料库中一定数量的相关实验测试题，供学生现场测试，便于老师了解学生对实验课的掌握程度，选择重点，引导学生实验操作，给学生留出更多的动手操作和思考时间。

（3）小程序问题解答功能。通过学生提问，老师或者同学解答，专业人员整理入库，可以大大增加实验资源库中的信息量，对下一级学生学习提供更多的实验资源。

（4）小程序信息反馈功能。① 老师对学生的课程学习、现场测试、实验报告等情况，通过小程序中设置的权重进行分析统计，得到学生的实验课成绩，生成学生成绩统计报表，完成对学生的实验课考评；② 学生对实验指导老师的讲解方法、授课内容和教学态度进行反馈，海岸动力学实验课程小程序便于老师对此进行改进，提高教学质量。

3 小程序和二维码应用于实验教学的成效

海岸动力学实验课引入微信小程序和二维码技术后，成效明显，学生学习主动性增强、动手实践机会增多、知识吸收更加深入、实验课考评机制更加有效，印证了微信小程序和二维码技术在实验课教学改造中的实用价值。

3.1 打破传统实验教学方式，激发主动学习积极性，增加动手实践频次

传统的实验教学，学生多、实验操作设备少、学生对实验设施和内容了解得不够充分，所以实验前指导老师需要对实验原理、仪器设备原理和操作过程等分别进行讲解，每小组讲解至少10 min。以学生180人，6人1组，共30组，每组造波3 min/人为例，每组实验操作需要18 min，这样一个小组完成实验大约需要30 min。整个实验课程，3位实验老师各需要讲解90（30组×3项）次，实验时间45 h（30×30×3=2 700 min），每天8 h计算，约为6天。

实验课程一般安排在11～12月间的4个周末完成，时间跨度长，且其中两天要用在实验前的理论课及设备安装准备上，学生虽然每人都有操作机会，但是对一个实验项目，如水波测量，在短短的30 min内让6个学生都彻底理解，还是有点困难，学生很难在实验过程中充分发挥其想象力和动手能力，老师也很难与学生进行细致的互动交流。这种传统的实验授课方法，占用了学生太多动手操作和与老师交流互动的时间，学生在这个时间内只能机械地完成实验操作，没有时间去重复测量或探索分析实验结果出现的原因。

微信小程序和二维码技术应用后，学生利用手机等移动设备扫描二维码获得相关实验课的课件、视频等资料，提前进行预习，对实验课题进行准备和思考，带着问题去操作设备，对比分析数据，对于有可能出现的实验结果，完全有时间进行再次测量验证。根据实验课学生测量次数分析，传统的教学方式下，1个小组6人，用时30 min，每人只能测量1次，共6次；二维码应用后，对于问题较多的人，除了完成老师指定参数下的实验外，如一定水位和周期下的波高变化，他们还可以改变水位，或改变周期进行测量，分析不同工况下的测量结果，这样6人小组在30 min内可测量12次以上，问题多的学生每人可最多达到测量4次，极大地提高了学生对专业实验课的认同和兴趣，达到了提升创新和实践能力的教学目的。

3.2 充分利用实验课在线资源，师生互动机会增多，知识点理解更加透彻

实验课老师，提前把教学大纲、实验指导书、相关操作视频、项目案例、实验常见问题等相关材料进行搜集，将搜集到的实验教学相关资料进行整合，形成实验资料库。理论教学章节结束后，将相关资料二维码发送给学生，也可以进入微信小程序浏览或下载学习，课下学生可以随时查看，便于学生及时巩固课程内容。

实验教学前，学生通过微信小程序，浏览或下载实验资料库中的材料，提前学习即将授课的内容，观看实验项目案例视频，对实验原理、操作过程、动水波高或波压力大小有个概念性的认识，为实验操作打好基础。

实验过程中，实验室液晶屏幕会滚动播放实验操作相关内容及注意事项，学生进入实验室后，老师稍做介绍后即进行巡查引导。此时，学生可带着问题集中精力投入到实验中去，他们会拥有更多的时间去动手操作，对比分析测量数据，充分发挥学生的主观能动性，将实践与理论良好结合。

实验后，通过实验问题解答二维码，对于资源库中已存在的问题，学生可参考其解决办法；如果是新问题，则可以提出，发送给老师，老师解答后，新的问题会添加在资源库中。实验问题案例也越积越多，日积月累，实验资源库会给专业学生提供更加全面的实验知识，夯实专业基础知识，增加学生对海岸动力学理论及工程实践中的认知，从而达到实验教学的目的。

3.3 实验考评机制更加有效，学生学习态度更加端正，教学效果得到保障

以往实验考核方式简单，基本上以提交的实验报告为主，导致学生对实验教学不够重视，报告抄袭现象屡禁不绝。

手机小程序应用后，在实验前，可以跟踪学生预习情况。微信小程序对学生登录信息和学习时间均有记录，实验课件必须学习的内容是否完成，实验案例及相关资源有没有播放，小程序在日志管理中均有记录。这些学习记录会做为实验考评的一项内容，督促学生自主学习的积极性。学生实验操作结束后，该组成员扫码进入小程序，完成实验随机测试，现场打分，分数低的同学可以利用中午或晚上时间重新实验，重新测试，直到分数满意为止。现场测试，便于了解学生对实验知识点的掌握程度，一方面可以提高学生对实验课的重视，另一方面也可以协助老师了解课程难点，及时更新课件讲授方式，增加案例说明。

实验结束后，学生根据实验任务书内容，课后编写实验报告。这样课前学习、现场测试和实验报告按一定比重得到最终实验考评成绩，完善了实验课的考核形式，端正了学生实验课学习态度。

4 结 语

海岸动力学实验课是国家级精品资源共享课和大学生MOOC海岸动力学的有机组成部分，也是海岸动力学培养学生创新实践能力的重要举措。近年来，通过引入微信小程序和二维码技术［14-16］，结合实验课在线资源的不断建设，对实验课教学效果提升起到了重要作用。实验前，学生利用丰富的实验资料库进行拓展预习，将实验任务单中不明白的内容和问题及时通过小程序进行反馈。实验中，学生遇到问题，可以进入小程序，搜索查找相关问题的解决办法，锻炼学生自主学习和解决问题的能力。实验后，实验老师根据学生遇到的问题，将新增加的有价值的问题及时添加到资料库，丰富资料库内容，再根据小程序中学生的课前预习、现场测试和实验报告成绩进行综合考评，完善了传统实验课的考核形式，端正了学生的学习态度。丰富的实验资料库，方便快捷的微信小程序和二维码，营造了海岸动力学实验课良好的教学氛围，增加了学生对海岸动力学课程的兴趣和认知，保障了实验教学目的的实现，提升了学生的自主思考和创新实践能力。