适应多种实验教学管理模式的数字化平台研究与建设

摘  要：针对学院多门实验课程的教学管理无法在同一个实验教学管理数字化平台上实现的问题，通过调研高校目前实验室开放管理中采用的教学管理模式，进行分类研究，开发出一套面向多种开放管理模式的实验教学管理数字化平台。利用该平台实现现有12门实验课程的多种模式教学管理，包括在线排课与选课、学生预约实验课程、课程成绩管理等功能，并能够在没有教学任务时，根据实验室设备的空闲情况，学生可通过预约进行自主性实验，达到学生、教师、实验室的时间和空间的最优化组合。该平台具有一定的通用性，可以在其他院校推广应用。

关键词：实验教学；教学管理模式；教学管理系统：数字化平台；多模式

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）S1-0075-06

Abstract： In response to the problem that the teaching management of multiple experimental courses cannot be achieved on the same digital platform for experimental teaching management， a digital platform for experimental teaching management oriented towards multiple open management modes has been developed through research on the teaching management models currently used in open laboratory management in universities. By using this platform， we have implemented various teaching management modes for the 12 existing experimental courses in our college， including online course scheduling and selection， student reservation for experimental courses， course score management， and other functions. When there are no teaching tasks， students can conduct autonomous experiments through reservation based on the availability of laboratory equipment to achieve the optimal combination of time and space for students， teachers， and laboratories. This software has certain universality and can be promoted and applied in other universities.

Keywords： experimental teaching; teaching management model; teaching management system; digital platform; multi-mode

实验教学是培养学生具有严谨的科学思维和创新能力的手段，能培养学生理论联系实际，特别是与科学技术发展相适应的综合能力，以适应科技发展与社会进步，对人才的需求方面有着不可替代的作用。《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》[1]中明确提出，要强化实践教学环节，深化实践教学方法改革。开放式实验室建设和开放式实验教学是深化实验教学改革的重要途径之一[2-6]。

在教学改革实践的工作中，华中科技大学（以下简称“我校”）越来越重视实验教学，其主要体现在对经费的支持，以改善教学设备和实验教学教室环境条件、实验课堂教学管理和理论课教学管理同等化、教学内容和管理方法多元化（有必修、选修，以及不记学分的兴趣选课等）开放式实验教学。这些改革，提高了教学质量，但在教学管理上造成一定的难度，需要一套功能完善、适应能力强的实验教学管理数字化平台来支持这种多种教学模式并存[7]的教学管理环境。

一  实验教学管理数字化平台使用现状

以我校材料实验教学示范教学中心为例，共有8门独立开设的实验课程、6门理论课的课程实验，各实验课程教学的管理模式各有差异。原来的实验教学管理软件功能单一、适应能力差，已经不能满足现在的多种实验教学管理模式，严重影响到教学管理水平。因此，迫切需要一套可以兼容多种管理模式的实验教学信息管理平台来支持实验教学管理工作。笔者对省内外一些高校的实验教学管理数字化平台的使用情况进行了调研，总结得出实验教学信息平台使用的现状有以下几点。

第一，由于实验课程的教学比理论课程管理复杂、繁琐，且管理模式多样，目前没有可以兼容所有实验教学管理模式的管理系统。各高校的实验教学目前没有全校通用的实验教学管理数字化平台，但理论课程基本上都有全校统一使用的教学管理平台。

第二，有一些实验教学单位有自己开发的实验教学管理数字化平台，但是其平台是该单位量身定制的，只适合该单位目前的管理模式。其他实验教学单位只要管理模式稍有差异，或是本单位教学管理模式稍有变化，则该平台就无法使用。

第三，有一些实验教学单位的教学管理数字化平台只能在本单位的部分实验课程中使用，或是干脆没有使用。由于实验课程管理的多样化，本单位的数字化平台可能适应A课程但不适应B课程，或是由于实验课程管理方式发生变革，原来大力开发的数字化平台根本就不实用，成了摆设。

所以，建立一套功能完善、满足多种实验教学管理模式的、适应能力强的实验教学管理数字化平台是非常必要的。

二  实验教学管理模式分类探讨与研究

（一）  实验教学管理模式分类

为了设计出符合要求的实验教学管理平台，既可同时适应于不同学院、不同实验课程、不同开放模式，又可满足不同模式的实验教学课程过程多层次管理需求，因此对目前存在的各种实验教学管理模式进行了分析、探讨，并分析不同的管理模式有什么样的优缺点，适应什么样的具体实际情况。目前，通过对我校材料科学与工程学院、物理学院、化学与化工学院、电气与电子工程学院等进行的调研，发现实验教学管理模式可以归纳为固定实验教学管理模式和开放式实验教学管理模式。

1  固定实验教学管理模式

固定实验教学管理模式，即传统实验教学管理模式，有一定学分要求。该模式可以分为班级排课模式和分组排课模式。

班级排课模式：这种模式适用于同种实验设备多的情况，可以一次容纳一个班，实验内容均为每个学生必做实验，教师按班级上课。其优点是方便简单，教师排课及学生不再需要单独预约，缺点是所有学生有相同的教学内容和要求，没有进行个性化定制。

分组排课模式：这种模式适用于同种实验设备少的情况，一次不能容纳一个班，实验内容均为每个学生必做实验，教师按小组上课。其优点是学生不再需要单独预约。缺点是没有进行个性化定制，所有学生有相同的教学内容和要求，手动分组排课繁琐，有必要借助实验教学管理平台来完成预约。

2  开放式实验教学管理模式

开放式实验教学管理模式可以分为半开放模式和全开放模式，其中，半开放模式有一定学分要求，全开放模式可有或没有学分要求。

半开放模式：学生可以自主预约。这种模式适用于同种实验设备少且实验项目多的情况，一次不能容纳一个班的学生做实验，上课学生可以根据自己的兴趣从n个实验项目中自主选择m个项目来完成学分（n>m），实验教师按预约生成的小组课表来上课。其优点是学生可以根据自己的时间和爱好进行个性化定制来完成实验课程，缺点是对每个同学来说，每个实验项目的教学内容和要求仍然相同。该管理模式下的实验预约、课程排课逻辑复杂，几乎无法人工完成这些工作。

全开放模式：实验室、实验设备是全开放的，学生可以自主根据自身的需要预约实验设备或实验室物理空间。这种模式适用于创新基地的实验、探究实验、科学研究实验等。同一个实验，学生可能需要多次预约、反复测试。其优点是学生可以进行个性化定制来完成对实验、空间的需求，并且没有预定的实验方法和内容，可激发学生的学习兴趣，提高教学效果，有利于培养创新意识、创新精神[8-9]。其缺点是不可预测性强，几乎无法人工完成预约。

（二）  新开发的实验教学信息化管理平台功能目标

本研究旨在设计出一套适应以上所有情况的实验教学信息化管理平台，多门实验课程可以同时开放，每门实验课程的管理模式可以按照需求来选择班级排课模式、分组排课模式、半开放模式和全开放模式等，这样的系统有很强的兼容性，可以广泛使用在实验教学管理中。

第一，研究实验教学管理模式的分类，提高实验教师对实验教学管理的理论认识，并可依照课程、设备、场地和时间等具体情况，选择最佳的教学管理模式。

第二，规范实验教学管理工作，提高实验教学现代化管理水平。方便院系教学管理者了解每门实验课程的实施情况，如开课时间、开出的实验项目、设备台套数、每台设备容纳人数，以及学生到课情况和学生成绩情况等，发现问题时及时干预、消除隐患。

第三，本平台将解决多课程不同上课模式的预约问题，并满足课程个性化实施、满足学生个性化自主预约定制个人课表，以及学生与教师之间的双向交互，从而提高教学质量。

第四，所开发的数字化平台实用面广、共享性强，可以适用于不同的学院及多种实验课程的教学管理。

三  适应多种实验教学管理模式的数字化平台设计

（一）  系统总体功能结构

基于学校各院系对于实验教学管理的需求，首先分析该综合管理系统的用户类别，确定使用对象有管理员、教师和学生，建立“学校-院系-课程”的三层管理体系。然后，根据各自的需求确定相应的功能模块，建立具有多模式功能的实验教学管理数字化平台，完成实验教学全周期的信息化管理任务，从而弥补现有教学管理的不足，提升教学质量，满足我校全方位人才培养的需求。根据需求分析，系统大致确定了学生选课管理、教学安排管理、成绩管理、日常教务管理和系统管理等功能，并根据相应的功能需求将功能分配到相应的模块，如图1所示。

基于上述的功能设计，可以根据用户的角色设计不同的模块，主要有校级管理员、院系级管理员、课程管理员、教师模块和学生模块。

（二）  管理员模块功能

校级管理员维护学校层信息，增加院系信息。院系级管理员维护院级信息，增加课程信息。校级管理员可以创建院系级管理员，并兼有院系级管理员的权限，院系级管理员可以创建课程管理员，并兼有课程管理员的权限，如图2所示。

课程管理员模块主要实现日常的教务管理，是系统的核心模块，具体涉及的功能有：①学生信息管理。管理员可以将学校的在校生信息批量导入学生信息表中，也可以单个地进行添加、修改和删除操作。②教师信息管理。管理员在本学期开始时可以将课程的教师信息加入教师信息表中，对教师的信息进行修改、删除操作。③实验室管理。管理员可以创建不同的实验室（实验场地），及对实验室的允许上课时间和实验室学生容量进行管理。④选课方式设置。管理员可以对所属的课程进行选课方式设置，如按班级排课、分组排课、学生自主预约、学生自主反复预约。⑤成绩评定设置。管理员对学生的成绩评定进行设置，确定课程成绩的评判标准。⑥课程通知设置。管理员可以对选择该课程的学生进行通知，如通知交作业的时间、方式等。