手机APP在信息化实验教学中的应用研究

佟 颖，路敦强

（天津师范大学电子与通信工程学院，天津300387）

手机APP在信息化实验教学中的应用研究

佟 颖，路敦强

（天津师范大学电子与通信工程学院，天津300387）

为进一步推进高校实验教学的信息化进程，激发学生自主学习的兴趣，加快实验教学改革步伐，设计了手机APP实验选课软件和实验教学管理软件，在信息化实验教学与管理系统中融入移动互联网技术.该手机软件基于Android系统开发，与现有的实验教学及管理系统共享数据库，学生端可以实现移动学习，教师端可以实时进行教学管理.该软件投入使用后激发了学生学习积极性，提高了教师工作效率，也为实验教学的信息化注入了新的活力.

APP；实验教学；移动互联网；智能终端

近年来，在教育部的大力推动下，将信息化教学手段应用于实验教学改革已在众多高校取得了良好的效果[1-2].天津师范大学自2007年起在部分理工类学院推行实验信息化教学改革，设计并自主研发了网络化实验教学与管理系统[3-4].该平台采用C/S（客户机/服务器）与B/S（浏览器/服务器）相结合的方式[5-8]，实现了实验预习资源共享、在线实验选课、学生自主预习测评和电子实验报告生成等功能.系统开发团队多年来一直不断地对该平台进行修改完善，截止目前该系统已稳定运行7年余，服务器数据库中保存的电子实验报告达十余万份，信息化实验教学取得阶段性成果.

智能手机的逐步普及和移动互联网技术的快速发展，为将手机APP应用于高校教学的信息化建设提供了良好的技术基础[9-10].武汉工程大学报道了将手机软件应用于教学资源共享的教学理念[11]；西南石油大学提出在数字化校园建设过程中，加入校园手机客户端软件，实现了包括课程资源共享、图书馆信息查询等功能[12]；东北林业大学对“移动校园”手机APP软件设计进行研究，并设计了教务管理、课程查询、图书借阅和生活服务等六大功能模块[13].然而，目前在国内其他高校中，尚未有针对实验教学及管理开发手机APP软件，并将其应用于实际教学的报道.

大学生是对新兴事物具有较高敏锐性的知识群体，手机APP应用于实验教学有助于提高学生对实验课学习的兴趣，培养其自主学习能力.此外，从教师进行实验教学的角度出发，智能手机作为一种掌上设备，具备便携特点，可以满足教师在实验课现场记录学生实验操作表现的实际需求.本研究基于Android系统开发手机APP，与现有实验教学与管理系统对接，以期在不扩充硬件成本的前提下，采用移动学习及移动教学管理模式促进实验教学，体现信息技术对高校实验教学的推动作用.

1 系统结构及功能

1.1 系统总体架构

信息化实验教学与管理系统的结构采用B/S与C/S相结合的模式搭建，用以实现基于计算机网络的实验教学与实验管理功能.系统硬件部分包括网络服务器、实验室教师机、预习机房学生机、IC卡读卡器和其他网络互联设备，系统的硬件结构如图1所示.

图1 系统硬件结构图Fig.1 Hardware structure of the system

网络服务器为系统硬件核心，预习机房内的学生计算机以及位于各个实验室内的教师计算机通过交换机与网络服务器相连.实验室中还设置了与教师机相连的智能读卡器，作用是对前来做实验的学生进行IC卡身份认证.图1中虚线框内部分是此次功能升级的新增硬件，即智能手机终端.由于智能手机为师生自有设备，且智能手机与服务器间通过无线网络连接，故无需新增硬件升级投入.

1.2 系统软件架构

该系统软件结构结合了学生PC端的B/S浏览器模式、教师PC端的C/S客户机模式和手机APP客户端模式共3种终端访问模式，系统采用分层架构开发，其软件结构如图2所示.

图2 系统软件结构图Fig.2 Software structure of the system

1.3 系统功能简介

网络化实验教学与管理系统的主要功能如图3所示.由图3可以看出，系统用户身份分为管理员、教师和学生3种类型.其中管理员通过B/S模式、以浏览器方式访问服务器，主要完成实验排课、数据统计和系统维护等操作；教师用户通过浏览器登录系统的教师界面，实现实验资源更新、批阅实验报告和评价学生成绩等操作，在实验室中，教师也可以采用C/S模式，通过智能读卡器验证学生身份，并以此作为学生出勤记录；学生用户可以在预习机房以B/S模式访问系统的学生界面，学生界面包括实验预习、预习测评、填写电子实验报告和查询实验成绩等功能.

图3 系统主要功能Fig.3 Main functions of the system

2 手机APP功能设计

分析原有的系统功能可知，在系统的3种用户身份中，学生用户和教师用户需要实时访问服务器并做出简单操作.而系统管理员因工作时间比较集中，每次登录系统持续工作时间较长，且管理员的系统操作对网络的安全性要求较高，故不适合采用手机终端方式接入网络.此次升级主要针对教师和学生用户，在Android系统下，采用java语言设计了2款APP软件，作为原有系统的有益补充，完善了系统功能.

2.1 学生用户APP功能设计

原有系统中，学生用户在完成实验测评后需在实验课开课前完成实验预约，即确定具体的实验时间.由于每个实验开课次数有限，每个学生需在合理安排个人实验时间的前提下，错开预习机房使用的高峰时间进行预约操作，以规避预约冲突，保证自己能够正常上实验课.但以往学生在预习机房开放时间内使用浏览器方式进行实验预约时，因同时访问预约界面的学生用户众多，常出现同一预约时间多人抢占的情况，学生需在经历多次尝试后，选择其他开课时间才能成功预约.此外，学生在使用信息化实验教学系统的过程中还面临另外一个问题，即每到学期末学生需查询实验成绩时，往往正值预习机房放假前整修时间，无法保证机房正常开放，导致部分学生不能及时获知当前学期的实验成绩.

分析以上问题不难发现，解决学生困难的关键在于将学生从预习机房的空间和时间限制中解放出来.手机终端具备可以随身携带、不受时间空间限制以及可实时查询信息的特点[14].智能手机在大学生中较为普及，已经成为潜在可利用的软件平台，可在无需大量硬件投入的情况下，实现软件系统的顺利升级.因此，在保留学生界面B/S模式原有功能的前提下，需将实验预约及成绩查询功能以APP软件的方式呈现给智能手机学生用户.学生实验预约功能的软件界面设计如图4所示.

图4 学生APP实验预约功能界面Fig.4 Student client interface of experiment booking model

图4（a）为学生选课界面，每个实验课程由多个实验项目组成，实验项目分为必修和选修2种，学生在每学期初根据自己的学习计划进行选课.以图4（a）中显示内容为例，当前学生准备选择第一教学周的实验项目，点击“第一周”后，可见第一周内开设的实验项目.实验项目列表中显示“可预约”标签的实验表示当前学生已经通过该项目的预习测评，可以进入预约环节；未显示“可预约”标签的实验，则表示该生尚未通过预习测评，该实验项目暂时不对其开放.图4（b）为预约实验时间界面，当学生点击了某个可预约实验项目的名称后，可以进入时间选择界面，预约上课时间.若某一时间已经预约满，则该时间将显示“已选满”标签，其他所有无标签的上课时间均可预约.图4（c）为预约实验台界面，当学生点击预约某一开课时间后，可以选择上课的实验台，该界面中粉红色座位表示已经被预约的实验台，白色座位为可预约的实验台.当学生通过手机APP完成以上操作后，即可在预约的指定时间到达实验室进行实验.

2.2 教师用户APP功能设计

在原有系统教师界面的实验成绩评价部分，教师需要对学生的实验预习测评成绩、实验现场操作成绩和实验报告成绩3个方面的实验表现进行综合评分，其中实验预习测评成绩由系统读取学生预习测评成绩生成，实验现场操作成绩由教师在实验课上现场记录打分，而实验报告成绩由教师在学期末根据学生提交的电子报告在线评分.原系统在此3个部分的成绩评价中，只有实验现场操作成绩没有实现无纸信息化管理，依然需要教师在课堂上手工记分，下课后再录入系统.此种方式工作效率较低，增加了教师的重复劳动.在系统设计之初，原计划采用自主开发的手持终端设备进行教师现场评分，但由于预算较高，没有付诸实现.针对此问题，实验室为每个教师机配备了智能读卡器，其主要作用是实现学生考勤检查，但从系统运行情况看，此种方式无法避免学生之间代替刷卡的现象，而且因学生忘带IC卡或IC卡损坏造成无法刷卡的情况也时常出现.因此，只能采用教师点名与IC卡认证相结合的方式进行学生考勤检查，可以较为人性化地解决此问题，但同时降低了工作效率.

手机APP软件可以有效解决教师用户面临的以上问题.首先，智能手机具备手持终端便于携带、可实时进行数据采集和数据交互的功能，可以实现实验现场评分功能；其次，通过在手机屏幕上显示学生电子名单，可方便教师在手机上记录学生出勤情况，弥补学生因无法刷卡而造成的不能签到的遗憾.教师用户APP软件的功能界面如图5所示.

图5 教师APP功能界面Fig.5 Teacher client interface

图5（a）为教师在上课时对学生进行电子点名的界面，此界面显示了预约当前时间的所有学生信息，包括照片、学号和姓名，教师可比对学生情况对出勤学生进行签到.图5（b）为实验现场操作成绩打分界面，教师可在上课过程中对学生现场表现进行记录，既保证评分的公平公正，又提高了教师的工作效率.

3 结论

本研究在原有信息化实验教学与管理系统的基础上，提出采用手机APP软件的方式对系统原有功能进行升级.此方法不但避免了大规模的系统硬件升级投入，而且增强了系统软件功能的灵活性，体现了信息技术服务于实验教学的先进性和人性化，在提高教师工作效率的同时，有效激发了学生的实验学习兴趣，取得了较好的使用效果.

在今后的工作中，系统开发人员将通过收集APP软件使用的反馈意见，对系统进行进一步优化，探索将更多功能集成到智能手机平台的可行性，为师生在实验课学习和管理过程中提供更大的快捷与便利.

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（责任编校 亢原彬）

Research of the application of mobile APP in informatization experiment teaching

TONG Ying，LU Dunqiang
（College of Electronic&Communication Engineering，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

To further promote the informatization process of college experiment teaching，stimulate the interest of students in independent learning，and accelerate the reform of experiment teaching，a set of mobile APP experiment course selection software and experiment teaching software is designed，which engaged mobile internet technology into informatization experiment teaching and management systems.The mobile software is developed based on Android operating system，and it shares the database with the existing experiment teaching and management system.The main functions of the student terminal APP are online course reservation and experimental score query；while the teacher terminal software can assist teachers in student attendance management and experimental operation results live scoring.It is of high practical value to apply mobile APP to experiment teaching since it can improve students'learning motivation and enhance teachers'working efficiency.The combination of mobile internet technology and experiment teaching reflects that educational technology is advancing with the time and developing vigorously.

APP；experiment teaching；Mobile Internet；intelligent terminal

1671-1114（2015）04-0037-04

O439；TP311.11

A

2015-03-07

天津市高校优秀青年教师资助计划（ZX110QN046）.

佟 颖（1982—），女，讲师，主要从事计算机应用技术和数字图像处理方面的研究.