工业分析检验智慧教学系统的设计与应用研究

刘欢笑

摘要：针对传统工业分析检验课程教学模式的不足与缺陷，综合运用计算机技术、网络化技术、大数据技术和移动互联网技术，研究和开发具备信息化、智能化的工业分析检验智慧教学系统有理论学习测试模块、实验操作实践及分析模块、分析检验中级和高级两个考工的辅导模块，以及分层教学模块四个模块组成。本校应用化工技术专业中的应用表明，通过现代信息技术建立信息化、智能化的实践教学平台和实践教学考核评价平台，可以弥补专业学习环节存在的不足，提高了学生的学习能力和学习成效，真正实现了从不同角度的分层次化学习，满足了不同学生对工业分析检验课程的需求。

关键词：工业分析检验；信息化；智慧教学系统；分层次化学习

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）17-0053-03

1研究背景

工业分析检验课程的传统教学和考核以课堂和实验室教学为主，即教师通过课堂传授知识，学生通过化学实验课的实践来验证教授的化学知识。师生之间是一种通过面对面的教师讲授和被动接受，以及纸质试卷考核和评价教学效果的模式。其在教学模式和方法上主要存在以下不足：

1.1教学资源的局限性

工业分析检验教材更新速度慢，覆盖面较窄，学科领域的新发现和新知识难以体现，且缺乏与社会生活的联系性。教学资源相对缺乏，教学媒体只是一些挂图、幻灯片、实验仪器等静态媒体。

1.2教学形式的单一性

教学形式上以教师为中心，主要是教师讲、学生听的班级授课模式，以及“嘴巴+粉笔+黑板+实训”的原始教学方法。单一的说教和灌输为主，少量的实验教学实践，导致难以发挥学生的主动性、积极性和创造性。

1.3教学方式的被动性

简单将教师作为知识的传播者和教学活动的主导者，致使学生被动接受知识。教学过程中信息更多的是单向传输，学生与教师间缺乏交流与沟通，遇到问题时无法及时得到老师的指导与解决。

1.4教学模式的封闭性

教学场所主要是课堂和实验室，主要进行面对面的化学知识传授，教学空间狭小，教学效果受到很大的影响与制约。

针对上述传统工业分析检验课程教学模式的不足与缺陷，开始寻求以网络和多媒体技术为核心的信息化教学手段，信息化教学已经成为传统课堂之外的重要教学手段。结合当前大数据技术和人工智能技术的发展趋势，研究综合运用计算机技术、网络化技术、大数据技术和移动互联网技术，研究和开发具备信息化、智能化的工业分析检验智能教学系统，并将其应用于应用化工技术专业的学生，形成了新的信息化、智能化条件下的工业分析检验课程教学的新模式。通过现代信息技术建立信息化、智能化的实践教学平台和实践教学考核评价平台，弥补专业学习环节存在的严重不足。

2智慧教学系统研究综述

面对“数据驱动学校，分析变革教育”的大数据时代，对教学方法和路径进行优化和改革已经势在必行，智慧教学应运而生，在提高课堂教学有效性和培养学生自主学习能力方面取得了较大的突破。智慧教学在传统教学的基础上有着四大转变：1）教学内容转型：由“知识讲授”向“问题学习”转变，教师首先应该想到的或应该做的就是如何让其发挥得淋漓尽致，教师最重要的是要教给学生善于发现问题、解决问题从而获得知识的方法，而不是一味地直接传授。由“知识讲授”向“问题学习”转变，是培养学生实践能力的重要一步，也是教師教学转型的第一步。2）教学过程转型：由“先教后学”向“以学定教”转变，课堂教学改革倡导课堂教学要体现学生的主体性，从课堂呈现层面来讲，主体性的体现说到底还是学生的课堂参与程度问题，而扩大学生的参与程度最终还得落脚到从学生的实际出发设计教学，也即是“以学定教”。3）教学方式转型：由“单干学习”向“合作学习”转变，合作学习倡导师生、生生之间的交流协作，使教学在单位时间内取得最大的成功与更高的产出，最重要的是，它巧妙地化解了传统课堂中师生之间的尴尬关系，让死板的课堂走向活跃，激发每一个学生的学习潜能。4）教学评价转型：由“单一评价”向“多元评价”转变，教学评价也一定要采取面向全体、多元的评价标准，形成集教师、学生、家长为一体的评价主体，采用多样化的评价方法，从而发挥教学评价原有的反馈、调节、激励、导向功能。

基于智慧教学理论的核心与指导，教师根据智慧教学平台的数据分析，及时掌握学生的准确学情，开展针对性课堂教学，形成了一种新型的教学法，结合翻转课堂的理念，经过教学探索，一种新的教学模式被提出：练习一评价一讲授，即“练评讲”法。“练评讲”法，首先学生先自主学习“微课程”资源并进行练习，然后进行评价，最后教师进行疑难解答。这种教学法能够实现学生个性化和自主学习，提高他们的问题解决能力。通过建立一个基于资源和数据分析应用的学生学习模型，形成基于资源和数据分析的学生学习模式，学生根据平台可以开展自主学习、跟进练习和矫正型学习，从而实现高效学习。基于该平台学生可以就感兴趣的内容，通过平台提前预习或练习相关知识，获取丰富的微课程、微视频学习资源，以及利用系统提供的留言板、班级版块等实现跨时空的多维互动交流。学生也可以通过完成课堂检测和课后练习来及时检验自己的学习情况。平台的及时反馈功能贯穿于课前、课中、课后整个过程，它实现了知识的表征方式、教与学的传统方式的有效转换，为课堂教学带来了全新的变革，更好地促进学生进行自我反思与纠错的能力。新的智慧教学能够满足学个性化学习需求。资源推送是智慧教学平台提供给学生获取学习资源的一种新型方式，平台主动向学生推送适合的学习资源，学生也可以自主选择适合自己的学习资源，满足他们个性化学习的需要。最后，有利于提高教师专业素养与教学资源开发能力。智慧教学平台的应用，大大提高了教师对课程资源的直观意识以及课程资源创造与整合的素养。

3工业分析检验智慧教学系统的设计与开发

通过调研来自本校化工专业《工业分析检验》课程的教学与考核过程，调研本校化工专业师生对该课程需求，以及调研对化工企业单位用人需求，搜集多样化资源制定和完善工业分析检验理论题库；其次根据该课程的实验特点，制定和细化工业分析检验实验操作中化学分析与仪器分析的规范操作流程，开发系统中实验操作模块，并逐步应用于实验操作中；再次根据化工检验分析课程的考工考证的要求，完善中、高级工题库内容，完成学生名单导入、实验数据输入、实验数据修改、实验数据评价、结果查询和导出，在系统中实现功能多样化；同时结合职业学校技能比赛的特点，制定和完善技能选手的专业理论知识和技能操作知识题库的构建，自主开发技能训练模块，并逐步应用于技能选手的选拔和训练中。

结合上述特点自主设计和开发了工业分析智能教学系统。系统基于C#程序开发平台，是针对工业分析检验课程教学与考核的信息化教考系统。系统设计分为四大模块，结构如图1所示：

一是理论学习测试模块，由四个子模块所组成，分别是预习、自主学习、顺序复习和考核，这个模块使学生能根据自身学习的状况有选择性的自主学习工业分析检验的相关课程，包括化学检验基础、化学分析、仪器分析与色谱分析等理论知识的系统学习，提高了学生对所学理论知识的理解和巩固提高。

二是实验操作实践及分析模块，由两个子模块所组成，分别是化学分析和仪器分析课堂实验数据辅助分析功能，通过该模块将学生的实验室实验相关数据导人系统，系统自动分析结果。学生实验效果一目了然，可节省教师查看和对比实验报告单的大量时间，教师可根据结果横向分析全班的实验数据，从而根据全班的分析结果有针对性地进行重难点的再突破，有效提高教学效果；而学生则可以根据数据分析纵向比较自己每次做实验的数据，找到自身的优势和薄弱点，使后续学习更具针对性，有效提高学习效率和学习的自主性。

三是提供分析检验中级和高级两个考工的辅导模块，主要内容包括：学生名单导入、实验数据输入、实验数据评价、结果查询、导出和实验数据修改及理论复习等，同时管理者还可以通过系统进行评价标准的设置，让学生在不同级别的要求下逐步提高实验操作水平，本模块还设置了游戏竞技环节，分组合作自主学习实验室知识和职业道德基本知识后方可完成游戏，小组成员成绩全部通关的小组方可进入实验操作环节，提高了学生的学习兴趣、团队合作精神培养了竞争意识。

四是分层教学模块，真正实现层次化教学和考核。理论方面，系统可将技能竞赛的理论题库随机生成考试题目，并通过网络通知学生进行考试，考试后系统自动评分同时纠正错误题目，允许学生重做错题，反复训练，查漏补缺。此外系统还设置了错题反复推送功能，确保学生将难点逐个突破；技能操作方面，系统可横向对比学生实验数据的精密度与准确度，帮助教练统计出经常出现异常的选手，进行有针对性的辅导并及时调整训练计划，突破瓶颈，还可针对每一位选手每次的实验结果进行纵向比较，找出每一个人的薄弱点，使其全面提高实验技能水平。

4工业分析检验智慧教学系统的应用

系统开发成功后初步应用到本校化工专业工业分析检验课程的教学，在教师和学生中做了相应系统使用后的问卷调查，反馈结果都证明了工业分析检验课程的教学在系统使用后有着明显的优势，得到了化工专业师生的一致好评。图2是工业分析检验智慧教学系界面。

理论教学：教师充分备课，并且通过各种网络平台搜索到相关资源，及时的上传至智慧教学系统，供其他专业课教师和学生一起分享学习。并且针对化学检验基础、化学分析、仪器分析與色谱分析等理论知识编写学案，上传至智慧教学系统，学生能够根据自身学习的状况有选择性的自主预习工业分析检验的相关课程。教师运用该智慧教学系统进行授课，讲授的理论知识更全面、更具体、更到位。新课结束后，教师也能及时让学生根据本课内容在智慧教学系统中选择适合的习题进行巩固练习，及时讲评，使学生能够及时发现理论问题的欠缺，加深了学生对知识的理解。

实验教学：教师根据实验特点，将重点实验的实验注意事项、实验操作仪器、实验操作步骤的相关讲授过程自制成微视频供上传至该系统，学生在实验前可通过观看视频自学实验相关要求和操作步骤，增强了学生在实验过程中的规范性和安全性。实验结束后，教师通过系统可以将学生的实验室实验相关数据导人系统，系统自动分析结果。系统反馈结果快速明显，大大节约了教师传统查看分析实验报告单的时间，提高了课堂效率。同时学生也可以根据系统反馈的数据，查漏补缺，在后续操作中完善自己的实验，提高了学习效率。

中、高级工教学：教师通过该系统能快捷方便的导入学生名单、学生实验数据，能快速的查询实验结果，及时地对学生的实验结果进行反馈。对于以往考工考证中的枯燥理论知识的学习，该系统为了激发学生的兴趣也设置了游戏竞技环节，学生利用该系统可以小组合作完成理论答题比赛，小组成员全部通关后方可进入实验操作环节，这就促使该小组成员通力合作，互帮互助，共同进步。

分层教学：针对化工技能比赛的学生，该系统设置了分层教学模块，利用该模块，教师可以根据技能比赛的特点，导入比赛题库和操作事项。学生可以通过该系统模块随机抽取技能题库进行答题，系统能自动评分并且帮助纠正分析错误，教师利用该系统能及时发现学生的知识薄弱点，进行重点辅导。

5该系统在应用中取得的成效和意义

5.1通过智慧教学系统的逐步应用，提高了学生的学习能力和学习成效

从不同角度真正实现了分层次化的学习，满足不同学生对工业分析检验课程的各方面的需求。

1）学生的学习兴趣明显增强。

系统使用前后我们对学生学习兴趣进行了调查，通过对比不难发现喜欢和很喜欢新教学方法的学生明显多于系统使用前，不喜欢者明显减少。学生从心理上认识到了工业分析检验这门课程的重要性，主观上愿意参与到智慧教学系统学习中来，并且从理论、实验操作、考工考证，技能实训等多个环节人手，在解决问题的同时进一步发现新的问题，激发进一步探究的学习欲望，学生探究学习的热情十分高涨。

2）学生学习能力和习惯得到改善

智慧教学系统应用以来，我校的学生的学习习惯和学习能力有了较大的改善。在传统的工业分析检验教学中，教师在讲台上兴致勃勃地讲，学生消极、被动地听，应付性的练习，课堂气氛比较沉闷，不少学生精神不振。通过使用该智慧教学系统，使学生能够亲身参与到理论和实验的学习中来，在没有危险不浪费的前提下熟悉各个化工分析流程，从理论学习、实验操作学习、考工考证有针对性的学习以及技能学生更高层次的学习，真正既提高了学生对所学理论知识的理解，又掌握了在生产岗位上的操作技能其主要任务。

3）实现层次化学习，学生的学习成效明显提高

智慧教学系统的学习从多个角度人手，满足不同学生学习的需求，学生的专业理论知识和技能大大提高。

学生通过系统可以采用自主学习的方式参与到系统的顺序复习、预习、学习新知识以及考核发现学习中的薄弱点；然后通过小组合作探究学习的方式去思考问题、探究问题，分小组讨论问题，最终解决问题，学生沟通能力和合作能力得到提高。

4）学生通过该系统的使用，在技能大赛中也有所突破

在近几年的市工业分析检验技能竞赛中，我校技能教师和学生的成绩也有明显的突破，多次荣获省、市级的各类奖项。其中在2016年度中，我校技能学生获江苏省工业分析检验技能竞赛高职组一等奖的好成绩。

5.2在智慧教学系统的开发和应用研究过程中，培养了使教师理论研究和实践开发的能力，促进教师各方面的成长

对工业分析检验课程的教学形式更加多样，教学形式更加灵活，教学信息传输更加多向和交互，教学平台更加开放，教学反馈更加智能化，教学效果更显著。

1）促进了教师专业水平和综合素质的提高

通过工业分析检验智慧教学体统的研究，我们发现设计开发教学系统以及对系统的应用对教师的综合素质要求很高，必须具备较高的专业研发水平，还有专业素养才能指导学生学习。在研究中课題组成员不断学习，自身素质得到了较大的提高。计算机专业教师潜心分析课程特点，重点设计开发智慧教学系统；化工专业教师获得镇江市信息化教学大赛各类奖项。

2）实现分层次化教学，大大提高了教师对于工业分析检验课程的教学效果。智慧教学系统的四个功能模块，从不同角度满足了教师不同方式的有针对性教学，工业分析检验课程的教学形式更加多样，教学形式更加灵活，教学信息传输更加多向和交互，教学平台更加开放，教学反馈更加智能化，教学效果更显著。

6总结

工业分析检验智慧教学系统与工业分析检验课程传统教学模式相比，这样的信息化、智能化教学系统将具备明显的优势，主要体现在以下几个方面：教学资源和获取渠道的多样性；教学形式和时间安排的灵活性；教学信息传输的多向性和交互性；教学平台系统的开放性；教学反馈过程的智能性。结合最新的教育研究成果和信息技术，研究和建立的智能教学系统将有助于更新教学观念，重建了师生关系；丰富了教学内容，增强了教学媒体的作用；有利于挖掘学生的个性潜能，培养创造性的思维能力；有助于教学质量的提高，促进教育的现代化；有利于化学资源的优化配置，降低教学成本；有助于提高学生的学习兴趣，增强学生发现问题、分析问题、解决问题的综合能力，提高教学质量。因此，开发工业分析检验教智能教学系统，在教师教学、学生自主学习与考核中逐步应用，并进行深入研究，意义深远。