“智能盒子”的设计研究

蔡金燕 颜雪琴 陈琳

摘  要：为响应国家教育信息化改革与发展要求，结合兵团高职院校实验室特点，以高职“分析化学实验”课程为例，设计研究新型“智能盒子”，以促进高职“分析化学实验”课程信息化教学，促进实验室信息化有效管理，使实验室教学及管理智能化条件有所改善。

关键词：分析化学;实验课;智能盒子;信息化

中图分类号：G633.8       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）07-0118-03

Abstract：In response to the requirements of national education informatization reform and development，combined with the characteristics of laboratories in higher vocational colleges of the corps，a new type of “intelligent box” was designed and studied for the experimental course of analytical chemistry in higher vocational colleges，in order to promote the informatization teaching of “Analytical Chemistry Experiments” in higher vocational colleges，promote the effective management of laboratory informatization，and improve the conditions of laboratory teaching and management intellectualization.

Keywords：analytical chemistry;experimental course;intelligent box;informatization

0  引  言

分析化学实验“智能盒子”的设计理念在于能做一个承载信息化实验教学和管理信息化实验室的平台，智能和高效是该设计的重点。“智能盒子”的开发能有效实现实验课程教学信息化和实验室管理信息化，对当前教育信息化改革与发展起到促进作用。

1  实验类课程信息化建设现状及实验室管理现状调查

在对新疆石河子职业技术学院当前开设实验课程的专业的学生进行的调研中，发现当前90%以上的实验实训课程仍然采用传统的教学方法，学生手抄实验报告，教师提前准备好实验仪器，学生在做实验前对本实验的目标及任务并不十分明确，也没有感性直观的认识，学生虽喜好动手操作，却也是按部就班，毫无新意。在实验实训室的管理中，实验药品的领取与归还需要人工手动记载，且教师对本次实验药品的使用量并无估量，使用中学生的浪费会使得药品发生二次领取，增加了管理实验室教师的工作量，使得实验室的使用率并不高。故而，开发新时代新理念下的“智能盒子”，对高校实验教学及管理都具有积极的意义。

2  实验课程及实验室管理信息化需求分析

2.1  教育信息化的需要

纵观世界，在信息化浪潮下，各国在教育信息化政策文件中都将教育信息化提升到国家战略层面，教育信息化已成为教育改革与发展的重要推动力量。我国教育部发布《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》，其中提到了未来五年对教育信息化的规划：在教学中融入信息化元素，通过信息技术促进各学科教学内容和模式的变革。这一指导意见再次证明了教学方式变革、教学理念更新是信息时代教育教学的必然要求。所以教育技术的应用和推广成为了教育信息化不可或缺的部分，教育信息化需要有优质资源和信息化学习环境的支撑。

2.2  职业院校实验课程改革的需要

高职院校实验实训室作为培养合格“职业人”的必经之路，它是承担着学校教学、实验、实训等的重要基地，是学生学习知识、开发产品、验证成果的重要场地。传统的实验课程教学枯燥乏味，无法充分激发学生的学习潜能，和开拓创新意识，因此，建立信息化实验课程，以信息技术的优势推动教育技术的应用，提供优质资源和信息化学习环境，帮助教师进行实验类课程信息化教学创新，提升学生积极动手实验能力，实现零距离的就业，为进一步促进教育信息化做贡献，为兵团社会与经济发展培养优质技术技能型人才打基础。

2.3  实验室信息化管理的需要

隨着教育信息化浪潮的推进，高职院校不论从硬件设施和软件资源上都有了实质上的飞跃，职业教育的改革迫在眉睫，使得越来越多的学生和老师对实验室的要求越来越髙，学校对实验室建设的力度也越来越大，使得实验室管理难度不断增大，工作强度也越来越大，这在无形之中就增加了人工管理实验室及实验室设备的难度，许多以前不曾出现的问题也暴露出来了，所以，开发出适合职业院校实验设备管理的信息系统是很有必要的，既可以提高管理实验设备的效率，又能减轻实验室管理人员的负担。

3  分析化学实验“智能盒子”设计的重要性分析

实验室是完成实验教学任务、科研任务、学生自主创新的重要实践场所，实验课程信息化和实验管理信息化是保证能够顺利开展教学实验、科学研究工作的基础，是培养现代职业教育合格技术人才的重中之重，如何高质量讲授实验课、高效率管理实验室已经变成一个需要迫切解决的问题，本研究的重点在于解决实验教学信息化和实验管理信息化两方面问题，通过新开发的“智能盒子”，实现实验课程教育信息化，实现分析化学实验设备的分类管理和实验设备使用记录的快速采集。利用“智能盒子”实现设备的实时追踪记录、统计和核对，减轻实验室管理人员工作压力，对学校的信息化、数字化建设起到良好推动作用。

3.1  当前实验课程教学现状分析

课题组成员通过在职业院校教学，发现实验类课程教学过程中很少使用信息化课程资源，学生学习兴趣不够高，信息化实验课堂教学水平有待提升的问题。

3.2  当前实验室管理现状分析

在实验室管理方面，部分院校花费高昂价格购买的实验室管理系统，却因为实验室利用率的低下造成了极大的浪费，而没有实验室管理系统的院校，在管理实验室药品、仪器设备出入库记录等方面需花费大量的时间去进行统计。

4  分析化学实验“智能盒子”的研究价值

4.1  推动“分析化学实验”课程教育信息化建设

传统的教学方法和模式难以达到实验课程和现代信息技术的融合，在培养合格的职业能力方面效果不理想，这说明传统的学习环境已不能适应信息化社会发展的需要，借助网络信息技术，以“分析化学实验”课程为例，开发“智能盒子”，为学生提供自主探究的学习环境和认知工具，制定实验项目规划、提供理论指导和资源。“智能盒子”的开发，有利于推动实验室课程教育信息化改革，学生通过扫描二维码即可获得每个实验的实验目的、实验原理、使用仪器、操作步骤及相应视频，操作注意事项等资源，能够充分调动学生学习的积极性和主动性，引导学生进行主动探究学习，提高学生的技能水平。

4.2  有效推进分析化学实验室信息化管理

高校实验室管理虽然有很多高技术水平的管理软件，但其功能很多不适用于学校实验室的管理，且购买和维护费用高，“智能盒子”则具有普遍适用性。根据“分析化学实验”课程实验项目的开出统计，设计出“分析化学实验”课程的“智能盒子”，学生可以通过智能手机识读二维码打开“智能盒子”，方便学生实时获取相关实验知识;“智能盒子”能够跟踪实验药品、仪器的外借、归还、使用、破损各个环节，实现实验室管理信息化和网络化，提高实验室资源的利用效率。当遇到实验室中增加或删除实验项目时，只需在“智能盒子”中增加或删除实验项目即可。这种办法对实验室项目开出统计，实验室仪器药品出入库记录，使用数量，均可进行核算，推动了学校内部实验室的建设、规范化管理及数字化运行。

4.3  节约实验消耗和实验室管理成本

“智能盒子”可以核算出每个实验室的所能开出的实验项目，每个项目所需实验试剂种类及数量，实验设备及仪器，这就意味着“智能盒子”固定了一个实验项目中一个工位所消耗的全部耗材，通过对实验项目和专业学生人数的统计，就能核算出一个实验室一学期所开设实验所需的全部费用，这样在每年申报实验耗材时，就能避免多报、重复报或者漏报等现象，规范了实验项目的开出，避免了实验室耗材的浪费，合理的利用实验室中的全部设备，减轻了实验室信息化管理者的劳动强度，极大地节约了实验室的管理成本和实验消耗成本。

5  分析化学实验“智能盒子”设计思路

信息时代下的实验室应当充分利用高端的信息技术，让实验室的信息化教学管理变得井然有序。故本课题提出“智能盒子”的概念，建立分析化学实验“智能盒子”。所谓“智能盒子”，是以高职“分析化学实验”课程中涉及的实验课程内容为依据，以一个实验内容为单元，制作一个二维码，将所有实验的二维码放入“智能盒子”中，该盒子记录了所有分析化学实验项目的名称、实验原理、实验步骤、实验所需的仪器设备、试剂种类及数量。课前，学生扫描二维码，获取实验内容，通过“智能盒子”向老师提交实验所需仪器、试剂的种类及数量的申请，待教师通过审核后，分发实验用品。通过“智能盒子”，学生课前对实验进行预习，对所用的实验仪器有所了解，通过微课、视频、动画了解实验过程的关键控制要点。实验结束后，学生通过平台提交归还仪器的种类及数量，使用试剂的种类及重量，如遇仪器损坏，则提交破损仪器的名称及数量。做到谁领取、谁归还，谁损坏、谁赔偿的严谨管理制度。通过“智能盒子”理念的建立，省去了药品仪器出库入库登记的麻烦，同时对仪器的损坏也能进行动态监控。“智能盒子”正确的使用，就必须要求学生课前对实验进行充分的预习和了解，否则申请不到正确的仪器和试剂，就无法完成实验。故而“智能盒子”在提升实验课教学质量、提高学生学习的主动性、积极性和实验室管理中都能发挥积极作用。智能盒子设计技术路线图，如图1所示。

6  结  论

本研究以高职“分析化学实验”课程为例，通过文献研究、教育实践和问卷调查的方法，开发“智能盒子”，并将“智能盒子”应用于“分析化学实验”教学过程中，研究其对分析化学实验教学的影响，以提高学生学习实验课程的兴趣，提高课堂教学水平，借助“智能盒子”的自动记录和统计功能，实现分析化学实验室药品设备出入库记录、破损等信息化管理。这也是当代教学发展的需求。

基于以上分析，笔者认为，在教育信息化背景下，为有效促进实验课程教学的进行，对實验类信息化课程资源的建设及应用应予以重视，“智能盒子”的开发能够很好地满足现代职业教育实验课程的改革需要，并通过实验课程数据库的建立实现实验室信息化管理，减轻教师管理劳动强度，提高实验室管理效率，降低实验室管理成本，同时对数据库在实验耗材申报数量、成本等方面的控制具有一定指导意义。

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作者简介：蔡金燕（1987.05-），女，汉族，湖北武汉人，讲师，硕士，主要研究方向：化学实验课程信息化教学与管理。