基于过程管理的实验教学支撑平台设计与实践

摘要：实验教学管理水平决定了实验教学的质量和成效，针对目前高校实验管理水平的现状，剖析了当前实验教学面临的挑战，提出建设基于过程管理的实验教学支撑平台。结合高校实际应用情况，介绍平台的设计目标、系统功能、各子系统建设以及闭环设计等内容。最后，通过实际应用案例，评估平台的效能和实施成果，能够为高校实验室信息化管理提供有益思考。

关键词：实验室信息化；过程管理；教学平台；闭环设计

中图分类号：TP319 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）04-0067-05 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

实验教学是本科人才培养的重要组成部分，是提高整体教学质量的根本环节之一，自教育部提出大力加强实践教学水平[1-2]，切实提高大学生的实践能力的教育目标后，各大高校更加重视实验和实践环节的教学质量，不断探索实践教学改革的新方法。《“十四五”规划纲要》中明确要求，要聚焦教育等重点领域，推动数字化服务普惠应用，并将智慧教育列入十大数字化服务应用场景[3-4]。《提升全民数字素养与技能行动纲要》中明确提出，加快建设完整数字基础设施，全面推进数字校园建设，建设一批智慧教室、智慧教学平台，虚拟实验室、虚拟教研室等[5-7]。在此大环境下，近年来，实验教学管理信息化水平要求逐步升级，信息技术与高等教育的实验教学进行深度融合，针对当前高等教育中实验管理存在的问题，规范实验教学流程，提高实验管理水平，开发一套通用的、精细化的实验教学管理平台迫在眉睫[8-9]。

1 实验教学过程管理现状

1.1 实验排课低效，资源利用不足

目前高校的教务选课管理系统日趋完善，但课程数据不够翔实和具体的情况仍然存在。教务选课系统中，实验课信息通常仅含课名和学时，缺乏实验项目的具体拆分，因此具体的实验内容难以进行有效的统筹调配和安排，实验员对实验课程的掌握不够精准，手动安排实验进度的情况在排课形式中仍占主导地位。这种方式效率低、精细度不够，信息技术的优势无法在实验室管理上充分发挥，先进的教学理念和方法也无法进行深入的贯彻和实施。部分实验室在满足基本的教学实验任务以外，由于缺乏有效的信息化管理手段，实验项目不能在线开放，学生无法预约实验，造成了实验室资源的极大浪费。同时，大型精密仪器的使用上还存在部分闲置的情况。

1.2 实验室管理方式落后，信息难以共享

实验室信息包括实验室介绍、实验室规模、开设课程、开设项目、开设学时、培养目标等内容，目前很多高校对实验室信息的收集和管理还处于电子文档管理阶段。查询、搜索效率低，出错率高，当面临检查评估需集中提交材料的情况时，实验员在短期内要提取大量的统计数据，这就使实验室管理工作十分艰巨。由于工作量陡增，效率降低，致使造成错漏，遗失信息等问题。近几年，随着高校建设的大力发展，很多高校增加了新校区，多个校区间的信息共享和沟通成本加大，实验室间缺乏有效的协作平台，相互配合度不高，导致实验室信息不透明、不公开，师生对实验室的了解有限，师生间缺乏互动。

1.3 实验考核不严，学生应付了事

由于对实验课程重要性和必要性的认识不足，现阶段有部分学校还停留在“重理论轻实践”的认知阶段，实验课程往往成为理论课程的附属课程。由于缺乏严格的考核机制，教师和学生对实验课的重视程度远远不及理论课，学生做实验存在走过场的现象，教师评分也存在一定的随意性。一些学生实验前不预习，实验时不认真，报告中造假、抄袭现象时有发生。在整体教学学时紧张的情况下，压缩实验课时的情况常有发生，有些理论课程甚至取消了实验环节。对实验课的轻视违背了安排实验课程的目的，导致了人才培养与社会发展的严重脱节。

2 过程管理实验教学支撑平台建设目标

针对目前实验教学的管理现状，建设基于过程管理的实验教学支撑平台，实现网上辅助教学和智能化管理，提高实验教学质量、实现教学资源共享。减轻实验室管理人员的工作负担，提高工作效率和服务水平，并为教学评估、实验室评估、实验教学示范中心建设提供原始资料和翔实的数据，有效推动学校相关工作的开展。

平台为实验中心、实验室等部门实现工作信息化和过程管理智能化，实现师生可在网上查看实验课表、预约实验、实验考核、报告评阅等功能，实验管理员可进行设备清查、资产盘点、安全巡查等功能[10]，对实验过程的诸多环节进行统一宏观控制与管理。平台同步建设新型实验室门禁及监控系统，从平台数据库同步导入实验课表，根据平台的排课结果结合个性化策略实现自动开关门，与实验室的管理、教务工作的安排相统一、相衔接。依靠 TCP/IP 网络传输、Wi-Fi/4G 无线传输等多种数据传输方式[11-13]，完成对师生实验课数据的采集和统计，并上传至服务器生成统计报表。规范实验室各个业务行为、跨部门协作，实现提高实验室各管理部门工作效率、提升服务水平的目标。

3 系统设计

3.1 系统总体设计

平台采用B/S结构三层架构的设计，前后端完全分离，结构清晰并支持分布式部署。前后端有丰富的Web接口能够与第三方进行数据对接[14-15]，系统可扩展性强，易于维护。实验教学管理支撑平台的架构如图1所示，主要包含应用层、技术支撑层和数据层3个层面。应用层是平台的核心部分，主要针对用户前端进行页面展示和操作，对于不同的功能需求开发对应的实验管理系统，学生可以通过系统查看本人的课程预习、预习成绩、报告填写等情况。老师可以通过系统查看学生的考勤、实验内容、报告提交等情况。实验员可通过系统管理基础数据和业务系统等。技术支撑层是平台中承上启下的一层，主要实现技术层面的功能，和应用层和数据层进行双向数据传输和处理，并进行数据存储和数据管理。数据层是整个平台的数据来源，主要包含学生数据、实验课程、实验项目等与实验相关的数据库，以及平台的运行数据。三层架构既相互独立又互相连通，构成了一个完整的实验教学支撑平台。

3.2 平台子系统建设

平台包含门户网站、基础数据管理、实验排课、实验预习考核、实验开放预约、实验报告管理等6个子系统，每个系统对应着不同的平台功能，如图2所示。平台对各个子系统实施高效、科学的管理，将线上预习和真实实验相结合，通过实验过程和各子系统的相互配合，形成一套创新的教学模式和教学机制，以满足学生自主学习和创新发展的需求，为推进实验教学和科学研究水平的同步发展提供有力帮助。

1） 门户网站。门户网站系统是实验室教学和科研所依托的公共信息平台。网站主要用于发布实验室的相关信息，包括实验室介绍、实验室新闻、实验室项目、实验室课程、实验教师、网站设置等内容。网站的建立方便了师生对实验室信息的获取，提高了实验室的管理效率和信息化水平。

2） 基础数据管理。基础数据管理是将平台所需的基础数据进行分类总结和管理，包括学期管理、节次管理、部门管理、人员管理、节假日管理、实验中心管理、实验室管理、课程管理、实验项目管理等。对基础数据进行管理可以实现基础数据的最大化共享，与已有数据实现无缝数据对接，避免重复采集数据，造成人力和物力资源浪费。

3） 实验排课系统。实验排课系统是实验准备的重要部分，包括任务填报、实验排课、课表编辑、课表审核、课表查询、课表管理等。系统允许学生自主选择实验课程、实验教师及上课时间，允许教师查询和导出选课结果，实验管理员能够进行手工修正和更新选课信息。通过该系统教师能够动态掌握上课信息，杜绝了教学过程中的乱选课现象。同时，系统能够提高实验教学的开放性和兼容性，为实验中心的信息化建设提供有力支撑。

4） 实验预习考核系统。实验预习考核系统是实现学生在线预习和对预习效果进行检验的手段，包括题库管理、试卷管理、资源管理、实验预习。学生通过系统了解实验原理、仪器原理及使用，模拟实验操作过程，建立实验直观认识，教师根据预习实验内容自行组织预习考核。系统减少了学生“走过场”式的预习，能够提高学生的预习质量，解决了实际教学中大面积实验预习难开展的实际问题。

5） 开放实验预约系统。实验预约系统针对学生选课和预约所设计，包括选课管理和学生选课两部分。不仅能够对选课信息进行占位，还可以预约实验室空闲时间段进行教学活动。系统的使用可以提高实验室的利用率，减少实验管理成本和冗余。能够提高学生自主学习的积极性，有助于教学进度的合理安排。

6） 实验报告管理系统。实验报告管理系统是将传统的纸质实验报告信息化，包括实验报告、实验报告批阅、实验成绩管理三部分。学生在线填写实验报告，形成实验报告电子库，教师采用电子评阅方式对实验报告进行在线评阅或下载批阅。教师既可以清晰观看实验步骤和实验问题，实现报告批阅的规范化，还可以从烦琐、机械的劳动中解放出来，更好地掌握学生学习情况，实现高效评判，保证教学质量不断提高。

3.3 实验过程管理的闭环设计

3.3.1 实验过程管理机制

传统的实验教学对于实验过程没有比较完善的反馈机制，手工批改实验报告导致实验效果反馈迟，实验项目更新慢，可能会出现很多年反复做同一个实验项目的情况，实验的改进也比较滞后，势必影响学生的工程实践水平。从教育学的角度看，优质的实验课程，应有及时的反馈环节[16]，学生在做实验的过程中，能够与老师形成良好的互动，实验结束后学生能够把实验产生的问题及时反馈给指导老师，老师可以重新优化实验设计和实验内容。基于过程管理的实验教学支撑平台是以学生和老师互为中心，从实验过程和实验效果上进行内外核双层闭环驱动。内核闭环中，学生完成实验项目后，教师进行实验评阅，再对评阅结果进行数据提取和分析，从而对下一次实验准备进行改进。外核闭环中，教师完成教学过程，再进行实验效果分析，从而进入下一轮的反馈调整，最终重新设计教学计划。如此，学生与老师之间能够形成一个相互改进、相互矫正的自驱动模式，从而形成一种良好的螺旋式上升的闭环教学过程，如图3所示。

3.3.2 实验过程管理流程

实验过程管理的流程主要包含实验准备环节、实验预习环节、系统集成、实验教学环节、和实验评阅环节5个板块。如图4所示，每个环节分别包含对应的实验管理工作。实验准备环节由任课教师和实验员完成，主要进行实验前的准备工作，实验排课、实验指导书的编写及考核标准的制定等。教师完成准备工作后，学生开启实验预习环节，通过在线预习可以考查学生对实验的准备情况，预习考核合格后方可进行下一步的实验步骤。系统集成主要针对学生的到课情况进行统计，在线完成签到和监控情况，作为辅助教学的手段之一，可以帮助任课教师考查学生的实验参与情况。系统集成完成后进行关键的实验教学环节，这一环节由老师和学生共同完成，学生在老师的指导下完成具体的实验项目，完成情况可以通过拍照上传到教学平台，以供老师对实验细节进行打分，实验报告的撰写由学生在这一环节中完成。教学环节完成后，教师登录教学平台完成最重要的报告评阅环节，此环节是教学反馈的重要依据。教师在平台内完成实验报告的批阅、成绩管理、报告打印等工作。从报告的评阅情况和成绩统计中，教师可以分析出学生对实验的掌握和完成情况，从而为下一轮的实验准备环节提供调整和改进依据。从流程中可以看出，5个实验环节自上而下，环环相扣，缺一不可。同时，5个实验环节形成了一种闭环驱动，每一轮的实验都是一次良性的自我改进的循环过程。

4 实验过程管理平台的实现

平台采用B/S架构，分为前后两端，前端是人机交互接口，采用的是Lay UI框架，后端采用面向对象的Java语言，数据库采用MySQL。前端与用户的交互接口简单易操作，后端的实验数据库坚实安全，易扩展。平台操作实现分为教师端和学生端，教师端和学生端分别实现对应的平台功能操作。

4.1 学生端功能实现

学生通过手机端App登录，进入App之后可进行实验选课，查询课表等操作，也可以通过实验预习系统了解实验原理、仪器原理及实验方法，完成实验操作过程，建立实验直观认识，同时进行预签到，如图5 所示。学生在实验室完成实验后可上传实验过程，并提交实验报告。教师批阅报告后，学生能够查看报告评价和实验成绩。相较于传统的实验模式，基于过程管理的实验教学支撑平台能够让学生进行沉浸式学习，对实验各个环节的知识点有更深入的分析和更牢固的掌握。