【《基于微信小程序的中学物理实验平台设计》8300字】

基于微信小程序的中学物理实验平台设计摘要：在新课改背景下,学生核心素质的培养，成为了中学物理教学的重要内容。实验的教学，是核心素养教学的有效途径之一。在物理的教学中，实验起着至关重要的作用，但它在许多中学的教学中，并没有能够取得理想效果。为此，设计出了中学物理实验平台。本设计是基于微信小程序的中学物理实验平台，以MySQL为数据库，PHP为后台语言。本设计详细分析与设计各个功能模块，并对每个功能模块之间的关联做出了详细的解释。最后根据这个设计的相关问题做了一系列的总结。结合中学物理实验平台，深入分析了该项目的实用性、经济性、可扩展性和社会可行性等，达到设计容易、更新实验数据方便、操作简便、师生互动容易等目的，从而有效解决中学物理实验课程难以随时学习、实验室操作受到局限、实验器材的短缺导致无法实验、部分实验存在危险等的问题。关键词：中学物理实验教学；实验学习平台；微信小程序；MySQL目录TOC\o"1-3"\h\u20971绪论 1222411.1本文的研究背景及意义 144081.2中学物理实验平台国内外研究现状 111351.3本文的研究内容与目标 2173502系统分析 2316772.1可行性分析 2284312.2需求分析 330452.2.1功能需求 3142622.2.2设备需求 3146512.3技术分析 4168803系统设计 4275083.1功能模块设计 486223.2中学物理实验平台用例图 5116803.3数据库设计 6269024系统的实现 759504.1微信小程序功能 7122504.1.1授权登陆 7283474.1.2首页功能 75554.1.3分类功能 11228044.1.4个人中心功能 12236414.2后台管理功能 15183034.2.1管理员登录功能 15164784.2.2各项功能 1569694.2.3用户管理功能 2074065系统的运行与测试 21309615.1安全测试 21147745.2测试用例 21205855.3系统测试结果 23150966结论 24581参考文献 241绪论本文的研究背景及意义我国长时间以来，教育资源的资源都存在缺乏的现象。实验教学的有效开展，受到多方面的因素影响。如师生对物理实验的教学的这方面的认识不足、中国特有的应试教育的影响等等。这些因素的存在导致当代中学生的对未知的探究精神，和创新意识淡薄。REF_Ref28198\r\h[1]中学物理的学习很重要一部分就是实验。但在以往的物理课上,学校可能会因为各方面的原因，导致某些实验的部分实验装置缺乏，从而让物理实验课程的教学受到影响，课堂的质量也随之不能得到保证。甚至还有许多学校以及学生对物理实验的重要性认识严重不足，分配给实验的课时非常的少。也有很多学校受到实验的经费和师资的限制。教师往往只是展示实验步骤，往往不能流畅地采取行动，不谨慎可能影响实验的效率，从而降低教学效率。还有部分的物理实验的实验现象能够看清的时间比较短，难以观察到某个现象发生的全过程。物理实验平台存在的意义是它可以完全独立实验，不因为外界条件而受到限制,可多次复制实验，授课的教师可以利用多媒体技术或者移动终端设备辅以投影仪，以多种形式向学生展示每一个实验的细节，让学习者有更直观的感受，通过这种方法够提高物理教学效率。REF_Ref947\r\h[2]在缓慢的播放，你可以看到每一步的实验，如果学生对实验环节提出疑问，还可以通过动画视频实验来加强知识，增进对知识点的理解和记忆。因此，一个动画视频实验可以为每个学生提供一个观察空间，既提高了学生的学习兴趣，又使学生有机会了解物理知识的神秘。而且能够很好的把相关知识有效的连接在一起。能够成为物理实验教学的有效的合作工具。有利于促进信息技术与学科课程的整合，为教育改革提供新方向。REF_Ref5681\r\h[3]1.2中学物理实验平台国内外研究现状该选题在国内外的研究现状及发展趋势:结合国内外的情况来看，做关于“物理实验平台”这个主题的研究有一部分，关于“微信小程序”的也有一部分。但缺乏完整、系统的“基于微信小程序的中学物理实验平台”的研究。REF_Ref28302\r\h[4]国外也有理工大学，做了相应的物理实验的平台，但是都是针对高等教育的某一特定实验进行的。国内也有一些针对物理的平台，但都是比如说有“虚拟仿真软件在高中物理习题教育中的应用研究”REF_Ref28302\r\h[3]这种类型的，它只是针对高中物理，并且是在习题的教学过程中应用的，应用的范围比较窄。现阶段国内的微信小程序较多，但是跟教育相关的微乎其微。综合国内外对相关领域的研究状况来看，现阶段国内外关于虚拟仿真实验。、中学学习平台的研究成果要多一点。但是。对基于微信小程序的中学物理实验平台这一领域的关注比较少。并且一些较为优秀的物理实验也是基于二维环境，使用者的代入感比较弱能够学到的知识比较少。极少有系统的从完善的中学物理逻辑结构和增强学生的物理学习兴趣的角度对中学物理实验平台进行实践研究的，存在的和教育相关的小程序，也大部分没有使用云开发，开发成一个完整的学习平台的案例。这是我确定该课题的原因。REF_Ref12062\r\h[5]1.3本文的研究内容与目标本系统可以实现一个基于微信小程序的中学物理实验平台，设计旨在让中学物理实验的教学和学习变得更加方便、高效。研究当前中学物理实验平台的国内外的发展现况。一方面对中学物理实验进行理论上的研究，另一方面探索微信小程序用于中学物理实验可是否可行。根据以往的中学物理实验APP和小程序开发的特点，总结中学物理实验应该具备哪些功能、内在的逻辑关系。（3）用PHP开发出后台，实现后台前端连接。具体比如系统构成模块，端口和后台数据库的连接，通过后台上传学习视频，怎样通过后台修改数据等;（4）查阅最新版的微信小程序开发文档，研究采用微信小程序如何开发出这个中学物理实验平台，完成具体的功能模块。比如界面的设置，如何在本小程序上进行搜索，进行学习等功能，考虑如何实现这些功能等。（5）强调实验活动的重要性。REF_Ref9414\r\h[6]为移动学习应用研究提供一定的参考和借鉴。REF_Ref10815\r\h[7]激发学习者对中学物理实验的学习兴趣。2系统分析2.1可行性分析技术可行性：用微信开发工具做一个工具类、有后台服务器的、还有大量数据的增删改查的小程序，需要有html、js、cs基础；会一门后端语言：php；会MySQL数据库的使用。开发微信小程序时，因为模拟器能够一直打开，随时观察代码对小程序的影响，所以有漏洞出现时，开发者就能从模拟器中观察到，不用配置环境运行一次，就可以在当前页面及时对漏洞进行修改，并且后期也不用审核，就可以直观的看到修改后的效果，给开发带来便利。经济可行性：本次设计使用微信开发工具开发。微信小程序的开发和需要至少几十万的APP开发来比较，开发微信小程序的成本肯定是更加经济的。微信小程序还支持云开发，辅以云存储等，无论是人力成本，还是时间成本，甚至是功能成本，都能够大大节约，除此之外，还有很多其他的优点。而在开发之后，能够给客户带来相应的回报。所以在经济方面，本系统的设计是可行的。操作可行性：移动学习中最为重要的互联网技术已经趋于成熟，大范围的网络覆盖、智能移动设备的普及为移动学习的发生提供了硬件支持。REF_Ref12287\r\h[8]在21世纪，如今的人们人手一部手机，只要手机上安装了微信，就可以使用微信小程序，小程序是不需要下载安装的，即用即走，非常方便用户的运用。而且不占用手机的内存，很轻快便捷，而且有很多流量入口，而且还在持续上升中。针对学生和教师用户来说，这是一个非常便捷的物理实验的学习平台，能够大大提高学习的效率。2.2需求分析2.2.1功能需求中学物理实验平台由两部分组成，一部分是前端微信小程序和后台管理网页。前端的小程序主要功能查看实验公告、实验导学、实验学习、实验的相关内容展示、收藏实验、点赞实验、评论实验、撰写实验报告、讨论交流学习成果、查看自己的学习记录等内容，用户可以提申请教师身份，由管理员审核通过后，成为相应的教师用户。成为教师用户之后，可以发布实验公告，可以批改学生的实验报告，查看学生的基本信息。后台页面管理可以实现管理员登录，可以实现对前端小程序内容的更新和修改。具体的模块以及其相应的功能对应如下表：表2-SEQ表格\*ARABIC1基于微信小程序的中学物理实验平台各模块功能需求模块名称功能需求小程序页面首页的轮播图、显示年级的分类、显示实验类型、页面的跳转、接收和发布公告、实验导学、实验学习、实验的相关内容展示、收藏实验、点赞实验、评论实验、撰写实验报告、讨论交流学习成果、查看实验学习记录、查看我的收藏、查改自己的基本信息内容等。后台页面首页显示内容设计、轮播图管理、管理实验的分类、实验管理、评论的审核管理、专栏和公告管理、底部栏功能的设置、教师申请管理、学生用户的信息管理、实验报告管理。2.2.2设备需求在设计开发伊始，确定系统的运行环境，明确环境的要求，努力让系统的稳定性和安全性得到保障。在服务器端，本系统需要一台服务器；在后台，本系统需要一台PC机；在前端本系统要用微信小程序，所以需要一个能够上网的移动终端设备，同时要安装上微信APP。本次中学物理实验平台开发使用微信开发工具，系统服务器端软硬件配置要求如下：硬件环境：计算机、移动终端设备软件环境：微信开发工具、phpstorm编辑器操作系统：windows系统数据库：NavicatforMySQL2.3技术分析系统的架构体系设计：系统中的不同身份的用户信息和实验相关信息等所有的信息都存储在服务器的数据库里面，微信小程序端要想访问到服务器离的数据，就可以用接口连接，这样就实现了数据同步也可以通过Navicat这类的MYSQL工具连接操作；实验文章相关的文件和图片文件存储在服务器网站目录内，可以通过FTP进行访问编辑。php在执行速度方面，是非常迅速的；相较于其他的后台需要，php具有很好的开放性，可扩展性的优势也很明显；对于附加功能的拓展也更加便捷；数据库方面，大部分的都能够支持库；它是面向对象编程的；具有更加丰富的功能，满足更多的需求。使用php在phpstorm中开发后台相对快捷、容易。微信小程序的开发可以通过学习微信开发文档来进行。微信小程序的各种API组件接口以及应用场景，都可以在微信开发文档中查阅出来。并且很方便的使用。3系统设计3.1功能模块设计总体架构设计图，如图3-1所示。图3-1基于微信小程序的中学物理实验平台功能模块图3.2中学物理实验平台用例图在这个系统中，用户角色分别是管理员、教师和学生。他们的权限关系如图3-2所示。图3-2基于微信小程序的中学物理实验平台用户权限图学生用例：微信小程序登录授权、接收教师发布的公告、进行实验的学习、进行实验心得填写、收藏实验、查看学习记录、完善个人信息等；教师除了拥有学生的功能，还可以发布学习内容、看学生学习心得，查看学生学习记录。图3-3基于微信小程序的中学物理实验平台教师、学生用例图管理员的拥有最高的权限，并且负责教师、学生两种身份用户的管理。图3-4基于微信小程序的中学物理实验管理员用例图3.3数据库设计zxwl_YH_Xinxi用户信息表，系统中用户的所有资料存在此表中。设计如表3-1。表3-1zxwl_UserXinxi表zxwl_SY_FL实验的分类信息表，实验的主要分类是不同的学段,下面的子分类是不同的年级。设计如表3-2。表3-2zxwl_SY_FL表zxwl_SY_XQ实验的详细信息表，此表中存放是物理实验学习的视频，以及相关的资料的详细信息。设计如表3-3。表3-3zxwl_SY_XQ表zxwl_SY_PL评论信息表，主要包含了学生对实验的评价，也可书写学习心得。设计如表3-4。表3-4zxwl_SY_PL表4系统的实现4.1微信小程序功能4.1.1授权登陆用户打开微信小程序，进行小程序的登陆授权。图4-SEQ图\*ARABIC\s11微信授权登陆图4.1.2首页功能微信小程序首页的界面设计。图4-2首页界面图“请输入关键词”被点击，光标移动到输入框中，建入关键字，点击“搜索”图标后，会出现该关键字检索出来的实验列表，分文“单篇实验”和“文章公告专栏”。图4-3搜索功能详细信息显示界面在轮播图的位置，点击“某张幻灯片”，页面跳转到相应的实验详情页面，屏幕上的返回键按下可以返回到跳转前的界面。图4-4幻灯片详情页面界面选中“初中”或“高中”，页面跳转到相应的分类页面，页面展示了相应的实验内容和专栏内容。图4-5年级段分类界面“实验学习”这一栏中的“某个具体的实验”被点击时，页面就会跳转到相应的实验详情页面。在这个页面里面用户可以查看该实验的详细信息，同时在这个页面内，用户还可以进行一系列操作，比如“分享”、“点赞”、“收藏”、“留言”、“打赏”、“查看相关文章”，如果想返回到上一个页面，那么可以找到屏幕的左上角的“＜”按钮，点击此按钮返就能返回。图4-6实验详情界面“实验学习”右边的“更多”按钮被点击时，会显示与实验学习相关的。所有的实验的列表，如果想返回到上一个页面，那么可以找到屏幕的左上角的“＜”按钮，点击此按钮返就能返回。图4-7更多中的实验列表界面“最新专栏”中的“某个专栏”被用户点击到时，则会跳转到相应的专栏界面或者相应的公告页面，查看该专栏的详细信息，或者查看教师发布的实验公告。在专栏的详细信息界面，用户还可以进行的操作有：“收藏”、“查看目录”、“评论”，也可通过屏幕左上角的返回键返回到其主页面。图4-8专栏详情界面4.1.3分类功能小程序首页底部栏中设有“分类”按钮。可以。点击这个按钮，页面跳转到实验类别选择页面，在显示实验分类的这个页面中，可以显示并且能够选择管理员在后台添加的实验类型的相关信息单击其中的某一个类型，则会跳转到这个类型的相应的实验的界面。图4-9分类详情界面4.1.4个人中心功能小程序的底部栏中设置有“我的”。当此按钮被点击时，页面将会显示相应的功能。包括微信授权登录、完善资料、完成老师布置的实验报告、查看我的收藏、查看我的下载、联系开发者、看自己的学习记录、帮助反馈以及账号设置等模块。如果申请成为教师，还可以查看自己的学生的基本信息，批改学生的实验报告。图4-10“我的”界面用户注册登陆可以直接通过微信授权即可登录，无需填写注册信息。完善用户资料功能：用户头像、姓名、性别、手机号、年级/班级、详自我介绍等信息。图4-11完善资料界面实验报告撰写界面。图4-12实验报告撰写界面“我的收藏”界面。图4-13我的收藏界面学习记录界面设计。图4-14学习记录界面账号设置界面设计。图4-15账号设置界面4.2后台管理功能4.2.1管理员登录功能在相应的浏览器中，输入。使用键盘输入与数据库相匹配的信息。如果输入的信息正确，验证就会通过。管理员可以进入后台管理的主界面，打开页面左端的菜单栏，进行一系列的操作。否则，将会弹出“错误”窗口，表示进入后台管理界面失败。图4-16管理员登录界面4.2.2各项功能授权的后台的管理员，在成功登录后台管理界面以后，，主要功能有：小程序首页的界面设置、轮播图的内容管理、实验分类界面设计、实验管理、专栏通知栏管理、教师授权管理、学生管理、实验报告管理、底部菜单设置、感悟管理。小程序首页的界面设置设计如下图4-17所示。图4-17小程序首页的界面设置实验分类界面设计如下图4-18所示。图4-18实验分类界面实验管理界面设计如下图4-19所示。图4-19实验管理界面专栏、通知栏管理界面设计如下图4-20所示。图4-20专栏、通知栏界面留言管理界面设计如下图4-21所示。图4-21留言管理界面底部菜单设置界面设计如下图4-22所示。图4-22底部菜单设置界面实验报告管理界面设计如下图4-23所示。图4-23实验报告管理界面教师授权管理界面设计如下图4-24所示。图4-24教师授权管理界面轮播图的内容管理界面设计如下图4-25所示。图4-25轮播图的内容管理界面4.2.3用户管理功能系统的后台管理员，在登录后台管理界面以后，在页面左端的菜单栏中，选择“用户管理”功能，在这里可以看到普通的学生用户，也可以看到申请教师的申请出现。同意申请之后，即可让学生身份转变为教师。可以在在用户管理页面，对所有的用户信息进行添加、修改、查询及删除等操作，服务器的数据库也会相应的被修改。普通学生用户管理界面设计如下图4-26所示。图4-26普通学生用户管理界面5系统的运行与测试5.1安全测试登录的安全测试：在后台登录中，管理员打开后台的网站，通过键盘输入登陆的相关信息，和数据库对比，验证是否正确，正确时，登录者方可进去后台管理系统。否则，将不能够进去。

权限的安全测试：申请的教师通过了审核，才能成为教师身份，才能拥有教师相应的权限。否则是学生权限。5.2测试用例1.数据库的访问和更新测试：测试描述与方案：数据是与后台连接在一起的。当通过后台插入一条数据时，数据库也会相应的增加一条数据。则测试成功。图5-1增加一条实验信息新增的一条实验数据输入之前，数据表的信息：图5-2数据表写入前的信息新增的这条实验数据输入之后，数据表的信息（数据增加了一条，说明测试成功；否则失败）：图5-3数据表写入后的信息经上述图示证明，数据库访问和更新测试成功。2.后台管理的网站对于浏览器是否兼容的测试：表5-1后台管理的网站对于浏览器是否兼容的测试测试名称后台管理的网站对于浏览器是否兼容的测试测试描述把后台管理网址放在时下的主流浏览器中去，观察图片文字格式是否有异常，看是否能够兼容。测试方案分别用不同的浏览器打开后台管理的网址。在不同的页面中观察页面布局是否能够正常显示。各部分的功能是否能够准确实现。处理方法如果有页面布局显示异常的浏览器，就修改浏览器的兼容模式，再次观察页面的异常是否已经消除。如果仍有问题，可以调整页面的布局，适应浏览器，直到能够正常显示。测试结果做出调整后，测试成功，在主流浏览器中基本能够正常显示页面，实现功能。3.页面这个过程跳转的测试：表5-2页面这个过程跳转的测试测试名称页面这个过程跳转的测试测试描述在系统中，当点击不同的模块，会跳转到相应的页面。测试方案在前端小程序中点击轮播图中的某张幻灯片，观察是否跳转到对应的实验的详情页面。若是，也本页面跳转成功。反之失败。

在后台点击添加文章，观察是否能够进入添加文章的界面，若是，也本页面跳转成功。反之失败。处理方法如果有页面跳转错误，则检查跳转页面是否弄混淆，找到原因并改正。如果有页面跳转失败，可以查看代码是否有错误，找到原因并改正。测试结果修改后的页面跳转不再有问题，再测试成功跳转。5.3系统测试结果经过了从不同角度的多项测试后，目前前端的微信小程序的基本功能能够正常运行，后台的各项功能也都正常。数据库的操作也没有问题。但在我测试的过程中也有些问题出现，比如有的可能组建使用不正确、不规范；小程序的页面布局不够人性化，后台在部分浏览器中异常显示；轮播图的设置的间隔时间不合理等问题，在后期的努力下，基本解决了以上的问题，现在的项目的大部分功能都能够正常显示并实现。6结论通过梳理中学物理实验的学习发展脉络，结合微信小程序的开发特点，采用PHP语言编写后端，本次设计“基于微信小程序的中学，物理实验平台的设计的开发与设计”核心功能基本实现能够满足用户的需求。这种方式既满足了用户的需求和程序的应用，又方便了扩展程序和后期的维护。本设计分为三个大的模块，分别是：前端模块、后台控制模块和数据库模块。REF_Ref23628\r\h[19]在小程序端，用户可以申请成为教师管理员通过之后用户则成为教师身份。用户可以在微信小程序里查看老师发布的实验公告、搜索相应的实验、进行实验学习、学习实验中的注意事项、撰写实验报告、和大家交流学习心得；教师可以发布任务、发布实验、管理小程序中的物理实验、查看学生的的学习进度，批改实验报告；在后台，授权的管理员，能够对系统中的不同权限的所有用户信息、小程序前端的功能构成以及后台的各项数据的增删等操作的管理。经过设计和长时间的开发和设详细设计，主要功能模块、程序测试都已完成。程序能够正常运行。本设计的研究不足之处是，因为时间和精力有限，所以中学物理实验平台上的物理实验不够全面，整体的框架不够完善。小程序中的部分功能仍然缺失，还有待完善。小程序的界面制作，也不够人性化。为了解决这些问题，我将会在后面的时间里继续学习，继续的不断的完善。科技在不断的进步不断的发展，微信小程序的功能也会日益变多、变强大，微信小程序在教育领域的应用也会随着时间的流逝变得越来越多。在手机上使用微信小程序这类软件来学习，可能会发展成未来的新的一种学习的模式，一种崭新的学习方式可能会在将来诞生。参考文献夏秋平.建立中学物理课堂演示实验新平台[J].数理化解题研究,2017(05).王建峰.信息技术环境下高中物理有效教学策略和方法的研究[J].数理化学习(教研版),2015(2).高烁.虚拟仿真技术在初中物理实验教学中的应用[D].湖南理工学院,2020:2.桑美