網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是掌握知識(shí)的必要環(huán)節(jié)，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程的教學(xué)中更是有著舉足輕重的作用。本文以《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程為例，介紹了采用客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu)模式結(jié)合B/S模式，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和功能模塊。通過兩種模式的互補(bǔ)作用，實(shí)現(xiàn)學(xué)生快速、方便的對(duì)實(shí)驗(yàn)資源的使用，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。其設(shè)計(jì)界面友好，操作簡單，功能齊全，實(shí)用性強(qiáng)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一種個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化；實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)；任務(wù)驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2009)04-0906-03

Design Research about Web-based Experiment Teaching System

XIAO Jian-qiong， ZHOU Xiao-Qing， YANG Tao

(Laboratory Center， China West Normal University， Nanchong 637002， China)

Abstract: Experiment teaching is essential to master knowledge， it plays an important role in the fundamentals of computer. This text gave an introduction about designing philosophy and function module of the web-based experiment teaching system which it takes the fundamentals of Computer for example. The web-based experiment teaching system can increase the practice ability of students through complementary action of C/S and B/S， and it have friendly interface and fully functional to provide a personal learning space of experiment teaching.

Key words: Web-Based; Experiment teaching system; Task-Driven

1 引言

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課是高等院校各院系培養(yǎng)計(jì)劃中一個(gè)不可缺少的組成部分。但隨著中小學(xué)信息技術(shù)教育的普及，高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方法等都應(yīng)該作相應(yīng)的變化[1]。本文提出利用網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)來提供一個(gè)個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，變革計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的手段和方法，基于“以人為本”的教育理念，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2-4]。

基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更加具有針對(duì)性，實(shí)驗(yàn)作業(yè)的管理更加完善，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)更具客觀公正性和個(gè)性化，給學(xué)生以彈性化、人性化的發(fā)展空間。這將有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生積極的情感，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)際操作能力。

2 系統(tǒng)構(gòu)成[5]

本系統(tǒng)主要包括三個(gè)子系統(tǒng)，即實(shí)驗(yàn)CAI系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、遠(yuǎn)程作業(yè)管理系統(tǒng)。

考慮到對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用和網(wǎng)絡(luò)速度，本系統(tǒng)分別使用C/S和B/S網(wǎng)絡(luò)模式編程。計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)CAI系統(tǒng)和測試系統(tǒng)是基于C/S的局域網(wǎng)技術(shù)，主要用于在局域網(wǎng)內(nèi)（實(shí)驗(yàn)室內(nèi)）指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)練習(xí)、上機(jī)結(jié)果收取、學(xué)生平時(shí)自測驗(yàn)和期末考試。遠(yuǎn)程作業(yè)管理系統(tǒng)則是基于B/S網(wǎng)絡(luò)模式，主要用于教師在廣域網(wǎng)內(nèi)指導(dǎo)學(xué)生練習(xí)、作業(yè)布置與收取、學(xué)生平時(shí)自測驗(yàn)等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。三個(gè)子系統(tǒng)即可配合使用，也可單獨(dú)使用。使得學(xué)生既可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，也可在其他具有上網(wǎng)條件的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行練習(xí)、測試及接受老師的輔導(dǎo)。在所有的子系統(tǒng)中始終都堅(jiān)持了“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的理念，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程、教師輔導(dǎo)過程、平時(shí)測試過程、期末考試過程中都堅(jiān)持以培養(yǎng)與考察學(xué)生實(shí)踐能力為主，使得學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力大為提高。

2.1 實(shí)驗(yàn)CAI模塊[6]

2.1.1 實(shí)驗(yàn)CAI系統(tǒng)模塊組成

該模塊主要分為：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)測試、工具、實(shí)驗(yàn)幫助、實(shí)驗(yàn)作業(yè)管理。如圖2所示。

1) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：內(nèi)容包含了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的各種教學(xué)內(nèi)容，由Windows操作、Word操作、Excel操作、PowerPoint操作、Internet操作和中英文打字練習(xí)等六個(gè)模塊組成。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體要求按照“任務(wù)驅(qū)動(dòng)理念”以Word文件的形式展示給學(xué)生。其中包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?shí)驗(yàn)要點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可由教師根據(jù)自己的教學(xué)進(jìn)度和深度隨時(shí)更新、增加或刪除等。

2) 實(shí)驗(yàn)測試：對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測驗(yàn)，主要是為學(xué)生進(jìn)一步提高操作能力，學(xué)生自行檢測自己的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果而設(shè)計(jì)的。

3) 工具：這一模塊是為任課教師收取學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果、改變實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容預(yù)留的一個(gè)接口。

4) 實(shí)驗(yàn)幫助：可由教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求，把實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)果用Word文件形式存儲(chǔ)，學(xué)生則可通過實(shí)驗(yàn)幫助獲取該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作過程的提示。

5) 實(shí)驗(yàn)作業(yè)管理：當(dāng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作業(yè)時(shí)，單擊“交作業(yè)”菜單時(shí)，即可打開學(xué)生作業(yè)維護(hù)窗口如圖3，在該窗口中學(xué)生可以將操作結(jié)果提交給任課老師，如果學(xué)生沒完成本次的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，也可以上傳到服務(wù)器，然后利用課余時(shí)間將上次沒能完成的作業(yè)，下載到本地存儲(chǔ)器上，待修改完成后重新上傳。教師則通過上述“工具”菜單進(jìn)入教師作業(yè)管理來檢查、管理學(xué)生作業(yè)。

2.1.2 本實(shí)驗(yàn)CAI系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1) 實(shí)驗(yàn)任務(wù)明確，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可任意增加、修改和刪除。每個(gè)任課教師根據(jù)各自理論課的教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)度、深度，通過CAI服務(wù)器上布置本次實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有的放矢。

2) 由于中學(xué)階段時(shí)各地區(qū)提供的信息技術(shù)運(yùn)用環(huán)境和信息技術(shù)教育的教學(xué)水平有顯著的差異，造成學(xué)生的信息素養(yǎng)有一定層次的不同。如繼續(xù)采用過去那種統(tǒng)一計(jì)劃、統(tǒng)一模式、統(tǒng)一要求的教學(xué)模式，勢必會(huì)造成基礎(chǔ)好的學(xué)生“吃不飽”，基礎(chǔ)差的學(xué)生“吃不了”，其結(jié)果是好學(xué)生沒有學(xué)習(xí)積極性，喪失了進(jìn)取心；差一點(diǎn)的學(xué)生則處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，甚至厭倦學(xué)習(xí)。該軟件充分考慮學(xué)生個(gè)體差異，配備大量不同難度、不同層次和類型的上機(jī)操作題，既有基礎(chǔ)性練習(xí)，也有簡單綜合性，還有一定難度和探索性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使得每個(gè)層次的學(xué)生都有針對(duì)性的操作練習(xí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，都能享受到成功的喜悅，因而提高學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

3) 該軟件具有豐富的在線幫助功能，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均配有完成后的效果圖，學(xué)生可據(jù)此判斷自己做題的情況。

2.2 測試系統(tǒng)[7-9]

傳統(tǒng)的紙制試卷上的題目測試往往偏重理論，很難對(duì)學(xué)生具體的實(shí)踐能力進(jìn)行檢驗(yàn)。而且教師考前命題，考后閱卷，試卷分析的工作都相當(dāng)煩瑣。如何通過設(shè)置來源于實(shí)際工作、學(xué)習(xí)和生活的計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)例，針對(duì)性的對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的測驗(yàn)是目前困繞計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)中的一個(gè)普遍難題。雖然當(dāng)前有許多針對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的考試系統(tǒng)，但大多只是把紙制試卷做成了無紙化試卷，很少真正實(shí)現(xiàn)操作類型的題目和該類題目的自動(dòng)閱卷。

本系統(tǒng)是基于C/S模式利用VB.NET語言與Access數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)的測試系統(tǒng)，主要是學(xué)生進(jìn)行自我檢測及期末課程考試使用。系統(tǒng)由身份驗(yàn)證，計(jì)算機(jī)自動(dòng)組題，試題備份與恢復(fù)，自動(dòng)收卷，自動(dòng)閱卷，成績分析6個(gè)模塊組成。測試或考試完成后計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)閱卷并保留該學(xué)生本次測試或考試的所有相關(guān)數(shù)據(jù)。

在試卷組題方面，主要采用的是多約束組題算法，即在系統(tǒng)進(jìn)行隨機(jī)組題時(shí)考慮多種約束條件，通過在試題庫中所設(shè)置的試題類型、試題特征符號(hào)、試題難度系數(shù)等字段，同時(shí)考慮試題的知識(shí)點(diǎn)及試卷分值等約束條件。使得所抽取試卷的區(qū)分度、可信度都有很大提高。通過使用這一算法，組卷的效率較高，每個(gè)學(xué)生所獲得的試卷相同率很低，真正能測驗(yàn)出學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

主觀題特別是如Word，Excel，PPT等具體實(shí)踐操作的題目一直是考試系統(tǒng)難以解決的問題。我們采取以下方式解決，首先改變出題的方式，如表1所示，在題目編制時(shí)，通過給出的操作要求（question），給學(xué)生提供操作原文件（name），根據(jù)題目的要求進(jìn)行一系列操作后，最后將操作后的結(jié)果回填到題目給出的答案框中如圖4所示。學(xué)生要想得到最終結(jié)果，必須完成一系列實(shí)際操作。當(dāng)學(xué)生完成操作后，在試卷上只填入最終結(jié)果。這樣編寫閱卷的模塊程序就簡單了許多，把教師給出的正確答案（answer）和學(xué)生的答案作比較，就可快速判斷學(xué)生是否正確。如果學(xué)生答案不正確，再通過系統(tǒng)中備份文件查看學(xué)生的操作步驟，給出相應(yīng)的判斷。

本系統(tǒng)是一個(gè)通用測試系統(tǒng)，安裝簡單，使用方便，稍加修改，即可作其他任何課程學(xué)生平時(shí)自測使用和期末考試使用。

2.3 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)[10-11]

由于具有前兩種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，本系統(tǒng)只是作為輔助平臺(tái)，使學(xué)生不需要到實(shí)驗(yàn)室也可以進(jìn)行自我練習(xí)和得到老師的輔導(dǎo)。

該子系統(tǒng)采用基于瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（B/S）的三層應(yīng)用模型來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上作業(yè)系統(tǒng)。三層應(yīng)用模型同傳統(tǒng)的客戶機(jī)/服務(wù)器模型相比，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、安全性和可重用性。它將應(yīng)用邏輯與用戶界面和數(shù)據(jù)訪問相剝離，這樣便使系統(tǒng)的維護(hù)變得簡單，同時(shí)可以通過采用組件技術(shù)，降低數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，從而提高其性能。本系統(tǒng)中主要使用成熟的FTP技術(shù)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程作業(yè)布置和收取功能。教師在FTP服務(wù)器中為每個(gè)學(xué)生建立一個(gè)特有的文件夾，然后把實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及要求或練習(xí)作業(yè)等上傳FTP服務(wù)器，學(xué)生首先進(jìn)入到FTP服務(wù)器中找到自己的任課教師，輸入給定的口令，下載實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及要求或練習(xí)作業(yè)，自行完成后，上傳到自己的文件夾中。如果有問題，可通過留言簿和教師交流和討論。

3 應(yīng)用情況分析

本系統(tǒng)于2005年開始應(yīng)用于我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中，從使用反饋的情況來看，本系統(tǒng)起到了以下效果：

1) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著提高。

學(xué)生以前（特別是中學(xué)階段）學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程，主要是對(duì)理論知識(shí)的死記硬背，而在我們的實(shí)驗(yàn)課上，一方面，采用我們根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)而編寫的上機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，切合學(xué)生的生活實(shí)際，使學(xué)生感到實(shí)驗(yàn)課實(shí)際上是真正的將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中去；另一方面，CAI軟件中慣竊“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的理念，讓學(xué)生通過完成一個(gè)一個(gè)的任務(wù)來操作，具有一定的挑戰(zhàn)性，增加了學(xué)生的積極性。而且通過網(wǎng)絡(luò)可以相互交流，協(xié)作學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2) 教師實(shí)驗(yàn)課輔導(dǎo)效率提高，實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)。

通過CAI軟件和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)管理兩中方式，教師可以給不同學(xué)生布置不同的作業(yè)及批改作業(yè)，給每個(gè)學(xué)生不同的評(píng)價(jià)。學(xué)生也可通過網(wǎng)絡(luò)上交作業(yè)，還可在網(wǎng)上向教師提問，教師可根據(jù)學(xué)生的問題進(jìn)行個(gè)別的或者是普遍性的答疑，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。同時(shí)學(xué)生可以通過本系統(tǒng)的幫助功能，學(xué)生們自己就能解決很多問題，從而減少了教師的工作量。

4 結(jié)束語

通過網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生與學(xué)生之間，學(xué)生與老師之間一對(duì)一的交流和溝通，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“以人為本，學(xué)生為主”的教育教學(xué)理念。三個(gè)子系統(tǒng)的配合使用，給學(xué)生提供了全地域、全天候的學(xué)習(xí)及測試環(huán)境，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式使學(xué)生實(shí)訓(xùn)目標(biāo)更加明確，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

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