《互換性與技術測量》課程網絡教學平臺的設計與實現

王東生

（銅陵學院，安徽 銅陵 244000）

1.引言

21世紀高等教育具有指導性、綜合性、社會性、終生性和創造性五大特征，其中教育的社會性就是指教育的開放性和網絡化，計算機技術和網絡技術的發展，為建設一個開放式學習環境創造了條件，為網絡教學提供了強有力的技術條件保障。網絡教學平臺具有交互性、共享性、開放性、協作性和自主性等特征[1,2]，在課程內容的組織、知識的傳授等方面既保持了原課堂教學的特點，又擴充和拓展了課程教學；既有利于學生的學習，又方便師生交流，因此可以提升課堂教學、提高教學效果，有利于對學生學習的正確引導，增強學生學習的自主性、趣味性和對課程內容的可接受性，進而實現提高教學質量，促進高素質應用型人才培養的目的[3,4]。

雖然經過各方面的努力，近年來我國網絡教育取得了快速的發展，也獲得了一定的成果和經驗，但在技術措施和體系結構等許多方面還都存在一些問題，與先進國家相比更是有明顯的差距，普遍存在標準缺乏、交互性差、個性化差、系統的智能性不夠、系統能力弱及系統的資源庫內容不豐富等缺點。一個理想的網絡教育系統不僅應該具有廣泛的覆蓋性、高度的交互性、良好的跨平臺性等特點，同時也要具有智能型、界面友好、個性化等特征[5]。目前基于系統工程的角度來建設網絡教育系統是研究熱點，同時迫切需要采用IEEE LTSC標準和JSP技術來促進網絡教學平臺設計的規范化和標準化。

《互換性與技術測量》課程是高等院校機械類、儀器儀表類和機電結合類各專業必修的一門重要的技術基礎課，是聯系設計系列和工藝系列課程的紐帶，也是架設在基礎課、實踐教學課和專業課之間的橋梁。課程顯著特點是：概念術語多、標準原則多、符號代碼多、涉及的知識面廣。在傳統的課堂教學過程中，老師普遍感到課程難上，而學生對知識也不易很好的掌握。為了充分利用教育資源，提高教學過程中的交互性和主動性，本文開發了基于JSP的《互換性與技術測量》課程網絡教學平臺，系統實現了老師和學生的雙向交流，具有動態交互功能，對提高教學效果和教學成績將起到極大的促進作用。

2.網絡教學平臺總體設計

2.1 網絡教學系統的設計思想

網絡教學平臺中的教學資源和用戶的管理、組織及協同配合是其需要解決的主要問題。系統最基本的功能是把教學資源放在網絡平臺上供學生學習，而在平臺上老師與學生以及學生與學生之間的便利溝通與交流，即良好的交互性，可以充分發揮網絡教學系統的效果。因此，在平臺設計時要充分考慮系統界面的友好性以及動態交互性，另外在實現系統功能時也要同時考慮訪問系統數據的高速性、安全性和穩定性。

根據網絡化教學模式的基本要求，本《互換性與技術測量》課程教學平臺要實現基于Web的既可適用于課堂教學，也能滿足遠程教學的要求，另外要能夠動態反饋學生的學習情況，同時要能夠支持windows可識別的一切媒體。就其應用特點而言，應以學生自主學習為主，而老師要主導貫穿始終。

2.2 網絡教學平臺的結構模式

本網絡教學平臺采用瀏覽器/服務器(Browser/Server，簡稱B/S)結構模式。B/S模式是由客戶機/服務器(Client/Server，簡稱C/S)計算模式和終端－主機計算模式發展而來的，具有跨平臺開發能力，同時具有費用低、擴展性強，界面友好等優點[6]。在傳統的C/S結構模式中，客戶機一方面要負責事件輸入和圖形顯示，另外還要把業務處理規則和應用邏輯一并（或部分）放在客戶機上，客戶端需要配置操作系統、網絡協議軟件、客戶機軟件、開發工具、應用程序等幾層軟件，因而變得龐大臃腫[7]。而在B/S結構模式中，客戶端只要安裝操作系統、瀏覽器和網絡協議軟件，而把業務處理規則和應用邏輯等放在服務器，因此，所有的應用軟件的開發和維護工作都集中在服務器一側，這樣客戶機就比較簡單[8]。B/S結構模式具有終端－主機系統模式的特點，同時又具有C/S結構模式分布式計算的優點。B/S結構模式是一種多層次的平面型網狀結構，網絡用戶通過客戶機上的瀏覽器以動態交互式學習方式訪問服務器上的各種資源。現階段在B/S結構模式中的采用的主要語言有 Java、Html、VB、Delphi等。 網絡教學平臺的結構模式如圖1所示，它主要有服務器、瀏覽器、數據庫以及教學資源等組成。

圖1 網絡教學平臺的結構模式

2.3 網絡教學平臺的基本架構

網絡遠程教學系統是以Web為載體，開展教學工作的軟件平臺。它利用Internet技術實現了分布式教學，在服務器上的教學平臺可以接受許多用戶同時訪問，從而極大的提高了教學資源的利用效率；同時，在這種網絡教育模式下，教學可以不受時間、空間或者地域的限制，為學生自主學習提供了良好的學習環境，同時也強有力的支撐了以學生為中心的教學模式。

網絡教學系統的主要作用是可以讓老師利用網絡教學平臺實現高效的教學資源傳播，促進高質量的師生互動，從而形成開放、互動的教學模式，更好地培養學生的多方面學習能力、分析問題、解決問題以及創新能力；同時老師通過網絡教學平臺還能夠對學生的學習進行有效的監控和了解，提高教學資源的利用水平和管理水平。而對學生而言，通過該教學平臺可以充分利用學校的教學資源，培養自主學習和協作學習能力，提高學習效果。

網絡教學平臺總體設計框架如圖2所示。

圖2 網絡教學平臺總體功能

網絡教學系統各模塊主要功能如下：

（1）登錄/注冊模塊：主要是用來注冊不同的用戶，總體上用戶包括學生、老師、管理員等幾個級別，不同級別的用戶賦予不同的訪問權限。

（2）課程學習模塊：包括理論課學習、實驗指導、網上作業及網上考試四部分。

1）理論課學習：主要包括課程介紹，教學大綱，教學計劃，教學CAI課件，教學參考資料等內容。

2）實驗指導：包括實驗大綱，實驗全部過程的視頻及動畫等，這樣在實驗之前學生可以預先觀看正確的操作演示，一方面可以提前了解實驗的內容、要點和步驟，同時可以減少實驗過程中的盲目性，提高動手操作實驗的效率和實驗教學的效果。

3）網上作業：包括老師對作業的布置和分發，學生作業的提交，老師作業批改和反饋。

4）網上考試：在網上考試模塊中，對老師身份功能設計中主要包括：題庫管理，試卷管理，成績管理，考試監控等，而學生身份功能包括：查看考試公告，在線考試，成績查詢等。網上考試的核心部分是學生的在線考試和老師的在線閱卷，整個過程如圖3所示。

圖3 網上考試工作流程圖

（3）師生交流：包括師生論壇和聊天室。讓每個師生都參與進來，讓網絡教學平臺互動起來，師生論壇包括學生提問模塊、老師答疑模塊。師生論壇界面采用BBS形式，學生提問與老師/學生回答是異步的，學生提出問題后，管理員把問題放在留言板或BBS論壇上，所有用戶都能對問題進行回復，學生彼此間也能看到老師或別的學生對這些問題的解答，真正做到了老師與學生之間的互動以及學生與學生之間的互動。另外，通過聊天室或即時通信工具，如MSN、QQ、ICQ、Skype、UC等，可以進行更方便的面對面的視頻和語音的實時交流或答疑。聊天室是一種實時的網上交流的方式，學生可以在聊天室內對某一問題展開自由討論，相互交流、啟發。老師也可以加入到聊天室中進行答疑、指導等。

（4）網站管理：主要的功能是對教學平臺的用戶及系統資源進行管理。用戶管理分為學生、老師和管理員的管理，其中管理員具有最高的權限，其可以對所有用戶進行刪除、查詢、修改等操作(包括對老師“職稱”、學生“專業”及用戶名的模糊查詢)。資源管理主要是由管理員實現一些非教學資源的上傳、下載和刪除的管理；由老師將課程教學資源上傳到平臺，方便學生在線學習或下載后的學習，而學生能夠瀏覽并下載任課老師上傳的所有資料。

3.網絡教學平臺的實現

在網絡教學系統中，采用B/S計算機網絡體系結構，使用動態網頁技術JSP完成瀏覽器頁面設計。該結構可將內容的生成和顯示進行分離，使網絡開發人員能專注于應用邏輯的處理，從而加快開發速度，提高系統質量，并降低開發難度[9,10]。通常教學平臺對可移植性、可管理性、易用性要求很高，同時系統成本不能太高，因此數據庫系統采用常用的SQL Server 2000，而Web服務器使用Tomcat Server。

網絡教學平臺用戶界面是用戶和系統環境之間的接口。用戶界面主要提供友好、高效的工作環境，使操作輕便快捷。系統程序運行于服務器端，網頁視圖界面都采用技術實現，在設計中遵循網頁設計原則。

其中用戶登錄身份驗證主要通過判斷用戶名和密碼是否匹配。把輸入的用戶名和密碼與數據庫中的個人資料進行對比，如果存在相應的記錄，登錄有效，否則登錄錯誤，這樣可以有效的限制未注冊用戶進入網絡教學平臺的各個功能點。這個模塊的主要處理流程如圖4所示。

圖4 平臺登錄/注冊模塊處理流程

4.網絡教學平臺測試

網絡教學平臺測試是平臺開發過程中必不可少的一個重要環節，其可以保證系統運行的可靠性、安全性和穩定性，通常測試工作始終貫穿于平臺開發的整個過程[11]。在系統的各個功能模塊設計完成之后，要根據實際需求，對各個子模塊分別進行測試。在整個網絡教學平臺開發結束之后，還要對系統的整體性能進行測試。教學平臺測試的主要目的包括：測試系統的功能，評價是否滿足具體的技術要求；測試平臺運行的穩定性與可靠性，衡量系統的質量；測試平臺的安全性；發現平臺中存在的不足與缺陷，并進行完善和解決；測試平臺的性能，發現系統性能的瓶頸，并提出應對措施。

在系統測試過程中通常采用自下而上，分步驗證的方法，通過單元、組合、確認、系統、驗收等測試階段，從不同的方向、不同的側重點對系統進行全面的測試[12]。本網絡教學平臺是基于Web的系統，其測試與傳統的系統測試有明顯的區別，它即需要檢查和驗證平臺能否達到設計的要求，測試平臺在不同等級用戶瀏覽器端的實際使用效果，也要從用戶的角度進行系統的安全性和可用性測試。

通過對該網絡教學平臺的頁面、鏈接、表單、功能性、安全性及壓力等多方面的測試和試用，證明該系統總體上功能比較完整、人機界面友好，使用方便，運行穩定可靠，同時具有優異的跨平臺性和良好的安全性，基本達到預期的目標，初步使用效果反映良好，可以交付使用。該網絡教學平臺的開發，立足于《互換性與技術測量》課程建設和教學改革的需要，可進一步激發學生的學習興趣和學習自主性，提高教學效果。但是在測試過程中也發現該網絡教學平臺存在一些問題，這將在后續的開發中進行逐步修改完善。

5.結論

本網絡教學平臺以JSP這一較為成熟的動態網頁技術為出發點，進行交互式的《互換性與技術測量》課程網絡教學系統開發，實現內容的動態更新和維護，良好的交互性促進學生與老師之間的交流與溝通，提高教學的效果，實現資源的有效共享。同時，課件的設計以學生為主體，貫徹體現個性化主動學習和為學生服務的基本理念。通過在線學習使學生自主學習這門課程，通過課程學習欄目中的實驗指導，了解實驗練習的目的、要求、要準備的相關知識、實驗的步驟、注意事項等，通過在線答疑，老師可及時了解學生學習過程中遇到的困難，通過網絡快速的實現學生與老師在網絡環境下的信息交流。

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