力學實驗預習輔助平臺構建*

◆劉爭早 羊波 龔萍 吳正芳

作者：劉爭早，玉溪師范學院本科生，主要研究方向為現代遠程教育；羊波，通訊作者，教授，玉溪師范學院理學院副院長，主要研究方向為信息系統構建及應用；龔萍，助教，玉溪師范學院理學院教師，主要研究方向為教育技術基本理論；吳正芳，玉溪師范學院本科生，主要研究方向為信息技術教育（653100）。

1 引言

隨著信息技術的飛速發展，教育工作者已經逐步認識到多媒體教學的優勢及重要性。正因為如此，多媒體教學在運用于課堂教學的同時，也不斷滲入到實驗輔助教學中，為實驗教學提供豐富的文字、圖像、聲音及視頻等資料，在理論學習的基礎上，最大限度地滿足學習者的需要。

力學實驗作為眾多實驗中的典型實驗，在力學實驗教學過程中，為了形象直觀地呈現實驗過程、增強實驗教學的效果，有效的實驗預習及其效果檢測就顯得十分重要[1]。然而，目前網絡上已有的若干關于力學實驗的視頻教學資源，盡管起點較高，適用范圍廣，卻不能有效地結合力學實驗教學，組織管理也凌亂，導致學生學習不便。另外，當前力學實驗教學以教材與實驗講義為主，學生很難通過閱讀實驗講義來了解實驗儀器的基本使用方法，預習效果不佳，進而影響教學效果。

正是基于這樣的現狀，為了增強力學實驗教學效果，本研究借助網絡多媒體輔助學習平臺，依托玉溪師范學院校園網構建了一個力學實驗預習輔助平臺，以現代化的手段實現力學實驗預習及預習效果檢測的系統性，以期更有效地達到預習效果。

2 力學實驗預習輔助平臺構建的必要性

目前，高等教育已經逐步大眾化，學生人數急劇增加，學生的相對質量也有所下降，尤其體現在對事物的感知能力和實驗的動手能力兩方面[2]。而力學實驗作為物理學課程中的一門基礎課程，其中很多實驗相對抽象，學生需要在實驗前進行一定的預習。然而目前學生主要是通過教材和實驗講義進行預習，所達到的預習效果不佳，教師也不能快速檢測學生的預習效果。基于此，找到一種新的方式來解決學生學習力學實驗的預習需求以及加強學生感知和動手能力，是非常有必要的。

隨著網絡信息的逐步深入發展，教學方法和手段的更新，計算機網絡和多媒體技術為學習者提供了一個很好的學習平臺。校園網建設為力學實驗預習輔助平臺的構建提供了強有力的支持，依托校園網構建力學實驗預習輔助平臺成為可能。本設計基于在一定程度上降低學生學習力學實驗難度的考慮，嘗試以教材和實驗講義為基礎，將典型實驗儀器基本操作的視頻資源集合到輔助平臺中，方便學生在線觀看，然后以在線測試的形式檢測學生預習效果，學生根據測試結果有針對性地加強薄弱環節學習，教師根據測試結果調控實驗教學方案，更好地為教與學服務，以期提高實驗教學與學習效率。

3 力學實驗預習輔助平臺的可行性

本研究所構建的力學實驗預習輔助平臺遵循多媒體教學軟件的開發流程，具有實現的可行性，從軟件設計（課題選擇、教學設計、系統設計、文字稿本編寫、制作稿本編寫）和軟件制作（素材制作加工、軟件編輯合成、軟件調試打包）入手[3]，并結合實際情況設計出平臺的流程圖（圖1）。該設計主要由三大部分組成。

第一部分是視頻資源的開發。根據前期調研和教材分析，撰寫文字稿本和分鏡頭稿本，基于稿本拍攝視頻，通過Adobe Premiere、Audition、Photoshop工具編輯視頻，最終形成MPEG和WMV兩種格式的視頻資源。

第二部分是框架的設計，主要由學生、教師、管理員、數據庫模塊組成。

第三部分為界面的設計，主要包括素材的搜集、素材的制作加工和界面整體色調的確定。

最終將三部分集成為實驗預習輔助平臺，集多媒性、集成性、交互性、超鏈性和美觀性于一體，從而實現學生在課前系統、有效地預習實驗的功能。

本設計依托玉溪師范學院校園網而構建。通過調研，了解到校園網是以PHP+MySQL+Apache為技術框架，為了開發的方便，課題組確定了PHP+MySQL+Apache作為該平臺開發的技術框架。PHP具有免費開源、自由獲取，移植性強、組件豐富，語言簡單、開發效率高，強大的函數庫和應用范圍廣泛的特點[4]。MySQL是一個真正的多用戶、多線程SQL數據庫服務器[5]，是由一個服務器守護程序mysqld及多個不同的客戶程序和庫組成，用來存放用戶與網頁之間交互信息的數據，與PHP結合是一個經濟實惠又高效的方案。Apache具有簡單、速度快、性能穩定的特點，并可做代理服務器來使用。JavaScript是當前較為流行的一種解釋性的客戶端腳本語言，它使得信息和用戶之間不僅只是一種顯示和瀏覽的關系，而是實現一種實時的、動態的、可交互式表達的功能，從而減輕服務器的工作負荷。

基于上述這些工具和技術的特有優勢以及其便于組合使用的特點，為平臺的構建提供了強有力的支持，課題組成員也已達到熟練程度，具有實現的技術可行性。

本系統的開發和運行對計算機硬件和軟件的要求都不是很高，大部分計算機都可以滿足要求，所以設計實現的可行性高。

4 力學實驗預習輔助平臺構成及功能

力學實驗預習輔助平臺由學生預習子系統、教師管理子系統、管理員管理子系統、視頻資源管理系統、數據庫管理系統、判斷系統等六部分組成，其結構圖見圖2。

管理員登錄后可以添加教師用戶，系統自動建立所添加的教師用戶檔案并存到數據庫中，教師在獲得個人賬戶后即可登錄系統。教師登錄系統后可以上傳視頻資源，同時可以添加學生用戶，系統自動建立學生檔案并存放到數據庫中。整個系統形成層次化的管理結構，方便管理員和教師對學生進行統一管理。

學生預習子系統 學生子系統主要由首頁、信息修改、實驗預習、自我檢測、在線交流、退出六部分組成。學生在獲得個人登錄賬號后即可登錄，通過信息修改可修改信息，通過實驗預習進行實驗預習，通過自我檢測在完成每部分知識內容后進行自我檢測，提交后系統自動給出檢測結果，同時將結果存到數據庫中。當然在整個預習過程中，學生可以通過在線交流平臺和教師或同學交流所遇到的問題，以便即時解決預習困惑。學生在預習結束后，可退出系統。

教師管理子系統 教師管理子系統主要由首頁、信息修改、實驗管理、學生管理、在線交流、退出六部分組成。教師可以通過信息修改完善個人資料信息，通過實驗管理上傳視頻資源和測試題目，同時可以查看測試題目和學生成績，以方便教師了解學生的預習效果。在學生管理中，教師可以對學生用戶進行管理，對其以班級形式進行批量添加或刪除，和管理員形成一個層次化的管理模式，方便整個系統的管理。教師可以通過在線交流與學生進行互動交流，不僅可以拉近師生關系，也可即時了解學生的預習情況。首頁和退出的設計主要是為了使系統的交互性更好。

管理員管理子系統 管理員管理子系統主要由首頁、信息修改、教師管理、在線交流、退出五部分組成。在信息修改中管理員可以對登錄密碼、郵箱和聯系電話進行修改，從而完善管理員信息。在教師管理中，管理員主要可以對教師用戶進行添加和刪除，實現管理員的最高管理權限。此外，管理員可以通過在線交流平臺和學生、教師進行交流，即時了解實驗預習輔助平臺的運行狀況，實時完善改進，從而增強平臺的靈活性。在此系統中，首頁是返回到登錄時的頁面，退出則是退出管理員平臺，返回到整個系統的首頁，以便下次登錄，從而提高網站的安全性。

視頻資源管理系統 視頻資源主要是通過前期調研、教材分析、稿本撰寫、視頻制作幾個步驟開發的。前期調研主要是通過學生填寫問卷表，得到學生針對實驗學習中的難度較大、興趣不高以及實驗手冊中不便理解部分的實驗知識數據；通過對任課教師進行實際訪談，總結出學生預習效果比較差的實驗內容，以及影響學生預習效果的原因。在此基礎上，以當前使用的實驗講義為基礎，分析各個實驗，確定出視頻資源開發中涉及的實驗基本儀器。

根據調研及分析結果，詳細了解各個實驗基本儀器的外觀、性能特征等，撰寫實驗儀器的文字稿本初本，并通過多次修改，確定最終的文字稿本；根據文字稿本撰寫出分鏡頭稿本，然后以分鏡頭稿本為指南，進行第一次視頻拍攝，通過Adobe Premiere、Audition、Photoshop工具對視頻進行編輯，最終形成MPEG和MWV兩種格式的視頻資源。將制作好的視頻給部分學生和教師觀看，根據其意見進行分鏡頭稿本的修改，進行相應的第二次鏡頭的重拍和補拍，最后編輯處理、渲染形成實驗基本儀器使用的視頻資源。最終把視頻資源集合到平臺中，以便視頻的統一管理和學生的整體性預習，從而增強學生的預習效果。

數據庫管理系統 該平臺的數據庫是基于MySQL創建的，MySQL是一種開放源代碼，因此，任何人都可以在General Public License的許可下下載并根據個性化的需要對其進行修改使用[6]。MySQL具有速度快、可靠性和適應性強的特點，能夠快捷地創建自我檢測題庫、學生信息庫、視頻資源上傳信息庫、測試成績信息庫、教師信息庫和管理員信息庫，為管理員和教師在管理和教學中提供安全的數據。

判斷系統 判斷系統簡單來說是一個系統的自我判斷，即針對學生是否預習及是否測試的判斷，其判斷流程圖如圖3所示。學生登錄后，選擇相應實驗準備預習時，系統會自動判斷學生是否已經預習過相關實驗內容，如果預習過其可以選擇繼續預習，也可以進行下一部分實驗內容，反之必須預習之后才能進行下一部分實驗內容。在測試結束時提交相關的測試答案，并將相關數據存于數據庫中；判斷機向數據庫發送請求獲取相關數據，數據庫接到請求后做出相應的判斷，然后為判斷機提供數據，以此作為判斷依據。在學生進行下一個實驗預習時，系統會自動判斷上一個實驗預習是否合格，如果合格，可以進行新的實驗預習；如果不合格，將強制要求其重新對不合格的實驗進行預習，直到合格才能進行新實驗的預習。在預習之后，學生將進行相應的測試，同樣在自我測試部分系統也會對其進行自我判斷，如果沒有測試則將進行相應的測試，反之可以進行下一部分。在測試后學生提交測試答案，并將其存于數據庫中，以便系統對數據的提取和教師了解學生的預習情況，從而根據學生的預習情況安排教學。

5 總結

本設計所構建的力學實驗預習輔助平臺，首先為學生提供了力學實驗課前預習和預習檢測功能，這將在一定程度上提高學生的預習效率，也能夠有效解決學生實驗中的疑點和難點，降低實驗的抽象程度，從而減少學生動手實驗的出錯率，提高實驗數據的準確度；其次，平臺為教師提供了可靠的數據信息，從而為教師的教學安排提供依據，有利于提高實驗教學效率。隨著現代信息技術的不斷深入發展，技術將為平臺提供更多的支持，平臺將不斷完善，更大程度上增強學生實驗課程的預習效果。

本研究所構建的平臺僅是以力學實驗為例，在該平臺不斷優化的同時，也有望應用于其他類型課程的實驗教學中，以期促進實驗教學的發展。

[1]劉莫塵.淺談提高模擬電子技術實驗課的教學效 果[J].中國電力教育,2008(2):328-329.

[2]鄭碧玉.計算機網絡在力學開放實驗中的輔助教學[J].中國地質教育,2005(3):69-70.

[3]徐福蔭.教學媒體理論與實踐[M].北京:北京師范大學出版社,2010:231-232.

[4]張恩民.PHP開發實戰權威指南[M].北京:清華大學出版社,2012:2-3.

[5]劉洪錦.通用網絡題庫系統設計與實現[J].天津理工學院學報,2002(4):85-87.

[6]張恩民.PHP開發實戰權威指南[M].北京:清華大學出版社,2012:40.