高等數學云計算輔助教學平臺的設計及應用

黃卓紅，蘇　翃

(重慶理工大學 數學與統計學院，重慶　400054)

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高等數學云計算輔助教學平臺的設計及應用

黃卓紅，蘇翃

(重慶理工大學 數學與統計學院，重慶400054)

對高等數學云計算輔助教學平臺的設計流程進行了闡述，提出了合理整合高等數學網絡教學平臺與云計算平臺的可能性和必要性，并從理論、實踐和技術層面尋求解決方法，提出了整合思路。

高等數學；網絡教學平臺； 云計算；整合；體系架構

本文引用格式：黃卓紅，蘇翃.高等數學云計算輔助教學平臺的設計及應用[J].重慶與世界，2016(7):20-23.

一、概述

高等數學課程具有學時長、內容多、知識廣泛、理論性強、難度大、靈活多變以及技巧性強等特點，是一門極為重要的基礎課程，同時也是高等院校許多專業研究生入學考試的必考課程之一，其教學方法和教學手段的改革歷來都受到教育工作者的高度重視。學好高等數學課程，有助于高校學生強化訓練他們的邏輯思維和推理能力、提高分析和解決問題的能力、培養科學素質和創新能力以及加強他們的解題技巧和計算水平，從而為后續課程的學習奠定堅實的數學基礎，也為以后參加工作提供扎實的理論經驗和數學素養。但是，由于學習高數課程的學生通常都是大一新生，他們仍然習慣于被動式學習，對課程學習往往缺少主動性。因此，高等數學教師以及其他教學管理者通常都面臨著“如何將學生的被動式學習方式轉變為主動式學習方式”這一難題。因此，整合多媒體和網絡技術，運用現代教育理念進行課程設計，不斷改革高等數學課程教學內容、方法和手段，使用高等數學網絡教學平臺作為一種輔助教學手段，受到高等數學教師的廣泛關注和青睞。同時，由信息技術與教育融合而成的網絡教育讓學生成為學習活動的主體，不再受時間與空間的限制，大大加強了教育的適應性。

目前，許多高校都建立了具有本校特色的高等數學網絡教學平臺，為教學質量的提高起到了良好的促進作用。然而，在實際操作中，許多弊端也隨之產生，例如，有些教學平臺使用公共服務器存儲相關教學資源，缺乏安全性，在公共網盤上存儲的資源非常容易丟失，為教學工作帶來一些不必要的麻煩。由于網絡教學平臺信息量很大，儲存的資源很多，而且信息更新非常快，這樣通常導致學生的學習步驟無法跟上平臺更新知識的速度。另外，由于網絡的阻隔以及越來越多的學生自主參加網絡教育，傳統的答疑方式通常無法滿足學生的要求。因此，如果答疑系統的研發不夠成熟，也有可能進一步弱化教師和學生之間的交流。

二、云計算

云是網絡、互聯網的一種比喻說法，云計算是一種基于互聯網的新IT服務增加、使用和交付的商業計算模型，它將計算任務分布在大量計算機構成的資源池中，使各種應用系統能夠根據需要獲取共享的相關軟硬件資源和信息。云計算的這種共享基礎架構的方法，使得服務器可以通過網絡處理所有計算任務，而個人計算機則成為接收工具，從而很大程度地減少了工作量，提高了辦公效率[1]。云計算的主要目標就是協同工作和共享資源，具有集中存儲的優勢，可以方便學生使用各種網絡工具隨時隨地學習。另外，可以使用特殊的技術實現云上托管云計算技術中的網絡操作系統、數據庫平臺等基礎設施層，對云計算的虛擬化實行集中式管理，從而可以減少在系統硬件和軟件上的投資，降低系統維護成本[2]。

基于云環境下高校教學資源整合方案的已有研究基礎[1-7]，結合新的教育理念與教育技術，通過對相關高校高等數學網絡教學平臺的研究，針對我校學生的專業特點和數學基礎，我們將研發出一個具有本校特色的高等數學網絡教學平臺，建立高等數學課程的獨立云盤，以便于更好地將云計算服務于高等數學教育，構建個性化教學，讓學生自主學習高等數學，提高教學質量。

三、云計算技術在高等數學網絡輔助教學平臺設計中的實現

(一)高等數學“云”輔助教學平臺的體系架構

基于高等數學云計算輔助教學平臺的體系架構包括3層：云計算管理層、基礎設施層以及應用層。在云計算的實現過程中，網絡教學平臺所需的各種教學資源均被稱為“云服務”，和“云計算”一樣，各類“云服務”已經成為互聯網未來發展的一種重要方式。高等數學“云”輔助教學平臺具有圖1所示的體系架構。

(二)在線教輔系統設計

云計算輔助教學(Clouds Computing Assisted Instruction， CCAI)是指在云計算環境中，利用云計算平臺構建個性化的信息化教學環境，以輔助教師教學，促進教師和學生之間的交流，促進學生協作學習，是計算機輔助教學的延伸和新發展[1]。

在線教輔系統包括：教師信息庫、教案庫、教學軟件庫、教學課件庫以及例題庫等相關數據庫。相關高數教師信息以及聯系方式通常被放置在“教師信息庫”中，方便學生及時了解教師信息；在“教案庫”以及“教學課件庫”中將放置由本校所有高數教師集中討論、備課所寫的電子教案以及相關幻燈片，可以說該數據庫凝聚了本校高數教師的集體智慧。這兩個數據庫可以整合為“在線備課系統”，這是為全體高數教師進行網上集體備課而構建的，是一個開放式、論壇式、互動式和共享式的數據庫。通過使用該數據庫，可以開闊教師的教學思路、活躍教研氛圍、提高備課效果和教學水平，同時為高等數學教師進一步開展個性化教學提供了理論支撐，“名是引領”，全員參與，有助于集體備課質量的提升，有助于全體高數教師教學質量的提高，同時也有助于發揮團隊的整體優勢；相關的在線教學軟件將放置在“教學軟件庫”中；而相關例題可以選擇放置在“例題庫”中。

圖1　高等數學“云”輔助網絡教學平臺架構

(三) 在線學習系統設計

自主學習是當前教育界所倡導的“終身教育”的具體體現。通過在線學習系統可以滿足學生多元化、層次化和個性化的學習需求，同時可以實現教師和學生之間的情感交流，進而使學生在認知領域、動作技能領域和情感領域達到培養目標。由于學生有較為自由的學習安排，可以根據自己的學習情況和基礎自主選擇相應的內容進行學習，所以通過在線學習系統自主學習有利于提高學生的學習積極性。

在線學習系統主要包括：學案庫、學習課件庫、習題庫、數學實驗庫、教學視頻庫，以及“科學搜索”引擎。在“學案庫”與“學習課件庫”中將放置由本校所有高數教師集中討論、備課所寫的電子學案及其相關幻燈片；“習題庫”中放置與本校教學大綱配套的相關例題及練習題；“數學實驗庫”是一個符合當代教研教改需求的非常具有實用價值的數據庫，在該數據庫中主要設置模擬實驗環境，以便于學生模擬真實的實驗環境；在“教學視頻庫”中存放一些與各種高等數學課程相關的教學視頻，同時將部分優秀教師的教學過程錄制成視頻，存放入該數據庫中。“科學搜索”引擎的主要功能是供學習者快速查找所需的學習資源。

(四)在線測試系統設計

本校高等數學課程包括：高等數學(機電類)、高等數學(材料化工類)、經濟數學(經管類)以及高等數學實驗等課程。課程內容多、難度大,因而課時顯得緊張，又加上高等數學課程涉及到理科、工科、經管、會計以及醫學等專業的大一新生，學生水平參差不齊，層次差異明顯，而且教學內容和教學要求也不一定相同，而高等數學課程又是高校許多學院學生考研的必考內容之一，諸如前述種種原因，無疑增加了高等數學課程的講解難度和深度。因此應用傳統的以教師講授為主的高等數學教學方式，無法很好地激發學生的學習興趣，也無法讓學生及時檢驗自己對知識的掌握程度。而學生可以通過高等數學在線測試系統自主選擇適合自己的試題進行在線測試，及時掌握自己的學習情況，因此高等數學試題庫系統的構建迫在眉睫。

高等數學在線測試系統主要包括試題庫的管理與維護、提供在線測試、布置課后作業和按需自動生成試卷等。其功能是按照學生所選的章節及題型，從數據庫隨機抽出相應題型，讓學生自主在線測試，然后給出相應的參考答案進行核對，方便學生及時了解自己對相關知識板塊的掌握程度，以利于自己更好地進行自學；教師可以隨機地從數據庫中調出相應的試題組成試卷，同時可以實時地修改、刪除或隨機添加相應的試題，從而可以快速地生成一份合適的高等數學試卷；另外，所有高等數學教師可以對該試題庫中的試題進行及時的修改、完善及訂正。

隨著科技的迅猛發展以及高校教研教改工作的進一步推廣，網絡在線考試形式已經成為一種必然趨勢。因此，在線測試系統的設計，為以后本校對高等數學課程考試進行改革，全面開展在線考試打好基礎。

高等數學“云”在線測試系統的體系架構如圖2所示。

圖2　高等數學“云”在線測試系統的體系架構

(五)在線答疑系統設計

學生可以將自己在自學過程中遇到難題以及不懂的知識點通過“在線答疑系統”詢問老師，這樣節省了很多的時間，也省去了很多麻煩。同時，也讓任課教師明白課程教學中哪些知識點是學生很難理解的，這樣更具有針對性；可以將在線“評價系統”放置在該數據庫中，這是一個教師教學評價系統。通過該評價系統，任課教師可以及時收集教學過程中的相關信息，了解學生的心理動態，及時完善修訂自己的教案。

(六)教學資源管理系統設計

高等數學教學資源管理系統的開發與應用有助于本校高等數學任課教師進一步開展教學研究和集體備課，實現高等數學課程教研教改工作的現代化、科學化。基于云計算的教學資源管理系統包括：網絡系統管理功能、云服務存貯設置模塊、監控管理模塊、系統配置模塊等[8]。教學資源是高等數學網絡教學平臺的核心內容，因為只有有質量保障的可靠的教學數據資源，才能滿足教師的正常教學和學生的日常學習。通過該系統，管理員可以審核相關教學資源材料，評估該平臺的測試資源材料，修訂和增加一些更有實用價值的數據資源，刪除沒有太多實用價值的數據資源，從而提升整個高等數學網絡教學平臺的運行效率[9]。

[1]張艷春.基于云計算技術的《高等數學》網絡教學設計[D]．長春：吉林大學,2013.

[2]劉靜.云計算技術在網絡教學平臺設計中的應用和實現[J].電子測試，2014(Z1)：152-153.

[3]孫璐，陳洪海，朱捷，等.高等數學課程云存儲網絡教學平臺設計[J].高師理科學刊,2014(6).

[4]魏笑笑．云環境下高校教學資源的整合與教學方法的創新研究[J]．陜西教育(高教版)，2014(Z1)：56-57.

[5]楊澤剛．云計算在網絡教學平臺中的應用[J]．軟件導刊，2012(3)：185-187.

[6]鄭重．云計算在網絡教學平臺中的應用[J]．產業與科技論壇，2013(18)：211-212.

[7]劉哲．基于云服務課堂教學的觀察與思考[J]．中國信息技術教育，2013(5)：13-15.

[8]夏冰,楊濤.高等數學試題庫的設計[C].全國計算機新科技與計算機繼續教育學術會議,2004.

[9]姚玉勃.云計算環境下高校多媒體教學平臺的設計與實現[D].大連： 大連海事大學,2013.

(責任編輯周江川)

Design and Application of Auxiliary Teaching Platform with Cloud Computing Technique in Higher Mathematics

HUANG Zhuo-hong, SU Hong

(College of Mathematics and Statistics, Chongqing University of Technology Chongqing 400054, China)

We concretely elaborated the design flow of the network auxiliary teaching platform in higher mathematics based on cloud computing technique, and investigated the feasibility and necessity to reasonably integrate the network teaching platform in higher mathematics and the cloud computing platform, and proposed the specific opinion.Key words: higher mathematics; network teaching platform; cloud computing; integration; architecture

重慶理工大學高等教育教學改革研究重點項目(2015ZD09)；重慶理工大學教學成果重點培育項目；重慶理工大學高等教育教學改革研究一般項目(2013YB31)

黃卓紅(1977—),男,講師，博士,研究方向：大學數學類公共數學教學、數值代數與科學計算。

10.13769/j.cnki.cn50-1011/d.2016.07.005

format:HUANG Zhuo-hong, SU Hong.Design and Application of Auxiliary Teaching Platform with Cloud Computing Technique in Higher Mathematics[J].The World and Chongqing, 2016(7):20-23.

O13；G642

A

1007-7111(2016)07-0020-04