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摘 要:本文分析了网络环境下开放实验教学的特点,提出了建立网络环境下开放实验教学的模式,阐述了开放实验教学模式的体系结构、功能设计要求,总结了系统实现的关键技术。
关键词:实验教学模式 Web B/S
中图分类号:G434 文献标识码:B 文章编号:1673-8454(2009)13-0067-03
一、引言
学分制是改革人才培养模式、适应人才成长规律较为理想的教学模式,也适应了社会对创新人才培养的要求。但是完全学分制与传统学年制的教学模式有很大区别,对传统学年制的教学管理方法提出了很大的挑战。学分制下个性化教学的特点,决定了一个自然班中的每个人的学习内容、学习时间已不再相同。几年的实践证明,学分制教学模式在理论教学管理上已取得一定的经验,但在实验教学管理上的困难越来越凸现出来,这势必要求实验教学采取开放式的教学方法。这两年来很多高校都进行了一些尝试,也取得一定的经验。进行开放式实验教学已成为各高校实验教学的发展方向。那么开放式实验教学的模式到底如何?
通过分析对比传统学年制的实验教学与完全学分制的开放式实验教学之间的特点可知,传统的实验教学,由于教学时间、教学内容、实验对象固定,学生按照事先安排的时间到实验室进行实验,实验时老师先讲解,然后学生进行实验,实验过程中遇到问题,不思考直接找指导教师帮忙,这样造成了学生学习的主动性不够,依赖性强,很多学生在实验前不预习,依赖教师实验之前的统一讲解。开放式实验教学则要求实验室开放运行,它改变了传统的实验时间固定、实验内容固定、实验对象固定的教学模式,实现实验时间开放、实验内容开放、实验对象开放的全面开放的模式。这种开放的教学模式与传统教学模式有许多不同:在形式上可使用丰富多彩的教学方法和教学手段来激发学生的学习兴趣;实验内容可不拘一格,激发学生的创造力;实验时间上,赋予学生更多的学习自主权,学生可在自己支配时间内进行思考和探索,为学生提供了宽松的学习环境。开放式教学为学分制的实施提供了时间上的保证,有利于学生个性的全面发展,有利于提高实验设备资源的利用率,实现资源共享。但这种开放式的实验教学给实验室的实验教学管理带来了困难。因此,必须寻求一种全新的实验教学管理模式来满足开放式实验教学的要求。经过几年的实践,我们已初步建立了网络环境下开放式实验教学管理的模式:学生首先通过校园网了解实验室的设备使用状况、实验室的各种规章制度,确定何时可以做实验,然后再进行实验预约,在实验之前,使用实验教学课件进行实验预习,学生在实验中遇到问题主要是通过实验教学课件寻求帮助,这样增加了学生的学习主动性,为了保证实验教学秩序,实验时如何进行考勤,实验结束后实验报告如何提交、学生如何查询实验成绩等一系列的问题。因此必须建立一个能贯穿整个实验教学过程的实验教学管理系统,该管理系统要能提供实验室信息查询、实验预约、实验考勤、实验报告提交、实验报告的批改和实验成绩查询等功能,又要提供丰富的实验教学辅助资源,为学生提供学习帮助。
二、实验教学管理系统的体系结构
实验教学管理系统采用目前Web信息系统流行的B/S结构,使用Apache作为Web服务器软件,PHP MySQL作为系统的开发工具。Apache是一种开放源码的HTTP服务器,可以在大多数计算机操作系统中运行,由于其多平台和高安全性而被广泛使用,是最流行的Web服务器端软件之一,它快速、可靠,可通过简单的API扩展,Perl/Python解释器可被编译到服务器中,提供一个每天有数百万人访问的Web服务器;PHP是一种服务器端的脚本语言,它运行在Web服务器端,可以根据用户请求或服务器端的数据产生动态网页;MySQL作为后台数据库,是一个快速、高效、多线程、多用户的关系型数据库系统,适用于组织和管理大批量数据,并且它和PHP一起使用性能非常好。系统中的各种用户通过校园网访问系统,进行各种相关的操作,如教师用户可通过校园网登录到系统进行实验报告的批改等操作,学生用户可通过校园网进行预约、实验预习、实验报告的提交与成绩查询等操作,管理员可通过校园网进行实验教学的各种初始化操作,上级管理部门(实验实习科)可通过校园网检查实验室的设备使用情况以及实验教学执行情况等等。如图1所示。
三、网络环境下开放实验教学管理系统的功能设计
为了适应开放的实验教学模式,必须构建开放的实验教学环境,满足开放式实验教学的各个环节的要求,因此实验教学管理系统应该包含以下功能。
1.公共信息查询子系统
在开放实验室的运行模式下,学生对实验室运行、开放的状况难以有全面的了解,不便于学习规划,指导教师的缺乏,使得实验室进一步开放存在很大的困难。因此必须建立实验室信息查询系统,学生通过公共信息查询系统可以及时查询到实验仪器介绍及操作规程、课程和实验项目介绍、了解实验室管理制度、实验预约流程,动态了解每个实验室的实验预约情况和实验室各类仪器的使用情况等。
2.实验预约子系统
学生可通过实验预约子系统,根据实验室提供的开放时段和每一个开放时段的预约情况进行实验预约。预约成功后,任课教师登录到系统,通过选择实验模块和实验周次可看到本周的实验组名,通过点击实验组名可得到该组的所有预约的学生名单。学生通过选择实验模块和实验课程,可得到已预约实验的实验时间,并可查询每个实验的预约情况,保证了实验室开放的高效运作,增加了实验室的开放度。
3.实验考勤系统
为了保证实验教学的秩序和实验教学质量,应加强实验教学考勤。目前实验教学的考勤方法是在实验之前由学生在考勤簿上签到,这种方法在实际操作时有很多漏洞,如学生代签名的情况时有发生。对于计算机学院中心实验室所有的实验均要使用计算机,而且学校实验室的机器均能上校园网,基于这种情况,开发一个基于Web的考勤系统,可以给实验教学考勤带来很大的方便。学生在实验之前,只要登录考勤系统,输入自己的学号和密码,选择相应的实验课程和项目名提交后,系统会将学生提交的信息和登录的时间以及使用机器的IP写入到数据库当中,教师登录系统后,便可以查询学生每一个实验项目是在哪台设备上完成的。
4.实验教学辅助系统
辅助系统主要包括实验教学大纲、实验教学仪器的介绍、实验在线指导、实验报告模板、实验报告网上提交、报告批改、实验成绩查询等等。学生可以在网上查询实验教学的要求,借助教学辅助系统预习实验,实验疑难通过实验指导得到解决,实验指导中提供了每个实验常见问题汇总,并提供了实验报告电子版提交和实验报告成绩查询的技术平台。学生做好实验后,输入班级、姓名、学号、课程名称、项目名称等相关信息,点击提交按钮送到系统指定的文件夹下,教师批改之后,学生可通过姓名和学号查询到实验成绩。
四、构建的关键技术
1.数据库访问技术
基于Web的开放实验教学环境的构建的前提条件是实现与后台数据库的连接,使其可以远程实现对数据库服务器的操作。基于Web的数据库访问技术是指在客户端使用Web浏览器作为用户输入查询条件和显示查询结果的交互界面。用户可以通过界面上的各种控件与Web服务器进行交互,Web服务器介于Web浏览器与数据库服务器之间,负责接收用户请求和反馈数据库服务器的执行结果。本系统采用PHP MySQL作为开发工具,PHP是一种可以跨平台的脚本语言,用户在一种系统平台上开发的脚本语言程序可以不修改就在另一个系统平台上运行,因而它是当前用于开发Web应用程序最流行的脚本语言之一,PHP提供了远程访问各种数据库的函数,一般来说PHP访问MySQL数据库通常有如下几步:建立与数据库服务器的连接;选择数据库,提交SQL语句;根据数据库的操作结果返回相应的内容;关闭与数据库的连接。
2.系统的可用性开发技术
基于网络的实验教学模式,几乎所有的工作都是在网络上完成的,对于Web信息系统来说,可用性也即用户能否有效地找到所需的信息或完成他的任务,是否让人有愉快满意的感受,能否得到良好的用户体验,是Web设计者需要考虑的问题。目前Web信息系统可用性问题受到普遍关注,用户界面设计、内容设计是可用性研究的重点。在研究可用性问题时,必须建立以用户为中心的设计理念,深入研究用户行为,设计中要尽量减少用户的操作,使其能快速完成任务。如在进行实验预约时使用JavaScript技术设计连动菜单有效地减少用户的输入,用户只需通过鼠标的点击轻松完成预约任务;在实验考勤时用户只需登录到系统,选择实验项目点击考勤按钮即可完成实验考勤,而学生的学号、班级等信息是由系统自动填入的;同样在实验报告提交和实验成绩查询时也只需要学生用鼠标点击几下就能完成;在系统注册时使用Ajax技术有效地避免了用户的重复输入操作等等,系统就是这样以用户为中心,利用最新的web设计技术,有效地解决了系统的可用性问题,从而得到良好的用户体验。
3.并发控制机制
由于系统用户多,可能会造成某一时段内系统访问量大增,服务器负担过重,甚至使整个系统瘫痪,因此在配置Apache服务器时,将连接数目限制在一个固定数目,当连接数目达到最大限制后,用户必须等待其他用户释放连接,才能使用系统,这样从某种程度上可以保证系统的稳定。同时在编程中,尽量减少频繁地与数据库连接操作,并对数据库查询语句进行优化,保证系统的实时性和并发性要求。
五、结束语
通过开发实验教学管理系统,为构建开放实验教学模式奠定了基础,系统能贯穿实验教学的整个过程,有效地解决了开放实验教学带来的一系列的管理难题,提高了管理效率,建立了网络环境下实验教学的新模式,为开放实验室的管理提供了新手段。我们知道实验室开放向纵深发展,必须有先进的管理手段与之适应。很多实验室仍然采用传统的管理手段,浪费人力物力,容易出错,会抑制实验室开放的深度,由于网络具有覆盖面广、信息量大、更新及时、便于多种形式交流等优点,网络化管理成为现代实验室管理的趋势。基于网络的开放实验管理系统,在我院使用了四年多,极大方便了广大教师和学生,效果良好。
参考文献:
[1]李健,张华煜,基于Web应用的信息设计中可用性问题的研究[J].电脑开发与应用,2005,18(增刊):86-87.
[2]王攀,陈少平,王晶.基于Web的实验室开放管理系统的设计与实现[J].现代教育技术,2008,18(10):101-104.
[3]Jakob Nielsen Hoa Loranger.Prioritizing Web Usability[M].北京:电子工业出版社,2007:34-37.
[4]向怡宁.就这么简单[M].北京:清华大学出版社,2008:32-38.
关键词:实验教学模式 Web B/S
中图分类号:G434 文献标识码:B 文章编号:1673-8454(2009)13-0067-03
一、引言
学分制是改革人才培养模式、适应人才成长规律较为理想的教学模式,也适应了社会对创新人才培养的要求。但是完全学分制与传统学年制的教学模式有很大区别,对传统学年制的教学管理方法提出了很大的挑战。学分制下个性化教学的特点,决定了一个自然班中的每个人的学习内容、学习时间已不再相同。几年的实践证明,学分制教学模式在理论教学管理上已取得一定的经验,但在实验教学管理上的困难越来越凸现出来,这势必要求实验教学采取开放式的教学方法。这两年来很多高校都进行了一些尝试,也取得一定的经验。进行开放式实验教学已成为各高校实验教学的发展方向。那么开放式实验教学的模式到底如何?
通过分析对比传统学年制的实验教学与完全学分制的开放式实验教学之间的特点可知,传统的实验教学,由于教学时间、教学内容、实验对象固定,学生按照事先安排的时间到实验室进行实验,实验时老师先讲解,然后学生进行实验,实验过程中遇到问题,不思考直接找指导教师帮忙,这样造成了学生学习的主动性不够,依赖性强,很多学生在实验前不预习,依赖教师实验之前的统一讲解。开放式实验教学则要求实验室开放运行,它改变了传统的实验时间固定、实验内容固定、实验对象固定的教学模式,实现实验时间开放、实验内容开放、实验对象开放的全面开放的模式。这种开放的教学模式与传统教学模式有许多不同:在形式上可使用丰富多彩的教学方法和教学手段来激发学生的学习兴趣;实验内容可不拘一格,激发学生的创造力;实验时间上,赋予学生更多的学习自主权,学生可在自己支配时间内进行思考和探索,为学生提供了宽松的学习环境。开放式教学为学分制的实施提供了时间上的保证,有利于学生个性的全面发展,有利于提高实验设备资源的利用率,实现资源共享。但这种开放式的实验教学给实验室的实验教学管理带来了困难。因此,必须寻求一种全新的实验教学管理模式来满足开放式实验教学的要求。经过几年的实践,我们已初步建立了网络环境下开放式实验教学管理的模式:学生首先通过校园网了解实验室的设备使用状况、实验室的各种规章制度,确定何时可以做实验,然后再进行实验预约,在实验之前,使用实验教学课件进行实验预习,学生在实验中遇到问题主要是通过实验教学课件寻求帮助,这样增加了学生的学习主动性,为了保证实验教学秩序,实验时如何进行考勤,实验结束后实验报告如何提交、学生如何查询实验成绩等一系列的问题。因此必须建立一个能贯穿整个实验教学过程的实验教学管理系统,该管理系统要能提供实验室信息查询、实验预约、实验考勤、实验报告提交、实验报告的批改和实验成绩查询等功能,又要提供丰富的实验教学辅助资源,为学生提供学习帮助。
二、实验教学管理系统的体系结构
实验教学管理系统采用目前Web信息系统流行的B/S结构,使用Apache作为Web服务器软件,PHP MySQL作为系统的开发工具。Apache是一种开放源码的HTTP服务器,可以在大多数计算机操作系统中运行,由于其多平台和高安全性而被广泛使用,是最流行的Web服务器端软件之一,它快速、可靠,可通过简单的API扩展,Perl/Python解释器可被编译到服务器中,提供一个每天有数百万人访问的Web服务器;PHP是一种服务器端的脚本语言,它运行在Web服务器端,可以根据用户请求或服务器端的数据产生动态网页;MySQL作为后台数据库,是一个快速、高效、多线程、多用户的关系型数据库系统,适用于组织和管理大批量数据,并且它和PHP一起使用性能非常好。系统中的各种用户通过校园网访问系统,进行各种相关的操作,如教师用户可通过校园网登录到系统进行实验报告的批改等操作,学生用户可通过校园网进行预约、实验预习、实验报告的提交与成绩查询等操作,管理员可通过校园网进行实验教学的各种初始化操作,上级管理部门(实验实习科)可通过校园网检查实验室的设备使用情况以及实验教学执行情况等等。如图1所示。
三、网络环境下开放实验教学管理系统的功能设计
为了适应开放的实验教学模式,必须构建开放的实验教学环境,满足开放式实验教学的各个环节的要求,因此实验教学管理系统应该包含以下功能。
1.公共信息查询子系统
在开放实验室的运行模式下,学生对实验室运行、开放的状况难以有全面的了解,不便于学习规划,指导教师的缺乏,使得实验室进一步开放存在很大的困难。因此必须建立实验室信息查询系统,学生通过公共信息查询系统可以及时查询到实验仪器介绍及操作规程、课程和实验项目介绍、了解实验室管理制度、实验预约流程,动态了解每个实验室的实验预约情况和实验室各类仪器的使用情况等。
2.实验预约子系统
学生可通过实验预约子系统,根据实验室提供的开放时段和每一个开放时段的预约情况进行实验预约。预约成功后,任课教师登录到系统,通过选择实验模块和实验周次可看到本周的实验组名,通过点击实验组名可得到该组的所有预约的学生名单。学生通过选择实验模块和实验课程,可得到已预约实验的实验时间,并可查询每个实验的预约情况,保证了实验室开放的高效运作,增加了实验室的开放度。
3.实验考勤系统
为了保证实验教学的秩序和实验教学质量,应加强实验教学考勤。目前实验教学的考勤方法是在实验之前由学生在考勤簿上签到,这种方法在实际操作时有很多漏洞,如学生代签名的情况时有发生。对于计算机学院中心实验室所有的实验均要使用计算机,而且学校实验室的机器均能上校园网,基于这种情况,开发一个基于Web的考勤系统,可以给实验教学考勤带来很大的方便。学生在实验之前,只要登录考勤系统,输入自己的学号和密码,选择相应的实验课程和项目名提交后,系统会将学生提交的信息和登录的时间以及使用机器的IP写入到数据库当中,教师登录系统后,便可以查询学生每一个实验项目是在哪台设备上完成的。
4.实验教学辅助系统
辅助系统主要包括实验教学大纲、实验教学仪器的介绍、实验在线指导、实验报告模板、实验报告网上提交、报告批改、实验成绩查询等等。学生可以在网上查询实验教学的要求,借助教学辅助系统预习实验,实验疑难通过实验指导得到解决,实验指导中提供了每个实验常见问题汇总,并提供了实验报告电子版提交和实验报告成绩查询的技术平台。学生做好实验后,输入班级、姓名、学号、课程名称、项目名称等相关信息,点击提交按钮送到系统指定的文件夹下,教师批改之后,学生可通过姓名和学号查询到实验成绩。
四、构建的关键技术
1.数据库访问技术
基于Web的开放实验教学环境的构建的前提条件是实现与后台数据库的连接,使其可以远程实现对数据库服务器的操作。基于Web的数据库访问技术是指在客户端使用Web浏览器作为用户输入查询条件和显示查询结果的交互界面。用户可以通过界面上的各种控件与Web服务器进行交互,Web服务器介于Web浏览器与数据库服务器之间,负责接收用户请求和反馈数据库服务器的执行结果。本系统采用PHP MySQL作为开发工具,PHP是一种可以跨平台的脚本语言,用户在一种系统平台上开发的脚本语言程序可以不修改就在另一个系统平台上运行,因而它是当前用于开发Web应用程序最流行的脚本语言之一,PHP提供了远程访问各种数据库的函数,一般来说PHP访问MySQL数据库通常有如下几步:建立与数据库服务器的连接;选择数据库,提交SQL语句;根据数据库的操作结果返回相应的内容;关闭与数据库的连接。
2.系统的可用性开发技术
基于网络的实验教学模式,几乎所有的工作都是在网络上完成的,对于Web信息系统来说,可用性也即用户能否有效地找到所需的信息或完成他的任务,是否让人有愉快满意的感受,能否得到良好的用户体验,是Web设计者需要考虑的问题。目前Web信息系统可用性问题受到普遍关注,用户界面设计、内容设计是可用性研究的重点。在研究可用性问题时,必须建立以用户为中心的设计理念,深入研究用户行为,设计中要尽量减少用户的操作,使其能快速完成任务。如在进行实验预约时使用JavaScript技术设计连动菜单有效地减少用户的输入,用户只需通过鼠标的点击轻松完成预约任务;在实验考勤时用户只需登录到系统,选择实验项目点击考勤按钮即可完成实验考勤,而学生的学号、班级等信息是由系统自动填入的;同样在实验报告提交和实验成绩查询时也只需要学生用鼠标点击几下就能完成;在系统注册时使用Ajax技术有效地避免了用户的重复输入操作等等,系统就是这样以用户为中心,利用最新的web设计技术,有效地解决了系统的可用性问题,从而得到良好的用户体验。
3.并发控制机制
由于系统用户多,可能会造成某一时段内系统访问量大增,服务器负担过重,甚至使整个系统瘫痪,因此在配置Apache服务器时,将连接数目限制在一个固定数目,当连接数目达到最大限制后,用户必须等待其他用户释放连接,才能使用系统,这样从某种程度上可以保证系统的稳定。同时在编程中,尽量减少频繁地与数据库连接操作,并对数据库查询语句进行优化,保证系统的实时性和并发性要求。
五、结束语
通过开发实验教学管理系统,为构建开放实验教学模式奠定了基础,系统能贯穿实验教学的整个过程,有效地解决了开放实验教学带来的一系列的管理难题,提高了管理效率,建立了网络环境下实验教学的新模式,为开放实验室的管理提供了新手段。我们知道实验室开放向纵深发展,必须有先进的管理手段与之适应。很多实验室仍然采用传统的管理手段,浪费人力物力,容易出错,会抑制实验室开放的深度,由于网络具有覆盖面广、信息量大、更新及时、便于多种形式交流等优点,网络化管理成为现代实验室管理的趋势。基于网络的开放实验管理系统,在我院使用了四年多,极大方便了广大教师和学生,效果良好。
参考文献:
[1]李健,张华煜,基于Web应用的信息设计中可用性问题的研究[J].电脑开发与应用,2005,18(增刊):86-87.
[2]王攀,陈少平,王晶.基于Web的实验室开放管理系统的设计与实现[J].现代教育技术,2008,18(10):101-104.
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[4]向怡宁.就这么简单[M].北京:清华大学出版社,2008:32-38.