论文部分内容阅读
摘 要根据“模拟电路”课程的特点和我院教育技术学专业的实际，提出“模拟电路”网络课程的设计理念，给出具体的设计和实现过程，对Internet 环境下网络课程的实现方式进行了探索。
关键词模拟电路；网络课程；远程教育
中图分类号：G642.3文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2007）09－0033-03
“模拟电路”是我院教育技术学专业的一门专业基础课，随着招生规模的不断扩大，传统的课堂教学已不能满足实际教学需要，尤其不能满足成教学员随时随地学习的需要。同时，以计算机和网络技术为基础的网络远程教育作为传统教育模式的重要补充，越来越受到师生认可，在此背景下设计并开发了“模拟电路”网络课程。
1 设计理念
“模拟电路”课程理论与实践联系密切，知识面广，“入门”难度大。网络课程的设计依照人性化的设计理念，使设计的网络课程能充分发挥学习者的主动性、积极性，扩大网络课程的学习效果。
1.1 以学习者为中心
“模拟电路”网络课程的设计坚持以学习者为中心，分析网络环境下学习者尤其是成教学员的学习特点、规律和影响因素，充分考虑他们的各种潜在愿望和需求，搜集网络学习中遇到的各种问题。整个课程设计以方便学习者学习为衡量标准。
1.2 提供多层次、多感官、多途径的知识表达体系
从学习者视、听、说、写入手，围绕课程呈现方式、界面风格、交互策略等方面，设计并实现多层次、多感官、多途径的知识表达体系，让学习者感到不仅能用，而且好用，感受到网络远程学习带来的愉悦和满足。
1.3 注重学习者的个性差异
考虑学习者在教育背景、工作经历、认知能力、思维方式等方面的个性差异，我们在课程内容多少、难易程度、学习时间长短等方面考虑必要的弹性、可变化性，让学习者以更大的灵活性和自主性来自定步调、自定内容、自定时间等，以满足其自主学习要求。
2 系统设计
“模拟电路”网络课程是一个由知识库、资源库、导航策略和交互平台组成的教学系统，主要内容包括知识设计、功能设计、界面设计、资源设计和评价设计等几个方面。
2.1 知识设计
我院教育技术学专业教学计划中没有设立电路分析方面的课程，因此学习者在学习模拟电路时，普遍感觉内容抽象、分析困难、实验操作生疏。为此，在确定“模拟电路”网络课程知识内容时，可以按照精理论、重实例、强实验的思路，使学习者从中挖掘和吸收理论精华，强化动手能力。此外，针对学习者的个性差异，设计的知识内容具有一定的弹性，以满足学习者自主学习需要。
2.2 功能设计
功能设计是整个网络课程设计的重心，包括学生模块设计和教师模块设计。
2.2.1 学生模块设计
学生模块是功能设计的核心，其设计原则是最大限度地满足和方便学习者多层次、多感官、多途径的学习需要。具体功能如下：
（1）学员信息的获取
参加本课程学习的学习者必须进行注册，目的是获得学习者的一些静态信息，如年龄、知识背景、工作经历、学习需求等。将这些信息存入学生档案中，系统会依据这些信息对学习者进行分组，制订不同的学习设置。除了学习者在注册时提供的静态信息外，“模拟电路”网络课程还利用服务器端的访问跟踪技术对登录后的学习者的各种活动进行跟踪，记录所有与学习活动相关的动态信息，如学习者浏览的网页、停留时间、访问频率、访问信息的类型等。系统对收集到的信息自动进行特征的提取与归类，为准确掌握学习者的学习情况和课程修订提供依据。
（2）在线课堂
在线课堂包括实时课堂和异步课堂。实时课堂即教师通过屏幕广播讲授课程，学习者通过网络实时同步学习，既可以看到教师授课的实时画面（可选功能），也可以听到声音；异步课堂即以Web页面的形式呈现课程内容，使学习者可以充分利用网络的时间和空间两个自由度，满足自己随时随地学习的需要。
（3）答疑专家系统
答疑专家系统将“模拟电路”的疑难问题与参考答案保存在问题库中。学习者学习过程中如果遇到问题，则可通过本网络课程提供的搜索引擎对问题库进行搜索。对于问题库中没有的问题，系统会自动将该问题提交给即时问题库。教师对即时问题库中的问题解答后，系统会自动通过e-mail将问题和答案发给学习者（需要学习者提供e-mail），同时将该问题和答案保存在问题库中。
（4）交流平台
交流平台是网络课程设计的重要内容，是生生、师生间交流、协作、互助的平台。“模拟电路”网络课程的交流设计包括专题讨论区、留言簿、短信服务、e-mail服务。其中，专题讨论区是一个电子公告板（BBS），每一个专题讨论区相当于一个虚拟教室，讨论的主题及相应贴数在服务台的告示牌中列出，学习者可通过该告示牌直接进入相应的讨论区。讨论的主题既可以由教师给出，也可以由学员提出。短信服务提供计算机之间以及计算机与手机之间的短信收发；E-mail服务的便利之处在于不用登录邮箱就可以收发邮件的功能，方便师生的使用。
（5）实验中心
实验中心是为方便学习者进行网上实验学习而设计的，包括实验预习和实验预约。实验预习用视频或动画的形式形象、直观地展示每个实验的目的、原理、内容步骤、设备操作和元器件使用方法，让学习者获得一定的感知经验，为实际操作奠定基础。另外，由于学习者尤其是成教学员通常处于时空上的相互分离，实验项目和时间难以统一安排，为此设计了实验预约模块，让学习者在网上预约实验指导老师、实验项目、时间和所需器件。
（6）下载中心
下载中心提供电子设计和开发方面的相关软件以及本课程的电子教案、影音资料、实验讲义等资料，供学习者在离线情况下继续学习，减少其在线学习的网络通讯费用。
2.2.2 教师模块设计
教师模块主要完成“模拟电路”网络课程的管理和维护工作，具体功能如下：
（1）教学管理
教学管理用于教师进行与网络课程教学有关的信息维护，包括发布课程教学要求、教学内容、教学环节的调整、学习者学习记录的监控与管理、学习者测试结果的处理（主要针对学习者在线测试成绩）、网上实时课堂的直播。
（2）题库管理
题库管理是笔者主持的校级项目“通用题库系统数据模型与组卷算法研究”的具体应用实例。通过该模块，任课教师可以完成模拟电路试题的增加、修改和删除，组卷整体目标参数（包括试卷分数、试卷难度、题型分数、章节分数）和组卷模型的设定。
（3）资源管理
资源管理供任课教师完成与本课程教学相关的电子教案、影音资料、实验讲义以及电子设计和开发软件等资料的上传与管理。对于学生上传的资料需经过任课教师审核确认后才能最终作为网络资源使用，这种设计思路保证了课程网络资源的质量。
2.3 界面设计
界面是学习者进行网络课程学习的直接中介，设计时我们着重考虑以下3个方面要求：首先是功能要求，即界面要能快速、准确地实现人机之间的信息交流；其次，设计多种导航方法，如目录导航、导航图导航、快速导航，避免学习者在浩瀚的信息海洋里迷航；第三，界面的框架结构、色彩对比等要素的设计要能符合人的视觉习惯。2.4 资源设计
优秀的资源设计是帮助学习者扩大知识视野、提高网络学习效果的重要保证。“模拟电路”网络课程的资源设计包括元器件大全、参考资料集、综合实例集。元器件大全提供元器件的技术资料、使用说明和典型应用；参考资料集提供与本课程相关的书籍、杂志、网站；综合实例集提供典型应用电路的设计制作全过程。整个资源库由教师和获得授权的学员共同管理和维护，目的是集众人的智慧使库中的学习资料得到最大的增值。此外，在资源库中，学习者还能以身份认证方式链接至其他数字图书馆。
2.5 评价设计
“模拟电路”网络课程的评价设计包括课程评价和在线测试。课程评价主要从课程内容、资源建设、网站设计等方面依据一定量规对网络课程进行评价。在线测试是对学习者知识掌握水平和层次的一种评价，包括章节测试和考前测试。所有试题均是基于题库形式，系统依据组卷模型先对组卷目标进行预处理，然后根据处理产生的分解目标从题库中抽题。学员提交试卷后，系统会立即对提交试卷中的客观题自动评分，并将分数和答错的题目反馈给学员。
3 系统实现
3.1 系统支撑环境
“模拟电路”网络课程采用JSP编程技术，服务器端的运行环境为Windows 2000 Server＋Apache＋Tomcat＋SQL Server 2000。其中Apache 2.0.48为Web服务器，Tomcat 5.0.16为JSP解析服务器，SQL Server 2000企业版为数据库服务器。整个技术及配置保证了系统的可靠性、可维护性和可扩展性。
3.2 关键技术
3.2.1 邮件收发实现
本网络课程的邮件收发功能通过JavaMail API实现。JavaMail API是Java平台专门用于发送和接收电子邮件的接口，通过它，利用SMTP协议发送邮件和POP3协议接收邮件。这种实现方案的优势是不需要搭建自己的邮件服务器，而使用学习者本人邮箱所在的邮件服务器，所以系统开发的成本大大降低，但这种方案要求学习者事先要有一个电子信箱。
3.2.2 短信收发实现
计算机与手机之间的短信收发可以通过电信运营商（移动或联通）提供的网关接口实现，但这种方式需要与电信运营商签合同，手续烦琐。所以本系统没有采用这种方案，而是在新浪短信平台的基础上编程实现计算机与手机之间的短信收发。该方案开发代价低，不需要额外配置，但要求学员事先开通新浪短信服务。
3.2.3 实时课堂实现
网络实时课堂通过利用格雷公司开发的远程视频OCX插件（试用版）集成在Web页面中实现（打包为CAB）。视频服务器采用集中式会议模式，教师终端将媒体流通过单播方式传送到视频服务器，视频服务器再将媒体流通过多播传送到参加网络学习的各个终端。该实时课堂的优势是教师授课不受地域限制，只要能够接入网络，并保证512 Kb/s以上的连接速率，就可以进行高质量的课堂直播。
4 下一步的设想
“模拟电路”网络课程为学习者营造了一个开放、自主的学习环境，基本可以满足学习者尤其是成教学员随时随地学习的需要。下一步将继续实现功能的扩充和完善，如建立网上虚拟实验室，利用EDA软件开展仿真实验设计等。
关键词模拟电路；网络课程；远程教育
中图分类号：G642.3文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2007）09－0033-03
“模拟电路”是我院教育技术学专业的一门专业基础课，随着招生规模的不断扩大，传统的课堂教学已不能满足实际教学需要，尤其不能满足成教学员随时随地学习的需要。同时，以计算机和网络技术为基础的网络远程教育作为传统教育模式的重要补充，越来越受到师生认可，在此背景下设计并开发了“模拟电路”网络课程。
1 设计理念
“模拟电路”课程理论与实践联系密切，知识面广，“入门”难度大。网络课程的设计依照人性化的设计理念，使设计的网络课程能充分发挥学习者的主动性、积极性，扩大网络课程的学习效果。
1.1 以学习者为中心
“模拟电路”网络课程的设计坚持以学习者为中心，分析网络环境下学习者尤其是成教学员的学习特点、规律和影响因素，充分考虑他们的各种潜在愿望和需求，搜集网络学习中遇到的各种问题。整个课程设计以方便学习者学习为衡量标准。
1.2 提供多层次、多感官、多途径的知识表达体系
从学习者视、听、说、写入手，围绕课程呈现方式、界面风格、交互策略等方面，设计并实现多层次、多感官、多途径的知识表达体系，让学习者感到不仅能用，而且好用，感受到网络远程学习带来的愉悦和满足。
1.3 注重学习者的个性差异
考虑学习者在教育背景、工作经历、认知能力、思维方式等方面的个性差异，我们在课程内容多少、难易程度、学习时间长短等方面考虑必要的弹性、可变化性，让学习者以更大的灵活性和自主性来自定步调、自定内容、自定时间等，以满足其自主学习要求。
2 系统设计
“模拟电路”网络课程是一个由知识库、资源库、导航策略和交互平台组成的教学系统，主要内容包括知识设计、功能设计、界面设计、资源设计和评价设计等几个方面。
2.1 知识设计
我院教育技术学专业教学计划中没有设立电路分析方面的课程，因此学习者在学习模拟电路时，普遍感觉内容抽象、分析困难、实验操作生疏。为此，在确定“模拟电路”网络课程知识内容时，可以按照精理论、重实例、强实验的思路，使学习者从中挖掘和吸收理论精华，强化动手能力。此外，针对学习者的个性差异，设计的知识内容具有一定的弹性，以满足学习者自主学习需要。
2.2 功能设计
功能设计是整个网络课程设计的重心，包括学生模块设计和教师模块设计。
2.2.1 学生模块设计
学生模块是功能设计的核心，其设计原则是最大限度地满足和方便学习者多层次、多感官、多途径的学习需要。具体功能如下：
（1）学员信息的获取
参加本课程学习的学习者必须进行注册，目的是获得学习者的一些静态信息，如年龄、知识背景、工作经历、学习需求等。将这些信息存入学生档案中，系统会依据这些信息对学习者进行分组，制订不同的学习设置。除了学习者在注册时提供的静态信息外，“模拟电路”网络课程还利用服务器端的访问跟踪技术对登录后的学习者的各种活动进行跟踪，记录所有与学习活动相关的动态信息，如学习者浏览的网页、停留时间、访问频率、访问信息的类型等。系统对收集到的信息自动进行特征的提取与归类，为准确掌握学习者的学习情况和课程修订提供依据。
（2）在线课堂
在线课堂包括实时课堂和异步课堂。实时课堂即教师通过屏幕广播讲授课程，学习者通过网络实时同步学习，既可以看到教师授课的实时画面（可选功能），也可以听到声音；异步课堂即以Web页面的形式呈现课程内容，使学习者可以充分利用网络的时间和空间两个自由度，满足自己随时随地学习的需要。
（3）答疑专家系统
答疑专家系统将“模拟电路”的疑难问题与参考答案保存在问题库中。学习者学习过程中如果遇到问题，则可通过本网络课程提供的搜索引擎对问题库进行搜索。对于问题库中没有的问题，系统会自动将该问题提交给即时问题库。教师对即时问题库中的问题解答后，系统会自动通过e-mail将问题和答案发给学习者（需要学习者提供e-mail），同时将该问题和答案保存在问题库中。
（4）交流平台
交流平台是网络课程设计的重要内容，是生生、师生间交流、协作、互助的平台。“模拟电路”网络课程的交流设计包括专题讨论区、留言簿、短信服务、e-mail服务。其中，专题讨论区是一个电子公告板（BBS），每一个专题讨论区相当于一个虚拟教室，讨论的主题及相应贴数在服务台的告示牌中列出，学习者可通过该告示牌直接进入相应的讨论区。讨论的主题既可以由教师给出，也可以由学员提出。短信服务提供计算机之间以及计算机与手机之间的短信收发；E-mail服务的便利之处在于不用登录邮箱就可以收发邮件的功能，方便师生的使用。
（5）实验中心
实验中心是为方便学习者进行网上实验学习而设计的，包括实验预习和实验预约。实验预习用视频或动画的形式形象、直观地展示每个实验的目的、原理、内容步骤、设备操作和元器件使用方法，让学习者获得一定的感知经验，为实际操作奠定基础。另外，由于学习者尤其是成教学员通常处于时空上的相互分离，实验项目和时间难以统一安排，为此设计了实验预约模块，让学习者在网上预约实验指导老师、实验项目、时间和所需器件。
（6）下载中心
下载中心提供电子设计和开发方面的相关软件以及本课程的电子教案、影音资料、实验讲义等资料，供学习者在离线情况下继续学习，减少其在线学习的网络通讯费用。
2.2.2 教师模块设计
教师模块主要完成“模拟电路”网络课程的管理和维护工作，具体功能如下：
（1）教学管理
教学管理用于教师进行与网络课程教学有关的信息维护，包括发布课程教学要求、教学内容、教学环节的调整、学习者学习记录的监控与管理、学习者测试结果的处理（主要针对学习者在线测试成绩）、网上实时课堂的直播。
（2）题库管理
题库管理是笔者主持的校级项目“通用题库系统数据模型与组卷算法研究”的具体应用实例。通过该模块，任课教师可以完成模拟电路试题的增加、修改和删除，组卷整体目标参数（包括试卷分数、试卷难度、题型分数、章节分数）和组卷模型的设定。
（3）资源管理
资源管理供任课教师完成与本课程教学相关的电子教案、影音资料、实验讲义以及电子设计和开发软件等资料的上传与管理。对于学生上传的资料需经过任课教师审核确认后才能最终作为网络资源使用，这种设计思路保证了课程网络资源的质量。
2.3 界面设计
界面是学习者进行网络课程学习的直接中介，设计时我们着重考虑以下3个方面要求：首先是功能要求，即界面要能快速、准确地实现人机之间的信息交流；其次，设计多种导航方法，如目录导航、导航图导航、快速导航，避免学习者在浩瀚的信息海洋里迷航；第三，界面的框架结构、色彩对比等要素的设计要能符合人的视觉习惯。2.4 资源设计
优秀的资源设计是帮助学习者扩大知识视野、提高网络学习效果的重要保证。“模拟电路”网络课程的资源设计包括元器件大全、参考资料集、综合实例集。元器件大全提供元器件的技术资料、使用说明和典型应用；参考资料集提供与本课程相关的书籍、杂志、网站；综合实例集提供典型应用电路的设计制作全过程。整个资源库由教师和获得授权的学员共同管理和维护，目的是集众人的智慧使库中的学习资料得到最大的增值。此外，在资源库中，学习者还能以身份认证方式链接至其他数字图书馆。
2.5 评价设计
“模拟电路”网络课程的评价设计包括课程评价和在线测试。课程评价主要从课程内容、资源建设、网站设计等方面依据一定量规对网络课程进行评价。在线测试是对学习者知识掌握水平和层次的一种评价，包括章节测试和考前测试。所有试题均是基于题库形式，系统依据组卷模型先对组卷目标进行预处理，然后根据处理产生的分解目标从题库中抽题。学员提交试卷后，系统会立即对提交试卷中的客观题自动评分，并将分数和答错的题目反馈给学员。
3 系统实现
3.1 系统支撑环境
“模拟电路”网络课程采用JSP编程技术，服务器端的运行环境为Windows 2000 Server＋Apache＋Tomcat＋SQL Server 2000。其中Apache 2.0.48为Web服务器，Tomcat 5.0.16为JSP解析服务器，SQL Server 2000企业版为数据库服务器。整个技术及配置保证了系统的可靠性、可维护性和可扩展性。
3.2 关键技术
3.2.1 邮件收发实现
本网络课程的邮件收发功能通过JavaMail API实现。JavaMail API是Java平台专门用于发送和接收电子邮件的接口，通过它，利用SMTP协议发送邮件和POP3协议接收邮件。这种实现方案的优势是不需要搭建自己的邮件服务器，而使用学习者本人邮箱所在的邮件服务器，所以系统开发的成本大大降低，但这种方案要求学习者事先要有一个电子信箱。
3.2.2 短信收发实现
计算机与手机之间的短信收发可以通过电信运营商（移动或联通）提供的网关接口实现，但这种方式需要与电信运营商签合同，手续烦琐。所以本系统没有采用这种方案，而是在新浪短信平台的基础上编程实现计算机与手机之间的短信收发。该方案开发代价低，不需要额外配置，但要求学员事先开通新浪短信服务。
3.2.3 实时课堂实现
网络实时课堂通过利用格雷公司开发的远程视频OCX插件（试用版）集成在Web页面中实现（打包为CAB）。视频服务器采用集中式会议模式，教师终端将媒体流通过单播方式传送到视频服务器，视频服务器再将媒体流通过多播传送到参加网络学习的各个终端。该实时课堂的优势是教师授课不受地域限制，只要能够接入网络，并保证512 Kb/s以上的连接速率，就可以进行高质量的课堂直播。
4 下一步的设想
“模拟电路”网络课程为学习者营造了一个开放、自主的学习环境，基本可以满足学习者尤其是成教学员随时随地学习的需要。下一步将继续实现功能的扩充和完善，如建立网上虚拟实验室，利用EDA软件开展仿真实验设计等。