《互換性與技術(shù)測量》課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王東生

（銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

1.引言

21世紀(jì)高等教育具有指導(dǎo)性、綜合性、社會性、終生性和創(chuàng)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(wǎng)絡(luò)化，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為建設(shè)一個開放式學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)造了條件，為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)條件保障。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺具有交互性、共享性、開放性、協(xié)作性和自主性等特征[1,2]，在課程內(nèi)容的組織、知識的傳授等方面既保持了原課堂教學(xué)的特點(diǎn)，又?jǐn)U充和拓展了課程教學(xué)；既有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，又方便師生交流，因此可以提升課堂教學(xué)、提高教學(xué)效果，有利于對學(xué)生學(xué)習(xí)的正確引導(dǎo)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、趣味性和對課程內(nèi)容的可接受性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的[3,4]。

雖然經(jīng)過各方面的努力，近年來我國網(wǎng)絡(luò)教育取得了快速的發(fā)展，也獲得了一定的成果和經(jīng)驗(yàn)，但在技術(shù)措施和體系結(jié)構(gòu)等許多方面還都存在一些問題，與先進(jìn)國家相比更是有明顯的差距，普遍存在標(biāo)準(zhǔn)缺乏、交互性差、個性化差、系統(tǒng)的智能性不夠、系統(tǒng)能力弱及系統(tǒng)的資源庫內(nèi)容不豐富等缺點(diǎn)。一個理想的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)不僅應(yīng)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(diǎn)，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(tǒng)工程的角度來建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)是研究熱點(diǎn)，同時迫切需要采用IEEE LTSC標(biāo)準(zhǔn)和JSP技術(shù)來促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺設(shè)計(jì)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

《互換性與技術(shù)測量》課程是高等院校機(jī)械類、儀器儀表類和機(jī)電結(jié)合類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，是聯(lián)系設(shè)計(jì)系列和工藝系列課程的紐帶，也是架設(shè)在基礎(chǔ)課、實(shí)踐教學(xué)課和專業(yè)課之間的橋梁。課程顯著特點(diǎn)是：概念術(shù)語多、標(biāo)準(zhǔn)原則多、符號代碼多、涉及的知識面廣。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程中，老師普遍感到課程難上，而學(xué)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(xué)過程中的交互性和主動性，本文開發(fā)了基于JSP的《互換性與技術(shù)測量》課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了老師和學(xué)生的雙向交流，具有動態(tài)交互功能，對提高教學(xué)效果和教學(xué)成績將起到極大的促進(jìn)作用。

2.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺總體設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中的教學(xué)資源和用戶的管理、組織及協(xié)同配合是其需要解決的主要問題。系統(tǒng)最基本的功能是把教學(xué)資源放在網(wǎng)絡(luò)平臺上供學(xué)生學(xué)習(xí)，而在平臺上老師與學(xué)生以及學(xué)生與學(xué)生之間的便利溝通與交流，即良好的交互性，可以充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的效果。因此，在平臺設(shè)計(jì)時要充分考慮系統(tǒng)界面的友好性以及動態(tài)交互性，另外在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能時也要同時考慮訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高速性、安全性和穩(wěn)定性。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式的基本要求，本《互換性與技術(shù)測量》課程教學(xué)平臺要實(shí)現(xiàn)基于Web的既可適用于課堂教學(xué)，也能滿足遠(yuǎn)程教學(xué)的要求，另外要能夠動態(tài)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，同時要能夠支持windows可識別的一切媒體。就其應(yīng)用特點(diǎn)而言，應(yīng)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，而老師要主導(dǎo)貫穿始終。

2.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)模式

本網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺采用瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，簡稱B/S)結(jié)構(gòu)模式。B/S模式是由客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server，簡稱C/S)計(jì)算模式和終端－主機(jī)計(jì)算模式發(fā)展而來的，具有跨平臺開發(fā)能力，同時具有費(fèi)用低、擴(kuò)展性強(qiáng)，界面友好等優(yōu)點(diǎn)[6]。在傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)模式中，客戶機(jī)一方面要負(fù)責(zé)事件輸入和圖形顯示，另外還要把業(yè)務(wù)處理規(guī)則和應(yīng)用邏輯一并（或部分）放在客戶機(jī)上，客戶端需要配置操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件、客戶機(jī)軟件、開發(fā)工具、應(yīng)用程序等幾層軟件，因而變得龐大臃腫[7]。而在B/S結(jié)構(gòu)模式中，客戶端只要安裝操作系統(tǒng)、瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件，而把業(yè)務(wù)處理規(guī)則和應(yīng)用邏輯等放在服務(wù)器，因此，所有的應(yīng)用軟件的開發(fā)和維護(hù)工作都集中在服務(wù)器一側(cè)，這樣客戶機(jī)就比較簡單[8]。B/S結(jié)構(gòu)模式具有終端－主機(jī)系統(tǒng)模式的特點(diǎn)，同時又具有C/S結(jié)構(gòu)模式分布式計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)。B/S結(jié)構(gòu)模式是一種多層次的平面型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)用戶通過客戶機(jī)上的瀏覽器以動態(tài)交互式學(xué)習(xí)方式訪問服務(wù)器上的各種資源。現(xiàn)階段在B/S結(jié)構(gòu)模式中的采用的主要語言有 Java、Html、VB、Delphi等。 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)模式如圖1所示，它主要有服務(wù)器、瀏覽器、數(shù)據(jù)庫以及教學(xué)資源等組成。

圖1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)模式

2.3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的基本架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)是以Web為載體，開展教學(xué)工作的軟件平臺。它利用Internet技術(shù)實(shí)現(xiàn)了分布式教學(xué)，在服務(wù)器上的教學(xué)平臺可以接受許多用戶同時訪問，從而極大的提高了教學(xué)資源的利用效率；同時，在這種網(wǎng)絡(luò)教育模式下，教學(xué)可以不受時間、空間或者地域的限制，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，同時也強(qiáng)有力的支撐了以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的主要作用是可以讓老師利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺實(shí)現(xiàn)高效的教學(xué)資源傳播，促進(jìn)高質(zhì)量的師生互動，從而形成開放、互動的教學(xué)模式，更好地培養(yǎng)學(xué)生的多方面學(xué)習(xí)能力、分析問題、解決問題以及創(chuàng)新能力；同時老師通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺還能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行有效的監(jiān)控和了解，提高教學(xué)資源的利用水平和管理水平。而對學(xué)生而言，通過該教學(xué)平臺可以充分利用學(xué)校的教學(xué)資源，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)習(xí)效果。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺總體設(shè)計(jì)框架如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺總體功能

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)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(xué)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(quán)限。

（2）課程學(xué)習(xí)模塊：包括理論課學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、網(wǎng)上作業(yè)及網(wǎng)上考試四部分。

1）理論課學(xué)習(xí)：主要包括課程介紹，教學(xué)大綱，教學(xué)計(jì)劃，教學(xué)CAI課件，教學(xué)參考資料等內(nèi)容。

2）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)：包括實(shí)驗(yàn)大綱，實(shí)驗(yàn)全部過程的視頻及動畫等，這樣在實(shí)驗(yàn)之前學(xué)生可以預(yù)先觀看正確的操作演示，一方面可以提前了解實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、要點(diǎn)和步驟，同時可以減少實(shí)驗(yàn)過程中的盲目性，提高動手操作實(shí)驗(yàn)的效率和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

3）網(wǎng)上作業(yè)：包括老師對作業(yè)的布置和分發(fā)，學(xué)生作業(yè)的提交，老師作業(yè)批改和反饋。

4）網(wǎng)上考試：在網(wǎng)上考試模塊中，對老師身份功能設(shè)計(jì)中主要包括：題庫管理，試卷管理，成績管理，考試監(jiān)控等，而學(xué)生身份功能包括：查看考試公告，在線考試，成績查詢等。網(wǎng)上考試的核心部分是學(xué)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(wǎng)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(jìn)來，讓網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺互動起來，師生論壇包括學(xué)生提問模塊、老師答疑模塊。師生論壇界面采用BBS形式，學(xué)生提問與老師/學(xué)生回答是異步的，學(xué)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(jìn)行回復(fù)，學(xué)生彼此間也能看到老師或別的學(xué)生對這些問題的解答，真正做到了老師與學(xué)生之間的互動以及學(xué)生與學(xué)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(jìn)行更方便的面對面的視頻和語音的實(shí)時交流或答疑。聊天室是一種實(shí)時的網(wǎng)上交流的方式，學(xué)生可以在聊天室內(nèi)對某一問題展開自由討論，相互交流、啟發(fā)。老師也可以加入到聊天室中進(jìn)行答疑、指導(dǎo)等。

（4）網(wǎng)站管理：主要的功能是對教學(xué)平臺的用戶及系統(tǒng)資源進(jìn)行管理。用戶管理分為學(xué)生、老師和管理員的管理，其中管理員具有最高的權(quán)限，其可以對所有用戶進(jìn)行刪除、查詢、修改等操作(包括對老師“職稱”、學(xué)生“專業(yè)”及用戶名的模糊查詢)。資源管理主要是由管理員實(shí)現(xiàn)一些非教學(xué)資源的上傳、下載和刪除的管理；由老師將課程教學(xué)資源上傳到平臺，方便學(xué)生在線學(xué)習(xí)或下載后的學(xué)習(xí)，而學(xué)生能夠?yàn)g覽并下載任課老師上傳的所有資料。

3.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的實(shí)現(xiàn)

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中，采用B/S計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使用動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)JSP完成瀏覽器頁面設(shè)計(jì)。該結(jié)構(gòu)可將內(nèi)容的生成和顯示進(jìn)行分離，使網(wǎng)絡(luò)開發(fā)人員能專注于應(yīng)用邏輯的處理，從而加快開發(fā)速度，提高系統(tǒng)質(zhì)量，并降低開發(fā)難度[9,10]。通常教學(xué)平臺對可移植性、可管理性、易用性要求很高，同時系統(tǒng)成本不能太高，因此數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用常用的SQL Server 2000，而Web服務(wù)器使用Tomcat Server。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺用戶界面是用戶和系統(tǒng)環(huán)境之間的接口。用戶界面主要提供友好、高效的工作環(huán)境，使操作輕便快捷。系統(tǒng)程序運(yùn)行于服務(wù)器端，網(wǎng)頁視圖界面都采用技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)中遵循網(wǎng)頁設(shè)計(jì)原則。

其中用戶登錄身份驗(yàn)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(shù)據(jù)庫中的個人資料進(jìn)行對比，如果存在相應(yīng)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(jìn)入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的各個功能點(diǎn)。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(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺測試

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺測試是平臺開發(fā)過程中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，其可以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，通常測試工作始終貫穿于平臺開發(fā)的整個過程[11]。在系統(tǒng)的各個功能模塊設(shè)計(jì)完成之后，要根據(jù)實(shí)際需求，對各個子模塊分別進(jìn)行測試。在整個網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開發(fā)結(jié)束之后，還要對系統(tǒng)的整體性能進(jìn)行測試。教學(xué)平臺測試的主要目的包括：測試系統(tǒng)的功能，評價是否滿足具體的技術(shù)要求；測試平臺運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，衡量系統(tǒng)的質(zhì)量；測試平臺的安全性；發(fā)現(xiàn)平臺中存在的不足與缺陷，并進(jìn)行完善和解決；測試平臺的性能，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能的瓶頸，并提出應(yīng)對措施。

在系統(tǒng)測試過程中通常采用自下而上，分步驗(yàn)證的方法，通過單元、組合、確認(rèn)、系統(tǒng)、驗(yàn)收等測試階段，從不同的方向、不同的側(cè)重點(diǎn)對系統(tǒng)進(jìn)行全面的測試[12]。本網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是基于Web的系統(tǒng)，其測試與傳統(tǒng)的系統(tǒng)測試有明顯的區(qū)別，它即需要檢查和驗(yàn)證平臺能否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，測試平臺在不同等級用戶瀏覽器端的實(shí)際使用效果，也要從用戶的角度進(jìn)行系統(tǒng)的安全性和可用性測試。

通過對該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)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(tǒng)總體上功能比較完整、人機(jī)界面友好，使用方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，同時具有優(yōu)異的跨平臺性和良好的安全性，基本達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，初步使用效果反映良好，可以交付使用。該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的開發(fā)，立足于《互換性與技術(shù)測量》課程建設(shè)和教學(xué)改革的需要，可進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)自主性，提高教學(xué)效果。但是在測試過程中也發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺存在一些問題，這將在后續(xù)的開發(fā)中進(jìn)行逐步修改完善。

5.結(jié)論

本網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺以JSP這一較為成熟的動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行交互式的《互換性與技術(shù)測量》課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的動態(tài)更新和維護(hù)，良好的交互性促進(jìn)學(xué)生與老師之間的交流與溝通，提高教學(xué)的效果，實(shí)現(xiàn)資源的有效共享。同時，課件的設(shè)計(jì)以學(xué)生為主體，貫徹體現(xiàn)個性化主動學(xué)習(xí)和為學(xué)生服務(wù)的基本理念。通過在線學(xué)習(xí)使學(xué)生自主學(xué)習(xí)這門課程，通過課程學(xué)習(xí)欄目中的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，了解實(shí)驗(yàn)練習(xí)的目的、要求、要準(zhǔn)備的相關(guān)知識、實(shí)驗(yàn)的步驟、注意事項(xiàng)等，通過在線答疑，老師可及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的困難，通過網(wǎng)絡(luò)快速的實(shí)現(xiàn)學(xué)生與老師在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息交流。

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