網(wǎng)絡化實驗教學系統(tǒng)設計

摘要：實驗教學是掌握知識的必要環(huán)節(jié)，在計算機應用基礎課程的教學中更是有著舉足輕重的作用。本文以《大學計算機基礎》課程為例，介紹了采用客戶機/服務器(C/S)結構模式結合B/S模式，開發(fā)網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)的設計思想和功能模塊。通過兩種模式的互補作用，實現(xiàn)學生快速、方便的對實驗資源的使用，提高學生的實踐能力。其設計界面友好，操作簡單，功能齊全，實用性強，為實驗教學提供了一種個性化學習環(huán)境。

關鍵詞：網(wǎng)絡化；實驗教學系統(tǒng)；任務驅動

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2009)04-0906-03

Design Research about Web-based Experiment Teaching System

XIAO Jian-qiong， ZHOU Xiao-Qing， YANG Tao

(Laboratory Center， China West Normal University， Nanchong 637002， China)

Abstract: Experiment teaching is essential to master knowledge， it plays an important role in the fundamentals of computer. This text gave an introduction about designing philosophy and function module of the web-based experiment teaching system which it takes the fundamentals of Computer for example. The web-based experiment teaching system can increase the practice ability of students through complementary action of C/S and B/S， and it have friendly interface and fully functional to provide a personal learning space of experiment teaching.

Key words: Web-Based; Experiment teaching system; Task-Driven

1 引言

計算機基礎課是高等院校各院系培養(yǎng)計劃中一個不可缺少的組成部分。但隨著中小學信息技術教育的普及，高校計算機基礎課程在教學內容、教學環(huán)境、教學方法等都應該作相應的變化[1]。本文提出利用網(wǎng)絡化實驗教學系統(tǒng)來提供一個個性化學習環(huán)境，變革計算機基礎實驗教學的手段和方法，基于“以人為本”的教育理念，實現(xiàn)個性化實驗教學[2-4]。

基于網(wǎng)絡的實驗教學系統(tǒng)設計的主要目的是讓學生在實驗環(huán)節(jié)中實驗項目更加具有針對性，實驗作業(yè)的管理更加完善，實驗評價更具客觀公正性和個性化，給學生以彈性化、人性化的發(fā)展空間。這將有利于學生在學習過程中產生積極的情感，切實提高學生的實際操作能力。

2 系統(tǒng)構成[5]

本系統(tǒng)主要包括三個子系統(tǒng)，即實驗CAI系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、遠程作業(yè)管理系統(tǒng)。

考慮到對網(wǎng)絡資源的合理利用和網(wǎng)絡速度，本系統(tǒng)分別使用C/S和B/S網(wǎng)絡模式編程。計算機應用基礎實驗CAI系統(tǒng)和測試系統(tǒng)是基于C/S的局域網(wǎng)技術，主要用于在局域網(wǎng)內（實驗室內）指導學生上機練習、上機結果收取、學生平時自測驗和期末考試。遠程作業(yè)管理系統(tǒng)則是基于B/S網(wǎng)絡模式，主要用于教師在廣域網(wǎng)內指導學生練習、作業(yè)布置與收取、學生平時自測驗等。其系統(tǒng)結構如圖1所示。三個子系統(tǒng)即可配合使用，也可單獨使用。使得學生既可在實驗室內，也可在其他具有上網(wǎng)條件的計算機上進行練習、測試及接受老師的輔導。在所有的子系統(tǒng)中始終都堅持了“任務驅動”的理念，注重培養(yǎng)學生的實際動手能力，在學生實驗過程、教師輔導過程、平時測試過程、期末考試過程中都堅持以培養(yǎng)與考察學生實踐能力為主，使得學生的實際動手能力大為提高。

2.1 實驗CAI模塊[6]

2.1.1 實驗CAI系統(tǒng)模塊組成

該模塊主要分為：實驗項目、實驗測試、工具、實驗幫助、實驗作業(yè)管理。如圖2所示。

1) 實驗項目：內容包含了大學計算機基礎的各種教學內容，由Windows操作、Word操作、Excel操作、PowerPoint操作、Internet操作和中英文打字練習等六個模塊組成。實驗項目的具體要求按照“任務驅動理念”以Word文件的形式展示給學生。其中包括：實驗目的，實驗要點，實驗步驟和實驗結果。實驗內容可由教師根據(jù)自己的教學進度和深度隨時更新、增加或刪除等。

2) 實驗測試：對每一個實驗教學內容都有相應的實驗測驗，主要是為學生進一步提高操作能力，學生自行檢測自己的實驗學習結果而設計的。

3) 工具：這一模塊是為任課教師收取學生實驗結果、改變實驗項目內容預留的一個接口。

4) 實驗幫助：可由教師根據(jù)實驗項目的要求，把實驗中重點步驟及實驗結果用Word文件形式存儲，學生則可通過實驗幫助獲取該實驗項目操作過程的提示。

5) 實驗作業(yè)管理：當學生完成實驗項目作業(yè)時，單擊“交作業(yè)”菜單時，即可打開學生作業(yè)維護窗口如圖3，在該窗口中學生可以將操作結果提交給任課老師，如果學生沒完成本次的實驗任務，也可以上傳到服務器，然后利用課余時間將上次沒能完成的作業(yè)，下載到本地存儲器上，待修改完成后重新上傳。教師則通過上述“工具”菜單進入教師作業(yè)管理來檢查、管理學生作業(yè)。

2.1.2 本實驗CAI系統(tǒng)的優(yōu)點

1) 實驗任務明確，實驗項目可任意增加、修改和刪除。每個任課教師根據(jù)各自理論課的教學內容、進度、深度，通過CAI服務器上布置本次實驗任務，學生在實驗室內有的放矢。

2) 由于中學階段時各地區(qū)提供的信息技術運用環(huán)境和信息技術教育的教學水平有顯著的差異，造成學生的信息素養(yǎng)有一定層次的不同。如繼續(xù)采用過去那種統(tǒng)一計劃、統(tǒng)一模式、統(tǒng)一要求的教學模式，勢必會造成基礎好的學生“吃不飽”，基礎差的學生“吃不了”，其結果是好學生沒有學習積極性，喪失了進取心；差一點的學生則處于被動學習狀態(tài)，甚至厭倦學習。該軟件充分考慮學生個體差異，配備大量不同難度、不同層次和類型的上機操作題，既有基礎性練習，也有簡單綜合性，還有一定難度和探索性的實驗項目，使得每個層次的學生都有針對性的操作練習實驗項目，都能享受到成功的喜悅，因而提高學習的積極性和主動性。

3) 該軟件具有豐富的在線幫助功能，每個實驗均配有完成后的效果圖，學生可據(jù)此判斷自己做題的情況。

2.2 測試系統(tǒng)[7-9]

傳統(tǒng)的紙制試卷上的題目測試往往偏重理論，很難對學生具體的實踐能力進行檢驗。而且教師考前命題，考后閱卷，試卷分析的工作都相當煩瑣。如何通過設置來源于實際工作、學習和生活的計算機應用實例，針對性的對學生動手能力的測驗是目前困繞計算機應用基礎教學中的一個普遍難題。雖然當前有許多針對計算機基礎課程的考試系統(tǒng)，但大多只是把紙制試卷做成了無紙化試卷，很少真正實現(xiàn)操作類型的題目和該類題目的自動閱卷。

本系統(tǒng)是基于C/S模式利用VB.NET語言與Access數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的測試系統(tǒng)，主要是學生進行自我檢測及期末課程考試使用。系統(tǒng)由身份驗證，計算機自動組題，試題備份與恢復，自動收卷，自動閱卷，成績分析6個模塊組成。測試或考試完成后計算機會自動閱卷并保留該學生本次測試或考試的所有相關數(shù)據(jù)。

在試卷組題方面，主要采用的是多約束組題算法，即在系統(tǒng)進行隨機組題時考慮多種約束條件，通過在試題庫中所設置的試題類型、試題特征符號、試題難度系數(shù)等字段，同時考慮試題的知識點及試卷分值等約束條件。使得所抽取試卷的區(qū)分度、可信度都有很大提高。通過使用這一算法，組卷的效率較高，每個學生所獲得的試卷相同率很低，真正能測驗出學生的學習效果。

主觀題特別是如Word，Excel，PPT等具體實踐操作的題目一直是考試系統(tǒng)難以解決的問題。我們采取以下方式解決，首先改變出題的方式，如表1所示，在題目編制時，通過給出的操作要求（question），給學生提供操作原文件（name），根據(jù)題目的要求進行一系列操作后，最后將操作后的結果回填到題目給出的答案框中如圖4所示。學生要想得到最終結果，必須完成一系列實際操作。當學生完成操作后，在試卷上只填入最終結果。這樣編寫閱卷的模塊程序就簡單了許多，把教師給出的正確答案（answer）和學生的答案作比較，就可快速判斷學生是否正確。如果學生答案不正確，再通過系統(tǒng)中備份文件查看學生的操作步驟，給出相應的判斷。

本系統(tǒng)是一個通用測試系統(tǒng)，安裝簡單，使用方便，稍加修改，即可作其他任何課程學生平時自測使用和期末考試使用。

2.3 遠程實驗管理系統(tǒng)[10-11]

由于具有前兩種實驗系統(tǒng)，本系統(tǒng)只是作為輔助平臺，使學生不需要到實驗室也可以進行自我練習和得到老師的輔導。

該子系統(tǒng)采用基于瀏覽器/服務器結構（B/S）的三層應用模型來實現(xiàn)網(wǎng)上作業(yè)系統(tǒng)。三層應用模型同傳統(tǒng)的客戶機/服務器模型相比，提高了系統(tǒng)的可擴展性、安全性和可重用性。它將應用邏輯與用戶界面和數(shù)據(jù)訪問相剝離，這樣便使系統(tǒng)的維護變得簡單，同時可以通過采用組件技術，降低數(shù)據(jù)庫服務器的負擔，從而提高其性能。本系統(tǒng)中主要使用成熟的FTP技術來實現(xiàn)遠程作業(yè)布置和收取功能。教師在FTP服務器中為每個學生建立一個特有的文件夾，然后把實驗項目及要求或練習作業(yè)等上傳FTP服務器，學生首先進入到FTP服務器中找到自己的任課教師，輸入給定的口令，下載實驗項目及要求或練習作業(yè)，自行完成后，上傳到自己的文件夾中。如果有問題，可通過留言簿和教師交流和討論。

3 應用情況分析

本系統(tǒng)于2005年開始應用于我校計算機基礎實驗教學工作中，從使用反饋的情況來看，本系統(tǒng)起到了以下效果：

1) 實驗教學效果顯著提高。

學生以前（特別是中學階段）學習計算機課程，主要是對理論知識的死記硬背，而在我們的實驗課上，一方面，采用我們根據(jù)多年的教學經(jīng)驗而編寫的上機實驗項目，切合學生的生活實際，使學生感到實驗課實際上是真正的將所學知識運用到實際中去；另一方面，CAI軟件中慣竊“任務驅動”的理念，讓學生通過完成一個一個的任務來操作，具有一定的挑戰(zhàn)性，增加了學生的積極性。而且通過網(wǎng)絡可以相互交流，協(xié)作學習，激發(fā)學生的學習興趣。

2) 教師實驗課輔導效率提高，實現(xiàn)學生個性化學習。

通過CAI軟件和遠程實驗管理兩中方式，教師可以給不同學生布置不同的作業(yè)及批改作業(yè)，給每個學生不同的評價。學生也可通過網(wǎng)絡上交作業(yè)，還可在網(wǎng)上向教師提問，教師可根據(jù)學生的問題進行個別的或者是普遍性的答疑，實現(xiàn)個性化學習。同時學生可以通過本系統(tǒng)的幫助功能，學生們自己就能解決很多問題，從而減少了教師的工作量。

4 結束語

通過網(wǎng)絡化實驗教學，實現(xiàn)了學生與學生之間，學生與老師之間一對一的交流和溝通，實現(xiàn)了真正意義上的“以人為本，學生為主”的教育教學理念。三個子系統(tǒng)的配合使用，給學生提供了全地域、全天候的學習及測試環(huán)境，任務驅動的方式使學生實訓目標更加明確，激發(fā)了學生的學習積極性和主動性，提高了學生的實踐操作能力。

參考文獻：

[1] 黃賽平.高校計算機基礎教學的改革與思考[J]. 南京工程學院學報（社會科學版），2005(9).

[2] 陳莉，黃榮懷等，從精品課程看我國高校的實踐教學[J]. 開放教育研究，2008(2).

[3] 劉細發(fā)，鐘元生.江西省基礎教育信息化建設現(xiàn)狀及應用效益的調查分析[J].電化教育研究，2005，(4):45-48.

[4] 李穎，陳興瑞等，網(wǎng)絡環(huán)境下實驗教學模式研究[J]. 中國成人教育，2007(9).

[5] 馬桂峰，王金才等，基于ASP技術的網(wǎng)絡化實驗教學系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J]. 計算機工程與設計，2007(4).

[6] 陳文冠，論高校基于網(wǎng)絡CAI教學的發(fā)展及定位[J]. 高教探索，2006(5).

[7] 劉洪錦，董超等，通用網(wǎng)絡題庫系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 天津理工學院學報，2002(12).

[8] 張永崗，基于網(wǎng)絡的計算機考試系統(tǒng)的研究[J]. 科技咨詢，2006(4).

[9] 盧銀泉，賴國明. 基于C/S的智能實驗室管理系統(tǒng)的分析與設計[J]. 電腦知識與技術，2006(5):149-151.

[10] 宣小平，但正剛等，ASP數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)實例導航[M].北京:人民郵電出版社，2003.

[11] 萬利梅. 基于B/S的實驗室管理信息系統(tǒng)的研究與設計[J]. 新西部，2008(6):197-199.