基于Ｗｅｂ的實驗教學模式的構建

馬漢達

摘 要:本文分析了網絡環(huán)境下開放實驗教學的特點,提出了建立網絡環(huán)境下開放實驗教學的模式,闡述了開放實驗教學模式的體系結構、功能設計要求,總結了系統(tǒng)實現的關鍵技術。

關鍵詞:實驗教學模式 Web B/S

中圖分類號:G434 文獻標識碼:B 文章編號:1673-8454(2009)13-0067-03

一、引言

學分制是改革人才培養(yǎng)模式、適應人才成長規(guī)律較為理想的教學模式,也適應了社會對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求。但是完全學分制與傳統(tǒng)學年制的教學模式有很大區(qū)別,對傳統(tǒng)學年制的教學管理方法提出了很大的挑戰(zhàn)。學分制下個性化教學的特點,決定了一個自然班中的每個人的學習內容、學習時間已不再相同。幾年的實踐證明,學分制教學模式在理論教學管理上已取得一定的經驗,但在實驗教學管理上的困難越來越凸現出來,這勢必要求實驗教學采取開放式的教學方法。這兩年來很多高校都進行了一些嘗試,也取得一定的經驗。進行開放式實驗教學已成為各高校實驗教學的發(fā)展方向。那么開放式實驗教學的模式到底如何?

通過分析對比傳統(tǒng)學年制的實驗教學與完全學分制的開放式實驗教學之間的特點可知,傳統(tǒng)的實驗教學,由于教學時間、教學內容、實驗對象固定,學生按照事先安排的時間到實驗室進行實驗,實驗時老師先講解,然后學生進行實驗,實驗過程中遇到問題,不思考直接找指導教師幫忙,這樣造成了學生學習的主動性不夠,依賴性強,很多學生在實驗前不預習,依賴教師實驗之前的統(tǒng)一講解。開放式實驗教學則要求實驗室開放運行,它改變了傳統(tǒng)的實驗時間固定、實驗內容固定、實驗對象固定的教學模式,實現實驗時間開放、實驗內容開放、實驗對象開放的全面開放的模式。這種開放的教學模式與傳統(tǒng)教學模式有許多不同:在形式上可使用豐富多彩的教學方法和教學手段來激發(fā)學生的學習興趣;實驗內容可不拘一格,激發(fā)學生的創(chuàng)造力;實驗時間上,賦予學生更多的學習自主權,學生可在自己支配時間內進行思考和探索,為學生提供了寬松的學習環(huán)境。開放式教學為學分制的實施提供了時間上的保證,有利于學生個性的全面發(fā)展,有利于提高實驗設備資源的利用率,實現資源共享。但這種開放式的實驗教學給實驗室的實驗教學管理帶來了困難。因此,必須尋求一種全新的實驗教學管理模式來滿足開放式實驗教學的要求。經過幾年的實踐,我們已初步建立了網絡環(huán)境下開放式實驗教學管理的模式:學生首先通過校園網了解實驗室的設備使用狀況、實驗室的各種規(guī)章制度,確定何時可以做實驗,然后再進行實驗預約,在實驗之前,使用實驗教學課件進行實驗預習,學生在實驗中遇到問題主要是通過實驗教學課件尋求幫助,這樣增加了學生的學習主動性,為了保證實驗教學秩序,實驗時如何進行考勤,實驗結束后實驗報告如何提交、學生如何查詢實驗成績等一系列的問題。因此必須建立一個能貫穿整個實驗教學過程的實驗教學管理系統(tǒng),該管理系統(tǒng)要能提供實驗室信息查詢、實驗預約、實驗考勤、實驗報告提交、實驗報告的批改和實驗成績查詢等功能,又要提供豐富的實驗教學輔助資源,為學生提供學習幫助。

二、實驗教學管理系統(tǒng)的體系結構

實驗教學管理系統(tǒng)采用目前Web信息系統(tǒng)流行的B/S結構,使用Apache作為Web服務器軟件,PHP+MySQL作為系統(tǒng)的開發(fā)工具。Apache是一種開放源碼的HTTP服務器,可以在大多數計算機操作系統(tǒng)中運行,由于其多平臺和高安全性而被廣泛使用,是最流行的Web服務器端軟件之一,它快速、可靠,可通過簡單的API擴展,Perl/Python解釋器可被編譯到服務器中,提供一個每天有數百萬人訪問的Web服務器;PHP是一種服務器端的腳本語言,它運行在Web服務器端,可以根據用戶請求或服務器端的數據產生動態(tài)網頁;MySQL作為后臺數據庫,是一個快速、高效、多線程、多用戶的關系型數據庫系統(tǒng),適用于組織和管理大批量數據,并且它和PHP一起使用性能非常好。系統(tǒng)中的各種用戶通過校園網訪問系統(tǒng),進行各種相關的操作,如教師用戶可通過校園網登錄到系統(tǒng)進行實驗報告的批改等操作,學生用戶可通過校園網進行預約、實驗預習、實驗報告的提交與成績查詢等操作,管理員可通過校園網進行實驗教學的各種初始化操作,上級管理部門(實驗實習科)可通過校園網檢查實驗室的設備使用情況以及實驗教學執(zhí)行情況等等。如圖1所示。

三、網絡環(huán)境下開放實驗教學管理系統(tǒng)的功能設計

為了適應開放的實驗教學模式,必須構建開放的實驗教學環(huán)境,滿足開放式實驗教學的各個環(huán)節(jié)的要求,因此實驗教學管理系統(tǒng)應該包含以下功能。

1.公共信息查詢子系統(tǒng)

在開放實驗室的運行模式下,學生對實驗室運行、開放的狀況難以有全面的了解,不便于學習規(guī)劃,指導教師的缺乏,使得實驗室進一步開放存在很大的困難。因此必須建立實驗室信息查詢系統(tǒng),學生通過公共信息查詢系統(tǒng)可以及時查詢到實驗儀器介紹及操作規(guī)程、課程和實驗項目介紹、了解實驗室管理制度、實驗預約流程,動態(tài)了解每個實驗室的實驗預約情況和實驗室各類儀器的使用情況等。

2.實驗預約子系統(tǒng)

學生可通過實驗預約子系統(tǒng),根據實驗室提供的開放時段和每一個開放時段的預約情況進行實驗預約。預約成功后,任課教師登錄到系統(tǒng),通過選擇實驗模塊和實驗周次可看到本周的實驗組名,通過點擊實驗組名可得到該組的所有預約的學生名單。學生通過選擇實驗模塊和實驗課程,可得到已預約實驗的實驗時間,并可查詢每個實驗的預約情況,保證了實驗室開放的高效運作,增加了實驗室的開放度。

3.實驗考勤系統(tǒng)

為了保證實驗教學的秩序和實驗教學質量,應加強實驗教學考勤。目前實驗教學的考勤方法是在實驗之前由學生在考勤簿上簽到,這種方法在實際操作時有很多漏洞,如學生代簽名的情況時有發(fā)生。對于計算機學院中心實驗室所有的實驗均要使用計算機,而且學校實驗室的機器均能上校園網,基于這種情況,開發(fā)一個基于Web的考勤系統(tǒng),可以給實驗教學考勤帶來很大的方便。學生在實驗之前,只要登錄考勤系統(tǒng),輸入自己的學號和密碼,選擇相應的實驗課程和項目名提交后,系統(tǒng)會將學生提交的信息和登錄的時間以及使用機器的IP寫入到數據庫當中,教師登錄系統(tǒng)后,便可以查詢學生每一個實驗項目是在哪臺設備上完成的。

4.實驗教學輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)主要包括實驗教學大綱、實驗教學儀器的介紹、實驗在線指導、實驗報告模板、實驗報告網上提交、報告批改、實驗成績查詢等等。學生可以在網上查詢實驗教學的要求,借助教學輔助系統(tǒng)預習實驗,實驗疑難通過實驗指導得到解決,實驗指導中提供了每個實驗常見問題匯總,并提供了實驗報告電子版提交和實驗報告成績查詢的技術平臺。學生做好實驗后,輸入班級、姓名、學號、課程名稱、項目名稱等相關信息,點擊提交按鈕送到系統(tǒng)指定的文件夾下,教師批改之后,學生可通過姓名和學號查詢到實驗成績。

四、構建的關鍵技術

1.數據庫訪問技術

基于Web的開放實驗教學環(huán)境的構建的前提條件是實現與后臺數據庫的連接,使其可以遠程實現對數據庫服務器的操作。基于Web的數據庫訪問技術是指在客戶端使用Web瀏覽器作為用戶輸入查詢條件和顯示查詢結果的交互界面。用戶可以通過界面上的各種控件與Web服務器進行交互,Web服務器介于Web瀏覽器與數據庫服務器之間,負責接收用戶請求和反饋數據庫服務器的執(zhí)行結果。本系統(tǒng)采用PHP+MySQL作為開發(fā)工具,PHP是一種可以跨平臺的腳本語言,用戶在一種系統(tǒng)平臺上開發(fā)的腳本語言程序可以不修改就在另一個系統(tǒng)平臺上運行,因而它是當前用于開發(fā)Web應用程序最流行的腳本語言之一,PHP提供了遠程訪問各種數據庫的函數,一般來說PHP訪問MySQL數據庫通常有如下幾步:建立與數據庫服務器的連接;選擇數據庫,提交SQL語句;根據數據庫的操作結果返回相應的內容;關閉與數據庫的連接。

2.系統(tǒng)的可用性開發(fā)技術

基于網絡的實驗教學模式,幾乎所有的工作都是在網絡上完成的,對于Web信息系統(tǒng)來說,可用性也即用戶能否有效地找到所需的信息或完成他的任務,是否讓人有愉快滿意的感受,能否得到良好的用戶體驗,是Web設計者需要考慮的問題。目前Web信息系統(tǒng)可用性問題受到普遍關注,用戶界面設計、內容設計是可用性研究的重點。在研究可用性問題時,必須建立以用戶為中心的設計理念,深入研究用戶行為,設計中要盡量減少用戶的操作,使其能快速完成任務。如在進行實驗預約時使用JavaScript技術設計連動菜單有效地減少用戶的輸入,用戶只需通過鼠標的點擊輕松完成預約任務;在實驗考勤時用戶只需登錄到系統(tǒng),選擇實驗項目點擊考勤按鈕即可完成實驗考勤,而學生的學號、班級等信息是由系統(tǒng)自動填入的;同樣在實驗報告提交和實驗成績查詢時也只需要學生用鼠標點擊幾下就能完成;在系統(tǒng)注冊時使用Ajax技術有效地避免了用戶的重復輸入操作等等,系統(tǒng)就是這樣以用戶為中心,利用最新的web設計技術,有效地解決了系統(tǒng)的可用性問題,從而得到良好的用戶體驗。

3.并發(fā)控制機制

由于系統(tǒng)用戶多,可能會造成某一時段內系統(tǒng)訪問量大增,服務器負擔過重,甚至使整個系統(tǒng)癱瘓,因此在配置Apache服務器時,將連接數目限制在一個固定數目,當連接數目達到最大限制后,用戶必須等待其他用戶釋放連接,才能使用系統(tǒng),這樣從某種程度上可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。同時在編程中,盡量減少頻繁地與數據庫連接操作,并對數據庫查詢語句進行優(yōu)化,保證系統(tǒng)的實時性和并發(fā)性要求。

五、結束語

通過開發(fā)實驗教學管理系統(tǒng),為構建開放實驗教學模式奠定了基礎,系統(tǒng)能貫穿實驗教學的整個過程,有效地解決了開放實驗教學帶來的一系列的管理難題,提高了管理效率,建立了網絡環(huán)境下實驗教學的新模式,為開放實驗室的管理提供了新手段。我們知道實驗室開放向縱深發(fā)展,必須有先進的管理手段與之適應。很多實驗室仍然采用傳統(tǒng)的管理手段,浪費人力物力,容易出錯,會抑制實驗室開放的深度,由于網絡具有覆蓋面廣、信息量大、更新及時、便于多種形式交流等優(yōu)點,網絡化管理成為現代實驗室管理的趨勢。基于網絡的開放實驗管理系統(tǒng),在我院使用了四年多,極大方便了廣大教師和學生,效果良好。

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