基于知識點的個性化輔助教學平臺的數(shù)據(jù)庫設計

祝美寧，陳秀敏，姚會艷

(1河北科技師范學院數(shù)學與信息科技學院，河北秦皇島，066004;2秦皇島第十中學)

隨著網(wǎng)絡和計算機在教學中的應用和普及，輔助教學平臺也應運而生。這類網(wǎng)絡輔助教學平臺所具有的共同特點就是利用一個平臺框架，將教學資源管理，在線交流，在線自測和管理等功能進行集成，實現(xiàn)基于課堂、網(wǎng)絡輔助的教學活動［1～3］。雖然輔助教學系統(tǒng)的實施能很好的銜接課堂教學和課后輔導，為學生發(fā)揮自主學習提供了一定的空間，對教師教學質量的提高起到了積極地作用，但總的來說，目前大多數(shù)的輔助教學平臺都是以教學資料的展示為主，很難融入學生學習的主動性和創(chuàng)造性，目前存在的主要問題是:教學的信息化不足;師生間的課后溝通不夠;無法發(fā)揮學生學習的主動性。一個成熟的個性化輔助教學平臺應該是建立在校園網(wǎng)的基礎之上，以學生學習為中心，綜合課程建設、課程管理為一體的網(wǎng)絡輔助教學平臺。該平臺除了作為教師課堂教學手段的補充，教學資料的信息化，更主要的是能夠為學生提供具有交互性的、個性化的網(wǎng)絡學習環(huán)境［4］。

1 個性化輔助教學平臺實現(xiàn)的功能分析

個性化輔助教學平臺的主要目的是為學生提供一個良好的自主學習和溝通交流的平臺，減輕教師的負擔，提高教學效果。除了具有教學資料的展示外，更重要的是作為課堂教學內容的延伸。學生可以通過平臺進行在線自測、完成教師布置的作業(yè)、在線提問等交互性操作，教師可通過平臺布置作業(yè)、組卷，實現(xiàn)學生對課程的練習、提問情況的評估，據(jù)此調整教學進度及內容［5～7］。為此，可將系統(tǒng)劃分成以下功能模塊:教師信息管理、作業(yè)管理、題庫管理、學生信息管理、課程管理、知識點管理、論壇管理、課程學習、在線測試、作業(yè)提交、在線提問。

2 個性化輔助教學平臺中個性化的體現(xiàn)及知識點的引入

基于知識點的個性化輔助教學平臺突出體現(xiàn)的是個性化的需求，輔助教學平臺能夠根據(jù)學生在平臺上以往的學習效果而形成針對性的指導。個性化輔導主要通過在線測試模塊、自動答疑模塊體現(xiàn)。

2.1 在線測試模塊的功能分析

學生在登錄后，可對本學期所開設的課程進行在線測試。在系統(tǒng)選題之前，學生可以選擇測試的科目、范圍、知識點、題型、數(shù)量等，對于初次進行本門課程測試的，系統(tǒng)會根據(jù)用戶的選擇隨機自動抽取題目，形成自測試卷。學生做完提交之后，系統(tǒng)對客觀題給出判斷，對于做錯題目的知識點會寫入該學生的日志文件。通過日志文件的不斷更新，可以逐步記錄學生的薄弱知識點情況，其目的是當再次進行同一科目的測試的時候，系統(tǒng)會根據(jù)以往的測試內容形成指導性的測試習題，加強學生對薄弱知識點的理解，進而指導學生的在線測試，形成個性化的指導;另一目的作為統(tǒng)計的基礎，不同學生多次的測試結果可以推導出學生整體對課程的掌握狀況，作為教師同步教學的依據(jù)。在線測試模塊部分的試卷生成部分的數(shù)據(jù)流圖如圖1所示。

圖1 在線測試模塊中試卷生成的數(shù)據(jù)流

2.2 自動答疑模塊的功能分析

學生可以在論壇中進行提問，在版主審核帖子之前，系統(tǒng)首先會根據(jù)學生提出的問題到數(shù)據(jù)庫中搜尋答案，如在數(shù)據(jù)庫中存在相同問題或是相同知識點的相關問題，均會首先反饋給用戶，實現(xiàn)智能答疑，同時學生提出問題的相關知識點也會記錄到學生的學習日志當中，也可作為測試的依據(jù)。而且在學生每次登錄系統(tǒng)之后，系統(tǒng)將自動列出該生從上次登錄以來更新的和日志中記載的薄弱知識點相關的新帖子，方便學生及時查看相關內容，通過具體應用實例加深對薄弱知識點的理解和鞏固。

為實現(xiàn)上述的個性化需求，系統(tǒng)引入了知識點管理功能。知識點管理功能模塊是由開課教師對講授的本門課程知識點的劃分和管理，也是題庫組織、自動答疑、個性化測試等模塊的基礎。只有在建立好本門課的知識點的基礎之上，才能進行相關其他操作。比如，根據(jù)知識點形成試題庫，進而可以實現(xiàn)教師生成作業(yè)、學生在線自測等。

3 個性化輔助教學平臺的數(shù)據(jù)庫設計

在需求分析的基礎之上，構造出較完善的數(shù)據(jù)庫模式，并建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使之能夠滿足用戶的應用需求，有效地存儲數(shù)據(jù)，最大程度上減少數(shù)據(jù)冗余，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)庫結構設計是否合理，將直接影響到系統(tǒng)中各個處理過程的性能和質量。

3.1 個性化輔助教學平臺的概念結構設計

概念結構設計階段要將需求分析得到的系統(tǒng)的需求抽象為概念模型，它是現(xiàn)實世界的一個真實模型，因此概念結構設計是整個數(shù)據(jù)庫設計的關鍵所在，一般都以E-R圖(Entity-Relationship Diagram，即實體-關系圖)為工具來描述概念模型。E-R圖用矩形表示實體型，矩形框內寫明實體名;用橢圓表示實體的屬性，并用無向邊將其與相應的實體型連接起來;用菱形表示實體型之間的聯(lián)系，在菱形框內寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關實體型連接起來，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型(1∶1，1∶n或m∶n)。根據(jù)以上對基于知識點的個性化輔助教學平臺的功能分析，形成E-R圖［8］(圖2)。

圖2 基于知識點的個性化輔助教學平臺E-R圖

3.2 個性化輔助教學平臺的邏輯結構設計

在邏輯結構設計階段主要任務是根據(jù)平臺的功能需求和關系型數(shù)據(jù)庫的特點，以數(shù)據(jù)庫設計理論為依據(jù)，設計數(shù)據(jù)庫的邏輯結構，即將概念結構設計階段形成的E-R圖轉換為具體的關系模式。在關系模式形成的過程當中，該平臺的設計原則是在完全覆蓋系統(tǒng)功能的前提下，盡量減少數(shù)據(jù)庫中表的個數(shù)，減少一個表中主碼的個數(shù)以及減少表中字段的個數(shù)。逐步優(yōu)化后形成的數(shù)據(jù)庫關系模式表主要包括教師、學生、課程基本信息表，教師開課表，學生選課表，知識點表，選擇題表，學生學習日志表，作業(yè)測試表，答題表等。為此，將體現(xiàn)個性化的知識點表、選擇題表、學生日志表、作業(yè)測試表等進行說明。部分關系模式及其關系如圖3所示。

圖3 教學平臺數(shù)據(jù)庫的部分關系模式及其關系

(1)選擇題表:該平臺支持的課程種類繁多，不同的課程所對應的題型不完全相同，但總的來說都包含類似于選擇、填空、問答等基本題型，為此，對于不同的題型分別建立不同的幾張表。再者，平臺支持個性化學習，就是說能記錄學生的學習情況，為此，在每種題型對應的表目中都加入了知識點這一字段，就是每道題的考點。學生登錄系統(tǒng)會頻繁進行以章節(jié)為單元進行測試，在各種題型的表目中，每條記錄都包含了本道試題所屬課程，所屬章節(jié)，所屬知識點。雖然存在一定的冗余，但減輕了多表連接查詢帶來的時間問題。為了確保學生在做作業(yè)的時候不能查看教師布置作業(yè)中的試題的答案，為此設置了加鎖否字段，對于教師選中的試題將該字段設為1，直到作業(yè)提交截止時間，再將該字段設為0，在加鎖期間，學生測試時系統(tǒng)不會選中該題。

(2)學生學習日志表:記錄了學生在平臺上的學習過程中的薄弱知識點，包括在測試過程中錯誤試題的考查知識點、論壇的提問相關知識點、作業(yè)中的錯誤知識點。表中的主碼由學生編號，記錄時間和知識點編號共同組成，說明了對于每個學生而言，不管一天登錄幾次，對某一個知識點的掌握情況一天只包含一條記錄，如果通過學習的反饋作用在同一知識點上，不會再插入新的記錄，只會體現(xiàn)在相關記錄的“程度等級”這一字段。比如，再做測試的時候，某道題回答錯誤，那么測試結束之后就會在學生日志表中查看是否存在今天的該生的這一知識點的記錄，若沒有，就插入1條，若已經(jīng)存在，只要將“程度等級”這一字段減一。該字段的值越小，表明學生對這一知識點的掌握越差。對于出現(xiàn)在學習日志中的知識點，都表明學生掌握不好的知識點，其一便于在學生再次登錄時作為考察重點，其二便于教師進行對教學效果的評估。

(3)作業(yè)測試表:主要記錄教師所留作業(yè)或是學生測試的生成試卷。對于教師所留作業(yè)在數(shù)據(jù)庫中的存放時間可由生成教師確定，而對于系統(tǒng)根據(jù)學生的要求或是以往的學習狀況而生成的自測試卷，則在學生退出系統(tǒng)后自動刪除。在作業(yè)測試詳細信息表中，所有作業(yè)(測試)的具體題目都放在這個表中，“題號”字段是主碼，而“試題類型”和“試題編號”兩個字段能夠確定該道題是來源于題庫中的哪個表的哪道題。關于作業(yè)或是測試信息需要2張表進行記錄，1張表記錄的是作業(yè)或是測試的概況，另外1張表記錄每個作業(yè)測試中具體包含的試題［3～4］。

4 結 論

數(shù)據(jù)庫設計是軟件開發(fā)項目中非常重要的設計內容，在邏輯設計的基礎上，數(shù)據(jù)庫的物理設計主要考慮到的是數(shù)據(jù)的存儲結構、數(shù)據(jù)存取路徑以及數(shù)據(jù)的存放位置。基于知識點的個性化輔助教學平臺最終以SQLServer作為DBMS(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))，并且從數(shù)據(jù)庫初始化參數(shù)的選擇、設置和管理表空間、設置和管理回滾段、建立索引以及視圖等角度進行了數(shù)據(jù)庫的物理設計［9］。

對于數(shù)據(jù)庫的安全性，主要從兩點進行考慮。其一，為每個用戶分配合法的用戶名，為了登錄該系統(tǒng)進行相關操作，必須通過用戶名和口令的驗證。確保了非法人員不得使用本系統(tǒng)。其二，對于系統(tǒng)的合法用戶，系統(tǒng)根據(jù)其所承擔的職務，進行角色和權限分配，不同的角色多進行的操作權限不同，保證了當用戶登錄本系統(tǒng)后，只能根據(jù)自己的角色進行相應的操作，避免了越權操作權限之外的數(shù)據(jù)［10］。

經(jīng)過以上分析和設計，最終完成了數(shù)據(jù)庫的實施以及個性化輔助教學平臺的開發(fā)。個性化輔助教學平臺的實現(xiàn)可以使學生在有意義情況下依據(jù)某些問題進行自主地、創(chuàng)造性地學習，加強交流，促進課程建設，真正實現(xiàn)數(shù)字化教學。

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(責任編輯:石瑞珍)