運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

李松波， 謝敏豪， 蘇 浩

(北京體育大學(xué)，北京 100084)

0 引 言

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)的研究?jī)?nèi)容決定了其與實(shí)踐聯(lián)系緊密，注重應(yīng)用；所以運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要使學(xué)生加深對(duì)基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)的理解，重要是讓學(xué)生在掌握基本技能、經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法和現(xiàn)代技術(shù)手段[1]，提高應(yīng)用與創(chuàng)新的實(shí)踐能力。然而，隨著運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)研究領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大與深入，研究方法日益創(chuàng)新，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和體系嚴(yán)重制約了運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展進(jìn)步；主要可概括為：實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程安排滯后，實(shí)驗(yàn)教材滯后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法手段滯后和實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核滯后[2-3]。為此，本文提出了運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)。該平臺(tái)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)等多種技術(shù)相結(jié)合，集實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新研究于一體的開(kāi)放式平臺(tái)。平臺(tái)以虛擬實(shí)驗(yàn)與課堂操作相結(jié)合，教師輔導(dǎo)與多媒體輔導(dǎo)相結(jié)合，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合等多種方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和應(yīng)用創(chuàng)新的實(shí)踐能力。

1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性、安全性和易用性，本平臺(tái)將采用基于Web的 B/S(Brower/Server，瀏覽器/服務(wù)器)多層結(jié)構(gòu)模型(如圖1)。該結(jié)構(gòu)的平臺(tái)開(kāi)發(fā)不需要考慮客戶端多操作系統(tǒng)的問(wèn)題，客戶端不需要安裝任何應(yīng)用程序，開(kāi)發(fā)與維護(hù)等工作都集中在服務(wù)器端，用戶只需要能用瀏覽器上網(wǎng)即可。本平臺(tái)的構(gòu)建將采用目前十分優(yōu)秀的J2EE開(kāi)發(fā)平臺(tái)。J2EE是由諸多大型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)企業(yè)定義和規(guī)范的成熟開(kāi)放的系統(tǒng)平臺(tái)，其技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)性、通用性和安全性比較高。J2EE所提供的基于構(gòu)建和平臺(tái)獨(dú)立的編程環(huán)境簡(jiǎn)化了程序的編寫(xiě)；業(yè)務(wù)邏輯采用程序模塊形式編程，并且J2EE服務(wù)器以容器的形式提供服務(wù)；編程人員無(wú)需開(kāi)發(fā)底層服務(wù)[4]。J2EE的基石是Java語(yǔ)言。Java是一種廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)編程語(yǔ)言，其諸多優(yōu)點(diǎn)結(jié)合Java Web技術(shù)可有效降低平臺(tái)開(kāi)發(fā)、運(yùn)行及維護(hù)成本；同時(shí)，Java的程序框架能優(yōu)化平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的持久化，提高程序的穩(wěn)定性、可靠性和擴(kuò)展性。

圖1 B/S結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)模型

2 平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

模塊化是一種使業(yè)務(wù)邏輯和底層實(shí)現(xiàn)平臺(tái)相分離的軟件開(kāi)發(fā)思維模式，它使平臺(tái)能夠靈活地構(gòu)建、集成、維護(hù)和測(cè)試，且平臺(tái)的輕便性、互操作性和可重用性能長(zhǎng)期保持，所以本平臺(tái)開(kāi)發(fā)采用模塊化的方式。運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要由管理員模塊、教師模塊和學(xué)生模塊等功能模塊構(gòu)成。平臺(tái)的主要模塊[5]如圖2所示。

(1) 實(shí)驗(yàn)課程管理模塊。教師通過(guò)此模塊發(fā)布實(shí)驗(yàn)信息(如實(shí)驗(yàn)題目、內(nèi)容、時(shí)間、地點(diǎn)和人數(shù))，明確實(shí)驗(yàn)要求和布置預(yù)習(xí)作業(yè)，確定學(xué)生名單等。

(2) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模塊。該模塊主要用于規(guī)范管理實(shí)驗(yàn)中的儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)耗材的使用。對(duì)儀器設(shè)備和耗材統(tǒng)一編碼進(jìn)行信息化管理，如名稱、型號(hào)、廠家、使用說(shuō)明書(shū)等；能夠?qū)崟r(shí)掌握實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)器材損耗情況，使實(shí)驗(yàn)儀器故障能夠得到及時(shí)維修，及時(shí)根據(jù)庫(kù)存情況補(bǔ)充消耗物資，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。

(3) 實(shí)驗(yàn)分析評(píng)價(jià)模塊。該模塊主要對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和結(jié)果做出分析和評(píng)價(jià)。如誤差的主要來(lái)源、實(shí)驗(yàn)質(zhì)量控制和影響因素等，以此提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

(4) 實(shí)驗(yàn)資料文檔模塊。該模塊為學(xué)生提供專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)的相關(guān)資料(如參考書(shū)目和文獻(xiàn)、經(jīng)典方法的演示等)。學(xué)生在預(yù)習(xí)或做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，可以隨時(shí)查閱這些資料。實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱也發(fā)布在此模塊中。

(5) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)論壇模塊。該模塊負(fù)責(zé)師生間的實(shí)驗(yàn)教學(xué)交流。討論區(qū)為師生提供一個(gè)交流討論的場(chǎng)所，師生可以發(fā)布自己的主題信息，提供答疑和了解反饋信息等。

(6) 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐模塊。該模塊主要為激發(fā)學(xué)生研究興趣，為提高實(shí)踐操作與創(chuàng)新能力提供幫助。師生在此開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室質(zhì)評(píng)和模擬室間質(zhì)評(píng)，師生可就自己感興趣的實(shí)驗(yàn)提出建議并可對(duì)其中的內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)中心合作開(kāi)展研究。同時(shí)，師生均可將自己的科研內(nèi)容、成果以文字或視頻的形式發(fā)布到“實(shí)驗(yàn)資料模塊”。

(7) 實(shí)驗(yàn)課程選擇模塊。該模塊根據(jù)教學(xué)大綱及實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排，提供學(xué)生具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、上課時(shí)間、地點(diǎn)和人數(shù)，指導(dǎo)教師，學(xué)分和實(shí)驗(yàn)退選等信息。

(8) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。教師將本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材介紹、部分實(shí)驗(yàn)演示、實(shí)驗(yàn)講解及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等發(fā)布到此模塊，學(xué)生在課外的任何時(shí)間都可以通過(guò)校園網(wǎng)了解本次實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)，完成實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備工作。

(9) 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊。該模塊為不同的實(shí)驗(yàn)課程，提供不同的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。虛擬實(shí)驗(yàn)即用多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)等構(gòu)建虛擬環(huán)境，讓用戶通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊或拖曳操作進(jìn)行虛擬的實(shí)驗(yàn)；虛擬儀器技術(shù)與認(rèn)知模擬方法的結(jié)合使虛擬實(shí)驗(yàn)具有了一定的智能化特征，學(xué)生可以在電腦上進(jìn)行交互式操作，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的互動(dòng)模擬[6]。學(xué)生進(jìn)入虛擬環(huán)境，借助環(huán)境提供的虛擬儀器，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作的過(guò)程中，即使操作錯(cuò)誤也不會(huì)造成實(shí)驗(yàn)儀器損壞、試劑浪費(fèi)和危險(xiǎn)發(fā)生，同時(shí)還會(huì)有相應(yīng)的提示信息，引導(dǎo)學(xué)生以正確的方法、步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣，學(xué)生在課外有機(jī)會(huì)選擇項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作前獲得一定的經(jīng)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)高效完成。重要的是，虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是側(cè)重運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)的實(shí)際應(yīng)用，虛擬的環(huán)境和任務(wù)是已經(jīng)實(shí)踐過(guò)的各種訓(xùn)練、比賽的動(dòng)作技術(shù)分析、心理干預(yù)和運(yùn)動(dòng)機(jī)能評(píng)定等方案，虛擬實(shí)驗(yàn)順利完成后，實(shí)驗(yàn)課可再移至訓(xùn)練或比賽場(chǎng)地實(shí)際完成；這樣，學(xué)生在實(shí)際操作過(guò)程中獲得的真實(shí)體驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)，與虛擬實(shí)驗(yàn)的相互印證，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著。

(10) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交模塊。該模塊可為各實(shí)驗(yàn)提供不同的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板，也支持手寫(xiě)報(bào)告的提交(如創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方案等)，教師可在線點(diǎn)評(píng)。該模塊還可統(tǒng)計(jì)學(xué)生的出勤情況。

(11) 實(shí)驗(yàn)成績(jī)查詢模塊。該模塊主要為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)成績(jī)的查詢、統(tǒng)計(jì)和管理。實(shí)驗(yàn)成績(jī)包括：實(shí)驗(yàn)出勤情況，每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作能力成績(jī)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)等幾部分，在設(shè)置相應(yīng)的權(quán)重后，借助該模塊，教師就可以評(píng)出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)總成績(jī)。

其中的“用戶管理”模塊主要是對(duì)系統(tǒng)涉及的各類用戶的賬號(hào)和權(quán)限等進(jìn)行管理，“系統(tǒng)維護(hù)”主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)備份、IP管理、討論區(qū)管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。

3 平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)

(1) 平臺(tái)有很強(qiáng)的時(shí)間和空間的靈活性。這有利于緩解實(shí)驗(yàn)課時(shí)少實(shí)驗(yàn)課程多的矛盾。大部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，師生間的討論、答疑可以通過(guò)該平臺(tái)在課余時(shí)間完成。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)利用Internet進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，打破了教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的相對(duì)孤立狀態(tài)，更貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，從而可以讓學(xué)生真正達(dá)到根據(jù)自己的需要自主學(xué)習(xí)的目的。平臺(tái)的使用還可提高設(shè)備利用率和降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本。

(2) 平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以階梯式、漸進(jìn)式編排成體系。平臺(tái)構(gòu)建了一個(gè)從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、基本技能、綜合實(shí)驗(yàn)到應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的由淺入深的內(nèi)容體系，有利于實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為本、個(gè)性化發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)使得實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也不再受實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器設(shè)備等硬件的限制，這也將推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與體系的改革。

(3) 平臺(tái)的實(shí)時(shí)性、互動(dòng)性和開(kāi)放性。計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合賦予了平臺(tái)實(shí)時(shí)性、互動(dòng)性和開(kāi)放性等智能特性。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將分散的實(shí)驗(yàn)室變成資源共享和管理方便的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，加強(qiáng)了運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)各子學(xué)科間的交流與合作，豐富了實(shí)驗(yàn)資源，在開(kāi)闊視野的同時(shí)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性，給學(xué)生提供了更多思考和實(shí)踐的機(jī)會(huì)；有利于實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為本，個(gè)性化發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的；有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新的實(shí)踐能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用將改變傳統(tǒng)的單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，這種將教、學(xué)、研構(gòu)建成一體的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足；更能充分發(fā)揮出運(yùn)動(dòng)生理生化、運(yùn)動(dòng)解剖和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)單位的資源優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程；有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和應(yīng)用創(chuàng)新的實(shí)踐能力。而且，運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)是提高教學(xué)水平和適應(yīng)教育發(fā)展的重要手段，是教學(xué)改革的趨勢(shì)和方向，也是學(xué)科建設(shè)的重要內(nèi)容[7-8]。總之，這種以實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)信息化建設(shè)為軟件基礎(chǔ)，重視軟硬件協(xié)同工作的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是當(dāng)今實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)，已在眾多學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用[9-15]；是高等體育院校運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展必經(jīng)階段。因此，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 楊錫讓,傅浩堅(jiān).人體運(yùn)動(dòng)科學(xué)經(jīng)典研究方法的發(fā)展與應(yīng)用[M].北京：人民體育出版社, 2007：1.

[2] 姜 濤,黃 海,高新友,等.運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與思考[J].西安體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2008, 25(2):116-119.

JIANG Tao, HUANG Hai, GAO Xin-you,etal. Reform and Consideration on Experiment Education of Sport Human Body[J]. Journal of Xi’An Physical Education University, 2008, 25(2):116-119.

[3] 陳 華.關(guān)于運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)思考[J]. 福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 27(3):83-85.

CHEN Hua. Thinkings about the Experiment of Human Movement Science[J]. Journal of Fujian Normal University (Natural Science Edition), 2011, 27(3):83-85.

[4] 蔡 劍,景 楠.Java網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)/J2EE和Tomcat[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社有限公司,2005:10.

[5] 張 林,付衛(wèi)衛(wèi).構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2007,26(1):8-10.

ZHANG Lin, FU Wei-wei. Constructing a Hardware Experimental Teaching Platform for Optimizing Experimental Teaching Procedure[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2007,26(1):8-10.

[6] 馬甲林.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的探討[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2009, 5(26):7454-7456.

MA Jia-lin.Based on Java Technology Physical Virtual Experiment Design and Realization[J]. Computer Knowledge and Technology, 2009, 5(26):7454-7456.

[7] 郭 紅,黃玉山,鄧樹(shù)勛,等.運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)[J].體育科學(xué), 2001, 21(2):49-52.

[8] 郭 紅,黃玉山,郭浙斌,等.運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫(kù)的建設(shè)[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào), 2008,31(2):223-225.

GUO Hong, HUANG Yu-shan, GUO Zhe-bin,etal. Development of Web-based Teaching Database of Human Sports Science[J]. Journal of Beijing Sport University, 2008,31(2):223-225.

[9] 谷綏慶,高偉芳,夏建春，等.醫(yī)學(xué)教學(xué)的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí),2013,43(7):45-49.

GU Sui-qing, GAO Wei-fang, XIA Jian-chun,etal. Construction and APPlication of a Medical Mobile Learning System[J]. Mathematics in Practice and Theory, 2013,43(7):45-49.

[10] 杜月林.構(gòu)建多層次全方位實(shí)驗(yàn)平臺(tái)體系培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(3):202-204.

DU Yue-lin, Constructing a Multi-level and Comprehensive Experimental Platform System, Exploring the Cultivation of High-quality and Innovative Talents[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2013,32(3):202-204.

[11] 何永忠,王 偉,黎 琳.基于云計(jì)算的信息安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)教育,2014(1):39-42.

[12] 尹寶重,劉 盼,凌 敏.農(nóng)業(yè)氣象學(xué)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建的思考[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013(28):11392.

[13] 黎 莉,孟運(yùn)蓮. 組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J]. 中國(guó)組織化學(xué)與細(xì)胞化學(xué)雜志,2009(4): 499.

[14] 崔 潔,胡小冬,管俊昌,等. 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在形態(tài)實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)與應(yīng)用[J]. 中華全科醫(yī)學(xué),2013(11): 1804-1805.

CUI Jie, HU Xiao-dong, GUAN Jun-chang,etal. The Establishment and Application of Digitalized Experimental Teaching System in Microscopic Morphology Experiment Center[J].Chinese Journal of General Practice, 2013(11): 1804-1805

[15] 張雪梅,黃 敏,陳建新. 復(fù)旦大學(xué)核技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的創(chuàng)建與運(yùn)行[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué). 2013(1): 88-90.