《數(shù)學(xué)分析》自主學(xué)習(xí)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

陳亮 鄭小勇 巫焰蘭 何俍佳

【摘要】隨著計算機科學(xué)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)用戶提供了各種便利。如何通過網(wǎng)絡(luò)有效進(jìn)行學(xué)習(xí)是擺在我們面前的一個新領(lǐng)域。本文闡述了如何基于學(xué)生群體的切實需求，構(gòu)建一個數(shù)學(xué)分析自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)平臺，并相應(yīng)說明對數(shù)學(xué)分析網(wǎng)絡(luò)自主平臺各功能模塊的實現(xiàn)過程。

【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué) 網(wǎng)絡(luò) 學(xué)習(xí)平臺

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）03-0135-02

本文為華中師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃科研項目“基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)學(xué)科自主學(xué)習(xí)平臺的設(shè)計與開發(fā)”研究成果。項目旨在培養(yǎng)數(shù)學(xué)專業(yè)本科生在專業(yè)學(xué)習(xí)中的自主學(xué)習(xí)能力，支持?jǐn)?shù)學(xué)學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)化，自主化改革，實現(xiàn)將過去的以教師講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生自學(xué)為主的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式。這不僅是目前高校教學(xué)模式改革變化方向，也是計算機輔助教學(xué)CAI未來發(fā)展趨勢。

此學(xué)習(xí)平臺的用戶定位為低年級數(shù)學(xué)系本科生，所提供的學(xué)習(xí)材料以《數(shù)學(xué)分析》（一）為例。針對數(shù)學(xué)學(xué)科的特殊性（如符號圖形繁多），本平臺增補了以數(shù)學(xué)公式輸入為主的一系列功能。

1.需求分析

《數(shù)學(xué)分析》是數(shù)學(xué)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程。由于這是一門分析學(xué)科并且其思路與以往的學(xué)科有所不同，初學(xué)者普遍認(rèn)為有很大的難度。為了更好地建設(shè)一個基于數(shù)學(xué)分析的自主學(xué)習(xí)平臺，了解用戶的需求。本小組設(shè)計了一份問卷對本校數(shù)學(xué)本科生進(jìn)行了需求調(diào)查，并且選取部分有代表性的師生進(jìn)行訪談，對華中師大數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析學(xué)習(xí)情況和學(xué)生學(xué)習(xí)偏好進(jìn)行了分析。以下是調(diào)研詳情：

調(diào)查目的：掌握數(shù)學(xué)專業(yè)本科生對數(shù)學(xué)分析課程的認(rèn)識和看法，收集他們對數(shù)學(xué)分析自主學(xué)習(xí)平臺的意見和建議，構(gòu)建起改平臺建設(shè)的方向。

調(diào)查對象：華中師大數(shù)統(tǒng)學(xué)院數(shù)學(xué)系部分學(xué)生（一年級為主）

調(diào)查方式：問卷和訪談相結(jié)合

調(diào)查內(nèi)容：要調(diào)查了數(shù)學(xué)分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)方法，消極學(xué)習(xí)的原因和可能提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率的方式，以及對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)分析的意見及建議。問卷共提出了21個問題。

科研立項小組成員通過問卷、訪談等形式對在校數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，在分析總結(jié)后得到如下用戶需求：

1.1需求程度。

從有關(guān)被試者對平臺需求程度的幾個相關(guān)問題中可以看出，由于《數(shù)學(xué)分析》困難度，58%的被試在課堂上易走神，并不能完全理解講授內(nèi)容。因此，被試中的70%不同程度地認(rèn)同課外自主學(xué)習(xí)的重要性。而礙于被試在回答學(xué)習(xí)自主性相關(guān)問題時，普遍表現(xiàn)出缺乏自主學(xué)習(xí)技能的狀態(tài)（多數(shù)選擇了無預(yù)習(xí)習(xí)慣，如非必須則不復(fù)習(xí)），一個幫助學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的平臺顯然是有其用武之地的。

圖1 對于自主學(xué)習(xí)的需求

1.2功能需求

（1）公式輸入：由于數(shù)學(xué)交流中不可避免地需要使用數(shù)學(xué)符號，公式輸入功能的缺失會導(dǎo)致學(xué)習(xí)者在相互交流（論壇模塊）和與教師交流（檢測模塊）過程中產(chǎn)生大量不便，故在平臺設(shè)計過程中對此給予了重點關(guān)注。數(shù)學(xué)公式輸入也是本項目需要解決的重難點問題之一。

（2）資源下載：當(dāng)學(xué)習(xí)者由于各種原因無法參與課堂教學(xué)時，希望可以獲取相應(yīng)的教學(xué)錄像以及教學(xué)資料以供學(xué)習(xí)者在其他時間自行學(xué)習(xí)。

（3）易于使用：學(xué)習(xí)者希望學(xué)習(xí)平臺可以盡可能地簡化所需安裝過程，最好是無需安裝任何軟件；可以從任何終端。登陸平臺，削弱時空對學(xué)習(xí)的限制。

2.平臺綜合描述

與大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺一樣，本平臺總體上采用模塊化設(shè)計方法，整體結(jié)構(gòu)為層次樹形結(jié)構(gòu)。各模塊按內(nèi)容本身的特點和要求，分門別類地制作成相應(yīng)模塊，以超鏈接的形式組織子頁和多媒體軟件。

2.1網(wǎng)站結(jié)構(gòu)圖

圖2 網(wǎng)站模塊分配

2.2開發(fā)環(huán)境

（1）操作系統(tǒng)：Windows 7

（2）開發(fā)工具：Photoshop、Flash、Dreamweaver、MySQL

（3）使用技術(shù)：ASP.NET

（4）網(wǎng)頁代碼語言：HTML、CSS、JavaScript

（5）服務(wù)器腳本語言：PHP腳本

（6）瀏覽器：Chrome

3.實現(xiàn)方法

3.1前端架構(gòu)

（1）總體構(gòu)架：根據(jù)需求分析確定模塊分配，分別制定實現(xiàn)方案?；究蚣芾肏TML標(biāo)記語言及CSS網(wǎng)頁樣式表，按照需求分析中的整體風(fēng)格要求實現(xiàn)。

（2）學(xué)習(xí)模塊實現(xiàn)：在已有框架的基礎(chǔ)上，根據(jù)教材劃分學(xué)習(xí)版塊，并填充學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（3）檢測模塊實現(xiàn)：對應(yīng)學(xué)習(xí)模塊，相應(yīng)地錄入檢測題目，以此構(gòu)成檢測模塊。

（4）資源模塊實現(xiàn)：在已有框架下，填充入事先電子化的學(xué)習(xí)材料。

（5）論壇模塊實現(xiàn)：利用PHP技術(shù)制作網(wǎng)頁論壇，使學(xué)習(xí)者可在論壇發(fā)起并參與討論。教師也可據(jù)此解答學(xué)生提問。

（6）公式輸入功能：以LaTex語言編寫新的頁面，在用戶需要進(jìn)行公式輸入時使用。學(xué)習(xí)者無需掌握LaTex語言，進(jìn)行可視化操作。結(jié)果以LaTex代碼的形式輸出。

3.2系統(tǒng)用例分析

數(shù)學(xué)分析網(wǎng)絡(luò)自主平臺允許用戶有兩種身份：普通用戶和管理員。任何普通用戶可以查看學(xué)習(xí)知識信息，學(xué)習(xí)檢測、資料下載。這些用戶的基本信息都由及相應(yīng)的權(quán)限管理員對其統(tǒng)一管理。

3.3后臺管理系統(tǒng)開發(fā)

后臺分為管理員、教師。管理員可以添加教師成員，并做好學(xué)生的管理工作，為保障教學(xué)的順利進(jìn)行做好服務(wù)性工作。而教師主要是對學(xué)生基本信息、學(xué)習(xí)情況、課程等具體情況進(jìn)行了解，同時，也可以把信息、教學(xué)要求等信息通過公告的形式傳達(dá)給學(xué)生后臺管理系統(tǒng)分為以下幾個板塊：

（1）發(fā)布教學(xué)資源：教師可以添加、修改、刪除教學(xué)資源。

（2）學(xué)生管理：此模塊教師可以查看所有學(xué)生的詳細(xì)信息，修改學(xué)生信息。

（3）系統(tǒng)維護與更新：教師或管理員可以對網(wǎng)站出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行處理和維護，可以實時更新新聞公告。

4.設(shè)計總結(jié)

本文從實際需要出發(fā)，采用當(dāng)前較為流行的PHP動態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)，基于Windows7操作系統(tǒng)和MySQL數(shù)據(jù)庫環(huán)境，設(shè)計并實現(xiàn)了一個功能較為完善的數(shù)學(xué)分析網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)平臺。由于設(shè)計基于網(wǎng)頁，兼容性較強，因此對于使用者的要求較低。同時也有利于移植到手機，平板電腦等移動終端。

本平臺突破一般多媒體輔助教學(xué)工具的思想，目的是盡可能將現(xiàn)實的教學(xué)情景和資源于網(wǎng)絡(luò)平臺中還原及擴展，提高學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)的興趣，從而真正提高教學(xué)質(zhì)量。

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