線上線下混合式智能輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

羅麗麗

(陜西國際商貿(mào)學(xué)院 文學(xué)與教育學(xué)院， 咸陽 712046)

0 引言

隨著電腦及移動設(shè)備的普及，學(xué)習(xí)形式不再拘泥于傳統(tǒng)的課堂授課模式，逐漸向媒體化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，在線教育成為大勢所趨，精品資源共享課作為一種網(wǎng)絡(luò)課程，服務(wù)主體為高校教師和學(xué)生，同時也面向社會學(xué)習(xí)者，目的在于推動優(yōu)質(zhì)課程教學(xué)資源共建共享，其打造的課程資源系統(tǒng)更適合網(wǎng)絡(luò)傳播，促進(jìn)專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量的提升，對基于網(wǎng)絡(luò)平臺的線上線下混合式課程建設(shè)進(jìn)行研究具有重大的實(shí)際應(yīng)用價值，網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，對教學(xué)質(zhì)量的提高具有重要作用[1]。

1 混合式教學(xué)模式的教育理念

(1) 教師在傳統(tǒng)課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中發(fā)揮教授知識的主導(dǎo)作用，通過多種授課方法(包括填鴨式、啟發(fā)式、引導(dǎo)式等)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，教師在教室課堂上會受到有限的課時等因素的限制。網(wǎng)絡(luò)課堂則做到了教室課堂的有效延伸和補(bǔ)充，具備教學(xué)資源豐富、不受時空限制的優(yōu)勢，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)資源的使用實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)過程。

(2) 混合式學(xué)習(xí)融合了多種不同教學(xué)方式，除了面對面教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的融合，還包括多種學(xué)習(xí)方式的融合、多種現(xiàn)代教育技術(shù)(包括多媒體、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信等技術(shù))的融合，兼顧了教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體地位。針對多角度融合，依托網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)，可使學(xué)生的主動性和積極性得到有效提升，形成融合理論與實(shí)踐的教學(xué)體系[2]。

1 混合式輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

目前可使用多種語言和技術(shù)(如.net， asp，php，java，C#)完成網(wǎng)站的開發(fā)，設(shè)計模式需以合理性為基本原則，完成系統(tǒng)的編寫、分類及總結(jié)，系統(tǒng)需包含代碼、設(shè)計模塊、升級系統(tǒng)功能等，代碼編制則應(yīng)滿足系統(tǒng)功能，完成軟件項(xiàng)目有效結(jié)構(gòu)的建立，為解決修訂或升級系統(tǒng)時容易被攻擊問題，本文業(yè)務(wù)關(guān)系以J2EE為基礎(chǔ)，系統(tǒng)基于三層 B/S 體系，三個層次需按照程序中的邏輯關(guān)系完成數(shù)據(jù)分析，提高了系統(tǒng)的智能性，在降低維護(hù)或升級成本的基礎(chǔ)上使教學(xué)輔助系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性得以有效提高，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示[3]。

(1) 表示層，用戶交互指令在表示層被執(zhí)行后，系統(tǒng)服務(wù)的要求通過在客戶端輸入相關(guān)要求信息即可完成，WEB服務(wù)器顯示頁面后，用瀏覽器進(jìn)行同等傳輸。J2EE平臺可滿足多元化客戶端的需求，可對大多軟件的功能實(shí)現(xiàn)(如HTMLClient、Java、Application等)進(jìn)行有效支撐，對于其中的考試系統(tǒng)主要通過應(yīng)用jsp、js、html等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，有助于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)試題管理、智能組卷及對答題過程普遍存在的問題進(jìn)行分析。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

(2) 中間業(yè)務(wù)層，包括 WEB和J2EE兩種服務(wù)器類型，J2EE屬于應(yīng)用型，當(dāng)WEB進(jìn)行頁面、數(shù)據(jù)雙層控制時，執(zhí)行有效的客戶端指令需按照服務(wù)器的請求進(jìn)行，若將兩種服務(wù)器并聯(lián)，處理結(jié)果則可從 WEB 向J2EE進(jìn)行傳遞，進(jìn)而保證多種請求(如增刪數(shù)據(jù)庫信息、服務(wù)器信息轉(zhuǎn)發(fā)等)能夠同時處理。精品課程網(wǎng)站采用tomcat作為考試系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器，位于 J2EE 應(yīng)用服務(wù)器中的教學(xué)輔助系統(tǒng)可使考試系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯得以實(shí)現(xiàn)，本文教學(xué)輔助系統(tǒng)的中間業(yè)務(wù)層的設(shè)計模式采用了Spring MVC 模式，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的靈活性。數(shù)據(jù)層的交互接口通過邏輯 DAO層及數(shù)據(jù)庫連接池(應(yīng)用服務(wù)器管理)等的使用，既能滿足功能需求，又兼顧了數(shù)據(jù)庫無關(guān)性和系統(tǒng)的擴(kuò)展性[4]。

(3) 數(shù)據(jù)庫層，這個層面中的服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)精品課程信息的儲備與調(diào)出，涵蓋多個網(wǎng)站的考試系統(tǒng)，為提高系統(tǒng)的安全性，本文將數(shù)據(jù)庫服務(wù)器獨(dú)立，同時為系統(tǒng)維護(hù)和安全管理提供極大的便利，可根據(jù)不同的操作指令查看數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

1.2.1 功能結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)根據(jù)用戶的不同需求，將系統(tǒng)使用者劃分為不同的用戶角色，并在此基礎(chǔ)上對用戶權(quán)限進(jìn)行限定，系統(tǒng)基本信息等內(nèi)容由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)設(shè)置；教師的權(quán)限在于對資料、作業(yè)、題庫、作品分享、論壇等進(jìn)行管理，對考試參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并能實(shí)現(xiàn)在線考試查看；學(xué)生可使用該系統(tǒng)的核心功能主要包括在線學(xué)習(xí)、提交作業(yè)、分享作品、考試及互助交流等，系統(tǒng)通過后臺構(gòu)建的知識圖譜,將在線教學(xué),試題訓(xùn)練和學(xué)情反饋幾個主要功能模塊靈活的鏈接到一起,為教師提供更加智能化的輔導(dǎo)功能。(3)試題訓(xùn)練環(huán)境不僅為學(xué)生提供自動組卷練習(xí)、專項(xiàng)練習(xí)等的功能,而且為教師提供了便捷的題庫管理工具,減輕了教師的題庫管理負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)具體如圖2所示[5]。

圖2 功能結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 輔助教學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵功能模塊

(1) 新增課堂(資料管理)便于教師開設(shè)多門不同的課堂，內(nèi)容主要包括：可根據(jù)實(shí)際需要完成課堂名稱的修改或新增(更改的格式為年級，專業(yè)，課程)；

可完成課堂開始與結(jié)束時間的設(shè)置；設(shè)置使用者的加入和使用權(quán)限(如允許或不允許)；為便于學(xué)生了解課程還可對課堂的相關(guān)介紹進(jìn)行設(shè)置，列出需要提前預(yù)習(xí)的內(nèi)容，增加新預(yù)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生按照預(yù)習(xí)列表提前預(yù)習(xí)，教師查看預(yù)習(xí)結(jié)果。

(2) 在線教學(xué)，將教材分為知識點(diǎn)庫(章節(jié)—知識點(diǎn)—試題題目)和作業(yè)題庫(二級結(jié)構(gòu)：章節(jié)—作業(yè))進(jìn)行管理。試題題目可以直接轉(zhuǎn)化為該章節(jié)下的作業(yè)，方便教師對學(xué)生的疑難問題進(jìn)行及時解答，有助于學(xué)生與老師進(jìn)行實(shí)時互動，在線教學(xué)模塊主要包括切換知識點(diǎn)、切換演示和練習(xí)等功能，并對教師及學(xué)生編碼區(qū)、在線學(xué)生名單進(jìn)行管理。

(3) 作業(yè)管理及分值設(shè)置，教師通過該智能輔助教學(xué)系統(tǒng)完成對應(yīng)課堂作業(yè)的布置及管理；通過點(diǎn)擊發(fā)布作業(yè)題和試題，主要包括試題名稱及類型、用途、試題描述等；作業(yè)及查看答案設(shè)置，默認(rèn)開始時間和結(jié)束時間分別為當(dāng)前時間和七天后，超過時限則無法提交作業(yè)且不允許學(xué)生查看答案；批改作業(yè)，在作業(yè)列表頁面完成對應(yīng)批次作業(yè)的批改(默認(rèn)手動批改)[6]。

2 智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的錄入、存儲及修改和管理，這些都以數(shù)據(jù)庫的設(shè)計作為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)的核心部分，本文主要從E-R概念模型出發(fā)完成數(shù)據(jù)表邏輯結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型的設(shè)計，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。

2.1 數(shù)據(jù)庫E-R圖設(shè)計

數(shù)據(jù)庫實(shí)體主要由教師、學(xué)生、作業(yè)、教學(xué)資料、試題及試卷等組成，本文用“n”表示多層關(guān)系，學(xué)生可多次參與考試，如教師可添加多份考題，系統(tǒng)E-R關(guān)系設(shè)計如圖3所示[7]。

2.2 表結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1) 用戶信息表主要包括主鍵，用戶賬號、類型及昵稱，登錄密碼，手機(jī)號，電子郵箱，具體如表1所示。

圖3 系統(tǒng)E-R關(guān)系圖

名稱字段類型長度含義IdVarChar255主鍵userAccountVarChar255用戶賬號userNameVarChar255用戶昵稱pwdVarChar255登錄密碼mobileVarChar255手機(jī)號emailVarChar255電子郵箱userTypeInt19用戶類型

(2) 教學(xué)資料表主要由主鍵(Id)，用戶名，外鍵(用戶 id)，題目，更新日期，詳細(xì)描述等組成，具體如表2所示。

表2 教學(xué)資料表

(3) 作業(yè)表主要包括Id，用戶 id，用戶名，作業(yè)編號、名稱、日期及狀態(tài)，在線預(yù)覽路徑，批改人姓名及批改信息和日期，詳細(xì)描述，具體如表3所示。

(4) 考試表主要由Id，用戶 id，用戶名，考試狀態(tài)、名稱、開始及結(jié)束時間，題目總數(shù)(正確和不正確的數(shù)目)，分?jǐn)?shù)組成，具體如表4所示。

(5) 留言信息表主要包括Id，發(fā)布者id(外鍵)、名稱，題目，時間，內(nèi)容，回復(fù)及查看數(shù)，具體如表5所示。

2.3 數(shù)據(jù)表關(guān)系模型

用戶數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)設(shè)計的核心，代表系統(tǒng)功能的數(shù)據(jù)表與用戶表直接或間接關(guān)聯(lián)；系統(tǒng)類通用功能(如附件、系統(tǒng)設(shè)置等)與業(yè)務(wù)功能表無直接關(guān)系，設(shè)置為獨(dú)立表，具體的數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)模型如圖4所示。

表3 作業(yè)表

表4 考試表

表5 留言信息表

3 網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用測試

為進(jìn)一步檢測本文所設(shè)計的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的功能，通過對計算機(jī)專業(yè)的兩個班級：A班58人，B班55人，將該輔助教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)過程當(dāng)中，一學(xué)期課程結(jié)束后，通過教師反饋及與學(xué)生座談、調(diào)查等方式，統(tǒng)計結(jié)果表明75%的學(xué)生對該輔助教學(xué)系統(tǒng)非常滿意，使用該系統(tǒng)可滿足自主學(xué)習(xí)的要求，且由該專業(yè)教師開發(fā)的課程更具針對性和系統(tǒng)性，學(xué)生通過系統(tǒng)中豐富的教學(xué)資料能夠隨時隨地完成相應(yīng)學(xué)習(xí)，自主積累知識，在教師教學(xué)及批改作業(yè)、試卷過程中能夠及時糾正錯誤。同沒有使用該系統(tǒng)的計算機(jī)專業(yè)學(xué)生相比，這兩個實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的自學(xué)能力和學(xué)習(xí)積極性得到顯著提高；同時專業(yè)教師在教室課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)使用該系統(tǒng)的班級的課堂表現(xiàn)比其他班級的課堂表現(xiàn)要好很多，學(xué)生在完成系統(tǒng)預(yù)習(xí)模塊后思考和學(xué)習(xí)更加積極，顯著提高了教師的教學(xué)效果。

圖4 數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)模型

4 總結(jié)

隨著高校信息化應(yīng)用的普及，現(xiàn)代信息化技術(shù)為傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)化提供了支撐，本文以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對線上線下混合式智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行研究，以學(xué)生為主體，增進(jìn)師生交流，有效的融合了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)模式，完成了系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計，闡述了關(guān)鍵模塊的功能，結(jié)合數(shù)據(jù)庫的設(shè)計實(shí)現(xiàn)該輔助教學(xué)系統(tǒng)的功能，并通過實(shí)際教學(xué)應(yīng)用驗(yàn)證了本系統(tǒng)的功能，該混合式輔助教學(xué)系統(tǒng)通過對各方面教學(xué)資源的整合，能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)提供多角度指導(dǎo)，可有效的滿足教學(xué)需求，實(shí)際應(yīng)用價值較大。