基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬 健，牛立剛，李 昕

（吉林大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 引 言

重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)的研究背景具體如下：在我國(guó)高校實(shí)施的素質(zhì)教育中，實(shí)踐教學(xué)占據(jù)重要地位[1]。不斷對(duì)高校實(shí)踐教學(xué)的方法和內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，尋找更加科學(xué)的教學(xué)手段，是目前提升高校培養(yǎng)人才水平的重要指導(dǎo)方針。特別是對(duì)于著重培養(yǎng)實(shí)踐型人才的重點(diǎn)高校而言，更是需要提升對(duì)實(shí)踐教學(xué)的重視程度。而作為學(xué)生實(shí)際應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)的場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)室往往是重點(diǎn)高校實(shí)施實(shí)踐教學(xué)的主要地點(diǎn)[2]。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)也是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)手法，對(duì)于高?？蒲兴降奶嵘灿兄卮笠饬x[3]。重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)就是在此背景下誕生的，這種系統(tǒng)能夠豐富重點(diǎn)高校實(shí)踐教學(xué)的手法和內(nèi)容，對(duì)于高端實(shí)踐型人才的培養(yǎng)有重要意義。

對(duì)于重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)的研究，國(guó)內(nèi)外都十分重視，例如通過(guò)系統(tǒng)智能化水平的提升來(lái)帶動(dòng)高校實(shí)踐教學(xué)水平的升高[4]。其中國(guó)外早在20 世紀(jì)60 年代末就開(kāi)始對(duì)重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究，在90 年代系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)較為普及。有學(xué)者提出一種基于自動(dòng)化管理技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)，主要基于自動(dòng)化管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)的搭建。而國(guó)內(nèi)對(duì)于重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)的研究則起步較晚，并且實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)狀況也較為落后。但仍取得了多樣化的研究成果，有學(xué)者提出一種基于SOA 框架的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)，主要基于SOA 框架對(duì)重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行搭建。由于以上系統(tǒng)還存在教室重疊排課個(gè)數(shù)較多的問(wèn)題，所以本文設(shè)計(jì)基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)

1.1 硬件設(shè)計(jì)

基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成為客戶端模塊，由客戶端和服務(wù)器組成，具體技術(shù)指標(biāo)如表1 所示[5]。

表1 客戶端模塊具體技術(shù)指標(biāo)

1.2 軟件設(shè)計(jì)

1.2.1 設(shè)計(jì)管理教學(xué)資源模塊

基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)的軟件構(gòu)成包括：管理教學(xué)資源模塊、安排實(shí)驗(yàn)課程模塊、自主學(xué)習(xí)模塊、管理設(shè)備模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊[6]。

基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)管理教學(xué)資源模塊，其主要功能是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的管理，模塊圖如圖1 所示[7]。

圖1 管理教學(xué)資源模塊的模塊圖

如圖1 所示，全部實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源都統(tǒng)一進(jìn)行儲(chǔ)存，系統(tǒng)中學(xué)生用戶能夠隨時(shí)對(duì)資源進(jìn)行查詢與播放，能夠更加充分地利用實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源[8]。

1.2.2 設(shè)計(jì)安排實(shí)驗(yàn)課程模塊

安排實(shí)驗(yàn)課程模塊的單元構(gòu)成包括用戶管理單元、實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)單元、實(shí)驗(yàn)室安排單元、統(tǒng)計(jì)分析單元、數(shù)據(jù)庫(kù)操作單元、報(bào)表輸出單元以及模塊維護(hù)單元。各單元的具體功能如表2 所示[9]。

表2 各單元的具體功能

安排實(shí)驗(yàn)課程模塊主要利用排課算法進(jìn)行排課，其排課流程具體如圖2 所示[10]。

圖2 排課流程

1.2.3 設(shè)計(jì)自主學(xué)習(xí)模塊

自主學(xué)習(xí)模塊主要用于學(xué)生進(jìn)行課前的自主學(xué)習(xí)。該模塊包括以下功能：在線討論功能、課前練習(xí)功能、視頻學(xué)習(xí)功能以及查看公告功能[11]。

其中在線討論功能指的是在學(xué)生進(jìn)行課前學(xué)習(xí)的過(guò)程中，對(duì)于自身的想法與疑問(wèn)能夠利用留言板與教師和其他同學(xué)共同交流[12]。在留言板中，學(xué)生能夠點(diǎn)評(píng)或回復(fù)其他學(xué)生的留言。

課前練習(xí)功能指的是學(xué)生觀看預(yù)習(xí)視頻后，需要進(jìn)行針對(duì)性的實(shí)踐練習(xí)[13]。實(shí)踐練習(xí)的部分是由教師進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)中需要對(duì)課堂練習(xí)的難易程度與數(shù)量進(jìn)行把握，主要針對(duì)本節(jié)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行練習(xí)。

視頻學(xué)習(xí)功能是指學(xué)生可以提前了解本節(jié)教學(xué)內(nèi)容，以便更加熟練地進(jìn)行實(shí)踐。

查看公告功能指的是教師發(fā)布公告后學(xué)生可以進(jìn)行查看，以便了解課程安排等相關(guān)信息。

1.2.4 設(shè)計(jì)管理設(shè)備模塊

管理設(shè)備模塊主要用于對(duì)使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，由設(shè)備審批單元、設(shè)備借用單元、設(shè)備報(bào)廢單元、設(shè)備維修單元、設(shè)備信息單元構(gòu)成。

其中設(shè)備審批單元主要用于對(duì)設(shè)備的借用、報(bào)廢、維修實(shí)施審批或?qū)徍颂幚?，以?duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管，該單元只能由管理人員進(jìn)入[14]。

設(shè)備借用單元主要用于對(duì)實(shí)驗(yàn)室外借設(shè)備的情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便規(guī)范歸還和外借設(shè)備的流程，完善設(shè)備的監(jiān)管過(guò)程。

設(shè)備報(bào)廢單元主要用于對(duì)實(shí)驗(yàn)室報(bào)廢設(shè)備的情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便規(guī)范報(bào)廢設(shè)備的流程，確切了解在用設(shè)備的具體數(shù)量。

設(shè)備維修單元主要用于對(duì)實(shí)驗(yàn)室維修設(shè)備的情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便及時(shí)獲取設(shè)備狀態(tài)與管理員的實(shí)際工作情況。

設(shè)備信息單元主要用于對(duì)實(shí)驗(yàn)室各設(shè)備的狀況與信息進(jìn)行詳細(xì)記錄[15]。在模塊中會(huì)為各實(shí)驗(yàn)室分配一個(gè)對(duì)應(yīng)的管理員，每個(gè)管理員可同時(shí)對(duì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行管理。

1.2.5 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊由教學(xué)資源表、課程信息表、班級(jí)信息表、用戶信息表等數(shù)據(jù)庫(kù)表構(gòu)成。其中教學(xué)資源表結(jié)構(gòu)具體如表3 所示。

表3 教學(xué)資源表結(jié)構(gòu)

課程信息表結(jié)構(gòu)具體如表4 所示。

表4 課程信息表結(jié)構(gòu)

班級(jí)信息表結(jié)構(gòu)具體如表5 所示。

表5 班級(jí)信息表結(jié)構(gòu)

用戶信息表結(jié)構(gòu)具體如表6 所示。

表6 用戶信息表結(jié)構(gòu)

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)的性能，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在高校實(shí)驗(yàn)室布設(shè)系統(tǒng)的測(cè)試環(huán)境，具體如圖3 所示。

圖3 布設(shè)的測(cè)試環(huán)境

接入100M 校園網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試。接入校園網(wǎng)后，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置過(guò)程如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置過(guò)程

在布設(shè)的測(cè)試環(huán)境中利用基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)。為避免本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果過(guò)于單一、缺乏對(duì)比性，將原有的兩種系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，包括基于自動(dòng)化管理技術(shù)、基于SOA 框架的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)。同樣利用這兩種系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)。獲取實(shí)驗(yàn)室個(gè)數(shù)為25～54 個(gè)范圍內(nèi)的教室重疊排課個(gè)數(shù)作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)不同實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的教室重疊排課個(gè)數(shù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在實(shí)驗(yàn)室個(gè)數(shù)為25～39 個(gè)的范圍內(nèi)，根據(jù)三種系統(tǒng)進(jìn)行教室重疊排課個(gè)數(shù)對(duì)比，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體如表7所示。

表7 教室重疊排課個(gè)數(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（一）

根據(jù)表7 的教室重疊排課個(gè)數(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在實(shí)驗(yàn)室個(gè)數(shù)為25～39 個(gè)的范圍內(nèi)，基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)的教室重疊排課個(gè)數(shù)少于基于自動(dòng)化管理技術(shù)、基于SOA 框架的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)。

在實(shí)驗(yàn)室個(gè)數(shù)為40～54 個(gè)的范圍內(nèi)時(shí)，教室重疊排課個(gè)數(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體如表8 所示。

表8 教室重疊排課個(gè)數(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（二）

根據(jù)表8 的教室重疊排課個(gè)數(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在實(shí)驗(yàn)室個(gè)數(shù)為40～54 個(gè)的范圍內(nèi)，基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)的教室重疊排課個(gè)數(shù)少于兩種對(duì)比實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)高校實(shí)驗(yàn)室智能教學(xué)系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了教室重疊排課個(gè)數(shù)的降低，對(duì)于重點(diǎn)高校實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的提升有很大意義。