基于框架式輔助教學(xué)的專題自主學(xué)習(xí)平臺(tái)研究

王旭，趙 婭，朱曉敬

（東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163000）

近幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，教學(xué)的信息化程度越來越高，計(jì)算機(jī)文化教育已經(jīng)成為信息化社會(huì)的基本要求[1]。教育信息化的工程開展要靠“突破”，而“突破”的關(guān)鍵在于能否將教育信息化與各學(xué)科的全面整合，這也為利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)改革提出新的研究課題方向[2]。當(dāng)前，在線上教學(xué)過程中，運(yùn)用了大量的網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)等手段，提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率[3-5]。但在網(wǎng)絡(luò)課程網(wǎng)站的設(shè)計(jì)和開發(fā)上還有待進(jìn)一步完善，如非計(jì)算機(jī)專業(yè)教師如何開發(fā)適合其教學(xué)需要的網(wǎng)站，由于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師不具備設(shè)計(jì)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)課程的能力，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)人員不了解課程教學(xué)體系。因此，開發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)課程質(zhì)量并不能得到保證[6]。同時(shí)，此類網(wǎng)站的后臺(tái)程序要按照教學(xué)內(nèi)容編寫，如果重新構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容就必須修改程序或重新設(shè)計(jì)開發(fā)，這種“定制”的開發(fā)模式嚴(yán)重影響了教學(xué)進(jìn)度，所以該研究開發(fā)了一套基于框架式自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，打造出適合課程教學(xué)的學(xué)生自學(xué)平臺(tái)[7]。在平臺(tái)中，教師僅需按照構(gòu)建好的框架，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容上傳等簡單操作，便可自主完成平臺(tái)的構(gòu)建，學(xué)生在平臺(tái)上可以完成自主學(xué)習(xí)。

1 平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

框架式專題自主學(xué)習(xí)平臺(tái)采用Web 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)、多媒體技術(shù)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)等軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)技術(shù)[8]，使用Windows 服務(wù)器與Access 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境。該平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格按照課程信息化要求，遵循軟件工程、系統(tǒng)工程的標(biāo)準(zhǔn)及教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法的原則。平臺(tái)試運(yùn)行采用模擬實(shí)際環(huán)境、測試數(shù)據(jù)等方式，測試其系統(tǒng)功能。

平臺(tái)的系統(tǒng)組成原理如圖1 所示，系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為“教師專題管理與維護(hù)”子系統(tǒng)、“后臺(tái)數(shù)據(jù)庫”子系統(tǒng)和“學(xué)生自主學(xué)習(xí)”子系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)組成原理

“教師專題管理與維護(hù)”子系統(tǒng)包括“導(dǎo)學(xué)信息管理”模塊、“自主學(xué)習(xí)資源管理”模塊、“師生研討及管理”模塊和“師生信息管理”模塊?！昂笈_(tái)數(shù)據(jù)庫”子系統(tǒng)包括四個(gè)數(shù)據(jù)庫，分別為“專題多媒體資源數(shù)據(jù)庫”、“專題導(dǎo)學(xué)數(shù)據(jù)庫”、“師生研討及交流數(shù)據(jù)庫”和“師生信息管理數(shù)據(jù)庫”?！皩W(xué)生自主學(xué)習(xí)”子系統(tǒng)包括“專題導(dǎo)論學(xué)習(xí)”模塊、“自主學(xué)習(xí)資源”模塊、“師生研討與交流”模塊和“個(gè)人信息管理”模塊?！敖處煂ｎ}管理與維護(hù)”子系統(tǒng)及“學(xué)生自主學(xué)習(xí)”子系統(tǒng)的各個(gè)模塊分別通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

“教師專題管理與維護(hù)”主要功能有：1）完成專題學(xué)習(xí)信息、多媒體專題學(xué)習(xí)資源動(dòng)態(tài)的構(gòu)建及維護(hù)；2）解答學(xué)生提出的疑問并與學(xué)生交流互動(dòng)；3）發(fā)布教學(xué)公告信息及教師、學(xué)生信息管理等功能，如圖2所示。

圖2 教師專題管理與維護(hù)功能結(jié)構(gòu)圖

“學(xué)生自主學(xué)習(xí)”主要功能：為學(xué)生提供與本專題相關(guān)的自主學(xué)習(xí)指導(dǎo)信息、多媒體專題學(xué)習(xí)資源、提供師生和學(xué)生之間討論交流互動(dòng)，以及學(xué)生完善個(gè)人信息及修改密碼等，如圖3 所示。

圖3 學(xué)生自主學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)圖

平臺(tái)構(gòu)架屏幕的畫面設(shè)計(jì)，采用了功能區(qū)域、色彩分布、提示文字和操作位置相對(duì)固定的框架結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)讓用戶無論在平臺(tái)的哪個(gè)位置都無需過分思考如何操作，避免發(fā)生操作迷航的現(xiàn)象。

在平臺(tái)頁面設(shè)計(jì)中，素材設(shè)計(jì)以文字、圖片等形式為主。圖片格式采用高比例壓縮，可跨平臺(tái)使用的GIF 和JPG 兩種格式。界面采用“T”型布局，上方設(shè)置導(dǎo)航欄和功能欄，左下方設(shè)置主菜單，內(nèi)容窗口在右下方。此布局主次分明，結(jié)構(gòu)清晰[9]。選擇飽和度相近的顏色作為頁面的背景色。在個(gè)性化學(xué)習(xí)中，學(xué)生是主體，學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)進(jìn)程是由學(xué)生自行掌握，且平臺(tái)信息龐大，開放性強(qiáng)。因此，在導(dǎo)航設(shè)計(jì)上要明確，要符合學(xué)生的認(rèn)知心理，引導(dǎo)學(xué)生圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)。在交互設(shè)計(jì)上加入專題在線交流、留言板、公告板等，保證了師生間、學(xué)生間能夠在平臺(tái)中交流、協(xié)作，共同完成特定的專題學(xué)習(xí)與研討。

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為了便于教師將教學(xué)相關(guān)資源導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，學(xué)生可以自主取出，所以在框架式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就必須把教學(xué)資源與程序設(shè)計(jì)相分離[10]。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫采取Access 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，Access 存儲(chǔ)的特點(diǎn)是方式簡單，易于維護(hù)，支持廣泛，易于擴(kuò)展，彈性較大等[11-12]。除了教學(xué)相關(guān)資源外，教學(xué)輔導(dǎo)、討論、師生身份信息存儲(chǔ)等都需要數(shù)據(jù)庫的支持，根據(jù)平臺(tái)需要，設(shè)計(jì)了以下數(shù)據(jù)庫。

2.1 “專題導(dǎo)學(xué)”數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫中的專題介紹表包括本網(wǎng)絡(luò)課程名稱、學(xué)科教師、課程目標(biāo)等。參考書目包括具體專題書籍名稱、作者、出版社、出版時(shí)間、簡要說明等。專題學(xué)習(xí)指導(dǎo)表包括具體章節(jié)、學(xué)習(xí)指導(dǎo)等。

2.2 “自主學(xué)習(xí)資源”數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫中包含三個(gè)數(shù)據(jù)表，其中文獻(xiàn)資源表用于保存專題學(xué)習(xí)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)資源的描述信息、索引信息，包括上傳時(shí)間、文獻(xiàn)摘要、文件名稱、文件大小、關(guān)鍵詞。微視頻資源表用于保存專題學(xué)習(xí)的視頻數(shù)據(jù)資源信息，其中主要包括視頻的特征有上傳時(shí)間、視頻描述、文件名稱、文件大小、視頻主題等。音頻資源表用于保存專題學(xué)習(xí)的音頻數(shù)據(jù)資源的描述、索引等相關(guān)特征，主要包括上傳時(shí)間、音頻描述、文件名稱、文件大小、音頻主題。

2.3 “師生研討與交流”數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫用于存放“師生研討與交流”信息的數(shù)據(jù)庫。其中留言表用于保存師生在該平臺(tái)上的留言信息，包括留言標(biāo)題、內(nèi)容、時(shí)間、留言人名、閱讀次數(shù)。教學(xué)公告類數(shù)據(jù)用于保存教師在本平臺(tái)上發(fā)布教學(xué)公告信息，包括發(fā)布時(shí)間、標(biāo)題、內(nèi)容。

2.4 “教師及學(xué)生信息”數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫用于存放“教師及學(xué)生”信息的數(shù)據(jù)庫。其中學(xué)生類信息數(shù)據(jù)用于保存參加專題學(xué)習(xí)的學(xué)生的相關(guān)信息，包括姓名、性別、密碼、專業(yè)、年級(jí)、院系、住址、電子郵箱。教師信息數(shù)據(jù)用于保存專題教師的相關(guān)信息，包括姓名、性別、專業(yè)、職稱、院系、辦公地址、電話、郵箱、簡介。

3 平臺(tái)功能模塊

平臺(tái)采用Windows應(yīng)用系統(tǒng)及B/S工作模式[13-14]。該平臺(tái)使用范圍面向師生群體，用戶信息量較小，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施性要求不高，所以后臺(tái)數(shù)據(jù)庫采用Access系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。采用ODBC 數(shù)據(jù)接口與其他類型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)操作和管理。使用可視化瀏覽查詢與SQL 查詢兩種方式，SQL 查詢使用SELEC 語句對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中的所有文字段、文本進(jìn)行查詢，實(shí)現(xiàn)單關(guān)鍵詞、多關(guān)鍵詞的組合查詢。系統(tǒng)平臺(tái)采用無組件上傳技術(shù)，在客戶端上傳數(shù)據(jù)無需安裝其他組件，降低了系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求。

3.1 教師專題管理與維護(hù)模塊

教師專題管理與維護(hù)模塊，由教師操作。教師登錄該模塊對(duì)身份進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)預(yù)設(shè)姓名、初始密碼。輸入登錄信息后，系統(tǒng)調(diào)用身份驗(yàn)證程序和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行判斷，如果登錄成功，則進(jìn)入教師工作界面。導(dǎo)學(xué)信息管理為教師登錄后的默認(rèn)模塊，如果使用其他功能模塊，可在本畫面上選擇相應(yīng)的選項(xiàng)即跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的功能。其中在主頁面選擇師生信息管理，可以跳轉(zhuǎn)至學(xué)生信息管理功能。在該功能下可以對(duì)已經(jīng)登記在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的學(xué)生信息進(jìn)行管理，包括對(duì)某個(gè)學(xué)生的密碼進(jìn)行初始化、查看學(xué)生“詳情”、刪除學(xué)生信息等。如果添加新學(xué)生，可在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中添加學(xué)生的基本信息，或?qū)⒁呀?jīng)填寫好的學(xué)生信息表格以XLS 格式批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫[15]。

3.2 學(xué)生自主學(xué)習(xí)及專題導(dǎo)論學(xué)習(xí)模塊

學(xué)生自主學(xué)習(xí)模塊，主要由學(xué)生操作。學(xué)生姓名與初始密碼信息事先由教師上傳，學(xué)生輸入信息登錄后，由系統(tǒng)調(diào)用身份驗(yàn)證程序及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行判斷。如果登錄成功，則進(jìn)入學(xué)生自主學(xué)習(xí)界面，并可進(jìn)一步修改個(gè)人信息。學(xué)生自主學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，為學(xué)生登錄后的默認(rèn)模塊，如果要使用其他功能模塊，可在本頁面選擇相應(yīng)的選項(xiàng)即跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的功能。在學(xué)生主頁面選擇個(gè)人信息管理選項(xiàng)，跳轉(zhuǎn)至個(gè)人信息管理功能，學(xué)生可以使用該功能完善、修改個(gè)人信息，或重新設(shè)定個(gè)人登錄密碼。

專題導(dǎo)論學(xué)習(xí)模塊設(shè)有三種具體的功能，分別為專題介紹、參考書目瀏覽、專題學(xué)習(xí)指導(dǎo)，它們都是通過調(diào)用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫信息顯示查找的相關(guān)內(nèi)容，最后以列表的方式呈現(xiàn)出來，便于學(xué)生瀏覽閱讀。

3.3 自主學(xué)習(xí)資源模塊

通過自主學(xué)習(xí)資源模塊，學(xué)生可以對(duì)平臺(tái)上的多媒體教學(xué)資源進(jìn)行查詢、瀏覽以及微視頻、音頻播放等。其中專題文獻(xiàn)閱讀功能，是在已有的文獻(xiàn)庫中通過對(duì)“索引項(xiàng)”設(shè)置，查找到需要的文獻(xiàn)，點(diǎn)擊“文獻(xiàn)名稱”即可打開該文獻(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行瀏覽。微視頻、音頻播放功能，是在已有的多媒體庫中，通過對(duì)“索引項(xiàng)”設(shè)置，查找到需要的資料，點(diǎn)擊名稱項(xiàng)即可打開相應(yīng)內(nèi)容并播放[16]。師生研討及交流功能，學(xué)生需在主頁面選擇“師生研討及交流”選項(xiàng)，跳轉(zhuǎn)至在線研討頁面，學(xué)生利用該功能可以與教師或?qū)W生進(jìn)行一對(duì)一、一對(duì)多的聊天式研討。在留言功能上，學(xué)生可在網(wǎng)上發(fā)布留言，并可對(duì)留言進(jìn)行回復(fù)及管理。教學(xué)公告查詢功能是為學(xué)生提供在線查詢和瀏覽教師發(fā)布的教學(xué)公告。

4 系統(tǒng)測試與評(píng)價(jià)

4.1 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試采用在計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境下，安裝服務(wù)器操作系統(tǒng)和客戶機(jī)系統(tǒng)，交替使用達(dá)到調(diào)試目的。該文設(shè)計(jì)出兩套調(diào)試方案進(jìn)行測試，調(diào)試環(huán)境方案1：客戶端操作選用Win7系統(tǒng)，服務(wù)器端操作系統(tǒng)為Win2003 Server sp3，數(shù)據(jù)庫選用Access、Frontpage、ASP，360 瀏覽器等作為網(wǎng)絡(luò)開發(fā)及調(diào)試工具，多媒體設(shè)計(jì)工具使用Word、Photoshop、格式化工廠，媒體播放器等。調(diào)試環(huán)境方案2：客戶端操作系統(tǒng)+IIS（服務(wù)器端）選用Win7+IIS，其他工具與方案1 一致。

系統(tǒng)采取各個(gè)子模塊調(diào)試與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的方式進(jìn)行程序調(diào)試，保證了系統(tǒng)可以達(dá)到正常運(yùn)行。又通過功能測試、邊界值測試及典型數(shù)據(jù)測試來保證系統(tǒng)的可用性及容錯(cuò)性。該系統(tǒng)在顯示主畫面后，有四套調(diào)用程序，分別由四個(gè)按鈕來驅(qū)動(dòng)。在主畫面上點(diǎn)按“課程介紹”按鈕，跳出窗口顯示專題介紹內(nèi)容。在主畫面上點(diǎn)按“教師簡介”按鈕，跳出窗口顯示教師簡介內(nèi)容。在主畫面上點(diǎn)按“教師登錄”、“學(xué)生登錄”按鈕，分別進(jìn)入教師登錄界面及登錄學(xué)生界面。本系統(tǒng)通過上述調(diào)試與測試，較好地達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)預(yù)定的各種功能。

4.2 性能評(píng)價(jià)

該平臺(tái)采取模塊化設(shè)計(jì)，在編碼及調(diào)試過程中，采取整體設(shè)計(jì)、模塊實(shí)現(xiàn)測試、整體聯(lián)調(diào)的方法進(jìn)行調(diào)試。并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試及測試，系統(tǒng)基本性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，各子系統(tǒng)及功能模塊均能正常運(yùn)行。目前，在學(xué)生端進(jìn)行功能測試，如瀏覽所選課程相應(yīng)的課程輔導(dǎo)材料，進(jìn)行網(wǎng)上提問等功能。學(xué)生能夠在導(dǎo)航的指引下準(zhǔn)確地找到相應(yīng)功能模塊并獲取信息。在教師端進(jìn)行功能測試，如發(fā)布課程信息、布置作業(yè)、網(wǎng)上答疑等功能。教師反饋平臺(tái)操作簡單，易于上手。在學(xué)生端、教師端性能測試上，整體測試效果良好。在同時(shí)打開多個(gè)網(wǎng)頁，以不同身份進(jìn)行登錄時(shí)，根據(jù)平臺(tái)資源的使用情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，性能良好，可投入到網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)中。網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)工作，在不增加教師工作量的前提下，有望實(shí)現(xiàn)全校教學(xué)工作的網(wǎng)絡(luò)化。

5 結(jié)論

在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，通過對(duì)專題學(xué)習(xí)平臺(tái)的深入研究，對(duì)比不同學(xué)習(xí)平臺(tái)優(yōu)缺點(diǎn)以及線上、線下教育的差異，基于框架式架構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種新的專題自主學(xué)習(xí)平臺(tái)。該平臺(tái)采用B/S 工作模式，通過瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)原來需要復(fù)雜專用軟件的強(qiáng)大功能，從而節(jié)省了開發(fā)成本。應(yīng)用框架式結(jié)構(gòu)，大大提高了平臺(tái)的可擴(kuò)展性，測試表明利用框架式專題自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，既能夠很好地適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，又簡化了教師端的具體操作，從而一定程度上解決了非專業(yè)計(jì)算機(jī)教師的技術(shù)限制。