“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要根據(jù)“模擬電路”課程的特點和我院教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的實際，提出“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計理念，給出具體的設(shè)計和實現(xiàn)過程，對Internet 環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)課程的實現(xiàn)方式進行了探索。

關(guān)鍵詞模擬電路；網(wǎng)絡(luò)課程；遠程教育

中圖分類號：G642.3文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-489X（2007）09－0033-03

“模擬電路”是我院教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，隨著招生規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)已不能滿足實際教學(xué)需要，尤其不能滿足成教學(xué)員隨時隨地學(xué)習(xí)的需要。同時，以計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)遠程教育作為傳統(tǒng)教育模式的重要補充，越來越受到師生認可，在此背景下設(shè)計并開發(fā)了“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程。

1 設(shè)計理念

“模擬電路”課程理論與實踐聯(lián)系密切，知識面廣，“入門”難度大。網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計依照人性化的設(shè)計理念，使設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)課程能充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主動性、積極性，擴大網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)效果。

1.1 以學(xué)習(xí)者為中心

“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計堅持以學(xué)習(xí)者為中心，分析網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)習(xí)者尤其是成教學(xué)員的學(xué)習(xí)特點、規(guī)律和影響因素，充分考慮他們的各種潛在愿望和需求，搜集網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中遇到的各種問題。整個課程設(shè)計以方便學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)為衡量標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 提供多層次、多感官、多途徑的知識表達體系

從學(xué)習(xí)者視、聽、說、寫入手，圍繞課程呈現(xiàn)方式、界面風(fēng)格、交互策略等方面，設(shè)計并實現(xiàn)多層次、多感官、多途徑的知識表達體系，讓學(xué)習(xí)者感到不僅能用，而且好用，感受到網(wǎng)絡(luò)遠程學(xué)習(xí)帶來的愉悅和滿足。

1.3 注重學(xué)習(xí)者的個性差異

考慮學(xué)習(xí)者在教育背景、工作經(jīng)歷、認知能力、思維方式等方面的個性差異，我們在課程內(nèi)容多少、難易程度、學(xué)習(xí)時間長短等方面考慮必要的彈性、可變化性，讓學(xué)習(xí)者以更大的靈活性和自主性來自定步調(diào)、自定內(nèi)容、自定時間等，以滿足其自主學(xué)習(xí)要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計

“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程是一個由知識庫、資源庫、導(dǎo)航策略和交互平臺組成的教學(xué)系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括知識設(shè)計、功能設(shè)計、界面設(shè)計、資源設(shè)計和評價設(shè)計等幾個方面。

2.1 知識設(shè)計

我院教育技術(shù)學(xué)專業(yè)教學(xué)計劃中沒有設(shè)立電路分析方面的課程，因此學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)模擬電路時，普遍感覺內(nèi)容抽象、分析困難、實驗操作生疏。為此，在確定“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程知識內(nèi)容時，可以按照精理論、重實例、強實驗的思路，使學(xué)習(xí)者從中挖掘和吸收理論精華，強化動手能力。此外，針對學(xué)習(xí)者的個性差異，設(shè)計的知識內(nèi)容具有一定的彈性，以滿足學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)需要。

2.2 功能設(shè)計

功能設(shè)計是整個網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計的重心，包括學(xué)生模塊設(shè)計和教師模塊設(shè)計。

2.2.1 學(xué)生模塊設(shè)計

學(xué)生模塊是功能設(shè)計的核心，其設(shè)計原則是最大限度地滿足和方便學(xué)習(xí)者多層次、多感官、多途徑的學(xué)習(xí)需要。具體功能如下：

（1）學(xué)員信息的獲取

參加本課程學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者必須進行注冊，目的是獲得學(xué)習(xí)者的一些靜態(tài)信息，如年齡、知識背景、工作經(jīng)歷、學(xué)習(xí)需求等。將這些信息存入學(xué)生檔案中，系統(tǒng)會依據(jù)這些信息對學(xué)習(xí)者進行分組，制訂不同的學(xué)習(xí)設(shè)置。除了學(xué)習(xí)者在注冊時提供的靜態(tài)信息外，“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程還利用服務(wù)器端的訪問跟蹤技術(shù)對登錄后的學(xué)習(xí)者的各種活動進行跟蹤，記錄所有與學(xué)習(xí)活動相關(guān)的動態(tài)信息，如學(xué)習(xí)者瀏覽的網(wǎng)頁、停留時間、訪問頻率、訪問信息的類型等。系統(tǒng)對收集到的信息自動進行特征的提取與歸類，為準(zhǔn)確掌握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況和課程修訂提供依據(jù)。

（2）在線課堂

在線課堂包括實時課堂和異步課堂。實時課堂即教師通過屏幕廣播講授課程，學(xué)習(xí)者通過網(wǎng)絡(luò)實時同步學(xué)習(xí)，既可以看到教師授課的實時畫面（可選功能），也可以聽到聲音；異步課堂即以Web頁面的形式呈現(xiàn)課程內(nèi)容，使學(xué)習(xí)者可以充分利用網(wǎng)絡(luò)的時間和空間兩個自由度，滿足自己隨時隨地學(xué)習(xí)的需要。

（3）答疑專家系統(tǒng)

答疑專家系統(tǒng)將“模擬電路”的疑難問題與參考答案保存在問題庫中。學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中如果遇到問題，則可通過本網(wǎng)絡(luò)課程提供的搜索引擎對問題庫進行搜索。對于問題庫中沒有的問題，系統(tǒng)會自動將該問題提交給即時問題庫。教師對即時問題庫中的問題解答后，系統(tǒng)會自動通過e-mail將問題和答案發(fā)給學(xué)習(xí)者（需要學(xué)習(xí)者提供e-mail），同時將該問題和答案保存在問題庫中。

（4）交流平臺

交流平臺是網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計的重要內(nèi)容，是生生、師生間交流、協(xié)作、互助的平臺。“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程的交流設(shè)計包括專題討論區(qū)、留言簿、短信服務(wù)、e-mail服務(wù)。其中，專題討論區(qū)是一個電子公告板（BBS），每一個專題討論區(qū)相當(dāng)于一個虛擬教室，討論的主題及相應(yīng)貼數(shù)在服務(wù)臺的告示牌中列出，學(xué)習(xí)者可通過該告示牌直接進入相應(yīng)的討論區(qū)。討論的主題既可以由教師給出，也可以由學(xué)員提出。短信服務(wù)提供計算機之間以及計算機與手機之間的短信收發(fā)；E-mail服務(wù)的便利之處在于不用登錄郵箱就可以收發(fā)郵件的功能，方便師生的使用。

（5）實驗中心

實驗中心是為方便學(xué)習(xí)者進行網(wǎng)上實驗學(xué)習(xí)而設(shè)計的，包括實驗預(yù)習(xí)和實驗預(yù)約。實驗預(yù)習(xí)用視頻或動畫的形式形象、直觀地展示每個實驗的目的、原理、內(nèi)容步驟、設(shè)備操作和元器件使用方法，讓學(xué)習(xí)者獲得一定的感知經(jīng)驗，為實際操作奠定基礎(chǔ)。另外，由于學(xué)習(xí)者尤其是成教學(xué)員通常處于時空上的相互分離，實驗項目和時間難以統(tǒng)一安排，為此設(shè)計了實驗預(yù)約模塊，讓學(xué)習(xí)者在網(wǎng)上預(yù)約實驗指導(dǎo)老師、實驗項目、時間和所需器件。

（6）下載中心

下載中心提供電子設(shè)計和開發(fā)方面的相關(guān)軟件以及本課程的電子教案、影音資料、實驗講義等資料，供學(xué)習(xí)者在離線情況下繼續(xù)學(xué)習(xí)，減少其在線學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)通訊費用。

2.2.2 教師模塊設(shè)計

教師模塊主要完成“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程的管理和維護工作，具體功能如下：

（1）教學(xué)管理

教學(xué)管理用于教師進行與網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)有關(guān)的信息維護，包括發(fā)布課程教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)的調(diào)整、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)記錄的監(jiān)控與管理、學(xué)習(xí)者測試結(jié)果的處理（主要針對學(xué)習(xí)者在線測試成績）、網(wǎng)上實時課堂的直播。

（2）題庫管理

題庫管理是筆者主持的校級項目“通用題庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型與組卷算法研究”的具體應(yīng)用實例。通過該模塊，任課教師可以完成模擬電路試題的增加、修改和刪除，組卷整體目標(biāo)參數(shù)（包括試卷分數(shù)、試卷難度、題型分數(shù)、章節(jié)分數(shù)）和組卷模型的設(shè)定。

（3）資源管理

資源管理供任課教師完成與本課程教學(xué)相關(guān)的電子教案、影音資料、實驗講義以及電子設(shè)計和開發(fā)軟件等資料的上傳與管理。對于學(xué)生上傳的資料需經(jīng)過任課教師審核確認后才能最終作為網(wǎng)絡(luò)資源使用，這種設(shè)計思路保證了課程網(wǎng)絡(luò)資源的質(zhì)量。

2.3 界面設(shè)計

界面是學(xué)習(xí)者進行網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)的直接中介，設(shè)計時我們著重考慮以下3個方面要求：首先是功能要求，即界面要能快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)人機之間的信息交流；其次，設(shè)計多種導(dǎo)航方法，如目錄導(dǎo)航、導(dǎo)航圖導(dǎo)航、快速導(dǎo)航，避免學(xué)習(xí)者在浩瀚的信息海洋里迷航；第三，界面的框架結(jié)構(gòu)、色彩對比等要素的設(shè)計要能符合人的視覺習(xí)慣。2.4 資源設(shè)計

優(yōu)秀的資源設(shè)計是幫助學(xué)習(xí)者擴大知識視野、提高網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效果的重要保證。“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程的資源設(shè)計包括元器件大全、參考資料集、綜合實例集。元器件大全提供元器件的技術(shù)資料、使用說明和典型應(yīng)用；參考資料集提供與本課程相關(guān)的書籍、雜志、網(wǎng)站；綜合實例集提供典型應(yīng)用電路的設(shè)計制作全過程。整個資源庫由教師和獲得授權(quán)的學(xué)員共同管理和維護，目的是集眾人的智慧使庫中的學(xué)習(xí)資料得到最大的增值。此外，在資源庫中，學(xué)習(xí)者還能以身份認證方式鏈接至其他數(shù)字圖書館。

2.5 評價設(shè)計

“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程的評價設(shè)計包括課程評價和在線測試。課程評價主要從課程內(nèi)容、資源建設(shè)、網(wǎng)站設(shè)計等方面依據(jù)一定量規(guī)對網(wǎng)絡(luò)課程進行評價。在線測試是對學(xué)習(xí)者知識掌握水平和層次的一種評價，包括章節(jié)測試和考前測試。所有試題均是基于題庫形式，系統(tǒng)依據(jù)組卷模型先對組卷目標(biāo)進行預(yù)處理，然后根據(jù)處理產(chǎn)生的分解目標(biāo)從題庫中抽題。學(xué)員提交試卷后，系統(tǒng)會立即對提交試卷中的客觀題自動評分，并將分數(shù)和答錯的題目反饋給學(xué)員。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)支撐環(huán)境

“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程采用JSP編程技術(shù)，服務(wù)器端的運行環(huán)境為Windows 2000 Server＋Apache＋Tomcat＋SQL Server 2000。其中Apache 2.0.48為Web服務(wù)器，Tomcat 5.0.16為JSP解析服務(wù)器，SQL Server 2000企業(yè)版為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。整個技術(shù)及配置保證了系統(tǒng)的可靠性、可維護性和可擴展性。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 郵件收發(fā)實現(xiàn)

本網(wǎng)絡(luò)課程的郵件收發(fā)功能通過JavaMail API實現(xiàn)。JavaMail API是Java平臺專門用于發(fā)送和接收電子郵件的接口，通過它，利用SMTP協(xié)議發(fā)送郵件和POP3協(xié)議接收郵件。這種實現(xiàn)方案的優(yōu)勢是不需要搭建自己的郵件服務(wù)器，而使用學(xué)習(xí)者本人郵箱所在的郵件服務(wù)器，所以系統(tǒng)開發(fā)的成本大大降低，但這種方案要求學(xué)習(xí)者事先要有一個電子信箱。

3.2.2 短信收發(fā)實現(xiàn)

計算機與手機之間的短信收發(fā)可以通過電信運營商（移動或聯(lián)通）提供的網(wǎng)關(guān)接口實現(xiàn)，但這種方式需要與電信運營商簽合同，手續(xù)煩瑣。所以本系統(tǒng)沒有采用這種方案，而是在新浪短信平臺的基礎(chǔ)上編程實現(xiàn)計算機與手機之間的短信收發(fā)。該方案開發(fā)代價低，不需要額外配置，但要求學(xué)員事先開通新浪短信服務(wù)。

3.2.3 實時課堂實現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)實時課堂通過利用格雷公司開發(fā)的遠程視頻OCX插件（試用版）集成在Web頁面中實現(xiàn)（打包為CAB）。視頻服務(wù)器采用集中式會議模式，教師終端將媒體流通過單播方式傳送到視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器再將媒體流通過多播傳送到參加網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的各個終端。該實時課堂的優(yōu)勢是教師授課不受地域限制，只要能夠接入網(wǎng)絡(luò)，并保證512 Kb/s以上的連接速率，就可以進行高質(zhì)量的課堂直播。

4 下一步的設(shè)想

“模擬電路”網(wǎng)絡(luò)課程為學(xué)習(xí)者營造了一個開放、自主的學(xué)習(xí)環(huán)境，基本可以滿足學(xué)習(xí)者尤其是成教學(xué)員隨時隨地學(xué)習(xí)的需要。下一步將繼續(xù)實現(xiàn)功能的擴充和完善，如建立網(wǎng)上虛擬實驗室，利用EDA軟件開展仿真實驗設(shè)計等。