網絡環境下探究性實驗教學平臺初探*

方麗娟

(西北政法大學經濟管理學院,陜西西安 710063)

網絡環境下探究性實驗教學平臺初探*

方麗娟

(西北政法大學經濟管理學院,陜西西安 710063)

以初中物理電路連接實驗為例,對網絡環境下探究性實驗教學平臺進行初步探索,并針對教學平臺的適用環境和條件,實現教學平臺中的各個功能模塊。在具體實現中,我們發現C++Buliler提供的Active X技術解決了學習者探究模塊中的客戶端與數據庫的通信問題以及具體的實驗操作問題。將探究性學習思想應用于網絡環境下的實驗教學是傳統探究性實驗教學在網絡下的延伸,具有很強的現實意義。

網絡環境;探究性實驗教學;教學設計;教學平臺

將探究性學習思想應用于網絡環境下的實驗教學是傳統探究性實驗教學在網絡下的延伸,在網絡環境下進行探究性實驗教學,通常要設計和開發相應的網絡課程或網絡教學平臺。

一、網絡環境下探究性實驗教學平臺的總體設計

1.設計的依據

(1)網絡環境下探究性實驗教學的基本要素。網絡環境下探究性實驗教學平臺的基本要素為學習者(探究者)、教師(指導者)、探究內容、網絡探究環境。

(2)網絡環境下探究性實驗教學的基本階段。從系統論的角度,網絡環境下的探究性實驗教學包括提出問題、探究及建構、總結和評價三個基本階段。探究及建構階段包括搜集資料、實驗和收集證據、解釋實驗三個環節。在網絡環境下的探究性實驗教學過程的三個階段中,根據各個環節的特點,可以采用不同的方式進行交流,并進行修正。

2.具體設計

網絡環境下探究性實驗教學平臺的總體設計主要包括教學設計與系統結構設計兩部分。

(1)教學平臺中的教學設計。根據學習者的不同情況,作者設計了相應的教學內容、探究目標、教學平臺中采用的各種策略及對教學過程的評價等內容。

第一,學習內容設計。學習內容設計包括學習內容的選擇和結構設計。學習內容包括探究者探究性實驗的總體說明、實驗區的設計、輔助學習的內容設計。這些內容的結構如圖1。

第二,探究目標設計。探究目標設計是探究結果評價的依據。探究目標包括學習態度、數據加工和處理能力、實驗能力、創造性等方面。

第三,信息傳遞策略設計。1)信息表現策略。根據信息內容的不同,以不同的方式來呈現,主要有文本、圖像、動畫、視頻等方式。2)導航策略。使用導航可以有效地避免由于結構復雜而且信息量大的超媒體產生的迷航現象。網絡環境下探究性實驗教學的導航策略,采用模塊導航、導航圖導航和路徑導航等多種導航方式來提高探究的方便性、靈活性。

第四,實驗活動控制策略設計。即對中高層次的探究者在虛擬實驗區中進行探究時,提供一個智能控制模塊,對實驗過程進行控制,并具有自主學習功能,可以對出錯的實驗步驟自主學習,避免重復錯誤的發生。控制的復雜程度由實驗本身的復雜度和探究的層次決定。此外,用“虛擬指導者”給學習者提供及時指導,如當實驗參數正確或錯誤時告訴學生如何操作等。

圖1 學習內容結構圖

第五,實驗探究過程交互策略設計。網絡環境下的探究性實驗教學的交互主要是以計算機網絡為基礎的非面對面的交互。非面對面的交互具體有同步實時交互和異步非實時的交互。由于同步實時交互在開發周期、開發難度方面和現實條件沖突較大,所有實驗探究過程的交互主要采用FAQ、BBS、電子郵件等異步非實時交互策略。

第六,實驗探究學習的評價設計。實驗探究學習的評價在過程性和真實性原則的基礎上采用多元評價策略。對網絡探究實驗的評價我們采用將教師評價、學生自身評價及探究者之間的相互評價結合起來的多元評價策略。

(2)教學平臺的系統結構設計。

第一,設計目標。網絡環境下探究性實驗教學平臺主要適用于具有一定觀察能力、邏輯思維能力、抽象能力、運用規則進行推理能力及一定信息素養的中學生。適用于具有實驗教學環節的理工科課程或技能培訓課程。適用于探究性實驗。探究性實驗往往具有一定的難度,主要適用于培養學生自主探究的能力和獲得知識的方法為目標的實驗。

第二,模塊構成及其功能。根據教學平臺的教學設計,網絡環境下探究性實驗教學系統由管理模塊、學習者探究模塊、教師分析與評價模塊三個模塊構成。管理模塊中的“用戶注冊登錄”子模塊完成新用戶的注冊、老用戶的身份驗證;“成績查詢”子模塊給學生提供實驗成績、教師評語、報告提交時間、教師簽名等方面的查詢,“系統維護”子模塊給管理員提供增加/刪除實驗、增加實驗信息資源、修改、刪除過時用戶信息等。學習者探究模塊是實驗教學平臺最重要的一個模塊,包括“探究者探究實驗”子模塊、“自由交流”子模塊和“信息資源”子模塊三種子模塊。“探究者探究實驗”子模塊下有九個子模塊。1)“實驗題目選擇”子模塊列舉了該教學系統所提供的實驗題目,并對所有實驗題目進行說明和介紹,學習者通過選擇實驗題目才能進入后續操作;當學習者選擇了一個實驗題目后,根據題目的難度對學習者的特征進行分析,然后給出探究層次選擇的建議,學習者可以按照建議的探究層次進行探究,也可以自行決定。2)“學習者特征分析”子模塊對學習者的特征進行分析,根據探究者選擇的題目給出探究的建議。3)“探究層次”子模塊提供了兩種探究方式,即小組協作式探究和個別探究,本系統主要實現個別探究,探究的層次分為低、中、高三個層次,探究的不同層次決定了系統對學習者實驗過程的控制程度不同,探究的層次越高,系統所施加的控制或限制就越少,探究的層次越低,系統所施加的控制或限制就越多。4)“情景設置”子模塊以文字、動畫等方式設置問題情景,激發學習者探究的思維和興趣。5)“搜集資料”子模塊提供進行探究可能用到的學習資源。6)“實驗、收集數據”子模塊是這個系統最核心的子模塊,中、高級層次的探究學習者可以自己選擇實驗區中的實驗儀器模型,進行設計和連接,改變實驗參數等進行探究實驗。7)“智能控制”子模塊記錄下來學習者實驗的整個過程,整個實驗過程都受“智能控制”子模塊的控制。而且“智能控制”子模塊具有自學習的功能,可以對一些錯誤進行自學習,當出現類似錯誤時通知學習者。而給低級層次的探究學習者自主空間較少,僅能改變實驗參數、實驗步驟等。8)“解釋實驗”子模塊用來書寫實驗報告。9)“自我評價”子模塊用來書寫實驗的總結及自己對實驗的評價。

“自由交流”子模塊包括FAQ、BBS和電子郵件三個子模塊。BBS和電子郵件是兩種異步非實時的交流方式子模塊,FAQ是單向的交流方式子模塊。

“信息資源”子模塊搜集了一些實驗相關的資源,學習者可以在實驗過程中進行查閱和下載。

教師分析與評價模塊。教師分析與評價模塊中的“教師重現實驗過程”子模塊,把所記錄的學習者探究實驗過程較為完整地向教師展現出來,使教師對學習者的學習過程有一個全面的認識。“學生自我評價”子模塊用來查看學習者自己對探究實驗過程的認識。“教師給予評價”子模塊用來書寫評語、給學習者打分,在教師評價之前教師應先利用“學習者自我評價”子模塊了解學習者的自我評價,并使用BBS了解學習者之間的相互評價,并將它們結合起來。

二、網絡環境下探究性實驗教學平臺的技術實現

1.實驗教學平臺的體系結構及開發語言

系統體系結構決定系統的框架。在選取體系結構時,不僅要符合探究性實驗教學平臺的教學需求、平臺運行的性能、開發環境的方便程度,而且要使教學平臺具有良好的實用性及維護性。目前的系統體系結構主要有二層C/S體系結構、三層C/S體系結構、三層B/S體系結構等。由于三層B/S體系結構無須開發客戶端軟件,所以維護和升級方便,而且可以跨平臺操作,具有良好的開放性和可擴充性,便于分散用戶使用。因此,實驗教學平臺采用三層B/S體系結構。

選用什么語言,如何實現三層B/S體系結構是本論文必須要解決的問題。為了解決這個問題,在B/S結構的程序設計中,ActiveX控件是一種值得考慮的選擇,比如制作各種圖表的ActiveX控件,下載并注冊到客戶系統上,那么以后每次當用戶查詢數據時,服務器只需將結果數據傳遞給客戶機就可以了,剩下的任務就由駐留在客戶機上的ActiveX控件來完成,這就大大減少了用戶等待結果的時間并減輕了網絡帶寬的壓力。并且極大地增大了軟件的性能,用戶用瀏覽器就能獲取如同桌面應用程序的界面和功能。

C++Builder在開發ActiveX上具有非常強大的功能,我們可以將C++Builder提供的所有VCL組件全部轉成ActiveX控件。使得任何VCL組件都可以被其他開發工具引用。另外C++Builder還提供更方便的ActiveX Form,讓設計ActiveX程序和設計桌面程序沒有什么區別,最后C++Builder還提供Web Deploy和Register的功能,可以將設計好的ActiveX Form嵌入到HTML文件內,并且自動產生應用此ActiveX控件的 HTML網頁,如果把ActiveX Form注冊到服務器內,客戶端的用戶就可以通過IE運行設計好的ActiveX Form。

如果應用程序必須訪問數據庫,那么當ActiveX被下載到客戶端的 IE瀏覽器后,如果想讓ActiveX程序訪問數據庫,必須編寫兩個應用程序,一個放在服務器上服務器再通過BDE等中間軟件訪問數據庫,另一個則是被下載到客戶端的ActiveX應用程序。在此B/S模型內,可以完全利用原來三層C/S結構的應用程序服務器的功能,只要把原來客戶端程序改成ActiveX Form程序即可,即把原來Form上的所有組件的代碼復制到Active Form上。

此外 ,Java、Asp、Jsp、PHP、CGI等是比較常用的支持B/S體系結構的開發工具,它們更擅長實現用戶的功能界面。Access、SQL Server、Orecl等是常用的后臺數據庫的開發工具。

2.技術實現

根據教學設計和系統設計的結果和開發工具的特點,使用C++Builder開發學習者探究模塊中的“實驗、搜集數據”子模塊、教師分析與評價模塊和管理模塊中的“查詢”子模塊。而教學平臺的框架模塊及其他功能用ASP、Photoshop、Flash等工具開發。使用C++Builder開發學習者探究模塊中的“實驗、搜集數據”子模塊、教師分析與評價模塊和管理模塊中的“查詢”子模塊需要編寫兩個應用程序,一個是應用程序服務器,一個是客戶端程序。創建步驟如下:

首先編寫應用程序服務器。新建一個應用程序,從Multilitier內選擇新建一個Remote Data Module,放入 Tdatabase,Ttable,TdataProvider控件 ,其中TdataBase直接連接數據庫,Ttable指向Database,DataProvider指向 T able,當然作為數據庫集控件可以放入BDE或ADO的任何存取組件。設定好后運行程序,則該應用程序自動注冊為服務器。

其次編寫客戶端程序。選擇新建Active Form,填入正確的控件名稱,確定后系統產生Active Form模板,可以看出它和普通Form沒有兩樣,在其上放入組件(該組件必須以 TwinControl為基類,如果基于TgraphicControl的控件必須改寫為以 T custom-Control為基類的組件),在數據庫訪問組件中,TDComConnection的ComputerName指向應用程序服務器的地址,ServerName指向應用程序的注冊名字。然后填寫Web Deployment Options則系統會把當前程序編譯成OCX控件,選擇Web Deploy則形成引用當前OCX的網頁。

探究者探究實驗是教學平臺開發中最復雜的一個模塊,下面以此模塊中的實驗、搜集數據子模塊具體說明。

首先,建立一個應用程序(Project1.bpr),相當于應用程序服務器,它包含一個DataServer表單,在這個表單中創建一個ADOConntecion1對象用以建立數據庫連接,它的ConnectionString屬性值為:Provider=SQLOLEDB.1;Password=1;Persist Security Info=True;User ID=sa;Initial Catalog=net—experiment;Data Source=FANG。其次建立四個 T ADOT able對象-ADOT able2,ADOT able3,ADOT able4 ADOT able1,它們分別指向數據表expri—value,expri—start,expri—report—score 和 student—information,并分別給它們配備一個數據泵。然后建立兩個 T ADOQurey對象-T ADOQurey1,T ADOQurey2,并分別將他們和數據庫相連,即把他們的Connection屬性值設為ADOConntecion1。然后編譯程序,編譯后產生一個應用程序服務器名稱Project1.DataServer和一個注冊號。這樣探究實驗過程中需要的數據庫連接就建立好了。

然后,建立Active X應用程序,使它和應用程序服務器連接起來。具體做法是根據需要在相應的Active X應用程序的表單中建立一個 TDCOMConncetion對象(DCOMConncetion1)和若干ClientDataSet對象 (如 ClientDataSet1,TClientDataSet2等),將TClientDataSet對象的 RemoteServer屬性值設為DCOMConncetion1,ServerName屬性值設為Project1.DataServer。將 DCOMConncetion1的 ServerName屬性值設為Project1.DataServer。這樣Active X應用程序就可以通過應用程序服務器來訪問數據庫了。接著,編寫Active X應用程序。根據教學平臺的總體設計,探究者進行“實驗、搜集數據”這一步,當學習者的探究層次選為中、低層次時,允許學習者設置電路中各個電器元件的參數,并說明原因,參數設置后,可以看到實驗結果,如果參數設置合理,則電路導通,否則電路不通。因此,Active X應用程序主要根據實驗原理對學習者輸入的參數進行合理性校驗,并在學習者點擊“確定”按鈕后顯示結果,同時學習者還可通過點擊器件名稱可以看到設置的參數。但是由于篇幅所限,具體代碼及所有界面的截圖全部省略。

三、總結

論文對網絡環境下探究性實驗教學的相關問題進行了初步分析和研究,在技術上提出了將探究思想整合到網絡探究性實驗教學平臺中的一些可行的辦法。但網絡環境下探究性實驗教學還有很多急需解決的問題,例如,對學習者特征的智能分析,并將其整合到教學平臺的問題等,還需在今后的研究中繼續探索。

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1008-469X(2010)05-0016-04

2010-07-21

方麗娟(1978-),女,山東昌邑人,講師,理學碩士,主要從事遠程教育研究。