計算機實驗的自助學習平臺設計與實現

李勤，師維

（四川大學計算機學院，成都610065)

計算機實驗的自助學習平臺設計與實現

李勤，師維

（四川大學計算機學院，成都610065)

目前，傳統的被動教學方式不能滿足高校學生的學習需求。學生對網絡為主導的自助學習模式的接受程度越來越高。然而，計算機實驗課程環境搭建復雜，學習資料分散，問題個性化。基于這些特點，設計并實現一個信息化自助學習平臺，由此提供整合的課程資料、軟件工具和習題，重點解決自學過程中針對性問題的解答途徑。該平臺具有拓展性，能適用于其他相關的學科課程。

自助學習；計算機實驗；系統設計

0　引言

傳統的高校教學模式主要依賴于教師傳授和教材輔助。在整個教學過程中，學生處于被動接受的狀態。這打擊了其主動性，制約了隱形知識的挖掘，限制了創造性的發揮。隨著新媒體技術的發展和網絡的普及，當代大學生的學習模式正在變化。一項針對高校學生的調查顯示[1]：當學習遇到困難時，42.9%的學生首先想到利用網絡尋找問題的答案，29.3%的學生傾向于請教教師和同學，15.2%的學生把教材作為獲取知識的首要途徑，11.6%的學生認為圖書館查閱資料是解決問題的第一方式，0.4%的學生放棄解決問題。由此可見，自助學習已經成為高校學生廣泛接受的一種學習模式。

基于以上現狀，系統嘗試針對計算機專業的實驗課程，設計和實現一個內容整合、交流靈活、信息暢通的自助學習平臺。

1　系統分析

自助學習的過程中，學生面臨各種阻礙。上述調查發現，70.2%的學生在自主學習的過程中搜索到的可用資源不到50%，只有6.2%的學生得到的可用資源到達80%以上。知識獲取是大多數自助學習的學生面臨的一個突出問題。目前，各高校已有的自助學習系統主要提供電子教學材料，如教師的課件、教案等。部分系統提供網絡資源輔助[2]，主要內容為課程相關練習和網站鏈接。還有部分系統設計了對自助學習結果的測試功能[3]，便于教師適時調整教學內容和進度。就計算機專業的實驗課程特點而言，工具軟件多、環境配置雜、編程錯誤個體化。常規的自助學習系統導致以下幾個問題：第一，靈活知識得不到準確解答；第二，缺乏思路引導，導致知識點生硬難理解；第三，網絡資料內容繁多，錯誤層出不窮。

因此，系統設計為學生和教師共同參與，以學生自主學習為主，教師指導為輔的學習平臺。學生自學方式為資料閱讀、工具下載、習題練習和求助。學習資料由教師提供，包括教學材料和擴展學習資源。當遇到無法通過教材、網絡等解答難題時，學生可向其他同學和教師求助，使得更有效、準確地解答。

2　系統設計

2.1模塊設計

計算機專業的實驗課程是理論課程后續的實踐課程。系統設計為由教師提供相關資源，避免了網絡上相同軟件版本雜、病毒多的問題，免去學生尋找和拷貝資源的困難。同時，教師配套錄入實驗習題和拓展思考題，讓學生有自主動手的方向，有助于鞏固和提高理論課程所學知識。實驗課程與其他課程最大的區別在于實驗課程注重實踐操作，但實踐操作中出現的問題往往不能在課本甚至網絡上找到答案。并且，很多時候這些問題不單單可以通過文字描述表達清楚的。然而，同一階段進行實驗的同學和教師最能了解學生的問題，系統由此設計基于文字和截圖的相互求助的功能。

系統根據課程特點，遵循模塊間低耦合、模塊內高聚合的原則，按用戶類別設計功能模塊如圖1所示。

圖1　

（1）資料模塊。它包括課程資料和相關實驗工具的上傳和下載。教師登錄到系統，錄入課程信息，并上傳課程資料和實驗工具；學生根據課程、教師等信息查找所需資源，并實現下載。

（2）習題模塊。教師針對課程和章節信息實現習題、提示、答案的錄入或批量導入；學生根據教學進度查閱習題和答案。

（3）求助模塊。學生可輸入求助問題，包括求助題目、關鍵字、問題描述和實驗中的相關截圖信息。系統根據關鍵字查詢類似問題，輔助學生解決。學生也可發布新問題，指定同學或教師回答。同學或教師收到求助信息，填寫應答信息。應答信息包括文字表述、鏈接或截圖等。學生若不滿意應答內容可再次發起提問。

（4）系統模塊。該模塊供管理員使用。主要功能為用戶管理，分別完成對學生、教師和管理員的權限管理。

2.2類的設計

系統的主要類有用戶、課程、資料、習題、問題、做題記錄、應答信息等，類圖如圖2所示。用戶通過用戶ID和密碼實現系統登錄。管理員、教師和學生繼承用戶類。管理員通過方法調用實現對用戶信息的管理操作。教師和學生由課程進行關聯。教師和學生能分別對資料、習題和問題進行操作。教師實現資料和習題錄入，以及問題的應答。學生實現資料和習題查找下載，以及求助提問。做題記錄和應答信息通過成員變量分別與習題和問題關聯。

2.3數據庫設計

系統基于關系數據庫建立。根據模塊的設計，主要創建的數據表為管理員信息表、學生信息表、教師信息表、課程信息表、選課信息表、資料信息表、習題信息表、求助問題表、應答信息表。具體如下：

表1　

3　系統實現

系統采用B/S結構，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，簡化用戶使用操作。用戶通過終端瀏覽器發出HTTP請求數據包，系統處理請求并結合瀏覽器的腳本語言做出響應。它包含三層結構[4-5]：數據服務層、業務邏輯層和表示層。數據服務層處理數據，并提供相應的數據結果；業務邏輯層對事務進行處理，并將處理后的請求交由數據服務層進行數據處理，返回數據封裝為應用服務組件；表示層實現系統界面的顯示，并對用戶提供界面交互。

在開發中，系統基于.NET Framework框架實現。前端集成開發環境選用Visual Studio 2010，后臺數據庫為SQL Server 2005，基于IIS 6.0發布。

圖2　

3.1用戶管理模塊的實現

系統通過ASP.NET提供的支持用戶、角色和配置文件的應用服務程序實現用戶管理。ASP.NET包含一個SQL Server Provider，從而允許成員服務與SQL Server數據庫通信。通過應用服務程序與Provider的通信，登錄的各個控件最終將用戶相關數據存儲到后臺數據庫。SqlMembershipProvider處理創建用戶、登錄和密碼重置的成員服務。SqlRoleProvider處理角色相關的任務。

3.2資料模塊和習題模塊的實現

資料模塊包括教師上傳和管理，學生查看和下載兩個主要部分。數據的更新和顯示是該模塊的核心部分。數據源控件從數據庫檢索數據，然后將其提供給數據綁定控件。數據源控件SqlDataSource創建數據驅動的Web功能頁面。數據綁定控件DetailView和Grid-View控件指明SqlDataSource控件需要進行的數據操作。DetailView控件實現單項記錄的顯示，GridView控件實現記錄列表的顯示、編輯、刪除、排序。除此之外，列表還需建立篩選器。例如，當學生從DropDownList里面選擇資料類型后，GridView控件只顯示所選類型的資料。為了篩選數據，使用SqlDataSource控件的元素，代碼如下：

ConnectionString="<%$my_connection_string%>"

SelectCommand="SELECT*FROM[tbl_ressource] WHERE([TypeID]=@TypeID)">

PropertyName="SelectedValue"Type="Int32"/>

習題模塊的實現類似于資料模塊，都具有顯示、編輯、刪除、排序和篩選功能。但習題模塊需要建立習題答案對應的數據庫表，并增加習題作答、查詢等相關界面。

3.3求助模塊的實現

學生求助模塊是系統最重要的一個部分。根據系統設計，該模塊要實現學生對教師和其他同學的求助功能。學生在進行求助之前將向系統查詢是否存在類似相關問題，再由學生選擇決定是否需要進行求助。當求助無人應答或答案不能解決學生的問題時，學生可對問題進行修改，并再次發起求助，直到得到滿意答案為止。求助流程如圖3所示。

圖3　

系統查詢是否存在類似相關問題時，將根據錄入的關鍵字自動對解答庫進行站內搜索。解答庫列表question_list建立以下四個項目：ID（問題ID）、title（問題題目）、keyword（問題關鍵字）、URL（問題鏈接地址）。搜索程序對title和keyword進行搜索，代碼如下：

發出求助問題后，問題ID和指定求助人ID在表tbl_question中關聯。指定人的解答界面查詢對應問題ID，予以顯示。若無指定求助人，求助人ID將為所有教師和學生的ID段，即教師和學生都將收到求助信息。得到滿意解答后，系統將解答的問題錄入question_list中，代碼如下：

4　結語

本文結合計算機專業的實驗課程特點，設計了一個資源集合、師生共筑的自助學習平臺。平臺采用B/S結構，實現了課程資料和工具的提供，習題和答案的查看，以及問題求助功能。通過求助的方式重點解決了自學中針對性問題的解答途徑。該系統旨在解決實際問題，但它不僅適用于單門學科，還具有推廣性。系統可以融合所有涉及資源整合的課程，以門戶形式供學生查詢、下載和交流，對其他學科具有參考和實用價值。

[1]羅林．基于知識管理的網絡自主學習平臺研究[D]．重慶：西南大學，2010.

[2]吳春華．基于Web的英語自助學習系統的設計與實現[D]．四川：電子科技大學，2013.

[3]沈建榮．具有自適應功能的學生自助學習系統的設計與實現[D]．江蘇：蘇州大學，2011.

[4]高揚.基于.NET平臺的三層架構軟件框架的設計與實現[J].計算機技術與發展，2011(21):77-85

[5]陳傳波，夏以兵.基于ASP.NET技術及三層網絡架構的權限管理系統模型[J].計算機工程，2003(29):101-178

Design and Implementation of Self-Learning Platform for Computer Experiment

LI Qin,SHI Wei
（College of Computer Science,Sichuan University,Chengdu 610065）

Currently,the traditional passive teaching methods can’t meet the learning needs of undergraduate.At the same time,self-learning with network is increasingly accepted by university students.However,building environment for computer experiment course is complex.Also the learning materials are disperse.Moreover,the problems of learning are personalized.Based on these features of computer experiment course,designs and implements an informationized self-learning platform,on which integrated course materials,software tools and exercises are all available.In addition,it offers ways to answer the targeted questions during the self-learning process.Above all,the platform is highly scalable,which means it can be applied to other courses.

Self-Learning;Computer Experiment;System Design

2015年四川大學實驗技術立項資助項目（No.2015-110）

1007-1423（2016）16-0063-05DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.16.018

李勤（1987-），女，重慶人，碩士研究生，助理實驗師，研究方向為計算機網絡和信息系統

2016-04-21

2016-05-25

師維（1985-），男，四川成都人，碩士研究生，助理實驗師，研究方向為計算機應用