中學物理自主學習平臺開發

郭超元

【摘 要】物理學是以實驗為基礎的自然科學，自主學習能夠促進物理知識的理解，符合深度學習特征。本文針對中學物理的特點，遵循軟件工程的思想和方法，以技術框架為基礎，進行了功能設計、數據庫設計和核心功能設計。研究內容解決了軟件開發的關鍵問題，能夠提高軟件開發的效率和質量。

【關鍵詞】中學物理；自主學習平臺；開發；功能設計；數據設計；流程設計；關鍵技術

新課程改革以建構主義理論和人本主義學習理論為基礎，遵循人類學習過程的認知規律，強調以學生為中心，強調激發學生潛能和自我實現的學習動機，強調學生對所學知識意義的主動建構。重視學生的興趣和經驗，挖掘學生的自主學習潛力，培養學生的終身學習能力。在課程的實施過程中，加強信息技術教育，培養學生利用信息技術的意識和能力。物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，在現代生活、社會生產和科學技術中有著廣泛的應用。通過中學階段的物理教學，使學生比較全面地理解物理學基礎知識及其實際應用，培養學生的觀察實驗能力和科學思維能力。在物理教學中，要重視基本概念和規律，加強演示和學生實驗，密切聯系實際，不斷提升知識能力和綜合能力，適應新世紀對人才的需求。

終身學習既是一種積極的生活態度，又是新世紀基本的生存素質。隨著信息時代來臨，學生依靠課堂獲得的信息已經不能適應社會發展，終身學習成為時代主題，學校是培養終身學習能力的主陣地。終身學習能力的核心是自主學習能力，自主學習能夠促進對學習內容的理解，符合深度學習的特征。“未來的文盲不再是不識字的人，而是不會學習的人”，培養學生的自主學習能力，以及會學習和想學習的思想意識，是學校教育義不容辭的責任。自主學習教學模式依賴于自主學習平臺來實施，自主學習平臺以知識點為中心，以能力測試為手段，提供集教、學、練、考、評等功能于一體的網絡課程學習平臺。本文針對中學物理的特點，開發自主學習平臺，為提高中學物理教學質量、推進素質教育實施和培養學生的終身學習能力服務。

1 技術框架

JAVA和MS.NET是目前最為流行的軟件開發技術框架，本平臺選擇MS.NET框架。MS.NET框架（Microsoft .NET Framework）是基于Windows操作系統的軟件開發工具，是集軟件開發、系統發布和網絡集成于一體的軟件開發平臺。MS.NET框架封裝了操作系統，實現了與其他平臺的顯示技術、組件技術和數據技術的高度集成，便于開發人員建立Web應用程序和Web服務，開發Internet應用程序就像開發桌面程序一樣簡單。MS.NET框架主要由三個部分構成：公共語言運行時（Common Language Runtime）、服務框架（Services Framework）和上層的兩類應用模板——傳統的Windows應用程序模板（Win Forms）和基于ASP.NET的面向Web的網絡應用程序模板（Web Forms和Web Services）。MS.NET框架結構如圖1所示。

圖1 MS.NET技術架構

圖1中，.NET Framework類庫是生成.NET應用程序、組件和控件的基礎，是基于命名空間（Namespace）的組織方式，提供了數據訪問操作功能，確保在短時間內完成應用程序開發；公共語言運行庫（Common Language Runtime）主要負責運行時的一些服務，包括內存管理、即時編譯、公共類型系統和版本管理等。

2 功能設計

中學物理自主學習平臺主要由學生用戶、教師用戶、管理員用戶和家長用戶等四類用戶構成，其中，學生用戶主要是使用資源進行自主學習，教師用戶主要是管理資源并指導學生學習，管理員用戶主要是系統維護和配置管理，家長用戶主要是了解和監督學生學習。平臺由資源學習資源、學習空間、公共信息和系統維護等四大功能模塊構成，其中，學習資源，用于管理各類中學物理學習資源，主要面向教師用戶；學習空間，用于實施自主學習的相關功能，主要面向學生用戶；公用信息，提供各種信息以及信息發布和交流等，面向所有用戶；系統維護，用于保障系統運行，面向管理員用戶。平臺功能構成如圖2所示。

3 數據庫設計

數據庫設計是軟件開發的重要工作，用于構造最優的數據結構，保證數據存儲和訪問的有效性。通常的數據庫設計以需求分析為基礎，核心工作是數據存儲表的邏輯結構設計。邏輯結構依賴于數據庫管理系統，本平臺基于MS.SqlServer數據庫管理系統。

圖2 中學物理自主學習平臺功能結構

由于涉及的數據存儲表較多，限于文章篇幅，本文以學習資源存儲為例進行邏輯結構設計，如圖3所示。

圖3 物理學習資源的邏輯結構關系

圖3所示的物理學習資源的邏輯結構關系，由資源類別（ResourceCategory）和資源文件（ResourceFile）兩個表構成，兩個表之間是“一對多”的聯系，即一個“資源類別”存在多個“資源文件”，但一個“資源文件”只能對應一個“資源類別”。兩個表之間的一對多聯系通過建立外關鍵字“FK_CategoryFile”維護，“資源類別代碼”是一端的主關鍵字和多端的外關鍵字。“資源類別”表由“資源類別代碼、資源類別名稱、資源類別說明”等三個字段構成，“資源文件”表由“資源文件編碼、資源文件標題、資源類別代碼、上傳日期時間、資源上傳人員、物理資源來源、搜索關鍵字、資源存儲路徑、資源使用工具、資源內容簡介”等10個字段構成。

4 核心功能流程

中學物理自主學習平臺的核心功能是在線學習模塊，學生使用平臺的大部分時間都是使用該模塊，該模塊的功能和性能直接影響學生的學習效率，間接影響平臺的推廣和應用前景。處理流程如圖4所示。

圖4 在線學習處理流程

對于圖4所示的在線學習處理流程，用戶進入“學習平臺主頁”后，輸入“用戶名和密碼”，如果不正確，提示重新輸入，如果正確，顯示“系統主菜單”，用戶選擇“在線學習功能”后，進入“在線學習頁面”，用戶選擇“在線學習方式”，搜索“在線學習資源”，選擇“在線學習資源”后，開始“物理在線學習”。在學習過程中和學習完成后，用戶可以重新在“系統主菜單”選擇其他功能，或退出系統。

5 開發關鍵技術

本系統實現，主要涉及以下三項關鍵技術：

（1）數據訪問。ADO.NET是MS.NET提供的數據訪問模型，本平臺基于ADO.NET設計數據訪問類，通過重載，節省代碼，減少函數或過程名；通過封裝，可以不受代碼或程序的影響，只與當前實例有關。

（2）頁面設計。頁面設計使用HTML設計頁面格式及鏈接信息。ASP.NET提供HTML控件和Web控件。HTML控件用于信息顯示，不具有方法和事件；Web控件在服務器端被解釋，創建了更高級別的抽象。

（3）報表輸出。報表輸出可以是屏幕預覽、文件存儲或打印機輸出。PrintDocument是MS.NET內置的打印組件，但不適合于數據項太多的打印。本平臺使用水晶報表Crystal Report，提供靈活的功能。

【參考文獻】

[1]周鵬.中學物理教學中學生自主學習能力培養[J].才智，2016，16（23）：199-199.

[2]趙瑩，薛猛，石書英.《中學物理教學法》自主學習平臺的設計及評價[J].中國教育信息化，2007，13（2）：66-68.

[3]駱霞權.基于ASP.net的自主學習系統的設計與實現[D].青島理工大學碩士學位論文，2016.

[4]楊翎.NET平臺的實踐教學管理系統設計分析[J].赤峰學院學報（自然科學版），2017，33（10）：32-33.

[責任編輯：朱麗娜]