交互式小學教學平臺系統的設計與研究

潘智

(南京市秦淮實驗小學， 江蘇, 南京 210022)

0 引言

隨著網絡技術、信息技術和計算機科學的飛速發展，線上教學變得越來越普遍。目前，電腦、手機等智能終端的更新換代，賦予了線上教學越來越豐富的形式[1-5]。然而，無論是視頻教學，還是在線課堂，通過網絡進行學習的過程中，很難對傳統教室的學習環境進行模擬。小學是學生受教育的啟蒙階段，在學習過程中，良好的學習環境、教師與學生之間知識和情感的交流，能夠在很大程度上幫助小學生建立完善的知識架構以及正確的世界觀和價值觀。因此提高在線教學平臺的交互式體驗感十分重要。近年來，眾多相關領域的研究學者也都十分注重網絡教學平臺系統的交互式設計[6-8]。

在進行在線教學平臺系統的交互式設計中，通常需要遵循4大原則[9]。第一，內容交互和情感交互相結合。教學內容是進行線上教學的主要內容，良好的內容交互感能夠幫助學生快速實現對教學資源的認知；情感交互為輔，主要是幫助學生建立持續進行的認知活動。第二，實時交互和離線交互相結合。線上教學過程中存在著實時交互行為和非實時交互行為。實時交互能夠提高線上教學的真實感，然而，由于教師和學生時間不易協調，離線交互占據了線上教學的大部分時間。第三，教師控制和學生控制相結合。學生控制為主，教師控制為輔，學生控制能更合理地安排學習時間和進度；教師適當的控制能輔助學生進行更為順暢的自主學習；第四，傳統交互和網絡交互相結合。以網絡交互為主，利用網絡進行豐富、先進、靈活的交互式學習；以電話、傳真、郵件等方式進行輔助，以確保在出現網絡故障時保證教學的交互性。

基于以上原則，本文設計了一種交互式小學教學平臺系統，介紹了其整體架構、邏輯架構和硬件架構；并對交互式教學的關鍵技術進行了闡述。

1 交互式小學教學平臺系統的整體架構

本文所設計的交互式小學教學平臺系統的整體架構，主要分為用戶模塊和管理員模塊，如圖1所示。

圖1 交互式小學教學系統平臺的整體架構

用戶模塊分為個人模塊、討論模塊、資源管理模塊和資源共享模塊。個人模塊包括學生模塊和教師模塊，學生模塊是針對于學生進行自主學習開發的模塊，其主要功能是學生進行自主學習管理和自我展示，例如進行資源獲取、提問、發布學習心得、提交作業等；教師模塊是針對教師教學開發的模塊，其主要功能是教師向學生發布學習資料、學習任務、與學生進行交流等。討論模塊是所有用戶均可以利用的模塊，教師和學生可以在討論模塊發布自己感興趣的討論話題，也可以進入自己感興趣的討論話題發布觀點，展開討論。資源管理模塊是教師或是學生在針對自己所完成學習的資料進行分享、展示的模塊。教師和學生還可以在該模塊展開對自己完成的學習任務進行討論，對資料進行完善和擴充。資源共享模塊的主要功能是對教師或學生上傳的資料以及數據庫中所包含的資料進行儲存，且用戶可以對這些資料進行調取、查閱等。

管理員模塊分為系統管理模塊和用戶管理模塊，這2個模塊的功能僅對管理員進行開放權限。系統管理模塊的主要功能是進行系統管理和討論模塊管理；其中，系統管理主要包括系統所適配的學科、年級等信息管理以及系統運行日志的管理；討論模塊管理主要涉及討論話題、板塊、用戶留言進行審核和刪除等管理活動。用戶管理模塊的主要功能是對教師用戶和學生用戶進行管理。例如，注冊時用戶類型的管理、用戶名稱和密碼的管理，以及用戶的個人信息、用戶的系統分配和權限分配等管理。

該系統主要以離線式交互為主，用戶在討論模塊、資源管理模塊和資源共享模塊均能夠進行良好的離線式交互學習；在個人模塊，學生和教師可以進行實時交互，模擬傳統課堂環境。

2 交互式小學教學平臺系統的邏輯架構

這個交互式小學教學平臺系統是基于MVC模式進行構建的，其邏輯架構如圖2所示。主要由表示層、邏輯層和持久層構成。表示層主要功能是供用戶進行在線交互學習，主要表現形式是視圖形式，邏輯層的數據和結果以視圖形式展現在表示層，用戶接受更為直觀；邏輯層的主要構成是控制器，其主要作用是剖析用戶請求、調取合適模型、進行邏輯處理；持久層由模型和數據庫構成，數據庫中儲存了模型所涉及業務的數據和資料，模型定義了控制器工作的邏輯規則。

圖2 交互式小學教學系統平臺的邏輯架構

3 交互式小學教學平臺系統的硬件架構

本系統采用B/S架構進行設計，其用戶工作界面為Web瀏覽器(參見圖3)。

圖3 交互式小學教學系統平臺的硬件架構

本系統的硬件架構包括了數據庫服務器、Web服務器、管理服務器、網關服務器以及管理員客戶端、教室客戶端和學生客戶端。數據庫服務器中儲存了相關的學習資料信息、數據、邏輯處理規則等，用戶和管理員可以通過相關指令進行調取、查閱、增加、刪除等操作；數據庫服務器具有Web服務器接口和管理服務器接口。Web服務器主要進行業務邏輯處理，與網關服務器相連，實現用戶的資源共享與交互式學習；管理服務器的功能是對系統運行和用戶信息進行儲存和管理。管理員、教師和學生分別可以通過相應的客戶端進行管理、交流和學習的相關操作。

4 交互式小學教學平臺系統關鍵技術的實現

資源的管理是系統的核心功能。系統基于MVC設計，利用PostsController控制器進行資源管理，可以進行學習資源的添加、編輯、刪除、顯示等。資源管理的功能是基于CakePHP框架進行設計的，調用資源的方法為list()方法，編輯資源的方法為edit()方法，添加資源的方法為add()方法，刪除資源的方法為del()方法，隱藏資源的方法為hide()方法，顯示資源的方法為show()方法。在用戶利用list()方法進行資源調用時，若為首次調用，系統直接根據相關信息調取資源，然后直接進行編輯狀態；如果用戶進一步利用edit()方法對其進行編輯，那么則進一步利用add()方法將編輯后的資源添加到列表中；若要顯示該資源，則利用show()方法進行展示；若需要隱藏，則利用hide()方法進行隱藏。相關代碼參見圖4—圖6。代碼中設計了set，redirect，find等方法。其中，set方法是本系統實現交互式的主要方法，通過調用set方法實現數據在視圖中的展示，redirect方法用來控制用戶定向訪問網址，find方法用來調取數據庫中的標準方法。

圖4 交互式小學教學系統平臺調用和添加資源的代碼

模型不僅具有數據表處理功能，還包含數據校驗規則。在CakePHP框架中，模型的功能強大，控制器對學習資源的訪問、資源命名規則與數據庫關聯、學習資源數據格式約束都需要通過模型實現。在本交互式教學平臺系統中，模型的主要功能包括了邏輯業務處理規則、資源標題規則、資源內通規則等，例如用戶添加的資源命名長度是否符合規則要求、內容的字符數是否符合要求等。本系統的模型構建代碼參見圖7。

圖5 交互式小學教學系統平臺編輯資源的代碼

圖6 交互式小學教學系統平臺隱藏和顯示資源的代碼

圖7 交互式小學教學系統平臺的模型構建代碼

系統模型在表示層以視圖的方式呈現給用戶，視圖是用戶與平臺進行交互的接口，是實現本系統交互式體驗的主要方式。系統視圖構建代碼見圖8。其中涉及了create方法、error方法、post方法、input方法等。其中，create方法是用來定義用戶標簽，post方法進行用戶數據處理，error方法的主要功能是顯示錯誤，input方法用來生成新的輸入框。例如用戶輸入資源信息，若符合規則，則post表明擁有其模型，然后調取規則對其進行邏輯業務處理；若不符合規則，則通過error顯示錯誤提示。

圖8 交互式小學教學系統平臺的視圖構建代碼

5 總結

本文設計了一種交互式的教學平臺系統，該系統的主要結構包括個人模塊、討論模塊、資源管理模塊、資源共享模塊、系統管理模塊和用戶管理模塊。該系統以離線式交互為主，實時交互為輔。用戶在討論模塊、資源管理模塊和資源共享模塊均能夠進行良好的離線式交互學習；在個人模塊，學生和教師可以進行實時交互，模擬傳統課堂環境。本系統的交互式功能是基于MVC，CakePHP框架進行設計，利用PostsController控制器進行資源管理的。實現交互式學習的主要形式是將模型以視圖形式在表示層展現給用戶。