基于框架式輔助教學的專題自主學習平臺研究

王旭，趙 婭，朱曉敬

（東北石油大學計算機與信息技術學院，黑龍江 大慶 163000）

近幾年來，隨著互聯網的發展，教學的信息化程度越來越高，計算機文化教育已經成為信息化社會的基本要求[1]。教育信息化的工程開展要靠“突破”，而“突破”的關鍵在于能否將教育信息化與各學科的全面整合，這也為利用網絡技術進行教學改革提出新的研究課題方向[2]。當前，在線上教學過程中，運用了大量的網絡和多媒體技術等手段，提高了教學質量和學習效率[3-5]。但在網絡課程網站的設計和開發上還有待進一步完善，如非計算機專業教師如何開發適合其教學需要的網站，由于非計算機專業的教師不具備設計開發網絡課程的能力，同時網絡開發人員不了解課程教學體系。因此，開發出的網絡課程質量并不能得到保證[6]。同時，此類網站的后臺程序要按照教學內容編寫，如果重新構建教學內容就必須修改程序或重新設計開發，這種“定制”的開發模式嚴重影響了教學進度，所以該研究開發了一套基于框架式自主學習平臺，打造出適合課程教學的學生自學平臺[7]。在平臺中，教師僅需按照構建好的框架，進行教學內容上傳等簡單操作，便可自主完成平臺的構建，學生在平臺上可以完成自主學習。

1 平臺總體架構設計

框架式專題自主學習平臺采用Web 數據庫設計技術、多媒體技術和面向對象的程序設計等軟件開發與設計技術[8]，使用Windows 服務器與Access 數據庫系統開發環境。該平臺的設計和實現嚴格按照課程信息化要求，遵循軟件工程、系統工程的標準及教學設計、教學方法的原則。平臺試運行采用模擬實際環境、測試數據等方式，測試其系統功能。

平臺的系統組成原理如圖1 所示，系統由三個子系統組成，分別為“教師專題管理與維護”子系統、“后臺數據庫”子系統和“學生自主學習”子系統。

圖1 系統組成原理

“教師專題管理與維護”子系統包括“導學信息管理”模塊、“自主學習資源管理”模塊、“師生研討及管理”模塊和“師生信息管理”模塊。“后臺數據庫”子系統包括四個數據庫，分別為“專題多媒體資源數據庫”、“專題導學數據庫”、“師生研討及交流數據庫”和“師生信息管理數據庫”。“學生自主學習”子系統包括“專題導論學習”模塊、“自主學習資源”模塊、“師生研討與交流”模塊和“個人信息管理”模塊。“教師專題管理與維護”子系統及“學生自主學習”子系統的各個模塊分別通過相應的數據庫進行協同工作，實現相應的功能。

“教師專題管理與維護”主要功能有：1）完成專題學習信息、多媒體專題學習資源動態的構建及維護；2）解答學生提出的疑問并與學生交流互動；3）發布教學公告信息及教師、學生信息管理等功能，如圖2所示。

圖2 教師專題管理與維護功能結構圖

“學生自主學習”主要功能：為學生提供與本專題相關的自主學習指導信息、多媒體專題學習資源、提供師生和學生之間討論交流互動，以及學生完善個人信息及修改密碼等，如圖3 所示。

圖3 學生自主學習結構圖

平臺構架屏幕的畫面設計，采用了功能區域、色彩分布、提示文字和操作位置相對固定的框架結構。這樣的結構讓用戶無論在平臺的哪個位置都無需過分思考如何操作，避免發生操作迷航的現象。

在平臺頁面設計中，素材設計以文字、圖片等形式為主。圖片格式采用高比例壓縮，可跨平臺使用的GIF 和JPG 兩種格式。界面采用“T”型布局，上方設置導航欄和功能欄，左下方設置主菜單，內容窗口在右下方。此布局主次分明，結構清晰[9]。選擇飽和度相近的顏色作為頁面的背景色。在個性化學習中，學生是主體，學習內容、學習進程是由學生自行掌握，且平臺信息龐大，開放性強。因此，在導航設計上要明確，要符合學生的認知心理，引導學生圍繞教學目標進行有效的學習。在交互設計上加入專題在線交流、留言板、公告板等，保證了師生間、學生間能夠在平臺中交流、協作，共同完成特定的專題學習與研討。

2 數據庫系統設計

數據庫系統設計是為了便于教師將教學相關資源導入到數據庫中，學生可以自主取出，所以在框架式結構設計上就必須把教學資源與程序設計相分離[10]。后臺數據庫采取Access 系統進行數據存儲，Access 存儲的特點是方式簡單，易于維護，支持廣泛，易于擴展，彈性較大等[11-12]。除了教學相關資源外，教學輔導、討論、師生身份信息存儲等都需要數據庫的支持，根據平臺需要，設計了以下數據庫。

2.1 “專題導學”數據庫

該數據庫中的專題介紹表包括本網絡課程名稱、學科教師、課程目標等。參考書目包括具體專題書籍名稱、作者、出版社、出版時間、簡要說明等。專題學習指導表包括具體章節、學習指導等。

2.2 “自主學習資源”數據庫

該數據庫中包含三個數據表，其中文獻資源表用于保存專題學習的文獻數據資源的描述信息、索引信息，包括上傳時間、文獻摘要、文件名稱、文件大小、關鍵詞。微視頻資源表用于保存專題學習的視頻數據資源信息，其中主要包括視頻的特征有上傳時間、視頻描述、文件名稱、文件大小、視頻主題等。音頻資源表用于保存專題學習的音頻數據資源的描述、索引等相關特征，主要包括上傳時間、音頻描述、文件名稱、文件大小、音頻主題。

2.3 “師生研討與交流”數據庫

該數據庫用于存放“師生研討與交流”信息的數據庫。其中留言表用于保存師生在該平臺上的留言信息，包括留言標題、內容、時間、留言人名、閱讀次數。教學公告類數據用于保存教師在本平臺上發布教學公告信息，包括發布時間、標題、內容。

2.4 “教師及學生信息”數據庫

該數據庫用于存放“教師及學生”信息的數據庫。其中學生類信息數據用于保存參加專題學習的學生的相關信息，包括姓名、性別、密碼、專業、年級、院系、住址、電子郵箱。教師信息數據用于保存專題教師的相關信息，包括姓名、性別、專業、職稱、院系、辦公地址、電話、郵箱、簡介。

3 平臺功能模塊

平臺采用Windows應用系統及B/S工作模式[13-14]。該平臺使用范圍面向師生群體，用戶信息量較小，對系統實施性要求不高，所以后臺數據庫采用Access系統進行數據存儲。采用ODBC 數據接口與其他類型數據庫進行連接，對后臺數據庫進行動態操作和管理。使用可視化瀏覽查詢與SQL 查詢兩種方式，SQL 查詢使用SELEC 語句對后臺數據庫中的所有文字段、文本進行查詢，實現單關鍵詞、多關鍵詞的組合查詢。系統平臺采用無組件上傳技術，在客戶端上傳數據無需安裝其他組件，降低了系統對計算機的配置要求。

3.1 教師專題管理與維護模塊

教師專題管理與維護模塊，由教師操作。教師登錄該模塊對身份進行驗證，系統預設姓名、初始密碼。輸入登錄信息后，系統調用身份驗證程序和后臺數據庫進行判斷，如果登錄成功，則進入教師工作界面。導學信息管理為教師登錄后的默認模塊，如果使用其他功能模塊，可在本畫面上選擇相應的選項即跳轉至相應的功能。其中在主頁面選擇師生信息管理，可以跳轉至學生信息管理功能。在該功能下可以對已經登記在服務器數據庫中的學生信息進行管理，包括對某個學生的密碼進行初始化、查看學生“詳情”、刪除學生信息等。如果添加新學生，可在后臺數據庫中添加學生的基本信息，或將已經填寫好的學生信息表格以XLS 格式批量導入數據庫[15]。

3.2 學生自主學習及專題導論學習模塊

學生自主學習模塊，主要由學生操作。學生姓名與初始密碼信息事先由教師上傳，學生輸入信息登錄后，由系統調用身份驗證程序及后臺數據庫進行判斷。如果登錄成功，則進入學生自主學習界面，并可進一步修改個人信息。學生自主學習子系統，為學生登錄后的默認模塊，如果要使用其他功能模塊，可在本頁面選擇相應的選項即跳轉至相應的功能。在學生主頁面選擇個人信息管理選項，跳轉至個人信息管理功能，學生可以使用該功能完善、修改個人信息，或重新設定個人登錄密碼。

專題導論學習模塊設有三種具體的功能，分別為專題介紹、參考書目瀏覽、專題學習指導，它們都是通過調用后臺數據庫信息顯示查找的相關內容，最后以列表的方式呈現出來，便于學生瀏覽閱讀。

3.3 自主學習資源模塊

通過自主學習資源模塊，學生可以對平臺上的多媒體教學資源進行查詢、瀏覽以及微視頻、音頻播放等。其中專題文獻閱讀功能，是在已有的文獻庫中通過對“索引項”設置，查找到需要的文獻，點擊“文獻名稱”即可打開該文獻，對其進行瀏覽。微視頻、音頻播放功能，是在已有的多媒體庫中，通過對“索引項”設置，查找到需要的資料，點擊名稱項即可打開相應內容并播放[16]。師生研討及交流功能，學生需在主頁面選擇“師生研討及交流”選項，跳轉至在線研討頁面，學生利用該功能可以與教師或學生進行一對一、一對多的聊天式研討。在留言功能上，學生可在網上發布留言，并可對留言進行回復及管理。教學公告查詢功能是為學生提供在線查詢和瀏覽教師發布的教學公告。

4 系統測試與評價

4.1 系統測試

系統測試采用在計算機硬件環境下，安裝服務器操作系統和客戶機系統，交替使用達到調試目的。該文設計出兩套調試方案進行測試，調試環境方案1：客戶端操作選用Win7系統，服務器端操作系統為Win2003 Server sp3，數據庫選用Access、Frontpage、ASP，360 瀏覽器等作為網絡開發及調試工具，多媒體設計工具使用Word、Photoshop、格式化工廠，媒體播放器等。調試環境方案2：客戶端操作系統+IIS（服務器端）選用Win7+IIS，其他工具與方案1 一致。

系統采取各個子模塊調試與系統聯調的方式進行程序調試，保證了系統可以達到正常運行。又通過功能測試、邊界值測試及典型數據測試來保證系統的可用性及容錯性。該系統在顯示主畫面后，有四套調用程序，分別由四個按鈕來驅動。在主畫面上點按“課程介紹”按鈕，跳出窗口顯示專題介紹內容。在主畫面上點按“教師簡介”按鈕，跳出窗口顯示教師簡介內容。在主畫面上點按“教師登錄”、“學生登錄”按鈕，分別進入教師登錄界面及登錄學生界面。本系統通過上述調試與測試，較好地達到了設計要求，實現了系統預定的各種功能。

4.2 性能評價

該平臺采取模塊化設計，在編碼及調試過程中，采取整體設計、模塊實現測試、整體聯調的方法進行調試。并對系統進行性能評價，經過對系統的調試及測試，系統基本性能達到設計要求，各子系統及功能模塊均能正常運行。目前，在學生端進行功能測試，如瀏覽所選課程相應的課程輔導材料，進行網上提問等功能。學生能夠在導航的指引下準確地找到相應功能模塊并獲取信息。在教師端進行功能測試，如發布課程信息、布置作業、網上答疑等功能。教師反饋平臺操作簡單，易于上手。在學生端、教師端性能測試上，整體測試效果良好。在同時打開多個網頁，以不同身份進行登錄時，根據平臺資源的使用情況對系統進行評估，性能良好，可投入到網絡輔助教學中。網絡輔助教學工作，在不增加教師工作量的前提下，有望實現全校教學工作的網絡化。

5 結論

在系統分析的基礎上，通過對專題學習平臺的深入研究，對比不同學習平臺優缺點以及線上、線下教育的差異，基于框架式架構，設計了一種新的專題自主學習平臺。該平臺采用B/S 工作模式，通過瀏覽器即可實現原來需要復雜專用軟件的強大功能，從而節省了開發成本。應用框架式結構，大大提高了平臺的可擴展性，測試表明利用框架式專題自主學習平臺，既能夠很好地適應學生自主學習，又簡化了教師端的具體操作，從而一定程度上解決了非專業計算機教師的技術限制。