基于Web 的水處理生物學課程線上教學平臺設計

劉 瑩，陳麗珠，魏宏艷，李雪琪

1.長春建筑學院城建學院，吉林 長春 130607；2.能源應用與環境控制實驗室，吉林 長春 130607

通過線上教學平臺加強教師與學生之間的聯系，可以提升“水處理生物學”的課堂教學效果和教學效率，達到豐富學習過程中的微生物學習資源、激發學生學習興趣等目的[1]。利用互聯網開展教學不僅可以讓學生自主參與到課程的學習當中，還能在一定程度上方便教師了解學生的學習狀況，及時布置教學任務，對學生存在疑惑的題目予以解答；并且教師還能隨堂進行階段性考核，了解學生對知識的理解與應用的能力[2]。文章為解決課堂教學過程中針對性考核和解答等相關功能缺失的困擾，運用Web 技術增加對應專業平臺功能的設計，旨在提升學生的學習興趣與教學效果。

1 線上教學平臺系統硬件設計

基于Web 模式的系統具有良好的跨平臺性，可以將Web 瀏覽器作為用戶與系統之間的交互窗口，運用B/S 結構對平臺的基本功能進行應用與展示[3]。在線上教學平臺的設計過程中，運用三層C/S 架構，能夠有效減少網絡流量累積量的增加，便于進行數據更新與系統之間的連接。其中，三層C/S 架構的示意圖如下所示。

圖1 C/S 架構示意圖

2 線上教學平臺軟件設計

2.1 線上教學應用Web+云計算技術

Web+云計算技術的應用，有助于共享教學資源。其具體操作如下：運用HDFS 對外聲明文件系統的命名空間，將用戶數據保存在命名空間中。在文件系統內部，將保存的文件切割為數據塊，分別保存在不同的NODE 節點中。同時，設置應用主機來驅動程序運行，加強數據服務器與主機之間的通信，減少由數據庫與用戶之間頻繁交流而造成的資源浪費。用戶通過Web 訪問服務器，提出學習請求，Web 服務器端應用HTTP 協議將所需教學資料傳送到主機端，并呈現在Web 中。通過建立瀏覽器與數據庫之間的聯系，完成主要的應用教學任務。對第一層提出的請予以處理，執行相應的任務操作后與數據庫進行連接，將處理結果返回。通過中間控件將第二層與第三層連接起來，對教學資源進行整合更新與共享。運用公開網卡接口來執行ASP 技術，以實現分布式開發與動態更新[6]。如果存在大量教學資源，還需要抓取資源大數據。計算其標準差，設定研究的數據樣本為，通過特征值對大數據分布關系進行描述，公式為：

式中：α 為倍頻參數；i 為不同層分解的標準差；F 為擬合直線的斜率。

通過比較標準差的大小，確定樣本的分布情況，從而抓取數據的關鍵特征。在抓取后通過云計算技術與SQL 的結合能夠更快速地部署在規模較大的計算機集群中，完成線上教學平臺對海量數據的共享。

2.2 線上教學考評

基于Web 的水處理生物學課程線上教學平臺可以進行線上教學考評，其具體操作如下：將考核試卷保存在試卷庫中，使用C/S 架構對后臺數據庫進行管理，以便及時管理調用考核試卷時的安全問題。管理員通過管理入口和身份驗證上傳教師上課需要用到的考核試卷[7]。每個考核試卷都以文件的形式共享，將相關信息寫入數據庫中[8]。將考核結果存儲在考核庫中，將學生的相關測試成績進行登記與存儲，并根據動態評估、階段性考核等結果，形成學生學習成績整理評價表，讓教師據此了解每位學生的學習情況并進行評價。將評價數據形成評價集，對評價集進行賦值，運用平均加權法進行結果運算，計算公式為：

式中：Fi 為整體評價模型；f 為模糊評價矩陣。

對學生的在線學習成果和考核結果進行評價有效性分析。根據計算結果，按照順序得到不同層次之間的模糊等級，完成對教學考核結果的評價。

3 測試與應用

3.1 搭建測試環境

實驗開發環境為MyEclipse10，運用Windows11操作系統，Tomcat-8.0，JDK6.6，結合云平臺數據庫操作系統。在通信過程中，Client.java 負責采集信息數據，打包并按時傳輸；Server.java 負責接收數據包，解析并共享到SQL 數據庫表對應的字段中，結束測試。

3.2 測試與分析

對系統進行應用性測試。第一，在為不同教學要求分類選擇對應資源后，后臺能夠返回該資源的分類信息；第二，實驗進行過程中，測試能否在分類列表中顯示出對應的具體分類信息；第三，對系統運行中能否運用該功能正確顯示兩類資源進行試驗。為保證測試結果的普遍性，共設置20 組實驗，分別在類別總數為1 000、2 000、3 000 時對平臺運行過程中的分類功能進行測試，測得響應時間。將平臺響應時間的閾值設定為0.8 s，響應時間在0.8 s 以下方能達到預期目標。測試得到對應的具體結果如表1所示。

表1 測試結果

由測試結果可知，在對不同類別進行分類后，20個小組的響應時間均在閾值以內，滿足預期目標。這就意味著在執行教學資源分類的工作任務時，設計的線上教學平臺擁有較高的分類速度，應用性能夠滿足設計需求。

為測試平臺運行過程中的穩定性效果，需要以平臺高并發性能為測試對象，運用測試工具Apache進行性能測試。設置測試并發線程數量為5 000 個，平均響應時間設定為0.3 s，平臺能夠承受的訪問量在4 000QPS 以內。開展10 組實驗，對系統承受訪問量進行測試，在超過平臺承受訪問量，平臺發生卡頓現象時記錄數據表示為1，反之則記錄數據表示為0，得到如表2 所示的結果。

表2 測試結果

根據測試結果可知，即使并發訪問量不斷增加的情況下，平臺承受訪問量均沒有發生運行卡頓的現象。從不同小組的測試結果可知，此次設計的平臺具有較高的穩定性，在時間一致的情況下能夠降低錯誤率，減少運行卡頓的情況，符合預期設計目標。綜上所述，測試結果可以反映出基于Web 的水處理生物學課程線上教學平臺整體性能良好，在網絡情況良好的狀態下延遲較低，響應及時，分類速率高，具有較強的穩定性，滿足設計需求。

4 結語

本文從課程線上教學平臺的設計入手，探究了基于Web 的水處理生物學課程線上教學平臺的設計問題。通過對該平臺進行深入研究，使水處理生物學課程在線上教學中更加趨于智能化、實時化。但是該平臺的設計還是存在不足，例如算法的更新問題、時效性問題、信息整體轉化問題等。對此，今后應更加完善計算，進一步優化課堂線上教學平臺，同時加強對教學信息的獨特化展現，促進水處理生物學課程的良好應用與普及。