《互换性与技术测量》课程网络教学平台的设计与实现

王东生

（铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

1.引言

21世纪高等教育具有指导性、综合性、社会性、终生性和创造性五大特征，其中教育的社会性就是指教育的开放性和网络化，计算机技术和网络技术的发展，为建设一个开放式学习环境创造了条件，为网络教学提供了强有力的技术条件保障。网络教学平台具有交互性、共享性、开放性、协作性和自主性等特征[1,2]，在课程内容的组织、知识的传授等方面既保持了原课堂教学的特点，又扩充和拓展了课程教学；既有利于学生的学习，又方便师生交流，因此可以提升课堂教学、提高教学效果，有利于对学生学习的正确引导，增强学生学习的自主性、趣味性和对课程内容的可接受性，进而实现提高教学质量，促进高素质应用型人才培养的目的[3,4]。

虽然经过各方面的努力，近年来我国网络教育取得了快速的发展，也获得了一定的成果和经验，但在技术措施和体系结构等许多方面还都存在一些问题，与先进国家相比更是有明显的差距，普遍存在标准缺乏、交互性差、个性化差、系统的智能性不够、系统能力弱及系统的资源库内容不丰富等缺点。一个理想的网络教育系统不仅应该具有广泛的覆盖性、高度的交互性、良好的跨平台性等特点，同时也要具有智能型、界面友好、个性化等特征[5]。目前基于系统工程的角度来建设网络教育系统是研究热点，同时迫切需要采用IEEE LTSC标准和JSP技术来促进网络教学平台设计的规范化和标准化。

《互换性与技术测量》课程是高等院校机械类、仪器仪表类和机电结合类各专业必修的一门重要的技术基础课，是联系设计系列和工艺系列课程的纽带，也是架设在基础课、实践教学课和专业课之间的桥梁。课程显著特点是：概念术语多、标准原则多、符号代码多、涉及的知识面广。在传统的课堂教学过程中，老师普遍感到课程难上，而学生对知识也不易很好的掌握。为了充分利用教育资源，提高教学过程中的交互性和主动性，本文开发了基于JSP的《互换性与技术测量》课程网络教学平台，系统实现了老师和学生的双向交流，具有动态交互功能，对提高教学效果和教学成绩将起到极大的促进作用。

2.网络教学平台总体设计

2.1 网络教学系统的设计思想

网络教学平台中的教学资源和用户的管理、组织及协同配合是其需要解决的主要问题。系统最基本的功能是把教学资源放在网络平台上供学生学习，而在平台上老师与学生以及学生与学生之间的便利沟通与交流，即良好的交互性，可以充分发挥网络教学系统的效果。因此，在平台设计时要充分考虑系统界面的友好性以及动态交互性，另外在实现系统功能时也要同时考虑访问系统数据的高速性、安全性和稳定性。

根据网络化教学模式的基本要求，本《互换性与技术测量》课程教学平台要实现基于Web的既可适用于课堂教学，也能满足远程教学的要求，另外要能够动态反馈学生的学习情况，同时要能够支持windows可识别的一切媒体。就其应用特点而言，应以学生自主学习为主，而老师要主导贯穿始终。

2.2 网络教学平台的结构模式

本网络教学平台采用浏览器/服务器(Browser/Server，简称B/S)结构模式。B/S模式是由客户机/服务器(Client/Server，简称C/S)计算模式和终端－主机计算模式发展而来的，具有跨平台开发能力，同时具有费用低、扩展性强，界面友好等优点[6]。在传统的C/S结构模式中，客户机一方面要负责事件输入和图形显示，另外还要把业务处理规则和应用逻辑一并（或部分）放在客户机上，客户端需要配置操作系统、网络协议软件、客户机软件、开发工具、应用程序等几层软件，因而变得庞大臃肿[7]。而在B/S结构模式中，客户端只要安装操作系统、浏览器和网络协议软件，而把业务处理规则和应用逻辑等放在服务器，因此，所有的应用软件的开发和维护工作都集中在服务器一侧，这样客户机就比较简单[8]。B/S结构模式具有终端－主机系统模式的特点，同时又具有C/S结构模式分布式计算的优点。B/S结构模式是一种多层次的平面型网状结构，网络用户通过客户机上的浏览器以动态交互式学习方式访问服务器上的各种资源。现阶段在B/S结构模式中的采用的主要语言有 Java、Html、VB、Delphi等。 网络教学平台的结构模式如图1所示，它主要有服务器、浏览器、数据库以及教学资源等组成。

图1 网络教学平台的结构模式

2.3 网络教学平台的基本架构

网络远程教学系统是以Web为载体，开展教学工作的软件平台。它利用Internet技术实现了分布式教学，在服务器上的教学平台可以接受许多用户同时访问，从而极大的提高了教学资源的利用效率；同时，在这种网络教育模式下，教学可以不受时间、空间或者地域的限制，为学生自主学习提供了良好的学习环境，同时也强有力的支撑了以学生为中心的教学模式。

网络教学系统的主要作用是可以让老师利用网络教学平台实现高效的教学资源传播，促进高质量的师生互动，从而形成开放、互动的教学模式，更好地培养学生的多方面学习能力、分析问题、解决问题以及创新能力；同时老师通过网络教学平台还能够对学生的学习进行有效的监控和了解，提高教学资源的利用水平和管理水平。而对学生而言，通过该教学平台可以充分利用学校的教学资源，培养自主学习和协作学习能力，提高学习效果。

网络教学平台总体设计框架如图2所示。

图2 网络教学平台总体功能

网络教学系统各模块主要功能如下：

（1）登录/注册模块：主要是用来注册不同的用户，总体上用户包括学生、老师、管理员等几个级别，不同级别的用户赋予不同的访问权限。

（2）课程学习模块：包括理论课学习、实验指导、网上作业及网上考试四部分。

1）理论课学习：主要包括课程介绍，教学大纲，教学计划，教学CAI课件，教学参考资料等内容。

2）实验指导：包括实验大纲，实验全部过程的视频及动画等，这样在实验之前学生可以预先观看正确的操作演示，一方面可以提前了解实验的内容、要点和步骤，同时可以减少实验过程中的盲目性，提高动手操作实验的效率和实验教学的效果。

3）网上作业：包括老师对作业的布置和分发，学生作业的提交，老师作业批改和反馈。

4）网上考试：在网上考试模块中，对老师身份功能设计中主要包括：题库管理，试卷管理，成绩管理，考试监控等，而学生身份功能包括：查看考试公告，在线考试，成绩查询等。网上考试的核心部分是学生的在线考试和老师的在线阅卷，整个过程如图3所示。

图3 网上考试工作流程图

（3）师生交流：包括师生论坛和聊天室。让每个师生都参与进来，让网络教学平台互动起来，师生论坛包括学生提问模块、老师答疑模块。师生论坛界面采用BBS形式，学生提问与老师/学生回答是异步的，学生提出问题后，管理员把问题放在留言板或BBS论坛上，所有用户都能对问题进行回复，学生彼此间也能看到老师或别的学生对这些问题的解答，真正做到了老师与学生之间的互动以及学生与学生之间的互动。另外，通过聊天室或即时通信工具，如MSN、QQ、ICQ、Skype、UC等，可以进行更方便的面对面的视频和语音的实时交流或答疑。聊天室是一种实时的网上交流的方式，学生可以在聊天室内对某一问题展开自由讨论，相互交流、启发。老师也可以加入到聊天室中进行答疑、指导等。

（4）网站管理：主要的功能是对教学平台的用户及系统资源进行管理。用户管理分为学生、老师和管理员的管理，其中管理员具有最高的权限，其可以对所有用户进行删除、查询、修改等操作(包括对老师“职称”、学生“专业”及用户名的模糊查询)。资源管理主要是由管理员实现一些非教学资源的上传、下载和删除的管理；由老师将课程教学资源上传到平台，方便学生在线学习或下载后的学习，而学生能够浏览并下载任课老师上传的所有资料。

3.网络教学平台的实现

在网络教学系统中，采用B/S计算机网络体系结构，使用动态网页技术JSP完成浏览器页面设计。该结构可将内容的生成和显示进行分离，使网络开发人员能专注于应用逻辑的处理，从而加快开发速度，提高系统质量，并降低开发难度[9,10]。通常教学平台对可移植性、可管理性、易用性要求很高，同时系统成本不能太高，因此数据库系统采用常用的SQL Server 2000，而Web服务器使用Tomcat Server。

网络教学平台用户界面是用户和系统环境之间的接口。用户界面主要提供友好、高效的工作环境，使操作轻便快捷。系统程序运行于服务器端，网页视图界面都采用技术实现，在设计中遵循网页设计原则。

其中用户登录身份验证主要通过判断用户名和密码是否匹配。把输入的用户名和密码与数据库中的个人资料进行对比，如果存在相应的记录，登录有效，否则登录错误，这样可以有效的限制未注册用户进入网络教学平台的各个功能点。这个模块的主要处理流程如图4所示。

图4 平台登录/注册模块处理流程

4.网络教学平台测试

网络教学平台测试是平台开发过程中必不可少的一个重要环节，其可以保证系统运行的可靠性、安全性和稳定性，通常测试工作始终贯穿于平台开发的整个过程[11]。在系统的各个功能模块设计完成之后，要根据实际需求，对各个子模块分别进行测试。在整个网络教学平台开发结束之后，还要对系统的整体性能进行测试。教学平台测试的主要目的包括：测试系统的功能，评价是否满足具体的技术要求；测试平台运行的稳定性与可靠性，衡量系统的质量；测试平台的安全性；发现平台中存在的不足与缺陷，并进行完善和解决；测试平台的性能，发现系统性能的瓶颈，并提出应对措施。

在系统测试过程中通常采用自下而上，分步验证的方法，通过单元、组合、确认、系统、验收等测试阶段，从不同的方向、不同的侧重点对系统进行全面的测试[12]。本网络教学平台是基于Web的系统，其测试与传统的系统测试有明显的区别，它即需要检查和验证平台能否达到设计的要求，测试平台在不同等级用户浏览器端的实际使用效果，也要从用户的角度进行系统的安全性和可用性测试。

通过对该网络教学平台的页面、链接、表单、功能性、安全性及压力等多方面的测试和试用，证明该系统总体上功能比较完整、人机界面友好，使用方便，运行稳定可靠，同时具有优异的跨平台性和良好的安全性，基本达到预期的目标，初步使用效果反映良好，可以交付使用。该网络教学平台的开发，立足于《互换性与技术测量》课程建设和教学改革的需要，可进一步激发学生的学习兴趣和学习自主性，提高教学效果。但是在测试过程中也发现该网络教学平台存在一些问题，这将在后续的开发中进行逐步修改完善。

5.结论

本网络教学平台以JSP这一较为成熟的动态网页技术为出发点，进行交互式的《互换性与技术测量》课程网络教学系统开发，实现内容的动态更新和维护，良好的交互性促进学生与老师之间的交流与沟通，提高教学的效果，实现资源的有效共享。同时，课件的设计以学生为主体，贯彻体现个性化主动学习和为学生服务的基本理念。通过在线学习使学生自主学习这门课程，通过课程学习栏目中的实验指导，了解实验练习的目的、要求、要准备的相关知识、实验的步骤、注意事项等，通过在线答疑，老师可及时了解学生学习过程中遇到的困难，通过网络快速的实现学生与老师在网络环境下的信息交流。

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