力学实验预习辅助平台构建*

◆刘争早 羊波 龚萍 吴正芳

作者：刘争早，玉溪师范学院本科生，主要研究方向为现代远程教育；羊波，通讯作者，教授，玉溪师范学院理学院副院长，主要研究方向为信息系统构建及应用；龚萍，助教，玉溪师范学院理学院教师，主要研究方向为教育技术基本理论；吴正芳，玉溪师范学院本科生，主要研究方向为信息技术教育（653100）。

1 引言

随着信息技术的飞速发展，教育工作者已经逐步认识到多媒体教学的优势及重要性。正因为如此，多媒体教学在运用于课堂教学的同时，也不断渗入到实验辅助教学中，为实验教学提供丰富的文字、图像、声音及视频等资料，在理论学习的基础上，最大限度地满足学习者的需要。

力学实验作为众多实验中的典型实验，在力学实验教学过程中，为了形象直观地呈现实验过程、增强实验教学的效果，有效的实验预习及其效果检测就显得十分重要[1]。然而，目前网络上已有的若干关于力学实验的视频教学资源，尽管起点较高，适用范围广，却不能有效地结合力学实验教学，组织管理也凌乱，导致学生学习不便。另外，当前力学实验教学以教材与实验讲义为主，学生很难通过阅读实验讲义来了解实验仪器的基本使用方法，预习效果不佳，进而影响教学效果。

正是基于这样的现状，为了增强力学实验教学效果，本研究借助网络多媒体辅助学习平台，依托玉溪师范学院校园网构建了一个力学实验预习辅助平台，以现代化的手段实现力学实验预习及预习效果检测的系统性，以期更有效地达到预习效果。

2 力学实验预习辅助平台构建的必要性

目前，高等教育已经逐步大众化，学生人数急剧增加，学生的相对质量也有所下降，尤其体现在对事物的感知能力和实验的动手能力两方面[2]。而力学实验作为物理学课程中的一门基础课程，其中很多实验相对抽象，学生需要在实验前进行一定的预习。然而目前学生主要是通过教材和实验讲义进行预习，所达到的预习效果不佳，教师也不能快速检测学生的预习效果。基于此，找到一种新的方式来解决学生学习力学实验的预习需求以及加强学生感知和动手能力，是非常有必要的。

随着网络信息的逐步深入发展，教学方法和手段的更新，计算机网络和多媒体技术为学习者提供了一个很好的学习平台。校园网建设为力学实验预习辅助平台的构建提供了强有力的支持，依托校园网构建力学实验预习辅助平台成为可能。本设计基于在一定程度上降低学生学习力学实验难度的考虑，尝试以教材和实验讲义为基础，将典型实验仪器基本操作的视频资源集合到辅助平台中，方便学生在线观看，然后以在线测试的形式检测学生预习效果，学生根据测试结果有针对性地加强薄弱环节学习，教师根据测试结果调控实验教学方案，更好地为教与学服务，以期提高实验教学与学习效率。

3 力学实验预习辅助平台的可行性

本研究所构建的力学实验预习辅助平台遵循多媒体教学软件的开发流程，具有实现的可行性，从软件设计（课题选择、教学设计、系统设计、文字稿本编写、制作稿本编写）和软件制作（素材制作加工、软件编辑合成、软件调试打包）入手[3]，并结合实际情况设计出平台的流程图（图1）。该设计主要由三大部分组成。

第一部分是视频资源的开发。根据前期调研和教材分析，撰写文字稿本和分镜头稿本，基于稿本拍摄视频，通过Adobe Premiere、Audition、Photoshop工具编辑视频，最终形成MPEG和WMV两种格式的视频资源。

第二部分是框架的设计，主要由学生、教师、管理员、数据库模块组成。

第三部分为界面的设计，主要包括素材的搜集、素材的制作加工和界面整体色调的确定。

最终将三部分集成为实验预习辅助平台，集多媒性、集成性、交互性、超链性和美观性于一体，从而实现学生在课前系统、有效地预习实验的功能。

本设计依托玉溪师范学院校园网而构建。通过调研，了解到校园网是以PHP+MySQL+Apache为技术框架，为了开发的方便，课题组确定了PHP+MySQL+Apache作为该平台开发的技术框架。PHP具有免费开源、自由获取，移植性强、组件丰富，语言简单、开发效率高，强大的函数库和应用范围广泛的特点[4]。MySQL是一个真正的多用户、多线程SQL数据库服务器[5]，是由一个服务器守护程序mysqld及多个不同的客户程序和库组成，用来存放用户与网页之间交互信息的数据，与PHP结合是一个经济实惠又高效的方案。Apache具有简单、速度快、性能稳定的特点，并可做代理服务器来使用。JavaScript是当前较为流行的一种解释性的客户端脚本语言，它使得信息和用户之间不仅只是一种显示和浏览的关系，而是实现一种实时的、动态的、可交互式表达的功能，从而减轻服务器的工作负荷。

基于上述这些工具和技术的特有优势以及其便于组合使用的特点，为平台的构建提供了强有力的支持，课题组成员也已达到熟练程度，具有实现的技术可行性。

本系统的开发和运行对计算机硬件和软件的要求都不是很高，大部分计算机都可以满足要求，所以设计实现的可行性高。

4 力学实验预习辅助平台构成及功能

力学实验预习辅助平台由学生预习子系统、教师管理子系统、管理员管理子系统、视频资源管理系统、数据库管理系统、判断系统等六部分组成，其结构图见图2。

管理员登录后可以添加教师用户，系统自动建立所添加的教师用户档案并存到数据库中，教师在获得个人账户后即可登录系统。教师登录系统后可以上传视频资源，同时可以添加学生用户，系统自动建立学生档案并存放到数据库中。整个系统形成层次化的管理结构，方便管理员和教师对学生进行统一管理。

学生预习子系统 学生子系统主要由首页、信息修改、实验预习、自我检测、在线交流、退出六部分组成。学生在获得个人登录账号后即可登录，通过信息修改可修改信息，通过实验预习进行实验预习，通过自我检测在完成每部分知识内容后进行自我检测，提交后系统自动给出检测结果，同时将结果存到数据库中。当然在整个预习过程中，学生可以通过在线交流平台和教师或同学交流所遇到的问题，以便即时解决预习困惑。学生在预习结束后，可退出系统。

教师管理子系统 教师管理子系统主要由首页、信息修改、实验管理、学生管理、在线交流、退出六部分组成。教师可以通过信息修改完善个人资料信息，通过实验管理上传视频资源和测试题目，同时可以查看测试题目和学生成绩，以方便教师了解学生的预习效果。在学生管理中，教师可以对学生用户进行管理，对其以班级形式进行批量添加或删除，和管理员形成一个层次化的管理模式，方便整个系统的管理。教师可以通过在线交流与学生进行互动交流，不仅可以拉近师生关系，也可即时了解学生的预习情况。首页和退出的设计主要是为了使系统的交互性更好。

管理员管理子系统 管理员管理子系统主要由首页、信息修改、教师管理、在线交流、退出五部分组成。在信息修改中管理员可以对登录密码、邮箱和联系电话进行修改，从而完善管理员信息。在教师管理中，管理员主要可以对教师用户进行添加和删除，实现管理员的最高管理权限。此外，管理员可以通过在线交流平台和学生、教师进行交流，即时了解实验预习辅助平台的运行状况，实时完善改进，从而增强平台的灵活性。在此系统中，首页是返回到登录时的页面，退出则是退出管理员平台，返回到整个系统的首页，以便下次登录，从而提高网站的安全性。

视频资源管理系统 视频资源主要是通过前期调研、教材分析、稿本撰写、视频制作几个步骤开发的。前期调研主要是通过学生填写问卷表，得到学生针对实验学习中的难度较大、兴趣不高以及实验手册中不便理解部分的实验知识数据；通过对任课教师进行实际访谈，总结出学生预习效果比较差的实验内容，以及影响学生预习效果的原因。在此基础上，以当前使用的实验讲义为基础，分析各个实验，确定出视频资源开发中涉及的实验基本仪器。

根据调研及分析结果，详细了解各个实验基本仪器的外观、性能特征等，撰写实验仪器的文字稿本初本，并通过多次修改，确定最终的文字稿本；根据文字稿本撰写出分镜头稿本，然后以分镜头稿本为指南，进行第一次视频拍摄，通过Adobe Premiere、Audition、Photoshop工具对视频进行编辑，最终形成MPEG和MWV两种格式的视频资源。将制作好的视频给部分学生和教师观看，根据其意见进行分镜头稿本的修改，进行相应的第二次镜头的重拍和补拍，最后编辑处理、渲染形成实验基本仪器使用的视频资源。最终把视频资源集合到平台中，以便视频的统一管理和学生的整体性预习，从而增强学生的预习效果。

数据库管理系统 该平台的数据库是基于MySQL创建的，MySQL是一种开放源代码，因此，任何人都可以在General Public License的许可下下载并根据个性化的需要对其进行修改使用[6]。MySQL具有速度快、可靠性和适应性强的特点，能够快捷地创建自我检测题库、学生信息库、视频资源上传信息库、测试成绩信息库、教师信息库和管理员信息库，为管理员和教师在管理和教学中提供安全的数据。

判断系统 判断系统简单来说是一个系统的自我判断，即针对学生是否预习及是否测试的判断，其判断流程图如图3所示。学生登录后，选择相应实验准备预习时，系统会自动判断学生是否已经预习过相关实验内容，如果预习过其可以选择继续预习，也可以进行下一部分实验内容，反之必须预习之后才能进行下一部分实验内容。在测试结束时提交相关的测试答案，并将相关数据存于数据库中；判断机向数据库发送请求获取相关数据，数据库接到请求后做出相应的判断，然后为判断机提供数据，以此作为判断依据。在学生进行下一个实验预习时，系统会自动判断上一个实验预习是否合格，如果合格，可以进行新的实验预习；如果不合格，将强制要求其重新对不合格的实验进行预习，直到合格才能进行新实验的预习。在预习之后，学生将进行相应的测试，同样在自我测试部分系统也会对其进行自我判断，如果没有测试则将进行相应的测试，反之可以进行下一部分。在测试后学生提交测试答案，并将其存于数据库中，以便系统对数据的提取和教师了解学生的预习情况，从而根据学生的预习情况安排教学。

5 总结

本设计所构建的力学实验预习辅助平台，首先为学生提供了力学实验课前预习和预习检测功能，这将在一定程度上提高学生的预习效率，也能够有效解决学生实验中的疑点和难点，降低实验的抽象程度，从而减少学生动手实验的出错率，提高实验数据的准确度；其次，平台为教师提供了可靠的数据信息，从而为教师的教学安排提供依据，有利于提高实验教学效率。随着现代信息技术的不断深入发展，技术将为平台提供更多的支持，平台将不断完善，更大程度上增强学生实验课程的预习效果。

本研究所构建的平台仅是以力学实验为例，在该平台不断优化的同时，也有望应用于其他类型课程的实验教学中，以期促进实验教学的发展。

[1]刘莫尘.浅谈提高模拟电子技术实验课的教学效 果[J].中国电力教育,2008(2):328-329.

[2]郑碧玉.计算机网络在力学开放实验中的辅助教学[J].中国地质教育,2005(3):69-70.

[3]徐福荫.教学媒体理论与实践[M].北京:北京师范大学出版社,2010:231-232.

[4]张恩民.PHP开发实战权威指南[M].北京:清华大学出版社,2012:2-3.

[5]刘洪锦.通用网络题库系统设计与实现[J].天津理工学院学报,2002(4):85-87.

[6]张恩民.PHP开发实战权威指南[M].北京:清华大学出版社,2012:40.