高等数学云计算辅助教学平台的设计及应用

黄卓红，苏　翃

(重庆理工大学 数学与统计学院，重庆　400054)



高等数学云计算辅助教学平台的设计及应用

黄卓红，苏翃

(重庆理工大学 数学与统计学院，重庆400054)

对高等数学云计算辅助教学平台的设计流程进行了阐述，提出了合理整合高等数学网络教学平台与云计算平台的可能性和必要性，并从理论、实践和技术层面寻求解决方法，提出了整合思路。

高等数学；网络教学平台； 云计算；整合；体系架构

本文引用格式：黄卓红，苏翃.高等数学云计算辅助教学平台的设计及应用[J].重庆与世界，2016(7):20-23.

一、概述

高等数学课程具有学时长、内容多、知识广泛、理论性强、难度大、灵活多变以及技巧性强等特点，是一门极为重要的基础课程，同时也是高等院校许多专业研究生入学考试的必考课程之一，其教学方法和教学手段的改革历来都受到教育工作者的高度重视。学好高等数学课程，有助于高校学生强化训练他们的逻辑思维和推理能力、提高分析和解决问题的能力、培养科学素质和创新能力以及加强他们的解题技巧和计算水平，从而为后续课程的学习奠定坚实的数学基础，也为以后参加工作提供扎实的理论经验和数学素养。但是，由于学习高数课程的学生通常都是大一新生，他们仍然习惯于被动式学习，对课程学习往往缺少主动性。因此，高等数学教师以及其他教学管理者通常都面临着“如何将学生的被动式学习方式转变为主动式学习方式”这一难题。因此，整合多媒体和网络技术，运用现代教育理念进行课程设计，不断改革高等数学课程教学内容、方法和手段，使用高等数学网络教学平台作为一种辅助教学手段，受到高等数学教师的广泛关注和青睐。同时，由信息技术与教育融合而成的网络教育让学生成为学习活动的主体，不再受时间与空间的限制，大大加强了教育的适应性。

目前，许多高校都建立了具有本校特色的高等数学网络教学平台，为教学质量的提高起到了良好的促进作用。然而，在实际操作中，许多弊端也随之产生，例如，有些教学平台使用公共服务器存储相关教学资源，缺乏安全性，在公共网盘上存储的资源非常容易丢失，为教学工作带来一些不必要的麻烦。由于网络教学平台信息量很大，储存的资源很多，而且信息更新非常快，这样通常导致学生的学习步骤无法跟上平台更新知识的速度。另外，由于网络的阻隔以及越来越多的学生自主参加网络教育，传统的答疑方式通常无法满足学生的要求。因此，如果答疑系统的研发不够成熟，也有可能进一步弱化教师和学生之间的交流。

二、云计算

云是网络、互联网的一种比喻说法，云计算是一种基于互联网的新IT服务增加、使用和交付的商业计算模型，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池中，使各种应用系统能够根据需要获取共享的相关软硬件资源和信息。云计算的这种共享基础架构的方法，使得服务器可以通过网络处理所有计算任务，而个人计算机则成为接收工具，从而很大程度地减少了工作量，提高了办公效率[1]。云计算的主要目标就是协同工作和共享资源，具有集中存储的优势，可以方便学生使用各种网络工具随时随地学习。另外，可以使用特殊的技术实现云上托管云计算技术中的网络操作系统、数据库平台等基础设施层，对云计算的虚拟化实行集中式管理，从而可以减少在系统硬件和软件上的投资，降低系统维护成本[2]。

基于云环境下高校教学资源整合方案的已有研究基础[1-7]，结合新的教育理念与教育技术，通过对相关高校高等数学网络教学平台的研究，针对我校学生的专业特点和数学基础，我们将研发出一个具有本校特色的高等数学网络教学平台，建立高等数学课程的独立云盘，以便于更好地将云计算服务于高等数学教育，构建个性化教学，让学生自主学习高等数学，提高教学质量。

三、云计算技术在高等数学网络辅助教学平台设计中的实现

(一)高等数学“云”辅助教学平台的体系架构

基于高等数学云计算辅助教学平台的体系架构包括3层：云计算管理层、基础设施层以及应用层。在云计算的实现过程中，网络教学平台所需的各种教学资源均被称为“云服务”，和“云计算”一样，各类“云服务”已经成为互联网未来发展的一种重要方式。高等数学“云”辅助教学平台具有图1所示的体系架构。

(二)在线教辅系统设计

云计算辅助教学(Clouds Computing Assisted Instruction， CCAI)是指在云计算环境中，利用云计算平台构建个性化的信息化教学环境，以辅助教师教学，促进教师和学生之间的交流，促进学生协作学习，是计算机辅助教学的延伸和新发展[1]。

在线教辅系统包括：教师信息库、教案库、教学软件库、教学课件库以及例题库等相关数据库。相关高数教师信息以及联系方式通常被放置在“教师信息库”中，方便学生及时了解教师信息；在“教案库”以及“教学课件库”中将放置由本校所有高数教师集中讨论、备课所写的电子教案以及相关幻灯片，可以说该数据库凝聚了本校高数教师的集体智慧。这两个数据库可以整合为“在线备课系统”，这是为全体高数教师进行网上集体备课而构建的，是一个开放式、论坛式、互动式和共享式的数据库。通过使用该数据库，可以开阔教师的教学思路、活跃教研氛围、提高备课效果和教学水平，同时为高等数学教师进一步开展个性化教学提供了理论支撑，“名是引领”，全员参与，有助于集体备课质量的提升，有助于全体高数教师教学质量的提高，同时也有助于发挥团队的整体优势；相关的在线教学软件将放置在“教学软件库”中；而相关例题可以选择放置在“例题库”中。

图1　高等数学“云”辅助网络教学平台架构

(三) 在线学习系统设计

自主学习是当前教育界所倡导的“终身教育”的具体体现。通过在线学习系统可以满足学生多元化、层次化和个性化的学习需求，同时可以实现教师和学生之间的情感交流，进而使学生在认知领域、动作技能领域和情感领域达到培养目标。由于学生有较为自由的学习安排，可以根据自己的学习情况和基础自主选择相应的内容进行学习，所以通过在线学习系统自主学习有利于提高学生的学习积极性。

在线学习系统主要包括：学案库、学习课件库、习题库、数学实验库、教学视频库，以及“科学搜索”引擎。在“学案库”与“学习课件库”中将放置由本校所有高数教师集中讨论、备课所写的电子学案及其相关幻灯片；“习题库”中放置与本校教学大纲配套的相关例题及练习题；“数学实验库”是一个符合当代教研教改需求的非常具有实用价值的数据库，在该数据库中主要设置模拟实验环境，以便于学生模拟真实的实验环境；在“教学视频库”中存放一些与各种高等数学课程相关的教学视频，同时将部分优秀教师的教学过程录制成视频，存放入该数据库中。“科学搜索”引擎的主要功能是供学习者快速查找所需的学习资源。

(四)在线测试系统设计

本校高等数学课程包括：高等数学(机电类)、高等数学(材料化工类)、经济数学(经管类)以及高等数学实验等课程。课程内容多、难度大,因而课时显得紧张，又加上高等数学课程涉及到理科、工科、经管、会计以及医学等专业的大一新生，学生水平参差不齐，层次差异明显，而且教学内容和教学要求也不一定相同，而高等数学课程又是高校许多学院学生考研的必考内容之一，诸如前述种种原因，无疑增加了高等数学课程的讲解难度和深度。因此应用传统的以教师讲授为主的高等数学教学方式，无法很好地激发学生的学习兴趣，也无法让学生及时检验自己对知识的掌握程度。而学生可以通过高等数学在线测试系统自主选择适合自己的试题进行在线测试，及时掌握自己的学习情况，因此高等数学试题库系统的构建迫在眉睫。

高等数学在线测试系统主要包括试题库的管理与维护、提供在线测试、布置课后作业和按需自动生成试卷等。其功能是按照学生所选的章节及题型，从数据库随机抽出相应题型，让学生自主在线测试，然后给出相应的参考答案进行核对，方便学生及时了解自己对相关知识板块的掌握程度，以利于自己更好地进行自学；教师可以随机地从数据库中调出相应的试题组成试卷，同时可以实时地修改、删除或随机添加相应的试题，从而可以快速地生成一份合适的高等数学试卷；另外，所有高等数学教师可以对该试题库中的试题进行及时的修改、完善及订正。

随着科技的迅猛发展以及高校教研教改工作的进一步推广，网络在线考试形式已经成为一种必然趋势。因此，在线测试系统的设计，为以后本校对高等数学课程考试进行改革，全面开展在线考试打好基础。

高等数学“云”在线测试系统的体系架构如图2所示。

图2　高等数学“云”在线测试系统的体系架构

(五)在线答疑系统设计

学生可以将自己在自学过程中遇到难题以及不懂的知识点通过“在线答疑系统”询问老师，这样节省了很多的时间，也省去了很多麻烦。同时，也让任课教师明白课程教学中哪些知识点是学生很难理解的，这样更具有针对性；可以将在线“评价系统”放置在该数据库中，这是一个教师教学评价系统。通过该评价系统，任课教师可以及时收集教学过程中的相关信息，了解学生的心理动态，及时完善修订自己的教案。

(六)教学资源管理系统设计

高等数学教学资源管理系统的开发与应用有助于本校高等数学任课教师进一步开展教学研究和集体备课，实现高等数学课程教研教改工作的现代化、科学化。基于云计算的教学资源管理系统包括：网络系统管理功能、云服务存贮设置模块、监控管理模块、系统配置模块等[8]。教学资源是高等数学网络教学平台的核心内容，因为只有有质量保障的可靠的教学数据资源，才能满足教师的正常教学和学生的日常学习。通过该系统，管理员可以审核相关教学资源材料，评估该平台的测试资源材料，修订和增加一些更有实用价值的数据资源，删除没有太多实用价值的数据资源，从而提升整个高等数学网络教学平台的运行效率[9]。

[1]张艳春.基于云计算技术的《高等数学》网络教学设计[D]．长春：吉林大学,2013.

[2]刘静.云计算技术在网络教学平台设计中的应用和实现[J].电子测试，2014(Z1)：152-153.

[3]孙璐，陈洪海，朱捷，等.高等数学课程云存储网络教学平台设计[J].高师理科学刊,2014(6).

[4]魏笑笑．云环境下高校教学资源的整合与教学方法的创新研究[J]．陕西教育(高教版)，2014(Z1)：56-57.

[5]杨泽刚．云计算在网络教学平台中的应用[J]．软件导刊，2012(3)：185-187.

[6]郑重．云计算在网络教学平台中的应用[J]．产业与科技论坛，2013(18)：211-212.

[7]刘哲．基于云服务课堂教学的观察与思考[J]．中国信息技术教育，2013(5)：13-15.

[8]夏冰,杨涛.高等数学试题库的设计[C].全国计算机新科技与计算机继续教育学术会议,2004.

[9]姚玉勃.云计算环境下高校多媒体教学平台的设计与实现[D].大连： 大连海事大学,2013.

(责任编辑周江川)

Design and Application of Auxiliary Teaching Platform with Cloud Computing Technique in Higher Mathematics

HUANG Zhuo-hong, SU Hong

(College of Mathematics and Statistics, Chongqing University of Technology Chongqing 400054, China)

We concretely elaborated the design flow of the network auxiliary teaching platform in higher mathematics based on cloud computing technique, and investigated the feasibility and necessity to reasonably integrate the network teaching platform in higher mathematics and the cloud computing platform, and proposed the specific opinion.Key words: higher mathematics; network teaching platform; cloud computing; integration; architecture

重庆理工大学高等教育教学改革研究重点项目(2015ZD09)；重庆理工大学教学成果重点培育项目；重庆理工大学高等教育教学改革研究一般项目(2013YB31)

黄卓红(1977—),男,讲师，博士,研究方向：大学数学类公共数学教学、数值代数与科学计算。

10.13769/j.cnki.cn50-1011/d.2016.07.005

format:HUANG Zhuo-hong, SU Hong.Design and Application of Auxiliary Teaching Platform with Cloud Computing Technique in Higher Mathematics[J].The World and Chongqing, 2016(7):20-23.

O13；G642

A

1007-7111(2016)07-0020-04