基于框架式辅助教学的专题自主学习平台研究

王旭，赵 娅，朱晓敬

（东北石油大学计算机与信息技术学院，黑龙江 大庆 163000）

近几年来，随着互联网的发展，教学的信息化程度越来越高，计算机文化教育已经成为信息化社会的基本要求[1]。教育信息化的工程开展要靠“突破”，而“突破”的关键在于能否将教育信息化与各学科的全面整合，这也为利用网络技术进行教学改革提出新的研究课题方向[2]。当前，在线上教学过程中，运用了大量的网络和多媒体技术等手段，提高了教学质量和学习效率[3-5]。但在网络课程网站的设计和开发上还有待进一步完善，如非计算机专业教师如何开发适合其教学需要的网站，由于非计算机专业的教师不具备设计开发网络课程的能力，同时网络开发人员不了解课程教学体系。因此，开发出的网络课程质量并不能得到保证[6]。同时，此类网站的后台程序要按照教学内容编写，如果重新构建教学内容就必须修改程序或重新设计开发，这种“定制”的开发模式严重影响了教学进度，所以该研究开发了一套基于框架式自主学习平台，打造出适合课程教学的学生自学平台[7]。在平台中，教师仅需按照构建好的框架，进行教学内容上传等简单操作，便可自主完成平台的构建，学生在平台上可以完成自主学习。

1 平台总体架构设计

框架式专题自主学习平台采用Web 数据库设计技术、多媒体技术和面向对象的程序设计等软件开发与设计技术[8]，使用Windows 服务器与Access 数据库系统开发环境。该平台的设计和实现严格按照课程信息化要求，遵循软件工程、系统工程的标准及教学设计、教学方法的原则。平台试运行采用模拟实际环境、测试数据等方式，测试其系统功能。

平台的系统组成原理如图1 所示，系统由三个子系统组成，分别为“教师专题管理与维护”子系统、“后台数据库”子系统和“学生自主学习”子系统。

图1 系统组成原理

“教师专题管理与维护”子系统包括“导学信息管理”模块、“自主学习资源管理”模块、“师生研讨及管理”模块和“师生信息管理”模块。“后台数据库”子系统包括四个数据库，分别为“专题多媒体资源数据库”、“专题导学数据库”、“师生研讨及交流数据库”和“师生信息管理数据库”。“学生自主学习”子系统包括“专题导论学习”模块、“自主学习资源”模块、“师生研讨与交流”模块和“个人信息管理”模块。“教师专题管理与维护”子系统及“学生自主学习”子系统的各个模块分别通过相应的数据库进行协同工作，实现相应的功能。

“教师专题管理与维护”主要功能有：1）完成专题学习信息、多媒体专题学习资源动态的构建及维护；2）解答学生提出的疑问并与学生交流互动；3）发布教学公告信息及教师、学生信息管理等功能，如图2所示。

图2 教师专题管理与维护功能结构图

“学生自主学习”主要功能：为学生提供与本专题相关的自主学习指导信息、多媒体专题学习资源、提供师生和学生之间讨论交流互动，以及学生完善个人信息及修改密码等，如图3 所示。

图3 学生自主学习结构图

平台构架屏幕的画面设计，采用了功能区域、色彩分布、提示文字和操作位置相对固定的框架结构。这样的结构让用户无论在平台的哪个位置都无需过分思考如何操作，避免发生操作迷航的现象。

在平台页面设计中，素材设计以文字、图片等形式为主。图片格式采用高比例压缩，可跨平台使用的GIF 和JPG 两种格式。界面采用“T”型布局，上方设置导航栏和功能栏，左下方设置主菜单，内容窗口在右下方。此布局主次分明，结构清晰[9]。选择饱和度相近的颜色作为页面的背景色。在个性化学习中，学生是主体，学习内容、学习进程是由学生自行掌握，且平台信息庞大，开放性强。因此，在导航设计上要明确，要符合学生的认知心理，引导学生围绕教学目标进行有效的学习。在交互设计上加入专题在线交流、留言板、公告板等，保证了师生间、学生间能够在平台中交流、协作，共同完成特定的专题学习与研讨。

2 数据库系统设计

数据库系统设计是为了便于教师将教学相关资源导入到数据库中，学生可以自主取出，所以在框架式结构设计上就必须把教学资源与程序设计相分离[10]。后台数据库采取Access 系统进行数据存储，Access 存储的特点是方式简单，易于维护，支持广泛，易于扩展，弹性较大等[11-12]。除了教学相关资源外，教学辅导、讨论、师生身份信息存储等都需要数据库的支持，根据平台需要，设计了以下数据库。

2.1 “专题导学”数据库

该数据库中的专题介绍表包括本网络课程名称、学科教师、课程目标等。参考书目包括具体专题书籍名称、作者、出版社、出版时间、简要说明等。专题学习指导表包括具体章节、学习指导等。

2.2 “自主学习资源”数据库

该数据库中包含三个数据表，其中文献资源表用于保存专题学习的文献数据资源的描述信息、索引信息，包括上传时间、文献摘要、文件名称、文件大小、关键词。微视频资源表用于保存专题学习的视频数据资源信息，其中主要包括视频的特征有上传时间、视频描述、文件名称、文件大小、视频主题等。音频资源表用于保存专题学习的音频数据资源的描述、索引等相关特征，主要包括上传时间、音频描述、文件名称、文件大小、音频主题。

2.3 “师生研讨与交流”数据库

该数据库用于存放“师生研讨与交流”信息的数据库。其中留言表用于保存师生在该平台上的留言信息，包括留言标题、内容、时间、留言人名、阅读次数。教学公告类数据用于保存教师在本平台上发布教学公告信息，包括发布时间、标题、内容。

2.4 “教师及学生信息”数据库

该数据库用于存放“教师及学生”信息的数据库。其中学生类信息数据用于保存参加专题学习的学生的相关信息，包括姓名、性别、密码、专业、年级、院系、住址、电子邮箱。教师信息数据用于保存专题教师的相关信息，包括姓名、性别、专业、职称、院系、办公地址、电话、邮箱、简介。

3 平台功能模块

平台采用Windows应用系统及B/S工作模式[13-14]。该平台使用范围面向师生群体，用户信息量较小，对系统实施性要求不高，所以后台数据库采用Access系统进行数据存储。采用ODBC 数据接口与其他类型数据库进行连接，对后台数据库进行动态操作和管理。使用可视化浏览查询与SQL 查询两种方式，SQL 查询使用SELEC 语句对后台数据库中的所有文字段、文本进行查询，实现单关键词、多关键词的组合查询。系统平台采用无组件上传技术，在客户端上传数据无需安装其他组件，降低了系统对计算机的配置要求。

3.1 教师专题管理与维护模块

教师专题管理与维护模块，由教师操作。教师登录该模块对身份进行验证，系统预设姓名、初始密码。输入登录信息后，系统调用身份验证程序和后台数据库进行判断，如果登录成功，则进入教师工作界面。导学信息管理为教师登录后的默认模块，如果使用其他功能模块，可在本画面上选择相应的选项即跳转至相应的功能。其中在主页面选择师生信息管理，可以跳转至学生信息管理功能。在该功能下可以对已经登记在服务器数据库中的学生信息进行管理，包括对某个学生的密码进行初始化、查看学生“详情”、删除学生信息等。如果添加新学生，可在后台数据库中添加学生的基本信息，或将已经填写好的学生信息表格以XLS 格式批量导入数据库[15]。

3.2 学生自主学习及专题导论学习模块

学生自主学习模块，主要由学生操作。学生姓名与初始密码信息事先由教师上传，学生输入信息登录后，由系统调用身份验证程序及后台数据库进行判断。如果登录成功，则进入学生自主学习界面，并可进一步修改个人信息。学生自主学习子系统，为学生登录后的默认模块，如果要使用其他功能模块，可在本页面选择相应的选项即跳转至相应的功能。在学生主页面选择个人信息管理选项，跳转至个人信息管理功能，学生可以使用该功能完善、修改个人信息，或重新设定个人登录密码。

专题导论学习模块设有三种具体的功能，分别为专题介绍、参考书目浏览、专题学习指导，它们都是通过调用后台数据库信息显示查找的相关内容，最后以列表的方式呈现出来，便于学生浏览阅读。

3.3 自主学习资源模块

通过自主学习资源模块，学生可以对平台上的多媒体教学资源进行查询、浏览以及微视频、音频播放等。其中专题文献阅读功能，是在已有的文献库中通过对“索引项”设置，查找到需要的文献，点击“文献名称”即可打开该文献，对其进行浏览。微视频、音频播放功能，是在已有的多媒体库中，通过对“索引项”设置，查找到需要的资料，点击名称项即可打开相应内容并播放[16]。师生研讨及交流功能，学生需在主页面选择“师生研讨及交流”选项，跳转至在线研讨页面，学生利用该功能可以与教师或学生进行一对一、一对多的聊天式研讨。在留言功能上，学生可在网上发布留言，并可对留言进行回复及管理。教学公告查询功能是为学生提供在线查询和浏览教师发布的教学公告。

4 系统测试与评价

4.1 系统测试

系统测试采用在计算机硬件环境下，安装服务器操作系统和客户机系统，交替使用达到调试目的。该文设计出两套调试方案进行测试，调试环境方案1：客户端操作选用Win7系统，服务器端操作系统为Win2003 Server sp3，数据库选用Access、Frontpage、ASP，360 浏览器等作为网络开发及调试工具，多媒体设计工具使用Word、Photoshop、格式化工厂，媒体播放器等。调试环境方案2：客户端操作系统+IIS（服务器端）选用Win7+IIS，其他工具与方案1 一致。

系统采取各个子模块调试与系统联调的方式进行程序调试，保证了系统可以达到正常运行。又通过功能测试、边界值测试及典型数据测试来保证系统的可用性及容错性。该系统在显示主画面后，有四套调用程序，分别由四个按钮来驱动。在主画面上点按“课程介绍”按钮，跳出窗口显示专题介绍内容。在主画面上点按“教师简介”按钮，跳出窗口显示教师简介内容。在主画面上点按“教师登录”、“学生登录”按钮，分别进入教师登录界面及登录学生界面。本系统通过上述调试与测试，较好地达到了设计要求，实现了系统预定的各种功能。

4.2 性能评价

该平台采取模块化设计，在编码及调试过程中，采取整体设计、模块实现测试、整体联调的方法进行调试。并对系统进行性能评价，经过对系统的调试及测试，系统基本性能达到设计要求，各子系统及功能模块均能正常运行。目前，在学生端进行功能测试，如浏览所选课程相应的课程辅导材料，进行网上提问等功能。学生能够在导航的指引下准确地找到相应功能模块并获取信息。在教师端进行功能测试，如发布课程信息、布置作业、网上答疑等功能。教师反馈平台操作简单，易于上手。在学生端、教师端性能测试上，整体测试效果良好。在同时打开多个网页，以不同身份进行登录时，根据平台资源的使用情况对系统进行评估，性能良好，可投入到网络辅助教学中。网络辅助教学工作，在不增加教师工作量的前提下，有望实现全校教学工作的网络化。

5 结论

在系统分析的基础上，通过对专题学习平台的深入研究，对比不同学习平台优缺点以及线上、线下教育的差异，基于框架式架构，设计了一种新的专题自主学习平台。该平台采用B/S 工作模式，通过浏览器即可实现原来需要复杂专用软件的强大功能，从而节省了开发成本。应用框架式结构，大大提高了平台的可扩展性，测试表明利用框架式专题自主学习平台，既能够很好地适应学生自主学习，又简化了教师端的具体操作，从而一定程度上解决了非专业计算机教师的技术限制。