基于Web 的水处理生物学课程线上教学平台设计

刘 莹，陈丽珠，魏宏艳，李雪琪

1.长春建筑学院城建学院，吉林 长春 130607；2.能源应用与环境控制实验室，吉林 长春 130607

通过线上教学平台加强教师与学生之间的联系，可以提升“水处理生物学”的课堂教学效果和教学效率，达到丰富学习过程中的微生物学习资源、激发学生学习兴趣等目的[1]。利用互联网开展教学不仅可以让学生自主参与到课程的学习当中，还能在一定程度上方便教师了解学生的学习状况，及时布置教学任务，对学生存在疑惑的题目予以解答；并且教师还能随堂进行阶段性考核，了解学生对知识的理解与应用的能力[2]。文章为解决课堂教学过程中针对性考核和解答等相关功能缺失的困扰，运用Web 技术增加对应专业平台功能的设计，旨在提升学生的学习兴趣与教学效果。

1 线上教学平台系统硬件设计

基于Web 模式的系统具有良好的跨平台性，可以将Web 浏览器作为用户与系统之间的交互窗口，运用B/S 结构对平台的基本功能进行应用与展示[3]。在线上教学平台的设计过程中，运用三层C/S 架构，能够有效减少网络流量累积量的增加，便于进行数据更新与系统之间的连接。其中，三层C/S 架构的示意图如下所示。

图1 C/S 架构示意图

2 线上教学平台软件设计

2.1 线上教学应用Web+云计算技术

Web+云计算技术的应用，有助于共享教学资源。其具体操作如下：运用HDFS 对外声明文件系统的命名空间，将用户数据保存在命名空间中。在文件系统内部，将保存的文件切割为数据块，分别保存在不同的NODE 节点中。同时，设置应用主机来驱动程序运行，加强数据服务器与主机之间的通信，减少由数据库与用户之间频繁交流而造成的资源浪费。用户通过Web 访问服务器，提出学习请求，Web 服务器端应用HTTP 协议将所需教学资料传送到主机端，并呈现在Web 中。通过建立浏览器与数据库之间的联系，完成主要的应用教学任务。对第一层提出的请予以处理，执行相应的任务操作后与数据库进行连接，将处理结果返回。通过中间控件将第二层与第三层连接起来，对教学资源进行整合更新与共享。运用公开网卡接口来执行ASP 技术，以实现分布式开发与动态更新[6]。如果存在大量教学资源，还需要抓取资源大数据。计算其标准差，设定研究的数据样本为，通过特征值对大数据分布关系进行描述，公式为：

式中：α 为倍频参数；i 为不同层分解的标准差；F 为拟合直线的斜率。

通过比较标准差的大小，确定样本的分布情况，从而抓取数据的关键特征。在抓取后通过云计算技术与SQL 的结合能够更快速地部署在规模较大的计算机集群中，完成线上教学平台对海量数据的共享。

2.2 线上教学考评

基于Web 的水处理生物学课程线上教学平台可以进行线上教学考评，其具体操作如下：将考核试卷保存在试卷库中，使用C/S 架构对后台数据库进行管理，以便及时管理调用考核试卷时的安全问题。管理员通过管理入口和身份验证上传教师上课需要用到的考核试卷[7]。每个考核试卷都以文件的形式共享，将相关信息写入数据库中[8]。将考核结果存储在考核库中，将学生的相关测试成绩进行登记与存储，并根据动态评估、阶段性考核等结果，形成学生学习成绩整理评价表，让教师据此了解每位学生的学习情况并进行评价。将评价数据形成评价集，对评价集进行赋值，运用平均加权法进行结果运算，计算公式为：

式中：Fi 为整体评价模型；f 为模糊评价矩阵。

对学生的在线学习成果和考核结果进行评价有效性分析。根据计算结果，按照顺序得到不同层次之间的模糊等级，完成对教学考核结果的评价。

3 测试与应用

3.1 搭建测试环境

实验开发环境为MyEclipse10，运用Windows11操作系统，Tomcat-8.0，JDK6.6，结合云平台数据库操作系统。在通信过程中，Client.java 负责采集信息数据，打包并按时传输；Server.java 负责接收数据包，解析并共享到SQL 数据库表对应的字段中，结束测试。

3.2 测试与分析

对系统进行应用性测试。第一，在为不同教学要求分类选择对应资源后，后台能够返回该资源的分类信息；第二，实验进行过程中，测试能否在分类列表中显示出对应的具体分类信息；第三，对系统运行中能否运用该功能正确显示两类资源进行试验。为保证测试结果的普遍性，共设置20 组实验，分别在类别总数为1 000、2 000、3 000 时对平台运行过程中的分类功能进行测试，测得响应时间。将平台响应时间的阈值设定为0.8 s，响应时间在0.8 s 以下方能达到预期目标。测试得到对应的具体结果如表1所示。

表1 测试结果

由测试结果可知，在对不同类别进行分类后，20个小组的响应时间均在阈值以内，满足预期目标。这就意味着在执行教学资源分类的工作任务时，设计的线上教学平台拥有较高的分类速度，应用性能够满足设计需求。

为测试平台运行过程中的稳定性效果，需要以平台高并发性能为测试对象，运用测试工具Apache进行性能测试。设置测试并发线程数量为5 000 个，平均响应时间设定为0.3 s，平台能够承受的访问量在4 000QPS 以内。开展10 组实验，对系统承受访问量进行测试，在超过平台承受访问量，平台发生卡顿现象时记录数据表示为1，反之则记录数据表示为0，得到如表2 所示的结果。

表2 测试结果

根据测试结果可知，即使并发访问量不断增加的情况下，平台承受访问量均没有发生运行卡顿的现象。从不同小组的测试结果可知，此次设计的平台具有较高的稳定性，在时间一致的情况下能够降低错误率，减少运行卡顿的情况，符合预期设计目标。综上所述，测试结果可以反映出基于Web 的水处理生物学课程线上教学平台整体性能良好，在网络情况良好的状态下延迟较低，响应及时，分类速率高，具有较强的稳定性，满足设计需求。

4 结语

本文从课程线上教学平台的设计入手，探究了基于Web 的水处理生物学课程线上教学平台的设计问题。通过对该平台进行深入研究，使水处理生物学课程在线上教学中更加趋于智能化、实时化。但是该平台的设计还是存在不足，例如算法的更新问题、时效性问题、信息整体转化问题等。对此，今后应更加完善计算，进一步优化课堂线上教学平台，同时加强对教学信息的独特化展现，促进水处理生物学课程的良好应用与普及。