网络化实验教学系统设计

摘要：实验教学是掌握知识的必要环节，在计算机应用基础课程的教学中更是有着举足轻重的作用。本文以《大学计算机基础》课程为例，介绍了采用客户机/服务器(C/S)结构模式结合B/S模式，开发网络实验教学系统的设计思想和功能模块。通过两种模式的互补作用，实现学生快速、方便的对实验资源的使用，提高学生的实践能力。其设计界面友好，操作简单，功能齐全，实用性强，为实验教学提供了一种个性化学习环境。

关键词：网络化；实验教学系统；任务驱动

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2009)04-0906-03

Design Research about Web-based Experiment Teaching System

XIAO Jian-qiong, ZHOU Xiao-Qing, YANG Tao

(Laboratory Center, China West Normal University, Nanchong 637002, China)

Abstract: Experiment teaching is essential to master knowledge, it plays an important role in the fundamentals of computer. This text gave an introduction about designing philosophy and function module of the web-based experiment teaching system which it takes the fundamentals of Computer for example. The web-based experiment teaching system can increase the practice ability of students through complementary action of C/S and B/S, and it have friendly interface and fully functional to provide a personal learning space of experiment teaching.

Key words: Web-Based; Experiment teaching system; Task-Driven

1 引言

计算机基础课是高等院校各院系培养计划中一个不可缺少的组成部分。但随着中小学信息技术教育的普及，高校计算机基础课程在教学内容、教学环境、教学方法等都应该作相应的变化[1]。本文提出利用网络化实验教学系统来提供一个个性化学习环境，变革计算机基础实验教学的手段和方法，基于“以人为本”的教育理念，实现个性化实验教学[2-4]。

基于网络的实验教学系统设计的主要目的是让学生在实验环节中实验项目更加具有针对性，实验作业的管理更加完善，实验评价更具客观公正性和个性化，给学生以弹性化、人性化的发展空间。这将有利于学生在学习过程中产生积极的情感，切实提高学生的实际操作能力。

2 系统构成[5]

本系统主要包括三个子系统，即实验CAI系统、测试系统、远程作业管理系统。

考虑到对网络资源的合理利用和网络速度，本系统分别使用C/S和B/S网络模式编程。计算机应用基础实验CAI系统和测试系统是基于C/S的局域网技术，主要用于在局域网内（实验室内）指导学生上机练习、上机结果收取、学生平时自测验和期末考试。远程作业管理系统则是基于B/S网络模式，主要用于教师在广域网内指导学生练习、作业布置与收取、学生平时自测验等。其系统结构如图1所示。三个子系统即可配合使用，也可单独使用。使得学生既可在实验室内，也可在其他具有上网条件的计算机上进行练习、测试及接受老师的辅导。在所有的子系统中始终都坚持了“任务驱动”的理念，注重培养学生的实际动手能力，在学生实验过程、教师辅导过程、平时测试过程、期末考试过程中都坚持以培养与考察学生实践能力为主，使得学生的实际动手能力大为提高。

2.1 实验CAI模块[6]

2.1.1 实验CAI系统模块组成

该模块主要分为：实验项目、实验测试、工具、实验帮助、实验作业管理。如图2所示。

1) 实验项目：内容包含了大学计算机基础的各种教学内容，由Windows操作、Word操作、Excel操作、PowerPoint操作、Internet操作和中英文打字练习等六个模块组成。实验项目的具体要求按照“任务驱动理念”以Word文件的形式展示给学生。其中包括：实验目的，实验要点，实验步骤和实验结果。实验内容可由教师根据自己的教学进度和深度随时更新、增加或删除等。

2) 实验测试：对每一个实验教学内容都有相应的实验测验，主要是为学生进一步提高操作能力，学生自行检测自己的实验学习结果而设计的。

3) 工具：这一模块是为任课教师收取学生实验结果、改变实验项目内容预留的一个接口。

4) 实验帮助：可由教师根据实验项目的要求，把实验中重点步骤及实验结果用Word文件形式存储，学生则可通过实验帮助获取该实验项目操作过程的提示。

5) 实验作业管理：当学生完成实验项目作业时，单击“交作业”菜单时，即可打开学生作业维护窗口如图3，在该窗口中学生可以将操作结果提交给任课老师，如果学生没完成本次的实验任务，也可以上传到服务器，然后利用课余时间将上次没能完成的作业，下载到本地存储器上，待修改完成后重新上传。教师则通过上述“工具”菜单进入教师作业管理来检查、管理学生作业。

2.1.2 本实验CAI系统的优点

1) 实验任务明确，实验项目可任意增加、修改和删除。每个任课教师根据各自理论课的教学内容、进度、深度，通过CAI服务器上布置本次实验任务，学生在实验室内有的放矢。

2) 由于中学阶段时各地区提供的信息技术运用环境和信息技术教育的教学水平有显著的差异，造成学生的信息素养有一定层次的不同。如继续采用过去那种统一计划、统一模式、统一要求的教学模式，势必会造成基础好的学生“吃不饱”，基础差的学生“吃不了”，其结果是好学生没有学习积极性，丧失了进取心；差一点的学生则处于被动学习状态，甚至厌倦学习。该软件充分考虑学生个体差异，配备大量不同难度、不同层次和类型的上机操作题，既有基础性练习，也有简单综合性，还有一定难度和探索性的实验项目，使得每个层次的学生都有针对性的操作练习实验项目，都能享受到成功的喜悦，因而提高学习的积极性和主动性。

3) 该软件具有丰富的在线帮助功能，每个实验均配有完成后的效果图，学生可据此判断自己做题的情况。

2.2 测试系统[7-9]

传统的纸制试卷上的题目测试往往偏重理论，很难对学生具体的实践能力进行检验。而且教师考前命题，考后阅卷，试卷分析的工作都相当烦琐。如何通过设置来源于实际工作、学习和生活的计算机应用实例，针对性的对学生动手能力的测验是目前困绕计算机应用基础教学中的一个普遍难题。虽然当前有许多针对计算机基础课程的考试系统，但大多只是把纸制试卷做成了无纸化试卷，很少真正实现操作类型的题目和该类题目的自动阅卷。

本系统是基于C/S模式利用语言与Access数据库实现的测试系统，主要是学生进行自我检测及期末课程考试使用。系统由身份验证，计算机自动组题，试题备份与恢复，自动收卷，自动阅卷，成绩分析6个模块组成。测试或考试完成后计算机会自动阅卷并保留该学生本次测试或考试的所有相关数据。

在试卷组题方面，主要采用的是多约束组题算法，即在系统进行随机组题时考虑多种约束条件，通过在试题库中所设置的试题类型、试题特征符号、试题难度系数等字段，同时考虑试题的知识点及试卷分值等约束条件。使得所抽取试卷的区分度、可信度都有很大提高。通过使用这一算法，组卷的效率较高，每个学生所获得的试卷相同率很低，真正能测验出学生的学习效果。

主观题特别是如Word，Excel，PPT等具体实践操作的题目一直是考试系统难以解决的问题。我们采取以下方式解决，首先改变出题的方式，如表1所示，在题目编制时，通过给出的操作要求（question），给学生提供操作原文件（name），根据题目的要求进行一系列操作后，最后将操作后的结果回填到题目给出的答案框中如图4所示。学生要想得到最终结果，必须完成一系列实际操作。当学生完成操作后，在试卷上只填入最终结果。这样编写阅卷的模块程序就简单了许多，把教师给出的正确答案（answer）和学生的答案作比较，就可快速判断学生是否正确。如果学生答案不正确，再通过系统中备份文件查看学生的操作步骤，给出相应的判断。

本系统是一个通用测试系统，安装简单，使用方便，稍加修改，即可作其他任何课程学生平时自测使用和期末考试使用。

2.3 远程实验管理系统[10-11]

由于具有前两种实验系统，本系统只是作为辅助平台，使学生不需要到实验室也可以进行自我练习和得到老师的辅导。

该子系统采用基于浏览器/服务器结构（B/S）的三层应用模型来实现网上作业系统。三层应用模型同传统的客户机/服务器模型相比，提高了系统的可扩展性、安全性和可重用性。它将应用逻辑与用户界面和数据访问相剥离，这样便使系统的维护变得简单，同时可以通过采用组件技术，降低数据库服务器的负担，从而提高其性能。本系统中主要使用成熟的FTP技术来实现远程作业布置和收取功能。教师在FTP服务器中为每个学生建立一个特有的文件夹，然后把实验项目及要求或练习作业等上传FTP服务器，学生首先进入到FTP服务器中找到自己的任课教师，输入给定的口令，下载实验项目及要求或练习作业，自行完成后，上传到自己的文件夹中。如果有问题，可通过留言簿和教师交流和讨论。

3 应用情况分析

本系统于2005年开始应用于我校计算机基础实验教学工作中，从使用反馈的情况来看，本系统起到了以下效果：

1) 实验教学效果显著提高。

学生以前（特别是中学阶段）学习计算机课程，主要是对理论知识的死记硬背，而在我们的实验课上，一方面，采用我们根据多年的教学经验而编写的上机实验项目，切合学生的生活实际，使学生感到实验课实际上是真正的将所学知识运用到实际中去；另一方面，CAI软件中惯窃“任务驱动”的理念，让学生通过完成一个一个的任务来操作，具有一定的挑战性，增加了学生的积极性。而且通过网络可以相互交流，协作学习，激发学生的学习兴趣。

2) 教师实验课辅导效率提高，实现学生个性化学习。

通过CAI软件和远程实验管理两中方式，教师可以给不同学生布置不同的作业及批改作业，给每个学生不同的评价。学生也可通过网络上交作业，还可在网上向教师提问，教师可根据学生的问题进行个别的或者是普遍性的答疑，实现个性化学习。同时学生可以通过本系统的帮助功能，学生们自己就能解决很多问题，从而减少了教师的工作量。

4 结束语

通过网络化实验教学，实现了学生与学生之间，学生与老师之间一对一的交流和沟通，实现了真正意义上的“以人为本，学生为主”的教育教学理念。三个子系统的配合使用，给学生提供了全地域、全天候的学习及测试环境，任务驱动的方式使学生实训目标更加明确，激发了学生的学习积极性和主动性，提高了学生的实践操作能力。

参考文献：

[1] 黄赛平.高校计算机基础教学的改革与思考[J]. 南京工程学院学报（社会科学版），2005(9).

[2] 陈莉，黄荣怀等，从精品课程看我国高校的实践教学[J]. 开放教育研究，2008(2).

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[5] 马桂峰，王金才等，基于ASP技术的网络化实验教学系统的研究与实现[J]. 计算机工程与设计，2007(4).

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[8] 张永岗，基于网络的计算机考试系统的研究[J]. 科技咨询，2006(4).

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