學(xué)分制下高校開放式網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的研發(fā)-2019年教育文檔

1、學(xué)分制下高校開放式網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的研 發(fā)隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展和高校學(xué)分制教育體制改革的推 進，網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)管理模式在高校教學(xué)環(huán)境中扮演著越來越重 要的角色。學(xué)分制教學(xué)主要以突出學(xué)生的個性發(fā)展和創(chuàng)新能力的 培養(yǎng)為目的， 給予學(xué)生自主安排學(xué)習(xí)方式與進程的充分自由， 班 級和專業(yè)的觀念逐漸淡化，學(xué)生的個體行為增加 , 學(xué)生的流動性 增強。實驗教學(xué)必須順應(yīng)這種趨勢 , 改變原有的在固定時間里、 在固定實驗室內(nèi)完成單一化實驗的教學(xué)模式 , 代之以有創(chuàng)新性的 實驗教學(xué)模式 開放式實驗教學(xué)。在學(xué)分制環(huán)境下,對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)管理方式進行改革 , 充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù) , 探索 并開發(fā)一套有效的

2、開放式網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)管理系統(tǒng)就顯得尤為 重要。一、高校實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的需求與目標(biāo) 實驗教學(xué)是高校實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)， 其水平高低直接體現(xiàn) 學(xué)校人才培養(yǎng)的質(zhì)量及層次。 目前，由于許多高校招生規(guī)模急劇 擴大，出現(xiàn)了地理上的多校區(qū)分布狀況。另外，隨著學(xué)分制教學(xué) 模式的推廣，實驗教學(xué)管理的難度也隨之增大。因此，如何在學(xué) 分制環(huán)境下， 解決實驗教學(xué)管理中出現(xiàn)的新問題， 首先必須從實 驗教學(xué)管理的需求及目標(biāo)出發(fā)。從管理的角度對系統(tǒng)的統(tǒng)一性、 開放性、管理性及系統(tǒng)性 4 個方面進行分析。1. 學(xué)分制下高校實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的需求分析(1) 實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的統(tǒng)一性需求分析由于教學(xué)改革發(fā)展的歷史原因， 高校中

3、各學(xué)院目前使用的實 驗教學(xué)管理系統(tǒng)具有較大的差異， 有C/S和B/S架構(gòu)系統(tǒng)，而且 系統(tǒng)管理的方式有純軟件、軟硬結(jié)合、純硬件等，采用的數(shù)據(jù)庫 有大型、中小型以及文件數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫缺乏一個統(tǒng)一的接口， 這樣的管理方式存在很多弊端，如系統(tǒng)異構(gòu)、共享困難、部門間 出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)不一致、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換復(fù)雜等。因此，必須 以實驗管理部門為中心對全校的各實驗中心統(tǒng)一管理， 利用高校 現(xiàn)有教學(xué)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫， 建立同步的數(shù)據(jù)庫服務(wù)體系， 向各 學(xué)院實驗中心提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)接口， 通過這種服務(wù)的形式將 分布異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫共享起來， 并及時同步處理各學(xué)院在同時段或 不同時段實驗上機的數(shù)據(jù)信息， 避免數(shù)據(jù)重復(fù)

4、， 為實驗管理提供 了數(shù)據(jù)保障。(2) 實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的開放性需求分析 學(xué)分制下網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)管理系統(tǒng)應(yīng)該是開放的， 它的開放不僅是時間和空間上的開放， 更為重要的是實驗教學(xué)內(nèi)容與形式 的開放。時間上的開放是指利用常規(guī)教學(xué)時間以外的時間對外開 放，充分利用實驗資源，提高設(shè)備利用率；空間上的開放是指盡 可能全面開放實驗室的實驗場所； 內(nèi)容上的開放是指在同時間內(nèi) 安排不同的實驗內(nèi)容， 激發(fā)學(xué)生的實驗興趣， 鼓勵學(xué)生自我設(shè)計 實驗，讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的情況下，綜合運用所學(xué)知識，根 據(jù)自己的設(shè)想設(shè)計實驗內(nèi)容，驗證自己的設(shè)想，或在教師指導(dǎo)、 參與下共同設(shè)計新的實驗，這樣就調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動 性

5、，有利于學(xué)生的創(chuàng)造能力和綜合能力的培養(yǎng)， 豐富了實驗教學(xué) 層次。 特別是在學(xué)分制實驗教學(xué)環(huán)境下， 開放性實驗教學(xué)在科學(xué) 的管理要求上就顯得尤為重要，它的靈活性、及時性、混合性、 異步性等特點在管理系統(tǒng)、 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和數(shù)據(jù)處理中表現(xiàn)得尤為突 出。(3) 實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的管理性需求分析在整個網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)管理過程中主要涉及 3 個層次：實驗 室、實驗中心、 實驗管理管理中心。 其中各實驗中心以教學(xué)軟件、 硬件和管理系統(tǒng)為核心向?qū)嶒灲處熀蛯W(xué)生提供一個良好的教與 學(xué)的環(huán)境。利用這種C/S和B/S混合模式的管理系統(tǒng)對學(xué)生實驗 進行實時監(jiān)控和對各實驗課程進行綜合安排；學(xué)生進行實驗時， 可以通過各實驗中心的

6、文件服務(wù)器獲得相關(guān)的實驗教材、 實驗大 綱、實驗指導(dǎo)書、在線幫助、實驗演示等信息及功能，從各種渠 道獲得學(xué)習(xí)上的幫助， 同時實驗中心管理人員可以根據(jù)具體需要 進行實驗的準(zhǔn)備以及維護工作， 也為設(shè)備、 耗材以及器件管理提 供了依據(jù)。 實驗教務(wù)管理人員可以監(jiān)控監(jiān)管實驗教學(xué)過程以及實 驗成績的考核。 系統(tǒng)管理人員主要是針對教學(xué)資源的數(shù)字化以及 上機數(shù)據(jù)的維護， 為實驗管理部門提供準(zhǔn)確的實驗教師考核數(shù)據(jù) 和實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 教學(xué)管理系統(tǒng)能在同一時間內(nèi)滿足不同用戶使 用，為學(xué)生提供自由開放式學(xué)習(xí)空間和動手創(chuàng)新能力的學(xué)習(xí)機會，這也是高校實驗教學(xué)改革的發(fā)展趨勢(4) 實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)性需求分析實驗教學(xué)管

7、理必須能為學(xué)生提供一個數(shù)字化、 開放性、 人性 化、可管理性的學(xué)習(xí)環(huán)境， 同時也要為實驗教師的實驗教學(xué)提供 一個方便、有效的數(shù)字化管理平臺。因為它的管理是全方位的、 面向過程的、動態(tài)的，所以它應(yīng)當(dāng)滿足從學(xué)生實驗預(yù)約、實驗結(jié) 果數(shù)據(jù)的收集處理、 實驗報告提交、 實驗考核到實驗統(tǒng)計分析等 一整套完整的數(shù)據(jù)管理功能， 同時也要考慮減少實驗教師大量的 簡單重復(fù)勞動。 因此在管理上既要滿足從實驗管理部門到各實驗 中心再到相關(guān)的專業(yè)實驗室的縱向管理， 又要實現(xiàn)各實驗室之間 的橫向溝通。2. 開放式網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)制定 開放式網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)就是為教學(xué)提供最優(yōu)化 的實驗教學(xué)模式和平臺。具體而

8、言要達(dá)到：(1) 為實驗教師提供簡便有效的實驗教學(xué)管理手段、實驗 數(shù)據(jù)以及實驗過程的存儲和監(jiān)管， 以及對學(xué)生的考勤和實驗進行 考核。(2) 為實驗管理部門提供對實驗教師考核、實驗教學(xué)的統(tǒng) 計與查詢以及實驗設(shè)備的使用情況的了解。(3) 充分利用便利的軟硬結(jié)合的實驗教學(xué)管理系統(tǒng)為學(xué)生 提供自主的選課空間和學(xué)習(xí)空間， 使學(xué)生在最短的時間內(nèi)， 掌握 每次實驗的操作技能， 并在此基礎(chǔ)上進行創(chuàng)造性實驗， 培養(yǎng)學(xué)生 全面的動手能力和創(chuàng)造能力，提高學(xué)生的實驗興趣和實驗效果。二、網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計 網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計由兩部分構(gòu)成， 一是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及 數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)的設(shè)計，二是系統(tǒng)功能的設(shè)計。1. 系統(tǒng)

9、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計隨著高校近幾年的迅速擴建， 目前大部分高校至少有 2 個或 2個以上校區(qū)；并且不同學(xué)院都有各自的專業(yè)實驗室，因此，為 使這些地理上分散的實驗中心及實驗室構(gòu)成一個有機的整體， 在 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮以下幾點：(1) 系統(tǒng)具有高強度的跨網(wǎng)段功能，保證不同網(wǎng)段間的服 務(wù)器數(shù)據(jù)庫能夠共享；(2) 在每個學(xué)院的實驗中心搭建一臺系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并保證該服務(wù)器能與中央服務(wù)器及時共享數(shù)據(jù)；(3) 系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫使用SQLServer2000及以上版本；(4) 各實驗中心只對本學(xué)院的實驗教學(xué)進行管理，把處理 的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到中央服務(wù)器中； 各學(xué)院系統(tǒng)運行和數(shù)據(jù)處 理互不影響， 從

10、而減少中央服務(wù)器的工作負(fù)荷及保證了系統(tǒng)的穩(wěn) 定性?；谝陨峡紤]對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)處理模式進行了優(yōu)化 設(shè)計，其結(jié)構(gòu)圖如圖 1、2 所示2. 系統(tǒng)的管理功能設(shè)計為理清系統(tǒng)功能上的需求，針對此問題專門設(shè)計了調(diào)查表， 以實驗管理處及各實驗中心人員以及部分學(xué)生為對象， 發(fā)放調(diào)查 問卷 100 份，收回 91 份，通過對調(diào)查表進行統(tǒng)計綜合分析，發(fā) 現(xiàn)如下四方面的功能需求具有關(guān)鍵性：(1) 系統(tǒng)應(yīng)集管理和輔助教學(xué)于一體該系統(tǒng)既可以實現(xiàn)實驗教學(xué)安排、 實驗預(yù)約，以及學(xué)生考勤、 成績等各種統(tǒng)計信息的實時查詢和實驗教學(xué)設(shè)備使用維修等環(huán) 節(jié)的網(wǎng)絡(luò)化管理， 又允許教師將實驗教學(xué)的內(nèi)容和相關(guān)的實驗課 件通過各自實驗中

11、心的FTP服務(wù)，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源和 互動式教學(xué)方式。(2) 系統(tǒng)應(yīng)能實行個性化管理學(xué)生學(xué)習(xí)計劃、 進度按個體管理， 教師及管理人員按不同的 身份管理， 不同登錄人員對應(yīng)不同的頁面及內(nèi)容， 使得頁面內(nèi)容 簡潔明了，提高了系統(tǒng)的安全性。(3) 系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)多層管理 系統(tǒng)設(shè)置學(xué)校、學(xué)院(實驗中心)、實驗室三層管理，對于不同的管理層設(shè)置不同的管理權(quán)限及數(shù)據(jù)處理功能， 以實驗中心 為主要的管理層。(4) 系統(tǒng)應(yīng)具有較強的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析功能 系統(tǒng)具有多種統(tǒng)計、查詢功能。在實驗教學(xué)管理中，對不同對象的關(guān)鍵信息需要提供多種查詢方式和數(shù)據(jù)分析功能， 部分分 析數(shù)據(jù)需要直觀的圖形顯示。3. 系統(tǒng)主要功能設(shè)計

12、 基于上述調(diào)查和分析，考慮到系統(tǒng)使用者的不同角色需求， 系統(tǒng)的管理功能主要由四方面組成： 實驗選課預(yù)約、 實驗教學(xué)安 排、實驗教學(xué)控制和實驗數(shù)據(jù)管理， 其主要功能設(shè)計如表 1 所示。(1) 實驗選課預(yù)約該功能主要實現(xiàn)學(xué)生的自由選課， 它包括了學(xué)生在選課過程 中所要了解的各種信息及各種選擇功能。 由于學(xué)生按學(xué)分制要求 在每學(xué)期選完理論課后， 該學(xué)生的實驗課就相應(yīng)的確定了。 因此， 系統(tǒng)只需從教務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù) (學(xué)生與授課 數(shù)據(jù)) 存儲在實驗管理部門的中央數(shù)據(jù)庫中， 這樣既可以減少學(xué) 生的查詢、復(fù)核的時間，也杜絕學(xué)生的錯選、漏選的可能性，同 時也減少了實驗教師排課的工作。 學(xué)生在

13、選課時， 可在系統(tǒng)提供 的任何時間、 任何地點選擇自己的實驗時間和實驗項目， 同時也 可以自由選擇系統(tǒng)所列出的實驗教師。 當(dāng)學(xué)生選完后發(fā)現(xiàn)自定的 實驗項目在時間上有沖突， 可以通過查詢個人實驗選課表， 在規(guī) 定的期限內(nèi)進行合理的修改， 使學(xué)生達(dá)到課時不沖突、 實驗不遺 漏的教學(xué)要求。(2) 實驗教學(xué)安排該功能主要為實驗中心的實驗教師實現(xiàn)臨時實驗課安排而 設(shè)計的。 它包括哪一位老師代什么實驗課， 這門實驗課有多少學(xué) 生、多少實驗學(xué)時以及需要什么教學(xué)軟件， 與其他的實驗課有沒 有沖突等因素的限制，合理地安排實驗教學(xué)時間、地點、組數(shù)、 每組人數(shù)、所能開一次實驗最多人數(shù)限、預(yù)約截至日期，并將以 上數(shù)據(jù)

14、結(jié)合學(xué)校教學(xué)計劃(非節(jié)假日)經(jīng)過系統(tǒng)科學(xué)合理運算輸 出所有實驗課的學(xué)期實驗課程表。實驗前有任何關(guān)于實驗的要求或遇到具體情況需要更改實 驗安排，例如：實驗中心臨時停電或增刪有些實驗等情況，系統(tǒng) 必須有合理的處理策略。(3 )實驗教學(xué)控制該功能主要是為實驗中心的實驗管理人員設(shè)計的，包括實驗前為學(xué)生提供相關(guān)的實驗資源下載和實驗結(jié)果上傳、學(xué)生考勤、 實驗地點的合理分配、實驗過程中監(jiān)控學(xué)生的實驗情況以及禁用 與實驗無關(guān)的應(yīng)用軟件和禁止部分網(wǎng)站等功能。例如：通過實驗課表控制每一位學(xué)生的實驗學(xué)時， 當(dāng)這門實驗課結(jié)束的時候， 該 學(xué)生的實驗課時將消減為零， 不能追加到其他的實驗學(xué)時上；并統(tǒng)計每個學(xué)生的這門實驗

15、課的出勤情況，為實驗教師提供完整的考勤依據(jù)；在實驗過程中，系統(tǒng)能及時統(tǒng)計出該實驗室空閑的教 學(xué)設(shè)備，使管理人員合理分配其他學(xué)生的實驗或自由上機，提高實驗設(shè)備的利用率。(4) 實驗數(shù)據(jù)管理該功能是專門為系統(tǒng)管理員的工作設(shè)計的。該子系統(tǒng)不僅起 到將本地的統(tǒng)計數(shù)據(jù)上傳到實驗管理部門服務(wù)器上的作用，也承擔(dān)了對整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理和維護。其中有：學(xué)生上機記錄、實 驗教學(xué)完成情況、設(shè)備使用情況及硬件維修情況。由于學(xué)分制下的實驗教學(xué)管理信息繁多， 因此要充分考慮各 種信息之間的關(guān)系，其中包括學(xué)生情況、開課情況、選課情況、實驗項目對應(yīng)的實驗室和實驗教師、實驗項目、項目明細(xì)、學(xué)期 實驗安排等多種信息，并將以上數(shù)據(jù)提供給學(xué)生的實驗?zāi)K中。 它擁有管理員最高權(quán)限， 對用戶的任何以外操作或事件： 如密碼 遺忘等， 可直接操作