工程基础软件及应用课程的网络教学系统设计

信息化技术的快速发展和信息量的激增, 为网络教学这一新的教学模式提供了物质和技术基础。构建多媒体交互的网络教学系统, 有利于实现教学资源的共享与交流, 把传统的课堂延伸到网上, 并能提高学生学习的主动性、积极性、及时性、有效性和高效性, 它是支持新型的教师指导下学生自主式学习方式的最有力工具, 应用前景十分广泛。

“工程基础软件与应用”是一门实用性很强的专业必修课, 通过网络多媒体交互教学的形式介绍工程基础软件的基本原理、操作、以及丰富的案例教学, 充分利用现代化的教学手段和多种教学资源, 可以为学生提供良好的自主学习环境, 使学生更好地熟悉和掌握工程基础软件的使用, 为今后从事机电工程项目设计和科学研究打下良好的基础。

本文采用J2EE技术设计实现了一套“工程基础软件与应用”交互式的网络教学系统, 并对该平台的设计思路、实现的关键技术等进行了详细阐述。该系统提供了完整的网络教学环境, 功能丰富、结构合理, 支持用户规模大、具有高度的稳定性。为学生提供良好的自主学习环境, 使教学效果和教学效率得到了很大的提高, 具有较大的实用。

1 网络教学系统的体系结构

J2EE所定义的开放式多层体系结构和对EJB、Servlet、JSP以及XML等技术的全面支持, 使软件开发商们和企业在开发和配置企业内部网应用程序时能够有效地利用J2EE结构。因此, 本文基于J2EE规范的体系结构, 将网络教学平台的体系结构分为四层, 分别是客户层、Web层、应用服务层和数据资源层。J2EE四层结构包括:客户层, 为教师、学生以及系统管理员提供方便直观的可视化图形接口;Web层, 响应客户请求, 为客户提供所请求的资料;业务层, 运行应用逻辑完成客户请求的计算和资料操作;数据层, 存储、管理资料信息。采用多层结构的方式, 将业务逻辑与其他分层分开, 大大减轻了Web层的负担, 使系统具有很强的伸缩性、通用性、兼容性和可操作性, 每一层都能专注于特定的角色和功能。

2 网络教学系统的功能设计

网络教学平台的主要功能是使教师可以利用多媒体、网络技术实现高质量教学资源、信息资源和智力资源的共享与传播;促进高水平的师生互动, 促进主动式、协作式、研究型的学习方式, 从而形成开放、高效的教学模式, 更好地培养学生的信息素养以及问题解决能力和创新能力;同时还能够对学生的学习行为进行监控和了解, 提高教学资源的利用水平和管理水平。对学生而言, 通过该系统可以充分利用学校的网络资源和知识资源, 促进自主学习和协作学习, 促进学习效果, 提高学习效率。

网络教学系统的功能设计框图如图1所示。教学系统首页提供所有通向系统内部频道的丰富和多样性的链接方式及通道。

(1) 信息中心:教师可以在此发布教学安排信息, 主要是有关上课、上机、考试时间安排及教学计划等信息。学生可以及时查看发布的课程通知。还包括教师对作业的布置与分发, 学生作业的递交, 作业批改和反馈。

(2) 在线学习:学生可以浏览教学大纲, 教学计划, 教学课件等内容;教师可以在此完成课件的上传、修改和删除。为了使学生能够系统地学习有关课程, 教学课件的基本内容以章节目录编组, 不同章节的相关内容进行链接设计, 使各部分内容互相交叉, 融为一体。同时实现了教材的电子化和多媒体化, 课件在知识组织方面进行了全新的设计, 实现了人、机之间直观、自然的交互, 极大的提高了学生的学习兴趣。

学生在学习过程遇到问题时, 可随时访问该系统中的自动答疑子系统, 系统将根据学生提交的问题描述对知识库进行搜索, 将对该问题的解答呈现给学生。

(3) 在线考试:本文针对“工程基础软件与应用”课程的特点完成了该模块的开发。

教师的在这里可以管理题库, 自动或人工试卷, 分配考生考试权限, 考场监控, 批阅试卷, 统计科目考试成绩。

学生将教师生成的试卷以word形式的下载后, 利用计算机上的工程基础软件, 如Matlab、EWB等, 开始答题, 最后将解题步骤及运行结果保存到word文件中。考生需要将该word文件和程序源文件分别上传到服务器。每个学生提交的文件都将被保存以备阅卷。

考试结束后, 教师能在线进行阅卷, 并能对所有成绩记录进行查询和修改、删除。另外, 还有成绩统计、分析的功能。

(4) 师生交流:在这里, 可以完成类似于BBS讨论区的功能。可以按主题分为几个板块, 可以进行动态的管理。教师可以把问题放在BBS论坛上, 使每位学生都能对问题发表意见, 予以回复, 同学间彼此看到自己对这些问题的理解, 真正做到了师生互动、生生互动。教师通过查看网上的回答, 能及时全面地掌握每个学生的情况, 并针对出现的问题, 及时调整策略, 从而提高课堂教学效率。

另外, 还可以通过聊天室和实时通信工具, 如MSN、QQ等, 来进行面对面的视频与语音的实时答疑交流。

(5) 资源中心:资源中心模块将有关课程内容、相关资料压缩成文件, 方便学生下载及下载后的仔细研究。

(6) 帐户管理:包括系统管理员、教师和学生管理。其中管理员可以对所有人员进行添加、修改、删除和查询, 同时还可以对教师的所有权限进行分配。

3 系统实现的关键技术

基于J2EE的网络教学系统主要的开发工具可以采用Dreamweave r+JBuilder+Weblogic+SQL Server 2000。SQL Server2000作为后台数据库来构架一个实用的应用程序。教学系统的体系结构采用Browser/Server模式, 将内容的生成和显示进行分离;并利用可重用的组件 (Java BeansEJB) , 降低了开发组件的复杂程度, 加快了总体开发速度, 提高了系统质量。

JDBC技术在J2EE结构的中间层与数据层的数据源之间提供了数据库独立的开放性连接, 使应用程序不仅可以对基于SQL标准的关系数据库系统进行访问, 而且还可以对其他类型的数据源进行访问。程序开发人员使用它可以连接任何提供了驱动程序的数据库系统, 这样就使程序员无需对特定的数据库系统的特点和细节有过多的了解, 从而简化和加快了开发过程。

4 结语

本系统采用了符合J2EE规范的体系结构, 具有良好的跨平台性、安全性、可扩展性。测试结果表明, 本系统界面友好、使用简单;课程导航设计明确、简单;教学设计以学生为中心;提供在线答疑、考试等各种功能模块和交流环境;具有优异的跨平台性和良好的安全性。该教学系统的设计, 立足于实际课程教学和教学改革的需要, 可极大激发学生的学习兴趣, 扩展学生掌握相关工程应用软件的实际能力, 促进教学质量的提高。

摘要：为了改变传统的教学方式, 提高教学的交互性和主动性, 利用J2EE技术架构了一个优良的“工程基础软件与应用”网络教学系统, 并讨论了系统设计的思想和实现的关键技术。测试结果表明, 该系统使用效果良好, 是一个较为完善的、稳定的、灵活的网络教学系统, 能够很好的提高教学效率和教学效果, 具有良好的应用前景。

关键词：网络教学系统,J2EE,B/S模式

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