开放式实验室教学管理系统的设计

2022-09-11

随着实验教学改革的不断深入, 个性发展要求不断提高, 高校实验教学在扩大和细化实验题目的同时, 不再要求学生完成全部的实验题目, 而是根据个人的兴趣有选择地完成一部分实验题目。在这种管理模式下, 传统的课程安排方式就显得力不从心, 即将学生分从若干组, 然后在固定的时间内完成固定的实验题目。为了适应这种实验教学改革, 开发基于WEB的高校开放式实验室教学管理系统尤为重要。

1 开放式实验与传统实验的区别

实验理念不同。开放式实验教学推崇的是“人人都能成功”的实验理念。它是一种在时间上、教学内容上和实验资源上都对学生开放的个性化实验教学形式, 是一种在学生掌握基本知识与经过严格的技能训练后, 根据自己的能力、个性特点、兴趣爱好自主地选择实验内容和实验时间进行学习的实验模式。它要求教师必须有现代教育的观念和意识, 在实验教学中必须体现素质教育理念、开放教育理念和能力本位理念。

教学主体不同。传统的实验教学以教师为中心, 教师是传授知识和技能的主体, 讲究纪律秩序, 追求精确有致, 学生被动地接受知识和技能, 实验时学生只需按教师制定好的步骤机械地去完成即可。而开放式实验教学则关注每一个个体差异性和创造性的特质, 充分调动学生学习的主动性、独立性和创造性, 学生被推到实验的主体位置。在实验过程中, 学生享有选定实验课题、选择仪器设备、制定实验步骤、处理和分析实验数据与实验结果的权利, 教师只是对整个实验过程进行动态控制, 在关键环节上对学生进行启发、激励、引导和指导, 并及时对实验效果进行评价。

教学方法不同。传统的实验教学方式单一, 具有较强的验证性和模仿性。实验前, 教师通常对实验 (包含实验目的、原理、内容、仪器设备、实验步骤、数据表格、数据处理方法) 有详细讲解, 甚至进行操作示范, 学生做实验只需“按部就班”、“照葫芦画瓢”。开放式实验教学是动态的实验教学模式, 它给学生提供宽松和谐的实验环境和较大的创新空间, 更加注重知能的结合, 把更多的时间留给学生自主思考、自主探索, 同时, 也把交流沟通技能和团队合作精神的训练融入实验环节中。

评价体系不同。开放式实验教学要建立科学、开放的教学评价体系, 分为两个方面:一方面是学生综合素质评价, 改变过去以掌握知识为主要评价要素的传统人才评价标准, 建立创新人才综合素质的评价体系;另一方面是教师教学评价, 过去学校对教师普遍采用重理论、轻实践的评价体系, 不重视教师个体的创造性, 很多有益的实验教学方法未能及时得到推广, 致使一些教师对实验教学探索投入不足。因此, 应改革教学评价体系, 加大对实验教学研究的倾斜力度, 鼓励实验教学卓有成效的教师, 形成重视实验教学的良好氛围。

2 系统设计思想

系统的设计思想是从实际教学需要出发, 改善实验教学管理, 实现学生任意选择规定范围内的各种实验及相应的任课教师。如图1所示, 每门实验课程都对应N个实验题目, 同时也将由M个教师讲授, 实验题目与教师的每个组合确定了实验的开放时间, 各班级学生根据各自教学计划及实验开放时间在网上进行实验预约, 形成预约记录。在这个过程中, 学生就对教师和实验题目的组合进行了选择, 并根据预约记录来上课, 教师在课程结束后针对学生学习及操作情况在系统中给出实验成绩, 同时打印出标准的成绩单及分析单。

3 系统设计架构

根据实际教学需要及设计思想, 系统采用三层架构设计。如图2, 包括页面表现层、业务逻辑层和数据访问层。页面表现层主要完成向用户展现数据, 为用户提供数据操作界面。通过页面表现层, 用户可以完成系统配置, 实验预约等操作。业务逻辑层起到了承上启下的作用, 当用户请求操作的时候, 页面访问层通过调用业务逻辑层中的相应方法, 来完成对数据的操作。而对数据访问层来说, 它是动作的发起者, 由它来直接与数据访问层通讯, 最终将数据库的数据展现、提交、返回给页面逻辑层, 数据访问层位于最下层, 主要完成数据库的直接操作, 如添加、删除、插入和更新等

根据上述架构体系, 系统设计分为学生用户界面、教师用户界面和管理员界面。三种界面对应着体系架构中的页面表现层。另外, 公用类中包含了业务逻辑类和数据访问类, 对应着业务逻辑层和数据访问层。学生用户功能包括:教务信息查看模块、实验预约管理模块、实验成绩查询模块等;教师用户功能包括:教务信息管理模块、实验信息管理模块、实验开放时间管理模块、预约实验成绩管理模块、学生成绩查询模块等。管理员用户包含的模块较复杂, 可分为常规管理、用户管理、实验管理和教学管理四大部分, 其中常规管理包括统基本信息配置、修改登陆密码、教务新闻管理;用户管理包括院系管理、教师管理、学生管理;实验管理包括实验课程管理、实验题目管理;教学管理包括时间段管理、实验开放时间管理、实验预约信息管理。

4 系统的优化设计

开放式实验室教学管理系统服务的对象主要有选课学生、任课教师、系统管理员等。系统的质量和效率直接影响着教学的质量和效果, 因此, 系统的优化设计至关重要, 在应用上要具有界面友好、操作简便、易于管理等特点。

首先, 在开发语言上, 系统开发语言选择asp·net2.0, 这是一种非常优秀的动态网页开发语言。它的优点是界面设计和程序设计存储在不同的文件中, 复用性和维护性得到了提高, 并且采用编译执行方式, 一次编译, 可反复使用, 大大提高了网页刷新速度。而有些开发语言采用的是解释执行方式, 每次刷新都要重新解释, 这样给服务器带来了很大负担, 同时客户端访问的速度也会受到影响。

其次, 在数据库的选择上, 因为系统数据量并不是很大, 所以选择中小型网站常用的Access数据库, 而不是大型网站中用的SQL数据库。此外, Access数据库是面向对象的开发工具, 界面友好, 易操作。

最后, 选择B/S模式开发 (Browser/Server, 浏览器/服务器模式) 。B/S最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。只要有一台能上网的电脑就能使用, 客户端零维护。系统的扩展也非常容易, 只需在服务器端进行。

5 结语

实验教学是各学科专业教学的一个重要环节, 教育工作者在实验教学的应用方式及模式上积累了很多经验, 并将教学经验及成果引入到该系统的设计中。目前, 高校开放式实验室教学管理系统已在我省多所高校多个专业的实验教学和管理中得到了应用, 并取得了很好的教学效果。与同类设计相比, 该系统在人性化、系统化等方面有很大改善, 并将推广到其他各门学科的实验教学应用中。

摘要：开放式实验室教学管理系统是为适合我国实验教学改革及学生个性化发展的实际需求而设计的。实行开放式实验室教学模式, 利用Internet建立开放式实验室管理系统改革传统的教学模式, 建立了新的体系, 克服了传统实验室教学的诸多问题。本文在系统设计思想及设计构架方面融合了实际教学工作的很多经验, 实际应用中的改进也使得系统的设计达到最优化。

关键词：开放式实验室,教学模式,设计思想,设计架构