王前 段雨愛 左霞

摘 要：本文介紹了首都師范大學(xué)化學(xué)系實驗教學(xué)中心為解決開放性綜合實驗教學(xué)改革中出現(xiàn)的管理問題，設(shè)計開發(fā)的基于Google Web Toolkit （GWT）和MongoDB數(shù)據(jù)庫、使用Java開發(fā)的開放性綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)。概述了本教學(xué)系統(tǒng)的功能設(shè)計、系統(tǒng)流程、系統(tǒng)特點等內(nèi)容。實踐證明：該系統(tǒng)大大提高了開發(fā)性綜合實驗教學(xué)的管理效率，方便了學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高了實驗室及儀器的開放使用率。

關(guān)鍵詞：開放性實驗；選課系統(tǒng)；Google Web Toolkit；MongoDB

中圖分類號：TP315 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-8454（2016）01-0087-03

為適應(yīng)新形勢下本科生教育要求，提高高等教育質(zhì)量，高校普遍開始探索建立學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式，促進科研與教學(xué)互動，把科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，實驗室、研究基地等向?qū)W生開放。結(jié)合學(xué)分制，采用開放性的實驗教學(xué)模式。[1]-[3]具體實施中，根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)方案，結(jié)合教師自身科研內(nèi)容，開設(shè)大量綜合性實驗項目，學(xué)生可根據(jù)自身學(xué)習(xí)興趣自主選擇實驗項目。開放性實驗教學(xué)打破了原先固定化的教學(xué)方式，給學(xué)生以自主學(xué)習(xí)的空間。教師將科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，可以加深學(xué)生對專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的認(rèn)識。同時，將實驗室對學(xué)生開放，提高實驗室及儀器設(shè)備利用率。

開放性實驗教學(xué)，涉及到的任課教師數(shù)量較多，實驗項目種類繁多，學(xué)生選擇自由度大，實驗項目實施的自由度較大，且涉及到實驗室及大型儀器的開放預(yù)約管理問題，依靠人工管理困難較大。因此，需要利用信息化手段解決開放性實驗教學(xué)的管理問題。

本文介紹一種基于Google Web Toolkit（GWT）工具和MongoDB數(shù)據(jù)庫、使用Java開發(fā)的開放性綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，使用者可以使用瀏覽器進行登錄操作。該系統(tǒng)根據(jù)首都師范大學(xué)化學(xué)系綜合實驗課程特點定制，可以有效地滿足開放性綜合實驗教學(xué)的需求，大大減輕了開放性實驗教學(xué)課程安排及實驗室開放管理的工作量。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)采用B/S三層結(jié)構(gòu)體系，在Linux環(huán)境下，以MongoDB為后臺數(shù)據(jù)庫，使用GWT工具包，構(gòu)建了界面友好，可操作性強的開放性實驗選課系統(tǒng)。

結(jié)構(gòu)中，基于GWT工具包，使用Java編程語言編寫AJAX前端，然后GWT將Java代碼編譯到優(yōu)化的JavaScript 中，這樣制作的瀏覽器前段界面可兼容目前所有主流的瀏覽器，如IE、Chrome、Firefox等；后端功能模塊化，各模塊間相對獨立，為今后繼續(xù)擴展該系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)庫采用非關(guān)系型MongoDB，與傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，如SQL、Oracle、Microsoft Access等相比，操作簡單，對于大數(shù)量級、高并發(fā)、弱事務(wù)的應(yīng)用，MongoDB可以應(yīng)對自如。由于教學(xué)系統(tǒng)中本身存在大量的讀取操作，使用MongoDB可以更加快速地實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取，提高系統(tǒng)效率。

1.系統(tǒng)功能設(shè)計

該開放性綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)面向開設(shè)綜合實驗課程的學(xué)生、實驗教學(xué)教師、課程負(fù)責(zé)教師以及實驗中心管理人員使用。本系統(tǒng)由選課子系統(tǒng)、教學(xué)子系統(tǒng)、實驗室管理子系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)用戶分為三種：課程負(fù)責(zé)人、實驗教學(xué)教師和學(xué)生。通過選課子系統(tǒng)，課程負(fù)責(zé)人進行實驗項目管理、課程參數(shù)設(shè)置以及實驗課程發(fā)布；實驗教學(xué)教師進行實驗項目發(fā)布、項目容納人數(shù)設(shè)置、項目開設(shè)時間設(shè)置；學(xué)生可以進行實驗信息查詢、實驗項目預(yù)約以及已選課表查詢等操作。通過教學(xué)子系統(tǒng)，實驗教學(xué)教師進行教學(xué)資源維護以及實驗成績發(fā)布；課程負(fù)責(zé)人進行實驗成績統(tǒng)計以及評教結(jié)果統(tǒng)計；學(xué)生可以進行實驗數(shù)據(jù)上傳、實驗成績查詢以及教學(xué)效果評價等操作。通過實驗室管理子系統(tǒng)，學(xué)生可以進行實驗室開放申請、儀器開放申請；實驗教師進行實驗室開放管理、儀器開放管理；課程負(fù)責(zé)人進行實驗室開放統(tǒng)計以及儀器開放使用統(tǒng)計。其功能設(shè)計如圖1所示。

2.系統(tǒng)流程

基于以上功能，開放性實驗選課系統(tǒng)的流程框架如圖2所示。

首先，由課程負(fù)責(zé)教師設(shè)置綜合實驗課程參數(shù)，包括限選專業(yè)及實驗開設(shè)周次，如圖3所示。

實驗教學(xué)教師根據(jù)要求提交具體實驗項目，同時，提交實驗講義、預(yù)做實驗數(shù)據(jù)等。課程負(fù)責(zé)教師審核后選擇適合本課程的實驗項目，分類組合為一門綜合實驗課程。課程負(fù)責(zé)教師只負(fù)責(zé)該課程的總體安排，具體實驗項目的管理由實驗教學(xué)教師負(fù)責(zé)。實驗教學(xué)教師的職責(zé)分為兩種：一是教學(xué)；二是管理。教學(xué)方面：負(fù)責(zé)實驗項目的維護，包括各類教學(xué)資源，如講義、參考資料等；管理方面：包括實驗室開放管理和儀器開放管理，學(xué)生可在課程時間內(nèi)預(yù)約實驗室做實驗以及使用實驗儀器，實驗教學(xué)教師對實驗室和儀器的開放使用進行管理。學(xué)生使用該系統(tǒng)，實現(xiàn)三個主要功能：選課、預(yù)約以及評價。

3.實驗課排課設(shè)計

采用分組循環(huán)的教學(xué)方式，每個實驗項目在三周內(nèi)完成。課程總時長9周，學(xué)生可選擇3個實驗項目學(xué)習(xí)，1～3周完成一個項目，4～6周完成一個項目，7～9周完成一個項目。相應(yīng)的，每個實驗項目理論上也可以循環(huán)三次。

在項目設(shè)置上，為學(xué)生提供多種實驗項目供選擇，相同的實驗項目不能重復(fù)選擇。此外，內(nèi)容相近的實驗項目，由課程負(fù)責(zé)教師設(shè)置為相同類別，也不能一起選擇。此外，針對一些特殊情況，比如，有些實驗項目可能不能連續(xù)開設(shè)三次，可以在課程設(shè)置中選擇該項目可以開設(shè)的周次。

二、系統(tǒng)特點

1.實驗項目的全面性與學(xué)生自主選擇的統(tǒng)一

教師根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)方案及自身科研內(nèi)容，制定實驗項目內(nèi)容，內(nèi)容覆蓋多個研究領(lǐng)域，項目數(shù)目較多。學(xué)生可根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況，選擇其中幾個實驗項目。在系統(tǒng)設(shè)置上，由課程負(fù)責(zé)教師設(shè)置部分內(nèi)容相近的實驗項目互斥，引導(dǎo)學(xué)生選擇不同方向的實驗項目。

2.實驗課程二級負(fù)責(zé)制度

課程負(fù)責(zé)教師只負(fù)責(zé)實驗課程的總體設(shè)置以及實驗項目的選擇及分類。具體實驗項目由各任課老師負(fù)責(zé)，包括實驗項目簡介、開設(shè)地點、使用儀器和試劑、實驗講義和參考資料等。充分體現(xiàn)教師對實驗項目的自主控制。

3.智能排課系統(tǒng)

開放性綜合實驗課程與傳統(tǒng)課程不同，課程的變動性較大。相應(yīng)的智能選課系統(tǒng)方便了開放性實驗課程的課程安排，提高了教師的參與積極性

4.實驗開放性

由于綜合實驗涉及多個學(xué)科內(nèi)容、步驟較多，學(xué)生可能一次實驗不能取得理想的實驗結(jié)果。綜合實驗課程在設(shè)置時充分考慮學(xué)生自主實驗的需求，系統(tǒng)中設(shè)置了實驗室開放預(yù)約及儀器開放預(yù)約的功能，學(xué)生可以在實驗項目周期內(nèi)，網(wǎng)上預(yù)約實驗室做實驗，若涉及到一些大型儀器的使用，可以預(yù)約使用。極大地方便了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究，并且提高了實驗教學(xué)中心儀器的使用率。

5.數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能方便管理

通過系統(tǒng)可以自動統(tǒng)計出所開設(shè)實驗項目的選課率，每個實驗項目的參與人數(shù)，實驗室開放使用率、儀器開放使用率以及學(xué)生成績、學(xué)生對教學(xué)的評價等。

三、結(jié)論

基于GWT使用Java 語言開發(fā)的開放性綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)，以MongoDB為后臺數(shù)據(jù)庫，該系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，使用者可以使用瀏覽器進行登陸操作。該系統(tǒng)可以有效地解決開放性綜合實驗課程中的選課、實驗室開放以及教學(xué)管理等難題。方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)、教師專注實驗教學(xué)以及實驗室高效管理。

參考文獻：

[1]洪軍，胡建業(yè)，王福梅.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的開放性實驗教學(xué)在生物專業(yè)的實踐[J].實驗室科學(xué)，2013（1）： 71-73.

[2]殷樹娟.面向應(yīng)用型人才的開放性實驗教學(xué)的改革與探索[J].實驗技術(shù)與管理，2013（8）： 145-147.

[3]俞遠志，張立慶，傅曉航.開放性實驗教學(xué)模式的實踐與思考[J].實驗室研究與探索，2012（3）： 153-155.

（編輯：楊馥紅）