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        開(kāi)放性綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建研究*

        2016-11-03 13:08:10王前段雨愛(ài)左霞
        中國(guó)教育信息化 2016年1期
        關(guān)鍵詞:開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)

        王前,段雨愛(ài),左霞

        (首都師范大學(xué)化學(xué)系,北京100048)

        開(kāi)放性綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建研究*

        王前,段雨愛(ài),左霞

        (首都師范大學(xué)化學(xué)系,北京100048)

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

        開(kāi)放性實(shí)驗(yàn);選課系統(tǒng);Google Web Toolkit;MongoDB

        為適應(yīng)新形勢(shì)下本科生教育要求,提高高等教育質(zhì)量,高校普遍開(kāi)始探索建立學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式,促進(jìn)科研與教學(xué)互動(dòng),把科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)室、研究基地等向?qū)W生開(kāi)放。結(jié)合學(xué)分制,采用開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。[1]-[3]具體實(shí)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(kāi)設(shè)大量綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,學(xué)生可根據(jù)自身學(xué)習(xí)興趣自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)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(duì)專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)。同時(shí),將實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生開(kāi)放,提高實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備利用率。

        開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué),涉及到的任課教師數(shù)量較多,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目種類繁多,學(xué)生選擇自由度大,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施的自由度較大,且涉及到實(shí)驗(yàn)室及大型儀器的開(kāi)放預(yù)約管理問(wèn)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(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理問(wèn)題。

        本文介紹一種基于Google Web Toolkit(GWT)工具和MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)、使用Java開(kāi)發(fā)的開(kāi)放性綜合實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)定制,可以有效地滿足開(kāi)放性綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求,大大減輕了開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程安排及實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理的工作量。

        一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

        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(tái)數(shù)據(jù)庫(kù),使用GWT工具包,構(gòu)建了界面友好,可操作性強(qiáng)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)。

        結(jié)構(gòu)中,基于GWT工具包,使用Java編程語(yǔ)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(duì)獨(dú)立,為今后繼續(xù)擴(kuò)展該系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ);數(shù)據(jù)庫(kù)采用非關(guān)系型MongoDB,與傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù),如SQL、Oracle、Microsoft Access等相比,操作簡(jiǎn)單,對(duì)于大數(shù)量級(jí)、高并發(fā)、弱事務(wù)的應(yīng)用,MongoDB可以應(yīng)對(duì)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取,提高系統(tǒng)效率。

        1.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

        該開(kāi)放性綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)面向開(kāi)設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生、實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師、課程負(fù)責(zé)教師以及實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)教師和學(xué)生。通過(guò)選課子系統(tǒng),課程負(fù)責(zé)人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理、課程參數(shù)設(shè)置以及實(shí)驗(yàn)課程發(fā)布;實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目發(fā)布、項(xiàng)目容納人數(shù)設(shè)置、項(xiàng)目開(kāi)設(shè)時(shí)間設(shè)置;學(xué)生可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)信息查詢、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目預(yù)約以及已選課表查詢等操作。通過(guò)教學(xué)子系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師進(jìn)行教學(xué)資源維護(hù)以及實(shí)驗(yàn)成績(jī)發(fā)布;課程負(fù)責(zé)人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成績(jī)統(tǒng)計(jì)以及評(píng)教結(jié)果統(tǒng)計(jì);學(xué)生可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳、實(shí)驗(yàn)成績(jī)查詢以及教學(xué)效果評(píng)價(jià)等操作。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室管理子系統(tǒng),學(xué)生可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放申請(qǐng)、儀器開(kāi)放申請(qǐng);實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理、儀器開(kāi)放管理;課程負(fù)責(zé)人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放統(tǒng)計(jì)以及儀器開(kāi)放使用統(tǒng)計(jì)。其功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

        圖1 開(kāi)放性綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

        2.系統(tǒng)流程

        基于以上功能,開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)的流程框架如圖2所示。

        圖2 開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)的流程框架

        首先,由課程負(fù)責(zé)教師設(shè)置綜合實(shí)驗(yàn)課程參數(shù),包括限選專業(yè)及實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)周次,如圖3所示。

        實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師根據(jù)要求提交具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,同時(shí),提交實(shí)驗(yàn)講義、預(yù)做實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,分類組合為一門綜合實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的管理由實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師負(fù)責(zé)。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的維護(hù),包括各類教學(xué)資源,如講義、參考資料等;管理方面:包括實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理和儀器開(kāi)放管理,學(xué)生可在課程時(shí)間內(nèi)預(yù)約實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)以及使用實(shí)驗(yàn)儀器,實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)室和儀器的開(kāi)放使用進(jìn)行管理。學(xué)生使用該系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)三個(gè)主要功能:選課、預(yù)約以及評(píng)價(jià)。

        3.實(shí)驗(yàn)課排課設(shè)計(jì)

        采用分組循環(huán)的教學(xué)方式,每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在三周內(nèi)完成。課程總時(shí)長(zhǎng)9周,學(xué)生可選擇3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí),1~3周完成一個(gè)項(xiàng)目,4~6周完成一個(gè)項(xiàng)目,7~9周完成一個(gè)項(xiàng)目。相應(yīng)的,每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目理論上也可以循環(huán)三次。

        在項(xiàng)目設(shè)置上,為學(xué)生提供多種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供選擇,相同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不能重復(fù)選擇。此外,內(nèi)容相近的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(duì)一些特殊情況,比如,有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可能不能連續(xù)開(kāi)設(shè)三次,可以在課程設(shè)置中選擇該項(xiàng)目可以開(kāi)設(shè)的周次。

        圖3 綜合實(shí)驗(yàn)課程參數(shù)設(shè)置

        二、系統(tǒng)特點(diǎn)

        1.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容,內(nèi)容覆蓋多個(gè)研究領(lǐng)域,項(xiàng)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(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目互斥,引導(dǎo)學(xué)生選擇不同方向的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

        2.實(shí)驗(yàn)課程二級(jí)負(fù)責(zé)制度

        課程負(fù)責(zé)教師只負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)課程的總體設(shè)置以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇及分類。具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由各任課老師負(fù)責(zé),包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目簡(jiǎn)介、開(kāi)設(shè)地點(diǎn)、使用儀器和試劑、實(shí)驗(yàn)講義和參考資料等。充分體現(xiàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的自主控制。

        3.智能排課系統(tǒng)

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

        4.實(shí)驗(yàn)開(kāi)放性

        由于綜合實(shí)驗(yàn)涉及多個(gè)學(xué)科內(nèi)容、步驟較多,學(xué)生可能一次實(shí)驗(yàn)不能取得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。綜合實(shí)驗(yàn)課程在設(shè)置時(shí)充分考慮學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的需求,系統(tǒng)中設(shè)置了實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放預(yù)約及儀器開(kāi)放預(yù)約的功能,學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目周期內(nèi),網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)教學(xué)中心儀器的使用率。

        5.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能方便管理

        通過(guò)系統(tǒng)可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出所開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選課率,每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的參與人數(shù),實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放使用率、儀器開(kāi)放使用率以及學(xué)生成績(jī)、學(xué)生對(duì)教學(xué)的評(píng)價(jià)等。

        三、結(jié)論

        基于GWT使用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的開(kāi)放性綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),以MongoDB為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù),該系統(tǒng)基于B/S架構(gòu),使用者可以使用瀏覽器進(jìn)行登陸操作。該系統(tǒng)可以有效地解決開(kāi)放性綜合實(shí)驗(yàn)課程中的選課、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)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(shí)驗(yàn)教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)室高效管理。

        [1]洪軍,胡建業(yè),王福梅.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)在生物專業(yè)的實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2013(1):71-73.

        [2]殷樹(shù)娟.面向應(yīng)用型人才的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2013(8):145-147.

        [3]俞遠(yuǎn)志,張立慶,傅曉航.開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)踐與思考[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2012(3):153-155.

        (編輯:楊馥紅)

        TP315

        B

        1673-8454(2016)01-0087-03

        2014年度首都師范大學(xué)青年教師教學(xué)研究項(xiàng)目“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)信息化系統(tǒng)的建設(shè)”(項(xiàng)目編號(hào):20144016)。

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