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）。