劉 瑩，陳麗珠，魏宏艷，李雪琪

1.長春建筑學(xué)院城建學(xué)院，吉林 長春 130607；2.能源應(yīng)用與環(huán)境控制實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130607

通過線上教學(xué)平臺加強(qiáng)教師與學(xué)生之間的聯(lián)系，可以提升“水處理生物學(xué)”的課堂教學(xué)效果和教學(xué)效率，達(dá)到豐富學(xué)習(xí)過程中的微生物學(xué)習(xí)資源、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等目的[1]。利用互聯(lián)網(wǎng)開展教學(xué)不僅可以讓學(xué)生自主參與到課程的學(xué)習(xí)當(dāng)中，還能在一定程度上方便教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，及時(shí)布置教學(xué)任務(wù)，對學(xué)生存在疑惑的題目予以解答；并且教師還能隨堂進(jìn)行階段性考核，了解學(xué)生對知識的理解與應(yīng)用的能力[2]。文章為解決課堂教學(xué)過程中針對性考核和解答等相關(guān)功能缺失的困擾，運(yùn)用Web 技術(shù)增加對應(yīng)專業(yè)平臺功能的設(shè)計(jì)，旨在提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與教學(xué)效果。

1 線上教學(xué)平臺系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于Web 模式的系統(tǒng)具有良好的跨平臺性，可以將Web 瀏覽器作為用戶與系統(tǒng)之間的交互窗口，運(yùn)用B/S 結(jié)構(gòu)對平臺的基本功能進(jìn)行應(yīng)用與展示[3]。在線上教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)用三層C/S 架構(gòu)，能夠有效減少網(wǎng)絡(luò)流量累積量的增加，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)更新與系統(tǒng)之間的連接。其中，三層C/S 架構(gòu)的示意圖如下所示。

圖1 C/S 架構(gòu)示意圖

2 線上教學(xué)平臺軟件設(shè)計(jì)

2.1 線上教學(xué)應(yīng)用Web+云計(jì)算技術(shù)

Web+云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用，有助于共享教學(xué)資源。其具體操作如下：運(yùn)用HDFS 對外聲明文件系統(tǒng)的命名空間，將用戶數(shù)據(jù)保存在命名空間中。在文件系統(tǒng)內(nèi)部，將保存的文件切割為數(shù)據(jù)塊，分別保存在不同的NODE 節(jié)點(diǎn)中。同時(shí)，設(shè)置應(yīng)用主機(jī)來驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行，加強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)器與主機(jī)之間的通信，減少由數(shù)據(jù)庫與用戶之間頻繁交流而造成的資源浪費(fèi)。用戶通過Web 訪問服務(wù)器，提出學(xué)習(xí)請求，Web 服務(wù)器端應(yīng)用HTTP 協(xié)議將所需教學(xué)資料傳送到主機(jī)端，并呈現(xiàn)在Web 中。通過建立瀏覽器與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系，完成主要的應(yīng)用教學(xué)任務(wù)。對第一層提出的請予以處理，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)操作后與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，將處理結(jié)果返回。通過中間控件將第二層與第三層連接起來，對教學(xué)資源進(jìn)行整合更新與共享。運(yùn)用公開網(wǎng)卡接口來執(zhí)行ASP 技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)分布式開發(fā)與動(dòng)態(tài)更新[6]。如果存在大量教學(xué)資源，還需要抓取資源大數(shù)據(jù)。計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)差，設(shè)定研究的數(shù)據(jù)樣本為，通過特征值對大數(shù)據(jù)分布關(guān)系進(jìn)行描述，公式為：

式中：α 為倍頻參數(shù)；i 為不同層分解的標(biāo)準(zhǔn)差；F 為擬合直線的斜率。

通過比較標(biāo)準(zhǔn)差的大小，確定樣本的分布情況，從而抓取數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征。在抓取后通過云計(jì)算技術(shù)與SQL 的結(jié)合能夠更快速地部署在規(guī)模較大的計(jì)算機(jī)集群中，完成線上教學(xué)平臺對海量數(shù)據(jù)的共享。

2.2 線上教學(xué)考評

基于Web 的水處理生物學(xué)課程線上教學(xué)平臺可以進(jìn)行線上教學(xué)考評，其具體操作如下：將考核試卷保存在試卷庫中，使用C/S 架構(gòu)對后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，以便及時(shí)管理調(diào)用考核試卷時(shí)的安全問題。管理員通過管理入口和身份驗(yàn)證上傳教師上課需要用到的考核試卷[7]。每個(gè)考核試卷都以文件的形式共享，將相關(guān)信息寫入數(shù)據(jù)庫中[8]。將考核結(jié)果存儲在考核庫中，將學(xué)生的相關(guān)測試成績進(jìn)行登記與存儲，并根據(jù)動(dòng)態(tài)評估、階段性考核等結(jié)果，形成學(xué)生學(xué)習(xí)成績整理評價(jià)表，讓教師據(jù)此了解每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況并進(jìn)行評價(jià)。將評價(jià)數(shù)據(jù)形成評價(jià)集，對評價(jià)集進(jìn)行賦值，運(yùn)用平均加權(quán)法進(jìn)行結(jié)果運(yùn)算，計(jì)算公式為：

式中：Fi 為整體評價(jià)模型；f 為模糊評價(jià)矩陣。

對學(xué)生的在線學(xué)習(xí)成果和考核結(jié)果進(jìn)行評價(jià)有效性分析。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，按照順序得到不同層次之間的模糊等級，完成對教學(xué)考核結(jié)果的評價(jià)。

3 測試與應(yīng)用

3.1 搭建測試環(huán)境

實(shí)驗(yàn)開發(fā)環(huán)境為MyEclipse10，運(yùn)用Windows11操作系統(tǒng)，Tomcat-8.0，JDK6.6，結(jié)合云平臺數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)。在通信過程中，Client.java 負(fù)責(zé)采集信息數(shù)據(jù)，打包并按時(shí)傳輸；Server.java 負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)包，解析并共享到SQL 數(shù)據(jù)庫表對應(yīng)的字段中，結(jié)束測試。

3.2 測試與分析

對系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用性測試。第一，在為不同教學(xué)要求分類選擇對應(yīng)資源后，后臺能夠返回該資源的分類信息；第二，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，測試能否在分類列表中顯示出對應(yīng)的具體分類信息；第三，對系統(tǒng)運(yùn)行中能否運(yùn)用該功能正確顯示兩類資源進(jìn)行試驗(yàn)。為保證測試結(jié)果的普遍性，共設(shè)置20 組實(shí)驗(yàn)，分別在類別總數(shù)為1 000、2 000、3 000 時(shí)對平臺運(yùn)行過程中的分類功能進(jìn)行測試，測得響應(yīng)時(shí)間。將平臺響應(yīng)時(shí)間的閾值設(shè)定為0.8 s，響應(yīng)時(shí)間在0.8 s 以下方能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。測試得到對應(yīng)的具體結(jié)果如表1所示。

表1 測試結(jié)果

由測試結(jié)果可知，在對不同類別進(jìn)行分類后，20個(gè)小組的響應(yīng)時(shí)間均在閾值以內(nèi)，滿足預(yù)期目標(biāo)。這就意味著在執(zhí)行教學(xué)資源分類的工作任務(wù)時(shí)，設(shè)計(jì)的線上教學(xué)平臺擁有較高的分類速度，應(yīng)用性能夠滿足設(shè)計(jì)需求。

為測試平臺運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性效果，需要以平臺高并發(fā)性能為測試對象，運(yùn)用測試工具Apache進(jìn)行性能測試。設(shè)置測試并發(fā)線程數(shù)量為5 000 個(gè)，平均響應(yīng)時(shí)間設(shè)定為0.3 s，平臺能夠承受的訪問量在4 000QPS 以內(nèi)。開展10 組實(shí)驗(yàn)，對系統(tǒng)承受訪問量進(jìn)行測試，在超過平臺承受訪問量，平臺發(fā)生卡頓現(xiàn)象時(shí)記錄數(shù)據(jù)表示為1，反之則記錄數(shù)據(jù)表示為0，得到如表2 所示的結(jié)果。

表2 測試結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果可知，即使并發(fā)訪問量不斷增加的情況下，平臺承受訪問量均沒有發(fā)生運(yùn)行卡頓的現(xiàn)象。從不同小組的測試結(jié)果可知，此次設(shè)計(jì)的平臺具有較高的穩(wěn)定性，在時(shí)間一致的情況下能夠降低錯(cuò)誤率，減少運(yùn)行卡頓的情況，符合預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。綜上所述，測試結(jié)果可以反映出基于Web 的水處理生物學(xué)課程線上教學(xué)平臺整體性能良好，在網(wǎng)絡(luò)情況良好的狀態(tài)下延遲較低，響應(yīng)及時(shí)，分類速率高，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，滿足設(shè)計(jì)需求。

4 結(jié)語

本文從課程線上教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)入手，探究了基于Web 的水處理生物學(xué)課程線上教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)問題。通過對該平臺進(jìn)行深入研究，使水處理生物學(xué)課程在線上教學(xué)中更加趨于智能化、實(shí)時(shí)化。但是該平臺的設(shè)計(jì)還是存在不足，例如算法的更新問題、時(shí)效性問題、信息整體轉(zhuǎn)化問題等。對此，今后應(yīng)更加完善計(jì)算，進(jìn)一步優(yōu)化課堂線上教學(xué)平臺，同時(shí)加強(qiáng)對教學(xué)信息的獨(dú)特化展現(xiàn)，促進(jìn)水處理生物學(xué)課程的良好應(yīng)用與普及。