学分制下高校开放式网络化实验教学管理系统的研发-2019年教育文档

1、学分制下高校开放式网络化实验教学管理系统的研 发随着网络信息技术的发展和高校学分制教育体制改革的推 进，网络化实验教学管理模式在高校教学环境中扮演着越来越重 要的角色。学分制教学主要以突出学生的个性发展和创新能力的 培养为目的， 给予学生自主安排学习方式与进程的充分自由， 班 级和专业的观念逐渐淡化，学生的个体行为增加 , 学生的流动性 增强。实验教学必须顺应这种趋势 , 改变原有的在固定时间里、 在固定实验室内完成单一化实验的教学模式 , 代之以有创新性的 实验教学模式 开放式实验教学。在学分制环境下,对传统的实验教学管理方式进行改革 , 充分利用现代网络信息技术 , 探索 并开发一套有效的

2、开放式网络化实验教学管理系统就显得尤为 重要。一、高校实验教学管理系统的需求与目标 实验教学是高校实践教学的重要环节， 其水平高低直接体现 学校人才培养的质量及层次。 目前，由于许多高校招生规模急剧 扩大，出现了地理上的多校区分布状况。另外，随着学分制教学 模式的推广，实验教学管理的难度也随之增大。因此，如何在学 分制环境下， 解决实验教学管理中出现的新问题， 首先必须从实 验教学管理的需求及目标出发。从管理的角度对系统的统一性、 开放性、管理性及系统性 4 个方面进行分析。1. 学分制下高校实验教学管理系统的需求分析(1) 实验教学管理系统的统一性需求分析由于教学改革发展的历史原因， 高校中

3、各学院目前使用的实 验教学管理系统具有较大的差异， 有C/S和B/S架构系统，而且 系统管理的方式有纯软件、软硬结合、纯硬件等，采用的数据库 有大型、中小型以及文件数据库，数据库缺乏一个统一的接口， 这样的管理方式存在很多弊端，如系统异构、共享困难、部门间 出现大量数据不一致、系统间数据格式转换复杂等。因此，必须 以实验管理部门为中心对全校的各实验中心统一管理， 利用高校 现有教学管理系统的数据库， 建立同步的数据库服务体系， 向各 学院实验中心提供统一的数据服务接口， 通过这种服务的形式将 分布异构的数据库共享起来， 并及时同步处理各学院在同时段或 不同时段实验上机的数据信息， 避免数据重复

4、， 为实验管理提供 了数据保障。(2) 实验教学管理系统的开放性需求分析 学分制下网络化实验教学管理系统应该是开放的， 它的开放不仅是时间和空间上的开放， 更为重要的是实验教学内容与形式 的开放。时间上的开放是指利用常规教学时间以外的时间对外开 放，充分利用实验资源，提高设备利用率；空间上的开放是指尽 可能全面开放实验室的实验场所； 内容上的开放是指在同时间内 安排不同的实验内容， 激发学生的实验兴趣， 鼓励学生自我设计 实验，让学生在掌握基础知识的情况下，综合运用所学知识，根 据自己的设想设计实验内容，验证自己的设想，或在教师指导、 参与下共同设计新的实验，这样就调动了学生的积极性和主动 性

5、，有利于学生的创造能力和综合能力的培养， 丰富了实验教学 层次。 特别是在学分制实验教学环境下， 开放性实验教学在科学 的管理要求上就显得尤为重要，它的灵活性、及时性、混合性、 异步性等特点在管理系统、 网络服务和数据处理中表现得尤为突 出。(3) 实验教学管理系统的管理性需求分析在整个网络化实验教学管理过程中主要涉及 3 个层次：实验 室、实验中心、 实验管理管理中心。 其中各实验中心以教学软件、 硬件和管理系统为核心向实验教师和学生提供一个良好的教与 学的环境。利用这种C/S和B/S混合模式的管理系统对学生实验 进行实时监控和对各实验课程进行综合安排；学生进行实验时， 可以通过各实验中心的

6、文件服务器获得相关的实验教材、 实验大 纲、实验指导书、在线帮助、实验演示等信息及功能，从各种渠 道获得学习上的帮助， 同时实验中心管理人员可以根据具体需要 进行实验的准备以及维护工作， 也为设备、 耗材以及器件管理提 供了依据。 实验教务管理人员可以监控监管实验教学过程以及实 验成绩的考核。 系统管理人员主要是针对教学资源的数字化以及 上机数据的维护， 为实验管理部门提供准确的实验教师考核数据 和实验统计数据。 教学管理系统能在同一时间内满足不同用户使 用，为学生提供自由开放式学习空间和动手创新能力的学习机会，这也是高校实验教学改革的发展趋势(4) 实验教学管理系统的系统性需求分析实验教学管

7、理必须能为学生提供一个数字化、 开放性、 人性 化、可管理性的学习环境， 同时也要为实验教师的实验教学提供 一个方便、有效的数字化管理平台。因为它的管理是全方位的、 面向过程的、动态的，所以它应当满足从学生实验预约、实验结 果数据的收集处理、 实验报告提交、 实验考核到实验统计分析等 一整套完整的数据管理功能， 同时也要考虑减少实验教师大量的 简单重复劳动。 因此在管理上既要满足从实验管理部门到各实验 中心再到相关的专业实验室的纵向管理， 又要实现各实验室之间 的横向沟通。2. 开放式网络化实验教学系统的目标制定 开放式网络化实验教学系统的建设就是为教学提供最优化 的实验教学模式和平台。具体而

8、言要达到：(1) 为实验教师提供简便有效的实验教学管理手段、实验 数据以及实验过程的存储和监管， 以及对学生的考勤和实验进行 考核。(2) 为实验管理部门提供对实验教师考核、实验教学的统 计与查询以及实验设备的使用情况的了解。(3) 充分利用便利的软硬结合的实验教学管理系统为学生 提供自主的选课空间和学习空间， 使学生在最短的时间内， 掌握 每次实验的操作技能， 并在此基础上进行创造性实验， 培养学生 全面的动手能力和创造能力，提高学生的实验兴趣和实验效果。二、网络化实验教学管理系统设计 网络化实验教学系统的设计由两部分构成， 一是系统网络及 数据处理结构的设计，二是系统功能的设计。1. 系统

9、网络结构的设计随着高校近几年的迅速扩建， 目前大部分高校至少有 2 个或 2个以上校区；并且不同学院都有各自的专业实验室，因此，为 使这些地理上分散的实验中心及实验室构成一个有机的整体， 在 网络结构设计时必须考虑以下几点：(1) 系统具有高强度的跨网段功能，保证不同网段间的服 务器数据库能够共享；(2) 在每个学院的实验中心搭建一台系统管理的数据库服务器，并保证该服务器能与中央服务器及时共享数据；(3) 系统的后台数据库使用SQLServer2000及以上版本；(4) 各实验中心只对本学院的实验教学进行管理，把处理 的数据通过网络传送到中央服务器中； 各学院系统运行和数据处 理互不影响， 从

10、而减少中央服务器的工作负荷及保证了系统的稳 定性。基于以上考虑对系统网络结构及数据处理模式进行了优化 设计，其结构图如图 1、2 所示2. 系统的管理功能设计为理清系统功能上的需求，针对此问题专门设计了调查表， 以实验管理处及各实验中心人员以及部分学生为对象， 发放调查 问卷 100 份，收回 91 份，通过对调查表进行统计综合分析，发 现如下四方面的功能需求具有关键性：(1) 系统应集管理和辅助教学于一体该系统既可以实现实验教学安排、 实验预约，以及学生考勤、 成绩等各种统计信息的实时查询和实验教学设备使用维修等环 节的网络化管理， 又允许教师将实验教学的内容和相关的实验课 件通过各自实验中

11、心的FTP服务，为学生提供丰富的学习资源和 互动式教学方式。(2) 系统应能实行个性化管理学生学习计划、 进度按个体管理， 教师及管理人员按不同的 身份管理， 不同登录人员对应不同的页面及内容， 使得页面内容 简洁明了，提高了系统的安全性。(3) 系统应适应多层管理 系统设置学校、学院(实验中心)、实验室三层管理，对于不同的管理层设置不同的管理权限及数据处理功能， 以实验中心 为主要的管理层。(4) 系统应具有较强的数据统计及分析功能 系统具有多种统计、查询功能。在实验教学管理中，对不同对象的关键信息需要提供多种查询方式和数据分析功能， 部分分 析数据需要直观的图形显示。3. 系统主要功能设计

12、 基于上述调查和分析，考虑到系统使用者的不同角色需求， 系统的管理功能主要由四方面组成： 实验选课预约、 实验教学安 排、实验教学控制和实验数据管理， 其主要功能设计如表 1 所示。(1) 实验选课预约该功能主要实现学生的自由选课， 它包括了学生在选课过程 中所要了解的各种信息及各种选择功能。 由于学生按学分制要求 在每学期选完理论课后， 该学生的实验课就相应的确定了。 因此， 系统只需从教务系统中的数据库中获取相关的数据 (学生与授课 数据) 存储在实验管理部门的中央数据库中， 这样既可以减少学 生的查询、复核的时间，也杜绝学生的错选、漏选的可能性，同 时也减少了实验教师排课的工作。 学生在

13、选课时， 可在系统提供 的任何时间、 任何地点选择自己的实验时间和实验项目， 同时也 可以自由选择系统所列出的实验教师。 当学生选完后发现自定的 实验项目在时间上有冲突， 可以通过查询个人实验选课表， 在规 定的期限内进行合理的修改， 使学生达到课时不冲突、 实验不遗 漏的教学要求。(2) 实验教学安排该功能主要为实验中心的实验教师实现临时实验课安排而 设计的。 它包括哪一位老师代什么实验课， 这门实验课有多少学 生、多少实验学时以及需要什么教学软件， 与其他的实验课有没 有冲突等因素的限制，合理地安排实验教学时间、地点、组数、 每组人数、所能开一次实验最多人数限、预约截至日期，并将以 上数据

14、结合学校教学计划(非节假日)经过系统科学合理运算输 出所有实验课的学期实验课程表。实验前有任何关于实验的要求或遇到具体情况需要更改实 验安排，例如：实验中心临时停电或增删有些实验等情况，系统 必须有合理的处理策略。(3 )实验教学控制该功能主要是为实验中心的实验管理人员设计的，包括实验前为学生提供相关的实验资源下载和实验结果上传、学生考勤、 实验地点的合理分配、实验过程中监控学生的实验情况以及禁用 与实验无关的应用软件和禁止部分网站等功能。例如：通过实验课表控制每一位学生的实验学时， 当这门实验课结束的时候， 该 学生的实验课时将消减为零， 不能追加到其他的实验学时上；并统计每个学生的这门实验

15、课的出勤情况，为实验教师提供完整的考勤依据；在实验过程中，系统能及时统计出该实验室空闲的教 学设备，使管理人员合理分配其他学生的实验或自由上机，提高实验设备的利用率。(4) 实验数据管理该功能是专门为系统管理员的工作设计的。该子系统不仅起 到将本地的统计数据上传到实验管理部门服务器上的作用，也承担了对整个系统数据的管理和维护。其中有：学生上机记录、实 验教学完成情况、设备使用情况及硬件维修情况。由于学分制下的实验教学管理信息繁多， 因此要充分考虑各 种信息之间的关系，其中包括学生情况、开课情况、选课情况、实验项目对应的实验室和实验教师、实验项目、项目明细、学期 实验安排等多种信息，并将以上数据提供给学生的实验模块中。 它拥有管理员最高权限， 对用户的任何以外操作或事件： 如密码 遗忘等， 可直接操作