网络环境下探究性实验教学平台初探*

方丽娟

(西北政法大学经济管理学院,陕西西安 710063)

网络环境下探究性实验教学平台初探*

方丽娟

(西北政法大学经济管理学院,陕西西安 710063)

以初中物理电路连接实验为例,对网络环境下探究性实验教学平台进行初步探索,并针对教学平台的适用环境和条件,实现教学平台中的各个功能模块。在具体实现中,我们发现C++Buliler提供的Active X技术解决了学习者探究模块中的客户端与数据库的通信问题以及具体的实验操作问题。将探究性学习思想应用于网络环境下的实验教学是传统探究性实验教学在网络下的延伸,具有很强的现实意义。

网络环境;探究性实验教学;教学设计;教学平台

将探究性学习思想应用于网络环境下的实验教学是传统探究性实验教学在网络下的延伸,在网络环境下进行探究性实验教学,通常要设计和开发相应的网络课程或网络教学平台。

一、网络环境下探究性实验教学平台的总体设计

1.设计的依据

(1)网络环境下探究性实验教学的基本要素。网络环境下探究性实验教学平台的基本要素为学习者(探究者)、教师(指导者)、探究内容、网络探究环境。

(2)网络环境下探究性实验教学的基本阶段。从系统论的角度,网络环境下的探究性实验教学包括提出问题、探究及建构、总结和评价三个基本阶段。探究及建构阶段包括搜集资料、实验和收集证据、解释实验三个环节。在网络环境下的探究性实验教学过程的三个阶段中,根据各个环节的特点,可以采用不同的方式进行交流,并进行修正。

2.具体设计

网络环境下探究性实验教学平台的总体设计主要包括教学设计与系统结构设计两部分。

(1)教学平台中的教学设计。根据学习者的不同情况,作者设计了相应的教学内容、探究目标、教学平台中采用的各种策略及对教学过程的评价等内容。

第一,学习内容设计。学习内容设计包括学习内容的选择和结构设计。学习内容包括探究者探究性实验的总体说明、实验区的设计、辅助学习的内容设计。这些内容的结构如图1。

第二,探究目标设计。探究目标设计是探究结果评价的依据。探究目标包括学习态度、数据加工和处理能力、实验能力、创造性等方面。

第三,信息传递策略设计。1)信息表现策略。根据信息内容的不同,以不同的方式来呈现,主要有文本、图像、动画、视频等方式。2)导航策略。使用导航可以有效地避免由于结构复杂而且信息量大的超媒体产生的迷航现象。网络环境下探究性实验教学的导航策略,采用模块导航、导航图导航和路径导航等多种导航方式来提高探究的方便性、灵活性。

第四,实验活动控制策略设计。即对中高层次的探究者在虚拟实验区中进行探究时,提供一个智能控制模块,对实验过程进行控制,并具有自主学习功能,可以对出错的实验步骤自主学习,避免重复错误的发生。控制的复杂程度由实验本身的复杂度和探究的层次决定。此外,用“虚拟指导者”给学习者提供及时指导,如当实验参数正确或错误时告诉学生如何操作等。

图1 学习内容结构图

第五,实验探究过程交互策略设计。网络环境下的探究性实验教学的交互主要是以计算机网络为基础的非面对面的交互。非面对面的交互具体有同步实时交互和异步非实时的交互。由于同步实时交互在开发周期、开发难度方面和现实条件冲突较大,所有实验探究过程的交互主要采用FAQ、BBS、电子邮件等异步非实时交互策略。

第六,实验探究学习的评价设计。实验探究学习的评价在过程性和真实性原则的基础上采用多元评价策略。对网络探究实验的评价我们采用将教师评价、学生自身评价及探究者之间的相互评价结合起来的多元评价策略。

(2)教学平台的系统结构设计。

第一,设计目标。网络环境下探究性实验教学平台主要适用于具有一定观察能力、逻辑思维能力、抽象能力、运用规则进行推理能力及一定信息素养的中学生。适用于具有实验教学环节的理工科课程或技能培训课程。适用于探究性实验。探究性实验往往具有一定的难度,主要适用于培养学生自主探究的能力和获得知识的方法为目标的实验。

第二,模块构成及其功能。根据教学平台的教学设计,网络环境下探究性实验教学系统由管理模块、学习者探究模块、教师分析与评价模块三个模块构成。管理模块中的“用户注册登录”子模块完成新用户的注册、老用户的身份验证;“成绩查询”子模块给学生提供实验成绩、教师评语、报告提交时间、教师签名等方面的查询,“系统维护”子模块给管理员提供增加/删除实验、增加实验信息资源、修改、删除过时用户信息等。学习者探究模块是实验教学平台最重要的一个模块,包括“探究者探究实验”子模块、“自由交流”子模块和“信息资源”子模块三种子模块。“探究者探究实验”子模块下有九个子模块。1)“实验题目选择”子模块列举了该教学系统所提供的实验题目,并对所有实验题目进行说明和介绍,学习者通过选择实验题目才能进入后续操作;当学习者选择了一个实验题目后,根据题目的难度对学习者的特征进行分析,然后给出探究层次选择的建议,学习者可以按照建议的探究层次进行探究,也可以自行决定。2)“学习者特征分析”子模块对学习者的特征进行分析,根据探究者选择的题目给出探究的建议。3)“探究层次”子模块提供了两种探究方式,即小组协作式探究和个别探究,本系统主要实现个别探究,探究的层次分为低、中、高三个层次,探究的不同层次决定了系统对学习者实验过程的控制程度不同,探究的层次越高,系统所施加的控制或限制就越少,探究的层次越低,系统所施加的控制或限制就越多。4)“情景设置”子模块以文字、动画等方式设置问题情景,激发学习者探究的思维和兴趣。5)“搜集资料”子模块提供进行探究可能用到的学习资源。6)“实验、收集数据”子模块是这个系统最核心的子模块,中、高级层次的探究学习者可以自己选择实验区中的实验仪器模型,进行设计和连接,改变实验参数等进行探究实验。7)“智能控制”子模块记录下来学习者实验的整个过程,整个实验过程都受“智能控制”子模块的控制。而且“智能控制”子模块具有自学习的功能,可以对一些错误进行自学习,当出现类似错误时通知学习者。而给低级层次的探究学习者自主空间较少,仅能改变实验参数、实验步骤等。8)“解释实验”子模块用来书写实验报告。9)“自我评价”子模块用来书写实验的总结及自己对实验的评价。

“自由交流”子模块包括FAQ、BBS和电子邮件三个子模块。BBS和电子邮件是两种异步非实时的交流方式子模块,FAQ是单向的交流方式子模块。

“信息资源”子模块搜集了一些实验相关的资源,学习者可以在实验过程中进行查阅和下载。

教师分析与评价模块。教师分析与评价模块中的“教师重现实验过程”子模块,把所记录的学习者探究实验过程较为完整地向教师展现出来,使教师对学习者的学习过程有一个全面的认识。“学生自我评价”子模块用来查看学习者自己对探究实验过程的认识。“教师给予评价”子模块用来书写评语、给学习者打分,在教师评价之前教师应先利用“学习者自我评价”子模块了解学习者的自我评价,并使用BBS了解学习者之间的相互评价,并将它们结合起来。

二、网络环境下探究性实验教学平台的技术实现

1.实验教学平台的体系结构及开发语言

系统体系结构决定系统的框架。在选取体系结构时,不仅要符合探究性实验教学平台的教学需求、平台运行的性能、开发环境的方便程度,而且要使教学平台具有良好的实用性及维护性。目前的系统体系结构主要有二层C/S体系结构、三层C/S体系结构、三层B/S体系结构等。由于三层B/S体系结构无须开发客户端软件,所以维护和升级方便,而且可以跨平台操作,具有良好的开放性和可扩充性,便于分散用户使用。因此,实验教学平台采用三层B/S体系结构。

选用什么语言,如何实现三层B/S体系结构是本论文必须要解决的问题。为了解决这个问题,在B/S结构的程序设计中,ActiveX控件是一种值得考虑的选择,比如制作各种图表的ActiveX控件,下载并注册到客户系统上,那么以后每次当用户查询数据时,服务器只需将结果数据传递给客户机就可以了,剩下的任务就由驻留在客户机上的ActiveX控件来完成,这就大大减少了用户等待结果的时间并减轻了网络带宽的压力。并且极大地增大了软件的性能,用户用浏览器就能获取如同桌面应用程序的界面和功能。

C++Builder在开发ActiveX上具有非常强大的功能,我们可以将C++Builder提供的所有VCL组件全部转成ActiveX控件。使得任何VCL组件都可以被其他开发工具引用。另外C++Builder还提供更方便的ActiveX Form,让设计ActiveX程序和设计桌面程序没有什么区别,最后C++Builder还提供Web Deploy和Register的功能,可以将设计好的ActiveX Form嵌入到HTML文件内,并且自动产生应用此ActiveX控件的 HTML网页,如果把ActiveX Form注册到服务器内,客户端的用户就可以通过IE运行设计好的ActiveX Form。

如果应用程序必须访问数据库,那么当ActiveX被下载到客户端的 IE浏览器后,如果想让ActiveX程序访问数据库,必须编写两个应用程序,一个放在服务器上服务器再通过BDE等中间软件访问数据库,另一个则是被下载到客户端的ActiveX应用程序。在此B/S模型内,可以完全利用原来三层C/S结构的应用程序服务器的功能,只要把原来客户端程序改成ActiveX Form程序即可,即把原来Form上的所有组件的代码复制到Active Form上。

此外 ,Java、Asp、Jsp、PHP、CGI等是比较常用的支持B/S体系结构的开发工具,它们更擅长实现用户的功能界面。Access、SQL Server、Orecl等是常用的后台数据库的开发工具。

2.技术实现

根据教学设计和系统设计的结果和开发工具的特点,使用C++Builder开发学习者探究模块中的“实验、搜集数据”子模块、教师分析与评价模块和管理模块中的“查询”子模块。而教学平台的框架模块及其他功能用ASP、Photoshop、Flash等工具开发。使用C++Builder开发学习者探究模块中的“实验、搜集数据”子模块、教师分析与评价模块和管理模块中的“查询”子模块需要编写两个应用程序,一个是应用程序服务器,一个是客户端程序。创建步骤如下:

首先编写应用程序服务器。新建一个应用程序,从Multilitier内选择新建一个Remote Data Module,放入 Tdatabase,Ttable,TdataProvider控件 ,其中TdataBase直接连接数据库,Ttable指向Database,DataProvider指向 T able,当然作为数据库集控件可以放入BDE或ADO的任何存取组件。设定好后运行程序,则该应用程序自动注册为服务器。

其次编写客户端程序。选择新建Active Form,填入正确的控件名称,确定后系统产生Active Form模板,可以看出它和普通Form没有两样,在其上放入组件(该组件必须以 TwinControl为基类,如果基于TgraphicControl的控件必须改写为以 T custom-Control为基类的组件),在数据库访问组件中,TDComConnection的ComputerName指向应用程序服务器的地址,ServerName指向应用程序的注册名字。然后填写Web Deployment Options则系统会把当前程序编译成OCX控件,选择Web Deploy则形成引用当前OCX的网页。

探究者探究实验是教学平台开发中最复杂的一个模块,下面以此模块中的实验、搜集数据子模块具体说明。

首先,建立一个应用程序(Project1.bpr),相当于应用程序服务器,它包含一个DataServer表单,在这个表单中创建一个ADOConntecion1对象用以建立数据库连接,它的ConnectionString属性值为:Provider=SQLOLEDB.1;Password=1;Persist Security Info=True;User ID=sa;Initial Catalog=net—experiment;Data Source=FANG。其次建立四个 T ADOT able对象-ADOT able2,ADOT able3,ADOT able4 ADOT able1,它们分别指向数据表expri—value,expri—start,expri—report—score 和 student—information,并分别给它们配备一个数据泵。然后建立两个 T ADOQurey对象-T ADOQurey1,T ADOQurey2,并分别将他们和数据库相连,即把他们的Connection属性值设为ADOConntecion1。然后编译程序,编译后产生一个应用程序服务器名称Project1.DataServer和一个注册号。这样探究实验过程中需要的数据库连接就建立好了。

然后,建立Active X应用程序,使它和应用程序服务器连接起来。具体做法是根据需要在相应的Active X应用程序的表单中建立一个 TDCOMConncetion对象(DCOMConncetion1)和若干ClientDataSet对象 (如 ClientDataSet1,TClientDataSet2等),将TClientDataSet对象的 RemoteServer属性值设为DCOMConncetion1,ServerName属性值设为Project1.DataServer。将 DCOMConncetion1的 ServerName属性值设为Project1.DataServer。这样Active X应用程序就可以通过应用程序服务器来访问数据库了。接着,编写Active X应用程序。根据教学平台的总体设计,探究者进行“实验、搜集数据”这一步,当学习者的探究层次选为中、低层次时,允许学习者设置电路中各个电器元件的参数,并说明原因,参数设置后,可以看到实验结果,如果参数设置合理,则电路导通,否则电路不通。因此,Active X应用程序主要根据实验原理对学习者输入的参数进行合理性校验,并在学习者点击“确定”按钮后显示结果,同时学习者还可通过点击器件名称可以看到设置的参数。但是由于篇幅所限,具体代码及所有界面的截图全部省略。

三、总结

论文对网络环境下探究性实验教学的相关问题进行了初步分析和研究,在技术上提出了将探究思想整合到网络探究性实验教学平台中的一些可行的办法。但网络环境下探究性实验教学还有很多急需解决的问题,例如,对学习者特征的智能分析,并将其整合到教学平台的问题等,还需在今后的研究中继续探索。

[1]Bruce Joyce,Marsha Weil,Emily Calhoun著.荆建华,宋富钢,华清亮译.教学模式[M].北京:中国轻工业出版社,2002.

[2]胜利群,褚献华.现代教学设计应用模式[M].杭州:浙江教育出版社,2002.

[3]丁兴富.远程教育学[M].北京:北京师范大学出版社,2001.

[4]刘凡丰.网络教育的理论与实践[M].长春:吉林人民出版社,2002.

[5]靳玉乐.探究教学论[M].重庆:西南师范大学出版社,2001.

[6]李东红等.多层次Client/Server结构及其应用[J].信息工程大学学报,2000,(10).

[7]陈峰棋.ASP与SQL网站数据库程序设计[M].北京:科学出版社,2002.

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1008-469X(2010)05-0016-04

2010-07-21

方丽娟(1978-),女,山东昌邑人,讲师,理学硕士,主要从事远程教育研究。