基于知识点的个性化辅助教学平台的数据库设计

祝美宁，陈秀敏，姚会艳

(1河北科技师范学院数学与信息科技学院，河北秦皇岛，066004;2秦皇岛第十中学)

随着网络和计算机在教学中的应用和普及，辅助教学平台也应运而生。这类网络辅助教学平台所具有的共同特点就是利用一个平台框架，将教学资源管理，在线交流，在线自测和管理等功能进行集成，实现基于课堂、网络辅助的教学活动［1～3］。虽然辅助教学系统的实施能很好的衔接课堂教学和课后辅导，为学生发挥自主学习提供了一定的空间，对教师教学质量的提高起到了积极地作用，但总的来说，目前大多数的辅助教学平台都是以教学资料的展示为主，很难融入学生学习的主动性和创造性，目前存在的主要问题是:教学的信息化不足;师生间的课后沟通不够;无法发挥学生学习的主动性。一个成熟的个性化辅助教学平台应该是建立在校园网的基础之上，以学生学习为中心，综合课程建设、课程管理为一体的网络辅助教学平台。该平台除了作为教师课堂教学手段的补充，教学资料的信息化，更主要的是能够为学生提供具有交互性的、个性化的网络学习环境［4］。

1 个性化辅助教学平台实现的功能分析

个性化辅助教学平台的主要目的是为学生提供一个良好的自主学习和沟通交流的平台，减轻教师的负担，提高教学效果。除了具有教学资料的展示外，更重要的是作为课堂教学内容的延伸。学生可以通过平台进行在线自测、完成教师布置的作业、在线提问等交互性操作，教师可通过平台布置作业、组卷，实现学生对课程的练习、提问情况的评估，据此调整教学进度及内容［5～7］。为此，可将系统划分成以下功能模块:教师信息管理、作业管理、题库管理、学生信息管理、课程管理、知识点管理、论坛管理、课程学习、在线测试、作业提交、在线提问。

2 个性化辅助教学平台中个性化的体现及知识点的引入

基于知识点的个性化辅助教学平台突出体现的是个性化的需求，辅助教学平台能够根据学生在平台上以往的学习效果而形成针对性的指导。个性化辅导主要通过在线测试模块、自动答疑模块体现。

2.1 在线测试模块的功能分析

学生在登录后，可对本学期所开设的课程进行在线测试。在系统选题之前，学生可以选择测试的科目、范围、知识点、题型、数量等，对于初次进行本门课程测试的，系统会根据用户的选择随机自动抽取题目，形成自测试卷。学生做完提交之后，系统对客观题给出判断，对于做错题目的知识点会写入该学生的日志文件。通过日志文件的不断更新，可以逐步记录学生的薄弱知识点情况，其目的是当再次进行同一科目的测试的时候，系统会根据以往的测试内容形成指导性的测试习题，加强学生对薄弱知识点的理解，进而指导学生的在线测试，形成个性化的指导;另一目的作为统计的基础，不同学生多次的测试结果可以推导出学生整体对课程的掌握状况，作为教师同步教学的依据。在线测试模块部分的试卷生成部分的数据流图如图1所示。

图1 在线测试模块中试卷生成的数据流

2.2 自动答疑模块的功能分析

学生可以在论坛中进行提问，在版主审核帖子之前，系统首先会根据学生提出的问题到数据库中搜寻答案，如在数据库中存在相同问题或是相同知识点的相关问题，均会首先反馈给用户，实现智能答疑，同时学生提出问题的相关知识点也会记录到学生的学习日志当中，也可作为测试的依据。而且在学生每次登录系统之后，系统将自动列出该生从上次登录以来更新的和日志中记载的薄弱知识点相关的新帖子，方便学生及时查看相关内容，通过具体应用实例加深对薄弱知识点的理解和巩固。

为实现上述的个性化需求，系统引入了知识点管理功能。知识点管理功能模块是由开课教师对讲授的本门课程知识点的划分和管理，也是题库组织、自动答疑、个性化测试等模块的基础。只有在建立好本门课的知识点的基础之上，才能进行相关其他操作。比如，根据知识点形成试题库，进而可以实现教师生成作业、学生在线自测等。

3 个性化辅助教学平台的数据库设计

在需求分析的基础之上，构造出较完善的数据库模式，并建立数据库系统，使之能够满足用户的应用需求，有效地存储数据，最大程度上减少数据冗余，实现数据共享。数据库结构设计是否合理，将直接影响到系统中各个处理过程的性能和质量。

3.1 个性化辅助教学平台的概念结构设计

概念结构设计阶段要将需求分析得到的系统的需求抽象为概念模型，它是现实世界的一个真实模型，因此概念结构设计是整个数据库设计的关键所在，一般都以E-R图(Entity-Relationship Diagram，即实体-关系图)为工具来描述概念模型。E-R图用矩形表示实体型，矩形框内写明实体名;用椭圆表示实体的属性，并用无向边将其与相应的实体型连接起来;用菱形表示实体型之间的联系，在菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体型连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型(1∶1，1∶n或m∶n)。根据以上对基于知识点的个性化辅助教学平台的功能分析，形成E-R图［8］(图2)。

图2 基于知识点的个性化辅助教学平台E-R图

3.2 个性化辅助教学平台的逻辑结构设计

在逻辑结构设计阶段主要任务是根据平台的功能需求和关系型数据库的特点，以数据库设计理论为依据，设计数据库的逻辑结构，即将概念结构设计阶段形成的E-R图转换为具体的关系模式。在关系模式形成的过程当中，该平台的设计原则是在完全覆盖系统功能的前提下，尽量减少数据库中表的个数，减少一个表中主码的个数以及减少表中字段的个数。逐步优化后形成的数据库关系模式表主要包括教师、学生、课程基本信息表，教师开课表，学生选课表，知识点表，选择题表，学生学习日志表，作业测试表，答题表等。为此，将体现个性化的知识点表、选择题表、学生日志表、作业测试表等进行说明。部分关系模式及其关系如图3所示。

图3 教学平台数据库的部分关系模式及其关系

(1)选择题表:该平台支持的课程种类繁多，不同的课程所对应的题型不完全相同，但总的来说都包含类似于选择、填空、问答等基本题型，为此，对于不同的题型分别建立不同的几张表。再者，平台支持个性化学习，就是说能记录学生的学习情况，为此，在每种题型对应的表目中都加入了知识点这一字段，就是每道题的考点。学生登录系统会频繁进行以章节为单元进行测试，在各种题型的表目中，每条记录都包含了本道试题所属课程，所属章节，所属知识点。虽然存在一定的冗余，但减轻了多表连接查询带来的时间问题。为了确保学生在做作业的时候不能查看教师布置作业中的试题的答案，为此设置了加锁否字段，对于教师选中的试题将该字段设为1，直到作业提交截止时间，再将该字段设为0，在加锁期间，学生测试时系统不会选中该题。

(2)学生学习日志表:记录了学生在平台上的学习过程中的薄弱知识点，包括在测试过程中错误试题的考查知识点、论坛的提问相关知识点、作业中的错误知识点。表中的主码由学生编号，记录时间和知识点编号共同组成，说明了对于每个学生而言，不管一天登录几次，对某一个知识点的掌握情况一天只包含一条记录，如果通过学习的反馈作用在同一知识点上，不会再插入新的记录，只会体现在相关记录的“程度等级”这一字段。比如，再做测试的时候，某道题回答错误，那么测试结束之后就会在学生日志表中查看是否存在今天的该生的这一知识点的记录，若没有，就插入1条，若已经存在，只要将“程度等级”这一字段减一。该字段的值越小，表明学生对这一知识点的掌握越差。对于出现在学习日志中的知识点，都表明学生掌握不好的知识点，其一便于在学生再次登录时作为考察重点，其二便于教师进行对教学效果的评估。

(3)作业测试表:主要记录教师所留作业或是学生测试的生成试卷。对于教师所留作业在数据库中的存放时间可由生成教师确定，而对于系统根据学生的要求或是以往的学习状况而生成的自测试卷，则在学生退出系统后自动删除。在作业测试详细信息表中，所有作业(测试)的具体题目都放在这个表中，“题号”字段是主码，而“试题类型”和“试题编号”两个字段能够确定该道题是来源于题库中的哪个表的哪道题。关于作业或是测试信息需要2张表进行记录，1张表记录的是作业或是测试的概况，另外1张表记录每个作业测试中具体包含的试题［3～4］。

4 结 论

数据库设计是软件开发项目中非常重要的设计内容，在逻辑设计的基础上，数据库的物理设计主要考虑到的是数据的存储结构、数据存取路径以及数据的存放位置。基于知识点的个性化辅助教学平台最终以SQLServer作为DBMS(数据库管理系统)，并且从数据库初始化参数的选择、设置和管理表空间、设置和管理回滚段、建立索引以及视图等角度进行了数据库的物理设计［9］。

对于数据库的安全性，主要从两点进行考虑。其一，为每个用户分配合法的用户名，为了登录该系统进行相关操作，必须通过用户名和口令的验证。确保了非法人员不得使用本系统。其二，对于系统的合法用户，系统根据其所承担的职务，进行角色和权限分配，不同的角色多进行的操作权限不同，保证了当用户登录本系统后，只能根据自己的角色进行相应的操作，避免了越权操作权限之外的数据［10］。

经过以上分析和设计，最终完成了数据库的实施以及个性化辅助教学平台的开发。个性化辅助教学平台的实现可以使学生在有意义情况下依据某些问题进行自主地、创造性地学习，加强交流，促进课程建设，真正实现数字化教学。

［1］ 彭奇志.学习型网络信息素质教育平台的研发［J］.情报理论与实践，2007，31(6):812-814.

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［6］ 翟佳.基于J2EE的高校教学辅助系统设计研究［D］.上海:复旦大学，2009.

［7］ 杨昱昺，王红艳.基于题库自适应在线考试系统的分析与设计［J］.武汉理工大学学报，2008，30(4):157-160.

［8］ 王珊.数据库系统概论［M］.北京:高等教育出版社，2007.

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［10］ 恭德罗依.SQL Server 2005从入门到精通［M］.北京:电子工业出版社，2006.

(责任编辑:石瑞珍)