理论力学虚拟实验与课程管理平台的实现
2015-05-05 08:49李凌云
实验技术与管理 2015年12期
李凌云
(南京晓庄学院 教师教育学院, 江苏 南京 211171)
理论力学虚拟实验与课程管理平台的实现
李凌云
(南京晓庄学院 教师教育学院, 江苏 南京 211171)
根据理论力学教学中存在的问题,提出了基于网络的理论力学虚拟实验与课程管理平台的设计目标,设计了网络平台的功能模块,选择了平台开发的技术,并着重阐述了平台中虚拟实验的动态化管理、教师用户端课程管理、学生用户端学习任务管理等主要功能的实现。由于平台采用了动态化的内容管理,内容发布和更新简单,在理论力学课程学习中有一定的应用价值。
理论力学； 虚拟实验； 课程管理平台
1 问题的提出
理论力学是研究物体机械运动基本规律的一门学科,是师范院校物理专业的一门基础理论课程,也是后续的热力学与统计物理、电动力学、量子力学等课程的基础课程。通过该课程的学习,能够培养学生的抽象思维能力。但是由于理论力学理论性较强,研究方法比较抽象,需要运用高等数学推导复杂的物理问题,这些使学生在学习理论力学课程时感到困难[1]。
此外,传统的理论力学教学通常采用“一块黑板+一只粉笔”的方式,教师在黑板上演算复杂的数学公式,或者通过PPT呈现数学推导过程。学生在学习的过程中,由于很难理解物体运动过程,通常会觉得学习过程比较枯燥。
随着信息技术的发展,如何更好地借助信息技术促进理论力学课程的改革,成为广大高校教师关注的焦点[2-5]。笔者开发了一套适合于理论力学教学的虚拟实验与课程管理平台,尝试通过虚拟实验及课程管理平台进行理论力学可视化教学,培养学生自主探究学习的能力。
2 理论力学虚拟实验平台的设计与开发
2.1 系统设计目标
开发理论力学虚拟实验与课程管理平台的总体目标是实现一个动态化管理的理论力学网络虚拟实验及课程管理环境,该环境具有理论力学虚拟实验资源共享、教师教学任务管理和学生学习管理等课程管理功能,也具有动态化的前台模块生成与管理的功能。利用该平台,教师可以方便地实现课程任务管理、课堂演示,学生可以进行基于虚拟实验的自主探究学习。
2.2 功能模块
理论力学虚拟实验与课程管理平台包含课程资源模块、虚拟实验模块、课程管理模块和个人知识管理模块等4个模块,其功能结构图如图1所示。
课程资源模块包含理论力学的教学内容、与理论力学相关的科普知识、趣味物理以及其他电子资源；虚拟实验模块包含实验原理、实验要求、数据设置、实验过程以及实验结果；课程管理模块主要提供给教师用户进行学习任务的发布、编辑,作业的批阅以及教学资源的发布与编辑。平台首页的各个模块以及相应的内容都是由教师在课程管理模块中进行设置与编辑而动态产生的；个人知识管理模块用于学生用户查阅学习任务和教师评阅作业的意见、提交作业和进行个人信息管理。
平台可以根据用户登录的类别提供不同的模块,例如为教师用户提供课程管理模块,为学生用户提供个人知识管理模块。
图1 理论力学虚拟实验平台功能模块图
2.3 实现技术的选择
本平台采用了PHP+Apache+MySQL进行开发。PHP是一种HTML内嵌式的、由服务器解释的脚本语言,它具有开放源码、免费使用、基于服务器端、跨平台、支持面向对象等特点[6]。Apache是一种Web服务器平台,它免费、高效,是运行PHP程序的最好的服务器系统。MySQL是PHP最早支持和支持最好的数据库之一,具有免费获取、性能高、开放源码等特点。PHP提供了可视化的MySQL数据管理工具phpMyAdmin,能更加简便地进行数据库管理。
虚拟实验采用Java语言开发。Java Applet程序是在WWW浏览器这个特定的环境下运行的,是Java技术在Internet上的主要应用形式[7]。它并不是完整、独立的程序,而是嵌入在WWW的页面,作为页面的组成部分被下载,并运行在支持Java虚拟器的web浏览器中。Java Applet不能独立运行,而必须由支持Java的浏览器解释执行,它通过
本研究中部分虚拟实验的开发使用了Ejs软件。Ejs是一种用来快速、简单地创建基于Java的动态、交互的科学模拟过程的免费工具软件[8],其产生的模拟动画具有跨平台特性,可以在支持Java的浏览器中以网页的形式呈现。Ejs提供了一个简化的“模型-控制-显示界面”模式和工具来帮助使用者创建模拟的步骤[9]。用Ejs模拟各结构关系如图2所示,Ejs能方便地建立与Matlab/Simulink的联系,允许用户使用专业数值计算工具来构建模型。目前,Ejs已经在大学物理和数字通信课程及实验教学中得到应用[10-12]。在理论力学虚拟实验平台中嵌入Ejs构建的模拟动画,在支持Java的浏览器中运行,将使平台的开发比较简单、可扩展性好。
3 平台主要功能实现
3.1 虚拟实验的动态化管理与呈现
以双铰链摆实验为例,其实验页面如图3所示。
图3 双铰链摆虚拟实验页面
为了实现虚拟实验资源的动态化管理,教师用户可以在“教学资源”页面发布虚拟实验JAR文件包,在虚拟实验页面中通过下述语句来获取JAR文件的文件名。
$simu_name=$row[′fujian1′];//获取发布的虚拟实验包的文件名,文件名存储在fujian1字段中 $name=explode(′.′,$simu_name);//截取虚拟实验包文件中前面的文件主名,即去掉后面的扩展名 $name_before=$name[0]; 通过下面语句中fujian2这个标识,来判断上传的文件名是否需要首字母大写。 if(empty($row[′fujian2′])){ $name_daxie=ucfirst($name_before);} else{ $name_daxie=$name_before;}
获取文件名之后,使用下述语句完成Java Applet文件的嵌入,并通过JavaScript 按钮,实现模拟动画的控制功能。
动画将显示在下面.
刷新生活的页面 弟子规·余力学文(十) 学校发展视角下中小学课程管理问题探究 学校发展视角下中小学课程管理问题探究 弟子规·余力学文(六) 弟子规·余力学文(四) 基于PDCA循环理论江苏开放大学课程管理模式构建 力学 等 新形势下的课程管理 学校课程管理研究
你可以使用JavaScript脚本控制动画. 例如使用按钮:
._play();″;>
._pause();″;>
._reset();″;>
._step();″;>
._setFPS(10);″;>
._setFPS(100);″;>
._setFPS(1000);″;>
3.2 教师用户端课程管理模块的实现
为了方便教师用户动态化的管理,在该虚拟实验与课程管理平台中,教学资源发布页面允许教师添加不同类别的资源。例如在“公告”类别下发布课程公告；在“科普知识”类别下添加内容；在“虚拟实验”类别下上传虚拟实验包；在“电子资源”类别下上传电子资源。教师在课程管理模块中发布的内容能够直接呈现在平台的首页中,并且可以修改、更新或删除这些课程资源。
教师可在“学习任务发布”页面发布学习任务,如发布滑动摆实验探究任务:“通过改变滑块和摆的质量以及他们的初始位置,观察摆和滑块的运动轨迹,探究滑块和摆的质量大小对轨迹有什么样的影响,观察摆的频率有何变化”,并在学习任务发布页面设置是否需要提交作业。系统通过SESSION将教师的昵称传值,获取教师的信息。在作业评阅页面,系统通过SESSION传递过来的教师的昵称获取教师ID,并根据教师ID从学习任务表中检索出该教师发布的学习任务,列出已经提交该作业的学生信息。教师可以在平台中进行作业查看并评阅。如果已经评阅,则可以查看评阅,并可以编辑。部分代码如下:
session_start(); if(!isset($_SESSION[′name′])){ echo ″″;
exit();
}else
{
$name = $_SESSION[′name′];
……………………………………………
$q=mysql_query(″SELECT * FROM members WHERE nick=′$name′″);
$row=mysql_fetch_array($q);
$uid=$row[′uid′];
$gid=$row[′gid′];
$q1=mysql_query(″SELECT * FROM renwu WHERE fabuzhe_id=′$uid′″);
while($row1=mysql_fetch_array($q1)){
……………………………………………}
……………………………………………}
3.3 学生用户端学习任务管理模块的实现
在学习任务管理页面(见图4),自动显示了学习者需完成的所有学习任务,并根据发布时间倒序排列。学生可以通过点击学习任务名称来浏览学习任务。在学习任务管理页面中,也显示了该学习任务是否需要提交作业的信息,如果学习任务中需要完成作业,则在学习任务查阅页面,出现“上传作业”链接。作业完成状态中显示了作业是否提交,作业评阅状态显示了教师对该作业的评阅状况,如果已经评阅,则可以查看评阅结果。
图4 学生学习任务管理页面
4 结束语
理论力学虚拟实验与课程管理平台采用了动态化的内容管理,方便了教师对于课程内容的发布与编辑；将Ejs软件开发的虚拟实验整合到实验平台,使得虚拟实验的开发过程更简便、可扩展性更强。系统中记录的各类作业和评阅意见也形成了“学习档案袋”,通过“档案袋”评价，更能有效地反映学生的学习过程和学习效果。
该平台可以作为学生课前预习和课后复习的平台,也可以在课上进行理论力学的虚拟实验,使得复杂的运动关系形象化。此外,还可以利用该平台进行探究性学习,通过网络完成实验的理论设计、多层次和多角度的实验设计，并对实验结果进行分析,更好地激发学生高层次思维能力,促进学习者的知识迁移。
References)
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Realization of virtual experiment and curriculum management platofrm of Theoretical Mechanics
Li Lingyun
(School of Teacher Education, Nanjing Xiaozhuang Institute, Nanjing 211171,China)
This paper has introduced the design principles, function modules and the choice of implementation technology of Web-based virtual experiment and curriculum management platform of Theoretical Mechanics. Some implementation techniques are given. Finally, this paper has introduced the platform role in learning the course of Theoretical Mechanics.
theoretical mechanics; virtual experiment; curriculum management platform
2015- 05- 13 修改日期：2015- 07- 02
南京晓庄学院教改立项项目“理论力学网络课程开发及其教学效果分析”资助
李凌云(1979—),女,江苏如皋,硕士,副教授,主要研究方向为数字资源设计与开发、信息化教学和教师专业发展.
TP311
A
1002-4956(2015)12- 0127- 04
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