中学物理自主学习平台开发

郭超元

【摘 要】物理学是以实验为基础的自然科学，自主学习能够促进物理知识的理解，符合深度学习特征。本文针对中学物理的特点，遵循软件工程的思想和方法，以技术框架为基础，进行了功能设计、数据库设计和核心功能设计。研究内容解决了软件开发的关键问题，能够提高软件开发的效率和质量。

【关键词】中学物理；自主学习平台；开发；功能设计；数据设计；流程设计；关键技术

新课程改革以建构主义理论和人本主义学习理论为基础，遵循人类学习过程的认知规律，强调以学生为中心，强调激发学生潜能和自我实现的学习动机，强调学生对所学知识意义的主动建构。重视学生的兴趣和经验，挖掘学生的自主学习潜力，培养学生的终身学习能力。在课程的实施过程中，加强信息技术教育，培养学生利用信息技术的意识和能力。物理学是一门以实验为基础的自然科学，在现代生活、社会生产和科学技术中有着广泛的应用。通过中学阶段的物理教学，使学生比较全面地理解物理学基础知识及其实际应用，培养学生的观察实验能力和科学思维能力。在物理教学中，要重视基本概念和规律，加强演示和学生实验，密切联系实际，不断提升知识能力和综合能力，适应新世纪对人才的需求。

终身学习既是一种积极的生活态度，又是新世纪基本的生存素质。随着信息时代来临，学生依靠课堂获得的信息已经不能适应社会发展，终身学习成为时代主题，学校是培养终身学习能力的主阵地。终身学习能力的核心是自主学习能力，自主学习能够促进对学习内容的理解，符合深度学习的特征。“未来的文盲不再是不识字的人，而是不会学习的人”，培养学生的自主学习能力，以及会学习和想学习的思想意识，是学校教育义不容辞的责任。自主学习教学模式依赖于自主学习平台来实施，自主学习平台以知识点为中心，以能力测试为手段，提供集教、学、练、考、评等功能于一体的网络课程学习平台。本文针对中学物理的特点，开发自主学习平台，为提高中学物理教学质量、推进素质教育实施和培养学生的终身学习能力服务。

1 技术框架

JAVA和MS.NET是目前最为流行的软件开发技术框架，本平台选择MS.NET框架。MS.NET框架（Microsoft .NET Framework）是基于Windows操作系统的软件开发工具，是集软件开发、系统发布和网络集成于一体的软件开发平台。MS.NET框架封裝了操作系统，实现了与其他平台的显示技术、组件技术和数据技术的高度集成，便于开发人员建立Web应用程序和Web服务，开发Internet应用程序就像开发桌面程序一样简单。MS.NET框架主要由三个部分构成：公共语言运行时（Common Language Runtime）、服务框架（Services Framework）和上层的两类应用模板——传统的Windows应用程序模板（Win Forms）和基于ASP.NET的面向Web的网络应用程序模板（Web Forms和Web Services）。MS.NET框架结构如图1所示。

图1 MS.NET技术架构

图1中，.NET Framework类库是生成.NET应用程序、组件和控件的基础，是基于命名空间（Namespace）的组织方式，提供了数据访问操作功能，确保在短时间内完成应用程序开发；公共语言运行库（Common Language Runtime）主要负责运行时的一些服务，包括内存管理、即时编译、公共类型系统和版本管理等。

2 功能设计

中学物理自主学习平台主要由学生用户、教师用户、管理员用户和家长用户等四类用户构成，其中，学生用户主要是使用资源进行自主学习，教师用户主要是管理资源并指导学生学习，管理员用户主要是系统维护和配置管理，家长用户主要是了解和监督学生学习。平台由资源学习资源、学习空间、公共信息和系统维护等四大功能模块构成，其中，学习资源，用于管理各类中学物理学习资源，主要面向教师用户；学习空间，用于实施自主学习的相关功能，主要面向学生用户；公用信息，提供各种信息以及信息发布和交流等，面向所有用户；系统维护，用于保障系统运行，面向管理员用户。平台功能构成如图2所示。

3 数据库设计

数据库设计是软件开发的重要工作，用于构造最优的数据结构，保证数据存储和访问的有效性。通常的数据库设计以需求分析为基础，核心工作是数据存储表的逻辑结构设计。逻辑结构依赖于数据库管理系统，本平台基于MS.SqlServer数据库管理系统。

图2 中学物理自主学习平台功能结构

由于涉及的数据存储表较多，限于文章篇幅，本文以学习资源存储为例进行逻辑结构设计，如图3所示。

图3 物理学习资源的逻辑结构关系

图3所示的物理学习资源的逻辑结构关系，由资源类别（ResourceCategory）和资源文件（ResourceFile）两个表构成，两个表之间是“一对多”的联系，即一个“资源类别”存在多个“资源文件”，但一个“资源文件”只能对应一个“资源类别”。两个表之间的一对多联系通过建立外关键字“FK_CategoryFile”维护，“资源类别代码”是一端的主关键字和多端的外关键字。“资源类别”表由“资源类别代码、资源类别名称、资源类别说明”等三个字段构成，“资源文件”表由“资源文件编码、资源文件标题、资源类别代码、上传日期时间、资源上传人员、物理资源来源、搜索关键字、资源存储路径、资源使用工具、资源内容简介”等10个字段构成。

4 核心功能流程

中学物理自主学习平台的核心功能是在线学习模块，学生使用平台的大部分时间都是使用该模块，该模块的功能和性能直接影响学生的学习效率，间接影响平台的推广和应用前景。处理流程如图4所示。

图4 在线学习处理流程

对于图4所示的在线学习处理流程，用户进入“学习平台主页”后，输入“用户名和密码”，如果不正确，提示重新输入，如果正确，显示“系统主菜单”，用户选择“在线学习功能”后，进入“在线学习页面”，用户选择“在线学习方式”，搜索“在线学习资源”，选择“在线学习资源”后，开始“物理在线学习”。在学习过程中和学习完成后，用户可以重新在“系统主菜单”选择其他功能，或退出系统。

5 开发关键技术

本系统实现，主要涉及以下三项关键技术：

（1）数据访问。ADO.NET是MS.NET提供的数据访问模型，本平台基于ADO.NET设计数据访问类，通过重载，节省代码，减少函数或过程名；通过封装，可以不受代码或程序的影响，只与当前实例有关。

（2）页面设计。页面设计使用HTML设计页面格式及链接信息。ASP.NET提供HTML控件和Web控件。HTML控件用于信息显示，不具有方法和事件；Web控件在服务器端被解释，创建了更高级别的抽象。

（3）报表输出。报表输出可以是屏幕预览、文件存储或打印机输出。PrintDocument是MS.NET内置的打印组件，但不适合于数据项太多的打印。本平台使用水晶报表Crystal Report，提供灵活的功能。

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[责任编辑：朱丽娜]