翻转课堂教学支持服务系统设计与实现

黄照翠 杨朝军 王艳艳

摘 要：优质资源和服务是有效进行翻转课堂实践的重要保证，为此设计了一种可满足翻转课堂教学各环节对资源和服务需求的系统。该系统具有服务性与创新性、个性化与智能性、资源分级分类合理与开放共建共享、交互性与即时性、可维护与可扩展性等特点。采用ASP.NET与SQL Server数据库技术，面向教师、学生、教务等不同角色，建立协助实施翻转课堂的课程课件视频、资源、资讯、案例、题库与组卷、考试、网上社区等需求功能模块及考试分析和学生学习行为分析功能模块。实践应用表明，该系统可充分发挥教师翻转课堂教学设计和学生自主学习、协作学习、混合学习的积极主动性，为创新型、智慧性人才培养提供助力。

关键词：翻转课堂;教学支持;系统设计;资源与服务

DOI：10. 11907/rjdk. 182044

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）001-0119-05

Abstract： The effective practice of flipped classroom cant be separated from high-quality resources and services supporting teaching. Therefore we design and implement a system that fully supports the links of resources and services in all aspects of flipped classroom teaching. The system has the characteristics of service and innovation， individualization and intelligence， rational classification and open co-construction and sharing， interactivity and immediacy， maintenance and extensibility. ASP.NET and SQL Server database technology are used to realise the functions of courseware video， resources， information， case， question bank and test paper， examination， online community demand function module， examination analysis and students' learning behavior analysis function for teachers， students， educational administration and other roles to implement the flipped classroom process. The practical application shows that the system can make full use of teachers' flip classroom teaching design and students' independent learning， cooperative learning and mixed learning proactive initiative. The system is able to provide assistance for the ultimate goal of innovative and wisdom personnel training.

0 引言

翻转课堂也称颠倒课堂，通过对知识传授和知识内化的颠倒安排[1]，对传统教学师生角色与课堂时间的使用进行重新规划，以实现传统教学模式革新。传统课堂中教师是知识传授者、课堂管理者，学生是被动接受者，教学形式是课堂讲解+课后作业，课堂内容主要是知识讲解传授，内容展示主要通过板书与现场讲授，评价方式为传统纸质测试，而翻转课堂中教师是学习指导者、促进者，学生是主动研究者，教学形式是课前学习+课堂探究，课堂内容则是问题探究，知识获取与内化可以通过自主学习、交流反思、协作讨论等多种形式进行，评价也是多维度、多方式的。

翻转课堂实施的可行性和有效性需有一定的资源与服务支持，目前国内外出现了很多在线开放学习平台，提供大量免费课程，国外Coursera、Udacity、edX三大課程提供商的兴起，给更多学生提供了系统学习的可能，众多高校也与之合作推出优质课程，国内有慕课网、学堂在线、中国大学MOOC等平台，课程资源丰富，课程用户数量巨大，为部分课程实施翻转课堂提供了可能，但其资源主要为学生提供更多课程自主学习的渠道，并不能为所有课程实施翻转课堂提供支持，不是针对师生开展课堂教学、提供灵活而易用普及的平台。近年来，众多高校，如南京大学、上海交通大学、重庆大学等均建设了本校SPOC课程，学生规模小，课程设置了限制性准入条件[2]，达到要求的申请者才能被纳入SPOC课程，入选者必须保证学习时间和学习强度，参与在线讨论，完成规定的作业和考试，通过者获得课程完成证书[3]。SPOC效率相对低下，教师需要投入更多时间和精力，更无法满足一所高校所有课程或任意课程翻转课堂教学设计的资源与平台需求。

本文采用ASP.NET与SQL Server数据库技术设计了一个支持翻转课堂教学设计的服务系统。该系统接收所有课程各类资源的收录与展示，课程资源丰富，课程类别齐全，媒体类型多样化，题库容量大，学习社区交互性强，自动采集资源数据与学习行为数据，并可对采集的数据进行智能分析，为翻转课堂提供全面支持与服务。

1 系统概述

本文设计的系统是一个基于 Web 的为高校翻转课堂实施提供全面支持与服务的平台，为学生课前自主学习提供课程材料、课程视频、课前测试，还可为生生与师生间在线交流提供支持。课中师生进行问题探究、分组讨论时，可在线协同组织活动，提供资源上传与分享等服务;课后平台提供在线反思反馈、讨论交流、主题设计及论述、提交课程作业等服务。教师利用该系统可在课前协同备课，上传学习材料、学习视频，设计课前测试、在线交流与答疑;课中引导学生提出问题，进行分组讨论、重难点讲授、分组汇报、设计提交反思、论述、知识点测试或模型设计分析等;课后在线获取信息反馈、参与课后大讨论，通过学习社区了解学生学习情况和学习行为。

2 系统设计

2.1 系统架构

系统基于B/S结构，构建Web服务器和资料、视频等Serv-U文件服務器及数据库服务器，其总体架构见图1。Web服务器为用户提供HTTP服务，部署FTP服务器，通过FTP服务器教师和学生可远程上传资料或视频等。学生可以远程下载学习资料，浏览教师提供的学习资料、学习视频，完成预测题，参与课前讨论，提交个人或小组主题材料等。教师可上传并管理学习资料、视频，建设课程题库，并设计提交试题，查看资源使用率与学生预测水平等学习行为与学习结果，分析课程重难点。助教在学习社区中创建该课程模块，按授课章节建立子模块，构建课堂主题模块，建立小组讨论区及作业提交区。课程管理者对所有课程进行分级分类管理，资源管理者对各种媒体类型（文档、图片、视频、音频等）进行分级分类管理。所有资源都可以进行增、删、查、改操作。系统在完善的安全防护系统环境下，如入侵检测、身份认证和防火墙等，确保本系统Web服务器、数据库服务器、文件服务器等的安全。系统同时与云平台数据中心进行实时数据交换与共享服务，通过移动数据接口和邮件服务接口，适时发送课程动态到相关人员的手机端和邮箱系统中。

系统采用IIS7.0 Web服务器、SQLServer2008数据库、   .NET运行环境，采用Serv-U服务器远程上传资料、视频等文件。

图1 翻转课堂教学支持服务系统总体架构

2.2 系统特点

2.2.1 服务性与创新性

系统本着服务于师生翻转课堂教学的宗旨，一方面提供灵活的资源上传与审核机制，另一方面，基于服务创新理念，利用云计算[4-7]、大数据[8-10]、社会网络[11-12]等信息技术实现翻转课堂教学模式创新。

2.2.2 个性化与智能性

系统为用户设计个性化用户中心，不同角色用户登入后台，提供不一样的信息服务和功能模块，呈现与每个用户相关的内容和信息。系统可根据教师开设课程的学生学习人数、学习进度、参与讨论与考试情况，智能分析学生学习行为。该系统智能分析学生行为，为学生推送其关注的信息。

2.2.3 资源分级分类合理

系统依据翻转课堂教学需求分析进行总体架构，从多元角度考虑资源分级分类[13]，涵盖各个学科、各个专业、各门课程资源，包括课件、案例、社区和图文声像及专业软件资源。

2.2.4 开放共建共享

基于开放共建共享的思想进行系统架构，表现为课程学习、资源使用不仅面向校园师生，也对社会人员开放，分级分类不仅是教务人员或管理员的权限，课程教师也可以自建分类模块，审核通过的注册用户均可上传、分享资源。

2.2.5 交互性与即时性

系统具有较强的交互性能，一方面，用户在学习课件时，可以对所学课件进行评论;另一方面，用户之间可在课程社区进行实时交互，发布主题与资源，进行消息推送，用户可以通过微信、Email、手机接收推送的信息。

2.2.6 可维护性与可扩展性

系统采用基于ASP.NET自上而下的3层架构，分别为用户表示层、业务逻辑层、数据访问层 [14]，提高了系统可维护性和可扩展性。系统结构松散，根据用户需求，可以自助添加或定制功能模块[15]。

2.3 关键技术

系统基于ASP.NET+SQL Server+ IIS7.0实现客户端和服务器端的动态交互与功能模块，文件服务器使用Serv-U远程上传课件、视频资源等文件，也可以通过大文件组件在个性化中心上传资源，信息分发传输采用P2P与CDN技术融合的方式[16]。

2.4 数据库设计

系统主要采用 SQL Server2008 为数据库管理工具，对系统相关数据表结构进行设计，主要数据库表包括课程库表courseLib、班级表class、学科表suject、案例库表case、资源库表resourceLib、资源类型表resourceType、试题库表testLib、试卷库表testPaperLib、学生答题库stuAnswerLib、角色表role、学生库表studentLib、性别表gender、教师库表teacherLib、教师角色表teacherRole、管理员表admin、用户表users、社区表community、版块库表sectionLib、主题库表themeLib、主题回复库表replyLib、资讯表news、资讯类别表newsType、搜索关键词表searchKeywords、系统运维日志表sysLogs、单位表department、链接表link等。

3 系统实现

3.1 功能模块结构

系统需实现的功能模块分为前台和后台，前台显示公共模块，包括系统主页面、学科列表、课程库模块、资源库模块、资讯模块、教学设计案例库模块和网络社区等，后台包括教师中心模块、学生中心模块、普通用户中心模块、教务管理模块、管理员中心模块。前台与后台的相应模块均提供智能搜索功能，课程模块提供学生学习行为相关分析，试卷管理模块提供考试分析，后期将进一步优化程序，提供更完善的学生学习行为和考试统计分析图形化显示。

3.2 用户中心实现

3.2.1 教师用户中心

教师登入后台用户中心，左侧为操作菜单，包含个人信息修改、课程管理、资源上传管理、试题出题管理、试卷组卷管理、考试分析、课程区管理、版块管理、主题管理、回复管理、学习行为分析等选项。

右栏内容框默认为欢迎界面，显示教师所开课程学生参加人数，该教师开设课程区最新主题与回复情况。左栏菜单对应模块的操作内容显示于右边。教师可以通过添加课程模块创建新课程，创建课程栏目。教师上传课件、发布公告、发布课程内容，调用同一模块，只是发布不同内容，选择不同分类，编辑框可以编辑图文声像，还可以上传附件、幻灯片等。

课程列表页面可显示该教师在平台上创建的所有课程，列表可显示课程名称、授课教师、课程创建时间、参加该课程学习的学生人数，点击课程名称可以查看课程简介，点击“编”可以对该课程进行编辑。

资源上传管理页面的右栏默认为上传资源窗口，发布的内容包括课程内容、知识、分类选择资源库。发布安装包、PPT课件、PDF等附件可插入附件标签，选择需要上传的资源文件，上传完成插入即可，资源列表可对已发布资源进行浏览、编辑、删除操作。

试题出题管理模块可让教师在线为所开设的课程出题。题型包括选择题、填空题、判断题、论述题或分析题。

选择题出题模块可让教师选择试题所属课程，试题类型为选择题，弹出选项数下拉框，如选择4，输入题目，编辑4个选项，输入参考答案后，提交表单即可。

填空题出题时，教师选择试题所属课程，试题类型选择填空题，设置填空数，描述该题题目，填空题题目在组卷时不显示，可以填写该题考察说明，在描述编辑框内输入填空内容，需填空处用下划线替代，组卷时检测到空白下划线，设置该处为input输入框，答案输入到参考答案编辑框内，一般填空题答案每个空占用一行;判断题出题时，教师输入题目，参考答案单选框处选择对或错;论述题或分析题出题时，教师将题目输入到描述编辑框，再将参考答案输入到下方编辑框。

试题列表页显示试题类型、题目描述、出题人、出题时间、试题被抽频次、状态，点击题目描述，可以查看题目详情，点击“编”按钮，可对该试题进行编辑修改，选中复选框，可删除该试题。

教师利用试卷组卷管理可单独调阅该课程所有选择题、填空题和论述题，根据试卷题型和题数，在试题库中自主抽取或随机抽取组卷。组卷完成后，可以对试卷进行修改，如增、删、改等操作。

考试结束后，教师可以对考试进行分析，包括单个试题答题准确率、错题分析、班级考试成绩分析等。教师将光标移至某个试题，可查看该试题答题准确率及答错学生数，点击学生数可以查看所有答错学生用户信息。选择试卷参考用户，可以查看每个参考学生信息、总体得分及错题情况。

课程区管理、版块管理、主题管理、回复管理主要针对系统中课程对应的网上社区，教师可对课程、版块、主题、回复进行增、删、改、查和审核操作。

学习行为分析主要针对学生学习课程视频、课件及课程区主題发布与回复分析，以便教师及时了解学生学习情况，把握翻转课堂重点，更好地进行翻转课堂教学设计工作。课程视频列表显示该视频在线播放和下载次数，选中一门开设课程，查看该课程学习用户，选择某个用户可以查看该用户该门课程所有视频课件的学习进度。

3.2.2 学生用户中心

学生用户登陆后，左侧为功能菜单，用户可以修改个人信息，点击“我关注的课程”、“我收藏的课程”、“我关注的资源”、“我收藏的资源”、“我发布的主题”、“我参与的讨论”、“我学习的课程”、“我参加的考试”、“我做过的测试”等模块查看信息。右边欢迎界面显示学生关心的最新课件、最新资源及课程区最新主题与回复，主题浏览数和回复数，点击回复按钮，跳转至课程区进行回复。

“我关注的课程”模块上方列举了该用户关注的所有课程图文列表，超过12门课程分页显示。点击图片或课程名称，进入课程详情页。下方为关注课程的最新课程动态、显示动态课程更新进度和参与学习的人数。

“我关注的课程”模块详情页上方显示课程视频或图片简介、课程名称、主讲教师及单位、课程开设周数及每周小时数。下方有课程概述和课程大纲标签，点击进入学习按钮，将进入该课程学习主页。

课程学习主页左侧为课程功能菜单，包括课件、课程资源、测试与制作、试卷、课程社区，点击某菜单进入课程模块。课件区上方显示该学生用户已学习的进度，点击继续学习按钮，将自动从上一次停止学习的位置开始播放课件。下方列举了该课程所有课件，用户可以任意点击某个课件进行播放学习。

“我发布的主题”模块显示该用户发布的所有主题，超过6个主题分页显示，点击主题标题查看详情，本页可以看到主题最后由谁回复、回复时间以及支持数与回复数。

“我参与的讨论”模块显示该用户参与的主题讨论，显示其回复内容、回复时间、主题、主题发布人、发布时间以及该主题被浏览数、被回复数，点击“回复”按钮，可以再次对该主题进行补充回复。

“我参加的考试”模块上方按照时间顺序显示所有该用户参加的考试，每项考试显示考试课程名称、试卷名称、组卷老师、用户完成考试提交时间和考试得分。下方为错题分析，包括错答试题、答题人数统计以及答对人数统计，点击参考答案按钮后小窗口弹出，显示该试题的参考答案，点击去社区讨论该题，即可转向社区中该课程的讨论区，并自动将该试题描述输入到发布主题的标题框。

3.2.3 教务用户中心

教务用户登陆后台，左侧功能菜单包括学科管理、班级管理、教学设计案例管理、新闻公告管理。右侧欢迎界面显示该教务用户创建的学科、班级和发布的最新新闻公告。点击学科名称，可以看到学科介绍、学科下属课程，点击每门课程名称，转向课程详情，包括课程概述、大纲、参与课程学习的学生人数、课件发布进度、课程资源及数量统计信息等。点击班级名称后可以看到班级简介及班级人数和班级成员，每个班级成员均能链接至该学生的详情页，可以看到学生学习的课程、发布的主题、参与的讨论、参加的考试及考试成绩。