摘 要 结合国家级农科专业基础实验教学示范中心的建设实践，以“学生为中心”的建构主义为指导，以“开放、自主、扩展”的设计原则，通过Java语言设计并实现符合学校实际的基于J2EE架构的农科实验教学平台，实现实验在时间、空间、内容上的开放，实验课程的网络化和信息化，教学过程的优化和课程资源的整合，并为实验教学资源的共享提供良好的环境。
关键词 网络平台；Java语言；J2EE；实验教学
中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1671-489X(2012)06-0107-04
Construction and Application of Agricultural Experimental Teaching Platform based on J2EE//Qiu Jing, Guo Ruinan, Dai Weidong, Ding Liancheng
Abstract With the guidance of “student center” constructivism, the principle of “open, independent, sharing and expand”, and the construction practice of national agricultural professional basic experimental teaching demonstration center. We design the agricultural experimental teaching platform based on J2EE to meet the actual situation of our university. We realized the open to public use of experiment in time, space and the content. We also realized the networked and informatization of our experiment to make the teaching process optimization and integration of curriculum resources, which provides a good environment for the sharing of experimental teaching resources at the same time.
Key words network platform; Java language; J2EE; experimental teaching
Author’s address Yunnan Agricultural University, Kunming, China 650201
实验教学作为农科院校的一项基础性工作，是实现培养高素质应用型、复合型创业人才和创新人才的必备条件。学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合设计性实验来加深对理论知识的认识和理解，获得足够的实验技能和动手能力。现代教育技术提供的图文并茂的多感官综合刺激、友好的界面以及形象生动的协作交互式学习环境，为建构主义学习理论的实践提供了最理想的条件。将先进的学习理论与现代教育技术进行有机整合，是提高实验教学绩效的重要途径。如何将先进的建构主义学习理论、多媒体技术和网络技术融合于网络实验教学，已成为人们研究和应用的热点[1-3]。
云南农业大学农科专业基础实验教学中心是国家级实验教学示范中心，依托于植物学、生理学、生物化学3个学科[4]。农科专业基础实验教学中心结构庞大，教学体系、人力、物力等管理难度较大，如何将农科专业基础实验教学中心的各个方面有机结合起来，使教学和管理系统化、简单化，是目前亟待解决的问题。为此，在借鉴其他高校的先进经验[5-9]，结合农科专业基础实验教学中心实验室现有条件和学校的学科特点基础上，精选、优化实验项目后，以建构主义理论为指导，设计并实现农科实验教学平台。
1 农科实验教学管理平台构建原则
为使平台管理方便、稳定性好和扩展性强，让平台成为培养学生动手能力和创新精神的重要阵地。在设计中注重“开放、自主和扩展”，以使网络平台可推进实验教学改革，通过平台可提升综合性与设计性实验的开出率，便利地实现学生单独或协作共同完成农科实验，便利地实现师生或生生之间的学习交流。
所谓开放性原则，是要真正实现实验在时间、空间、内容上的开放，使教师和学生可以不受时间、空间上的限制，开展教学活动。同时，实验教学平台应汇集丰富的教学资源，为访问者提供实验大纲、多媒体课件及实验教学录像等教学资源。实验资源数字化、公开化，学生可不受时间、空间的限制查找自己所需要的信息、资料。
自主性原则是指利用“以学生为中心”的建构主义设计原则，要求教学平台提供的学习“舞台”具有动态组织的特性，能满足不同的学习者所要求的个性化学习环境；允许学生可以根据个人的兴趣爱好、学科竞赛等方面的需求自主性地提出和选择相应的实验项目，预约实验时间和场所等，以期提高学生实验的积极性，更有利于发挥各自的想象力和创造力。
为使实验教学平台能为教学提供持续的服务，体现共同使用、共同建设、在使用中建设的特点，使用教学平台的每位教师能动态增加教学课件、实验视频等形式多样的教学资源，实现投入使用的时间越长，教学资源越丰富，教学平台的价值越高的目标。所以，在网络平台构建中必须坚持可扩展性原则。
2 农科实验教学平台的研究与开发
根据上述原则，在认真借鉴国内外实验教学平台的基础上，开发农科实验教学平台并投入实际教学，通过2年的教学实践及不断的修改和改进，形成“学、测、评、管”平台架构，并取得良好教学效果。
2.1 用户角色设计
平台实行统一身份认证，避免了同一身份多个账号，增加管理工作量。用户根据不同的权限进入不同的功能界面。用户包含普通用户、教师、学生、实验管理员、实验室管理员、系统管理员等6类。普通用户只能浏览平台的基本信息、教学资源等；教师及学生用户可以登录自己的个人私有网络空间，进行相应实验教学环节的使用和管理；实验管理员可以添加、管理和删除实验（仅限于由他自己创建的实验）；实验室管理员负责教学管理、实验仪器设备、规章制度管理等；系统管理员对实验教学平台进行管理的权限，可通过后台管理自行设置网站栏目，添加、删除用户，添加和维护基本信息和课程资源等。
2.2 实验教学平台功能
实验教学平台模块集“展、学、测、评、管”五功能于一体，包含了课程展示和网络教室两个子模块，其平台平面结构如图1所示。
网络教室包含教学环节“学、测、评、管”四功能内容，如图2所示。学生在教学环节可进行多元化、互动式、自主式学习；教师可通过网络进行主观题及客观题作业布置及批改，实现一人一卷测试、综合技能测试、成绩管理以及作业和测试的科学评价。系统采用开放式的教学资源建设策略，为丰富教学资源提供了非常有效、便捷的手段。
1）课程展示模块。该模块主要是展示课程丰富的学习资源，提供实验大纲、多媒体课件及实验教学录像等教学资源。
2）网络教室。网络教室包含前台和后台管理。
①前台主要提供学习界面、教师空间、学生空间三部分内容。
学习界面以多媒体版实验教材为核心，左右结构，左端导航为实验教材章节目录，右端由实验简介、学习要点、学习内容、课外链接、实验视频、连线教师等栏目组成。每个栏目用不同的媒体、不同的手段从不同的角度针对同一知识点进行学习，为学生提供丰富的多媒体教学资源，非常有利于学生自主学习。
教师空间提供对学生的管理和交互功能，以及实验项目管理、预约管理、资料管理、信息管理、成绩管理。教师登录后可查看教学班学生名单，重置学生密码，为学生布置作业，批阅作业，查看学生完成作业的详细情况，进行作业分析，与学生进行短消息交互等。同时提供课外链接、综合测试、教学课件、视频音频等管理功能，教师可自主进行教学资源建设，教学资源一经添加，即可全部师生共享。
学生空间主要由实验预习资料、实验操作考试、实验操作练习、书写实验报告、接收短消息、查看作业、完成作业、提交作业、查看成绩等栏目组成。也可通过短消息平台给教师发送消息，进行信息交互。每个栏目用不同的手段，从不同的角度针对同一知识点进行学习，为学生提供丰富的多媒体教学资源，非常有利于学生自主学习。
②后台管理。网络教室后台管理提供实验目录、实验简介、课外链接、实验视频、综合测试、题库维护及教师、班级、学生、任课、作业等一系列的管理功能，通过后台管理，可建立整个网络教室前台的所有功能。
2.3 平台开发
在平台搭建的过程中采用组件设计的思想，以提高系统的可扩展性和代码复用性，每个组件完成单一的、独立的功能模块。这样就可以采用类似于搭积木的方法快速搭建应用平台，不仅缩短开发周期，而且提高系统的稳定性和可靠性。
程序设计语言采用跨平台性强的Java语言。利用Java语言的优势最大限度地利用网络资源，并且可以跨平台跨网络运行，其代码可重用和可扩展；通过多线程运行机制来支持多任务和并行处理。因此，本平台设计了基于J2EE平台上的集成Struts和Hibernate框架的多层分布式架构（图3），采用该体系架构，降低了数据在各层之间的耦合性，提高了整体架构的可维护性和可扩展性。SQL Server 2005为数据库平台，以Apache Tomcat5.0为Web服务器。
3 平台应用成效
通过网络信息化的实验教学系统，为学生提供了创新实践的平台，实现了传输高质量的视频音频文件、发布多媒体课件等教学资源，并为实验教学资源的共享提供了良好的环境。
3.1 实现实验课程网络化目标
在一年多的时间里，不但完成实验课程建设平台的建设，还将全校27门实验课程上网，内容包含实验教学大纲、实验视频、教学课件、仪器概况等。实验视频包含动物生理生物化、植物学实验、微生物学实验、土壤化学实验、基础生物化学、微生物学实验等八大类，600余部。每学期服务学校21个专业的27门课程共3 300余名学生的实验教学和实践活动，从而实现学校本科实验课程的网络化和数字化。
3.2 方便教学服务
教师可以通过网络平台布置作业，提供课程要点、答疑，进行网上考试等；学生可以通过网络平台讨论问题，提交作业，进行网上复习。该平台的有效运行，使整个教学活动方便快捷，教师的教学活动不再受空间和时间的限制，只要能够上网，无论是电脑、手机等移动设备，都能实时地布置作业、批改作业、网上答疑等；学生学习也不再局限于教室，可以在任何能够上网的地方进行自主学习、网上交流、做作业等学习活动。
自农科网络实验教学平台运行以来，每学期均有120个左右的实验教学班利用平台开展教学。从实验辅导上来看，辅导总数为628次，平均每位教师利用平台辅导数为19.6次；网上辅导总数452次，平均每个教学班为11.89次，平均每位教师数为14.13次；从作业跟踪及分析上来看，作业跟踪及分析总数512次，平均每个教学班为13.47次，平均每位教师进行16次作业的适时辅导和跟踪分析。从以上数据分析，教师的作业布置、跟踪、辅导和分析效果很理想，学生每学期的实验通过率明显上升，达到90%以上，比以往的通过率高出10%以上。
3.3 为教师提供了交流、学习的平台，改进教学方法手段
教师可以借助实验教学管理平台学习借鉴其他教师的教学经验和教学方法，取长补短、相得益彰，从而提高自己的教学水平和教学能力。同时，教师还可以通过该平台及时了解学生的学习情况，并根据学生所反馈的信息调整自己的教学内容、教学方法和教学手段，为教学质量的提高奠定了基础。实验教学管理平台增强了教学过程中师生间的对话与沟通，从而调动广大教师的积极性和主动性，保证了教学质量。此外，为教师在线学习了解其他学科门类的课程提供了便利，这样大大拓宽了教师的专业视野和科研水平，使教师的知识结构更加宽广，有利于教师的科研与创新。
3.4 教学模式人性化，能培养学生学习兴趣，增强自主学习能力
如今高校的大学生都是20世纪80年代后出生的，他们是看着电视长大的一代，从小就习惯于影视语言和网络语言，热衷于网络视频。由此，利用现代教育技术与信息技术，教师可拍摄和收集大量的视频文件放置在平台上，同时可把原来的文字、图形等静态单调的内容转化为动态网页并配以音频，使学生在学习的过程中更为投入。特别是实验的操作过程，仅仅通过教师的语言与文字很难表现出来，而使用视频媒体配合讲解能使学生更为直观理解操作方法。如在“植物染色体制片技术”视频中，学生可看到如何切取根尖的分生组织，如何包被吸水纸并用铅笔轻敲分生组织，这些细节教师是很难用言语告诉学生的，依靠网络视频教学则变得轻而易举。在开展分子生物学实验时，教师可将一个3～4小时的实验过程，拍摄制作浓缩为5～6分钟的视频，随时可以将具体步骤和演示动作随着视频流展示给学生，使学生获得丰富的感性认识，为进一步的实践操作和综合分析打下基础。
通过网络平台教学，使教学工作活灵活现，直观生动。学生能够借助该平台在线学习，还可通过互动性教学、多媒体演示、教学视频等解决在学习中碰到的问题。特别是学生在复习与预习中遇到问题时，可以很方便地调出教学视频，自己检查实验的错误之处并及时更正，从而促进学生学习的积极性和主动性，有助于提高学生的自主学习能力，培养学生的科学探索精神和创新能力，使学生对基础性实验和验证性实验产生兴趣，增强学习动力，提高学生的综合实验能力。
4 结束语
实验教学网络化，不仅能在日益扩招的形势下保障教学质量，而且能明显提高教学质量和管理水平；网络化教学管理平台拓展了农科实验教学的空间，扩充了实验教学内容，降低了实验教学成本。该平台虽有些方面还需改进，如还未提出虚拟实验平台，如何将新的、科学的管理与之有机融合方面需要改进，但平台为学生和教师提供一种丰富多彩、方便灵活的交互式学习和教学环境，提高了教学效率和教学质量，为农业高校培养应用型人才奠定坚实的基础。笔者相信，平台在不断完善后必将发挥更大的作用。
参考文献
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