學科教育論文-網(wǎng)絡化教學系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘要針對工科課程數(shù)學知識多、問題抽象、與其它學科關系密切的特點設計了網(wǎng)絡化教學系統(tǒng)。為解決在線實驗參數(shù)交互問題，采用IIS6.0和MatlabWebServer共同構建在線實驗系統(tǒng)，使學生通過在線提交參數(shù)的方式完成相應實驗，輸出實驗結果。為了解決復雜數(shù)學公式的錄入、存儲、搜索和顯示的問題，基于MathML的對ASCII碼的翻譯功能，在客戶端安裝MathPlayer軟件的基礎上，實現(xiàn)公式的在線錄入，搜索。另外，系統(tǒng)還設計學習園地，教學資源，在線考試等環(huán)節(jié)，具備較為完善的輔助教學功能。該系統(tǒng)作為學校精品課程建設項目已連續(xù)運行近一年，收到良好效果。關鍵詞網(wǎng)絡化教學系統(tǒng)；在線實驗；公式在線錄入；公式搜索1引言網(wǎng)絡輔助教學首先是傳統(tǒng)教學的工具和手段。提高了教學效率，彌補了由于知識激增、課時縮短、特殊學科和課程需求而造成的不足。由最初的演示教學，拓展為自主學習、協(xié)作學習、討論學習、個別輔導和探索學習等多種教學模式。網(wǎng)絡輔助教學目前自身還存在互動性不夠、缺乏靈活性等缺陷1。對此，基于學校精品課程建設項目，設計了本系統(tǒng)。主要提供了在線實驗、在線交流等功能。為解決在線實驗參數(shù)交互問題，采用IIS6.0和MatlabWebServer構建在線實驗系統(tǒng)2，使學生通過在線提交參數(shù)的方式完成相應實驗，輸出實驗結果。為了解決復雜數(shù)學公式的錄入、存儲和搜索的問題，基于MathML的對ASCII碼的翻譯功能3，將Mathplayer嵌入網(wǎng)頁，使學生可以在線錄入公式，并進行相關問題及公式的搜索。2工科課程網(wǎng)絡化教學的特點工科課程的網(wǎng)絡化教學是教育信息化的重要分支，而課程本身具有實用性強、理論內(nèi)容豐富且涉及知識面廣的特點。課程涉及的數(shù)學知識多，包括高等代數(shù)、數(shù)值分析、概率統(tǒng)計、隨機過程等4-5。同時，無論是電路分析基礎、模擬電路、數(shù)字電路和信號與系統(tǒng)等基礎課程，還是通信理論、計算機、微電子技術以至人工智能、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡等新興學科研究都成為工科教學中的重點和難點。然而，學生在學習這門課程時，普遍感到課程的概念抽象，對其中的分析方法與基本理論不能很好地理解與掌握。因此，如何幫助學生理解與掌握課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及綜合應用所學知識解決實際問題的能力，是本課程教學中所要解決的關鍵問題。本文作者針對工科課程的特點，建立了網(wǎng)絡化輔助課程教學系統(tǒng)，實現(xiàn)了在線實驗、網(wǎng)上交流、在線考試等功能。3系統(tǒng)設計硬件系統(tǒng)主要由兩臺IBM服務器構成。系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖1所示。圖1硬件系統(tǒng)結構圖系統(tǒng)軟件部分可以分為：課程簡介、學習園地、教學資源、在線實驗、網(wǎng)上交流、在線考試六項內(nèi)容。課程簡介主要介紹數(shù)字信號處理課程的特點和內(nèi)容體系，給出學習本課程所需要的先修課程，使學生對課程的主體結構予以掌握。學習園地主要是對數(shù)字信號處理課程的進一步擴展，從傳統(tǒng)的頻譜分析到現(xiàn)代頻譜分析，從一維信號到圖像的二維信號處理，以及與數(shù)字信號處理的軟件、硬件實現(xiàn)方法相關的文獻和資料。教學資源主要提供課程講義和教師上課的視頻錄像的在線播放和下載，針對各知識點的Matlab單機版程序，為學生課下學習調(diào)試提供方便。在線實驗主要針對課程中的重點難點，使學生能采用交互的形式實現(xiàn)在網(wǎng)上通過簡單的操作就能看到該參數(shù)下的處理結果。便于學生對所學知識進一步深化理解。網(wǎng)上交流部分其主要功能是一個留言板，有疑問的同學可以直接將問題貼在留言板上，老師定期查看留言。這不僅為學生提供了一個開放、自由的提問空間，更成為老師能及時發(fā)現(xiàn)教學中的問題進而及時改進的重要途徑。在線考試主要是將課程內(nèi)容按照知識點形成試題存放在SQL2000數(shù)據(jù)庫中，學生在題庫中隨機抽題，并在規(guī)定的時間內(nèi)完成做題并提交答案。系統(tǒng)自動對學生答題情況進行評分，并進一步根據(jù)學生答題情況得到對該學生知識掌握情況的定量評價，從而為教師課堂教學提供依據(jù)，并可作為下一次抽題的參考。系統(tǒng)的六個功能模塊之間互相補充，從內(nèi)容上互相呼應，共同促進學生對課堂內(nèi)容的學習和掌握。4網(wǎng)上交流功能模塊的設計系統(tǒng)提供了網(wǎng)上交流答疑的功能，其主要部分是一個開放式的留言系統(tǒng)，然而現(xiàn)在絕大多數(shù)留言系統(tǒng)、論壇系統(tǒng)對于數(shù)學公式的支持功能較差，通常是將數(shù)學公式轉換成圖片的形式加以保存和顯示，公式錄入也多通過貼圖的方式進行，對學生在線提問造成很大的不便，更不利于公式搜索。對此，作者基于MathML的對ASCII碼的翻譯功能，將Mathplayer嵌入網(wǎng)頁進行公式顯示，這樣存儲在數(shù)據(jù)庫中的文字信息，可以方便快捷的進行復雜的數(shù)學公式的錄入、顯示及搜索。系統(tǒng)中公式的顯示需要客戶端安裝Firefox瀏覽器或在IE6.0瀏覽器的基礎上安裝MathPlayer軟件。公式錄入界面如圖2所示，運行結果如圖3所示。圖2數(shù)學公式的錄入界面圖3數(shù)學公式的在線顯示在輸入公式之前以$表示公式的開始和結束。對“”的搜索可直接在搜索欄中輸入“sum”實現(xiàn)，運行結果如圖4所示。圖4對“”搜索結果5在線實驗功能模塊的設計為完成“數(shù)字信號處理”課程中算法的在線實驗和演示，本文利用Matlab強大的信號處理功能基于IIS6.0+MatlabWebSever進行開發(fā)，實現(xiàn)了信號參數(shù)的在線提交、給定參數(shù)信號波形生成、FFT頻譜分析和FIR、IIR濾波，處理過程參數(shù)均可通過網(wǎng)頁在線提交。運行界面及結果如圖5、圖6所示。圖5正弦信號參數(shù)輸入窗口圖6正弦信號圖形輸出此外，在生成給定參數(shù)信號和信噪比的基礎上，通過編制Matlab程序實現(xiàn)了生成信號的FFT譜分析，通過帶噪聲信號的頻譜是學生直觀認識信號的頻譜結構。進一步，系統(tǒng)提供了參數(shù)濾波器頻率特性分析功能，學生可以通過自己輸入濾波器參數(shù)的方式查看該參數(shù)下濾波器的頻率特性，從而增強學生對濾波器工作過程的理解。此外，通過設置不同的截止頻率、通帶增益、阻帶增益等參數(shù)對所產(chǎn)生的信號進行濾波分析，并將濾波后信號的波形顯示在網(wǎng)頁中。在線實驗系統(tǒng)以Windows自帶的IIS6.0信息服務作為網(wǎng)站調(diào)試過程中可能會遇到“connect()failure”錯誤，這是因為MatlabServer服務未被啟動，只要到“控制面板服務”啟動該項服務即可。6結束語本文設計的數(shù)字信號處理課程網(wǎng)絡化教學系統(tǒng)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡化教學系統(tǒng)的基礎上，針對“數(shù)字信號處理”課程的特點，增加了在線實驗和網(wǎng)上交流的功能模塊，實現(xiàn)了在線參數(shù)提交、信號在線生成、結果顯示下載的功能，并且針對傳統(tǒng)網(wǎng)絡化教學系統(tǒng)中數(shù)學公式在線錄入的難題設計了在線交流子模塊，實現(xiàn)了復雜數(shù)學公式的在線錄入、存儲、