计算机实验教学研究

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计算机实验教学篇1

0引言

随着互联网技术等信息技术的不断发展以及计算机设备在各个领域中的广泛运用，高校中各个专业的教学都和计算机产生了紧密的关联，因此通过计算机实验教学来提升学生的专业能力成为高校教学的关键部分[1]。所以，高校需要构建计算机实验教学系统，通过该系统对计算机实验教学进行管理，提升教学质量，促进学生的全面发展。而云计算的出现，为高校计算机实验教学系统带来新的构建思路。

1云计算对高校计算机实验教学系统的支持

1.1云计算能够降低计算机实验教学系统设计成本

以云计算为支撑的计算机实验教学系统对于用户端硬件设备的要求较低，用户只需要拥有一台能够上网的终端设备，设备上安装有浏览器，并且设备拥有进入互联网的接口，就能够像使用本计算机存储的文件以及安装的软件一样去使用计算机实验教学系统提供各种资源和服务[2]。这样的使用方式使得计算机实验教学系统设计不需要投入过多的成本，同时也不需要不断地更新硬件设备和软件，进一步降低了设计成本。

1.2云计算能够实现对海量数据的存储和访问

基于云计算的计算机实验教学系统能够为用户提供巨大的存储空间，这就为计算机实验教学存储学生进行实验所产生的数据提供了巨大的空间。同时，不管是学生在实验过程中所产生的数据还是在实验完成后得出的最终实验结果，学生都能够将这些数据存储于云端，并且这些数据也可以永久性地存在在云端中，这样在学生下次进行实验时就能够从云端下载数据继续完成实验，或者学生可以在其他设备上查看数据和继续进行实验[3]。这样不仅能够帮助学生对自己的实验进行总结以及评价，还能够帮助教师对学生的实验进行指导。另外，云端存储还能够为学生提供自由访问实验数据的功能，改变了以往高校为了保护计算机而在计算机上安装还原卡导致学生实验数据无法存储的问题，这样能够大大激发学生进行实验的兴趣。

1.3云计算能够减轻实验室的维护压力和实现资源共享

云平台能够提供软件、基础设施以及平台3个方面的服务，所以实验室中的软件更新和维护是由云平台提供，基础设施维护也是由云平台提供，平台的更新也是由云平台提供，因此基于云计算的计算机实验教学系统并不需要不断对基础设施进行维护，同时也不需要对软件进行不断更新。这样减轻了高校计算机实验室对硬件和软件进行维护和更新的压力。另外，基于云计算的计算机实验教学系统还能够实现教学资源共享，这是因为所有教学资源中的信息资源都能够存储在云端。

2云计算下高校计算机实验教学系统设计的可行性分析

在云计算下进行计算机实验教学系统设计，其可行性可以从3个方面进行分析，分别是操作方面的可行性、技术方面的可行性以及经济方面的可行性。

2.1操作方面的可行性

在操作方面，随着数据库技术以及信息技术的发展，以数据库为基础对数据进行管理的方式已经在很多领域和行业中得到应用。对于计算机实验教学系统设计来说，其设计过程不仅仅是要实现一种程序的运行，还要实现开发出能够满足不同需求的功能。而数据库技术能够为实现关于教学管理系统整体设计的过程、方法等进行全面分析提供支撑，同时还能够不断完善系统，满足系统在数据方面的各种需求。

2.2技术方面的可行性

首先，在数据库方面，MySQL数据库能够实现数据的查询、修改、增加以及删除等操作，有着稳定的数据处理能力，并且数据库技术还处于不断发展的过程中，因此在之后的发展过程中能够促使系统在这一方面的功能得到不断完善[4]。其次，在设计环境方面，软件环境可以使用B/S的架构模型，这样用户并不需要下载专门的客户端，只需要在浏览器上打开即可使用。在硬件环境方面，计算机实验教学系统设计只需要在普通的计算机上就可以完成。云环境方面采用hadoop就可以在计算机上搭建云平台。再次，在服务器方面，Linux和Windows两者均可。最后，在开发技术方面，HTML、CSS、MySQL、Tomcat、hadoop等均可进行开发。

2.3经济方面的可行性

计算机实验教学系统主要是对计算机实验教学进行管理，在系统开发的过程中除了需要投入大量时间和人力以外，还需要一定的资金投入。但是在开放过程中，所需要的任何软件都可以在网络上免费下载，并且整个系统只需要少量的服务器就可以支撑。另外，整个系统操作简单，相关设备费用支出较少，因此从经济效益来看，计算机实验教学系统的开发设计是可行的。

3云计算下计算机实验教学系统结构设计

3.1云平台架构设计

在云平台架构设计方面，可以以云计算分层思想为指导，通过分布式存储、虚拟化技术等实现对软件和硬件资源的高效管理，其核心架构可以分为4层，分别是基础设施层、基础管理层、应用接口层以及应用层。其中，基础设施层是系统的基础，是保障本系统发挥出其功能的支撑。因此在本层使用了云计算虚拟化技术，在Windows下构建了服务器集群，以此对所有设施进行统一管理。基础管理层主要部署了Hadoop系统，构建了伪分布式云环境。在这一环境中，hadoop中的每一个组件能够拥有独立的虚拟机，并且能够通信。应用接口层主要在安装hadoop时进行配置，实现了和hadoop平台相连。应用层主要安装和部署计算机实验教学系统，能够对平常的工作进行管理，并且该层提供给用户的页面只需要浏览器就可以打开和操作，方便快捷。

3.2软件架构设计

计算机实验教学系统可以采用B/S架构，这样获得的云平台架构较合理。同时，B/S架构在前端只是实现极少的事务逻辑，大部分还是在服务器中实现，因此B/S符合云平台的构建原则。对于B/S架构设计主要从3个层次进行设计，分别是表示层、业务层以及持久层。其中，表示层是用户直接操作的层级，因此该层需要设计数据收集、录入、展示的功能，从而能够响应用户的请求，并且进行处理。业务层是逻辑层，是整个程序的大脑，因此需要实现对数据信息进行验证的功能，从而对用户的业务流程进行建模，提供灵活的管理机制，并且对将出现的错误信息进行反馈。持久层和数据库相连，容易失控，其主要的作用是建立和数据库的对应关系，实现数据的添加、查询以及修改等操作等。

3.3数据库设计

数据库设计主要分为数据表概念设计和数据逻辑结构设计。首先，在数据表概念设计方面，整个数据库主要包含以下几个表格：一是用户信息表；二是学生课程表；三是教师信息表；四是实验项目表；五是管理人员信息表；六是实验信息表；七是书籍信息表等；八是实验室设备信息表；九是项目任务分配表。除上述信息表以外，还包括了其他一些信息表。其次，在数据逻辑结构设计方面，主要是将各种信息转化为数据库能够识别和处理的数据模型[5]。具体来说就是得出各种数据表的结构，比如在用户信息表中，将用户的ID设置为主键，其他设置为空；再比如在实验室信息表中，将ID设置为主键，其余设置为空；在学生课程表中，将ID设置为主键，其余设置为空。

4计算机实验教学系统功能设计

在该系统中主要设计了以下几个功能，分别是查询功能、日程记录功能、群件管理功能、报修功能以及其他功能。

4.1查询功能和存储功能的设计

基于元计算的计算机实验教学系统能够将高校中所有学生实验之后的数据以及相互交流之后产生的数据存储到云端，摆脱了传统的存储工具，比如本地计算机、硬盘、U盘等，从而摆脱了传统的存储模式。云存储能够将各种数据信息存储在云端服务器，其中的云查询功能能够帮助所有师生通过各种终端，如手机、电脑、掌上电脑等随时随地查询自身所需要的数据信息，同时还能够随时随地搜索符合自身需求的实验资源。

4.2记录功能的设计

日程记录功能能够帮助所有教师和学生通过不同终端查询日历、课程以及课程开展日期等内容，为所有教师和学生充分结合自身实际情况来开展实验教学或者实验室预约活动提供更多的便利[6]。通过日程记录功能还能够补充传统日程管理中查询、修改等方面的不足。另外，便签记录功能还能够帮助学生更好地进行学习。在传统的计算机实验教学系统中，学生本身对于实验课程的意见、建议以及一些见解都需要存储到本地计算机中，这样不可避免地会出现数据遗失的情况。而便签记录功能能够实现即时记录，学生只需要通过手机等终端就可以从云端看到自己所存储的信息，并且还能够在远端建立起关于这些信息的文档。

4.3管理功能的设计

在管理功能中，群件功能可以实现网页的生成、评论管理、附件上传以及信息共享等功能。教师和学生可以通过该功能将自己对教学效果的评论发布在云端或者是将自身拥有的信息资源共享到云端，促使其他人也可以分享这些资源。报修功能可以促使学生在进行实验课过程中或者是完成实验课程之后通过手机等终端设备将相关计算机等设备出现的问题传输到云端，这样设备维护人员就可以通过云端及时了解出现的问题，从而对相关设备进行维修。这样就可以更好地解决在传统计算机实验教学系统中出现的记录不清晰、维修记录丢失以及维修不能够满足需求等问题，从而提升工作效率。

4.4其他功能的设计

首先，设计人员管理功能能够实现对学生、教师、课程、实验项目等方面的管理，比如系统管理员可以修改学生、教师、课程等的信息，并且将信息在云端更新，促使学生和教师在第一时间收到消息，提前做出改变。同时，人员管理功能还能够实现教师实验预约、信息验证、作业批改等[7]。在学生方面可以实现实验预约、实验分析以及实验效果查询等功能。其次，在实验预约功能方面，教师和学生可以通过自己的ID、实验课程编号、实验课程申请时间等来实现预约。同时，计算机实验教学系统能够根据预约的信息对不同的实验课程进行合理安排，对其中存在的课程冲突进行处理，并且及时告知相关教师和学生。另外，在预约之后，如果教师以及学生的实际情况出现变化，还可以及时取消预约。

5结语

对于高校来说，建设基于云计算的计算机实验教学系统已经成为当前高校重要的内容之一。在传统计算机实验教学系统中，不仅需要以高投入来解决实验室管理的难题，还需要通过人力来尽量保存师生存储的数据，大大增加了实验运行成本。而以云计算为基础的计算机实验教学系统不仅能够降低投入成本，还能够为师生提供巨大的存储空间以及更强大的计算能力。因此，我国高校需要构建以云计算为基础的计算机实验教学系统，以此来提高高校计算机实验教学的教学质量。

作者:崔家敏 单位:郑州财经学院

计算机实验教学篇2

0引言

传统时代的智慧教育通常是用一套公众接受的带有真理性质的思维模式来启发和教育学生。进入信息化时代，人们对智慧教育的认识又发生了改变：智慧教育是一种通过信息技术来改革传统教育各个方面，目的在于培养学习者的创新能力、批判思维能力、问题解决能力等高阶思维能力，即发展学习者的智慧[1]。信息时代的智慧教育是利用现代的科学技术，来改进或完善传统教育的缺陷，通过对教育的不断优化来培养学习者终生学习的能力和发展学习者的智慧。智慧实验是智慧教育的一个分支。云计算作为分布式计算的一种，其在教育领域的迁移称为“教育云”[2]。国外研究者在2009年前后开始关注教育云[3]。根据国家十二五规划《素质教育云平台》的要求，各个地区涌现出了诸多教育云的教学应用案例[4]。例如，2014年5月，重庆市召开了教育“云课堂”项目应用推进工作研讨会，会上展示了教育云课堂教师讲授与同学学习和互动的整个过程，整堂课利用云平台+微课+PPT来呈现，学生在课堂上利用平板电脑学习，实现学习资源的共享。明确感受到了实验教育云未来发展的强劲趋势及学校自身发展的需要和办学定位，我校——长春工业大学计算机科学与工程学院的科研团队结合学院自身需要研发了实验教育云平台。

1实验教育云平台的功能设计、架构设计及实现

1.1实验教育云平台的功能设计

实验教育云平台功能模块主要包含系统管理模块、实验教学管理模块和实验进度管理模块。系统管理模块包括班级管理、权限管理、课程管理和镜像管理子模块。班级管理子模块主要是系统管理级以班级为单位导入学生的姓名、学号和密码。权限管理子模块是系统管理者为实验教师和学生分配不同的使用权限。课程管理子模块为教师分配本学期的实验课程。镜像管理子模块为不同的实验课程分配不同的实验环境。实验教学管理模块主要是教师进行实验教学的管理，包括教师上传实验指导书，课前布置每堂课使用的实验环境。教师可以查询学生的实验报告完成情况，并对学生的实验相拟度进行查询，并最终给出学生的实验成绩。实验进度管理模块的操作者是学生。首先学生完成实验教育云平台的登录，然后根据实验指导书的实验内容对实验环境进行实际操作或程序设计，完成实验内容后截图并提交实验报告，最后由教师给出实验成绩后，学生在学生端查询实验成绩。实验教育云平台的功能设计如图1所示。

1.2实验教育云平台的架构设计

在图2中，Web服务器的主要功能是通过互联网接入Web服务，通过虚拟现实技术将虚拟实验环境移植到Web页面和生成动态网页[5]，这样使用者就通过虚拟生成的实验环境进行实验操作。将多个Web服务器组成了云端Web客户群。应用服务器端主要负责数据采集，并对采集后的数据进行数据分析和处理，然后将处理后的数据的结果传送到数据库服务器进行保存，同时将处理结果通过Web传送到Web服务器端。由于此可，这种B/S结构极大地简轻了云端Web服务器的工作负荷，只需安装Web浏览器作为云端的运行平台同时只负责一小部分的人机交互的业务逻辑处理工作，主要的业务逻辑处理工作由服务器群实现。所以这种“瘦客户端/胖服务器”模式易于后台管理和维护，并具有良好的稳定性、鲁棒性和可扩展性。

1.3实验教育云平台的实现

按照实验教育云平台的功能设计与架构设计，其教育云平台的实现如图3所示。图3的左侧为学生的实验指导书的内容，图的右侧为R语言的实验环境。学生提交实验报告后，教师可以在后台查询实验报告提交情况和录入实验成绩。

2结束语

本文介绍的实验教育云平台可以实现各类程序设计语言实验环境的在线布署，该实验教育云平台自2019年9月对在校师生提供云在线实验教学服务。至今，实验教育云平台所支持的在线实验课程主要有C语言程序设计、数据结构、R语言编程技术、计算机网络、操作系统、编译原理、面向对象程序设计和LINUX程序设计等。该实验教育云平台为我校计算机科学与工程学院的近千位师生提供服务，其实验教学示范作用显著，并在师生中取得了良好的教学评价。我们还将在平台的兼容性和可扩展性方面进行改进，使该平台能够与时俱进，适合不断发展和变化的教学需要。

作者:孙慧然 应红霞 王红梅 单位:长春工业大学计算机科学与工程学院

计算机实验教学篇3

0引言

在信息时代，各行各业的发展都离不开计算机，所以计算机人才在社会发展中发挥着重要的作用，培养能够满足企业需求的应用型人才迫在眉睫。因此，高校在展开计算机专业教学时，应重点培养学生的实操能力，这就意味着高校需要引入符合时代特征的网络教学平台，在提高教学质量的同时，帮助学生更好地掌握专业知识。在设计实验教学网络平台时，应遵循实用性、安全性、可拓展性等原则，为提高教学质量提供硬件支持。

1高校计算机实验教学网络平台的设计思路

在高校设计计算机实验教学网络平台的过程中，应密切结合教学实际设计内容、功能。网络平台内容主要包含管理功能、客户端、文件解析等，在实际设计时可从以下几方面入手[1]。第一，在设计网络平台时应遵循实用性、安全性、可拓展性等原则。实用性是指该平台需要合理有效整合网络教学资源，为后续师生提供高效服务，比如便于教师录入成绩、方便学生查询成绩等。安全性是指拥有网络权限的用户才可进入网络平台，确保平台中的数据不被泄露。可拓展性是指网络平台如果要添加新功能或新软件就需要拥有较强的动态调整能力，才能满足学习需求。第二，应对平台中的学生信息、教师信息、功能等予以确定，从而生成用户角色与功能模块，在该部分确定好后才可以生成数据库，并按照网络平台实用性、可拓展性等原则加以构建。第三，要优先考虑平台客户端中的模拟器安装情况，了解其他平台软件的检测原理，与本平台模拟器实际情况充分融合明确最终的模拟器检测方式。之后，在计算机实验中会产生相关参数，需要将参数统一提取、储存。针对平台客户端中传输过来的结果文件特征予以分析，才能确定正确的参数提取方法。第四，结合计算机专业学生的学习情况明确数据统计方法。

2高校计算机实验教学网络平台的具体设计

2.1总体设计

在对计算机实验教学网络平台进行总体设计时，可以分成实验管理系统和教学管理系统。实验管理系统的功能包括实验介绍、作业管理、文件解析等，可以方便学生展开学习。教学管理系统的功能包括课程安排、成绩管理、用户管理和留言管理，教师可以在该模块中安排课程内容，并对学生信息实施高效管理，引导学生进行学习[2]。具体模块如图1所示。不同模块的功能也不同，但都必须按照规范进行设计，确保最终设计出来的网络平台可以发挥作用。

2.2子系统设计

在对实验教学网络平台的总体架构进行设计的基础上，需要对子系统进行设计，从而使子系统充分发挥作用。可将网络平台的子系统分成5部分。（1）学籍管理系统。在对该系统进行设计时，要确保系统功能的完善性。学生可在该系统中输入名字等身份信息后能够查询到对应的学籍信息，也可以根据需要修改登录密码。（2）成绩管理系统。管理人员通过该系统能够对学生成绩进行记录、保存、统计、查询等操作。在这些功能中，教师与学生可以获得的权限只有成绩查询，其他功能只由管理人员才能使用。（3）实验管理系统。该系统拥有文件下载、文件上传、课程内容介绍、文件解析等功能。在众多功能中，教师可以对文件进行上传、下载以及查询等操作，同样学生也拥有这些权限。教师也可以通过该系统查询教学地点、时间及班级信息。（4）课程安排系统。该系统是围绕计算机实验课程展开设计的，包含教师列表获取、计算机课程具体安排以及课程内容查询等。师生只能查询计算机实验课程内容，其他功能只有管理员才能使用。学生进入系统后能够查询计算机实验课程的上课地点、上课时间、任课教师等信息。（5）留言管理系统[3]。教师与学生可以在该系统中进行发言和回复操作，而管理员则需要对系统中的留言加以审核，在具体设计过程中，要将新建、删除、查询权限赋予学生，而教师群体只拥有查询和回复留言的权限。

2.3数据库设计

数据库在计算机实验教学网络平台中占据重要地位，其设计效果关乎着整个平台是否可以高效运作，因此这也意味着在设计数据库时应确保设计的科学性与完善性。完善性主要是指数据库中的数据参数是否可靠、真实，可用来衡量数参数的质量。数据库设计内容包括结构设计与库表。首先，在结构设计上可以分别从定义、实体、参考等领域判断数据参数是否完整，在设计数据库时应确保内部数据是精确的。结合实验教学网络平台的设计需求，平台系统应拥有留言管理、成绩管理、计算实验课程管理等功能，所以数据库也应对这些系统功能中的数据予以收集、处理与储存，为网络平台运行提供依据。其次，在对数据库表进行设计时，结合网络平台需求可建立对应的库表，比如教师与学生信息库表、留言信息库表、成绩信息库表等。其中，学生信息库表主要用来记录学生的姓名、身份证号、用户名、权限级别等学籍信息。教师信息库表主要用来记录教师的职工编号、密码等身份信息。留言信息库表中可以显示留言时间、主题、学生学号等信息。成绩信息库表则用来记录学生的计算机实验课程成绩，如课堂表现、出勤次数、实验学习成绩等。另外，在设计数据库时还应重点关注数据库的安全性，可以采用相应的安全管理措施保障数据库内的信息安全，例如通过密钥对特殊信息进行加密[4]。

3高校计算机实验教学网络平台的实现

3.1硬件设备支持

在将计算机实验教学网络平台的系统功能设计完后，要想实现平台运行，就需要引入硬件设施。网络平台的构建主要依赖于网络，设计完成后的网络平台既可以在高校中运行，又可以通过远程认证进入平台内部，基于此可以使用PC机作为网络终端。与此同时，还可以融入RCMS设备。通过该设备可以识别防火墙、路由器等，对整个网络平台加以监视管理。在计算机实验教学网络平台中存在多组实验台，每组实验台都会配备RCMS设备，而设备与实验台中的所有设施相连接。由于是和实验台设施console口相连的，所以PC端可以访问任何设备，且不用反复切换console口，只需要线上操作即可。在融入RCMS设备后，可以在实验教学网络平台中生成用户界面，学生与教师可以根据需要选择相对应的图标进入功能。如果一个实验台中有多名学生在做实验，那么图标中也会有对应显示，便于学生选择与教师管理。在上一组学生实验完成后可以点击清除功能，使上一组学生的实验结果全部清空，便于下组学生进行操作。当实验操作结束后，教师可以利用实验管理模块的结果统计功能统一查询学生的实验成绩。为了方便学生在平台内展开实验操作，还需要在实验管理模块中应用ActiveX控件，该控件具有体积小、安装简单等优势，学生也可以完成安装。在安装该控件的基础上，学生在点击进入实验后界面就会通过插件自动检测PacketTracer[5]。如果没有检测到插件，那么就会在界面弹出对话框以警告用户，用户必须遵守规范安装PacketTracer后才可顺利进入实验操作界面。如果插件检测到系统已经安装了PacketTracer，就不会向用户发出警告，会直接进入操作界面，学生可完成对应的实验操作。

3.2技术支持

在互联网背景下实现网络通信的重要前提就是TCP/IP协议，对于计算机实验教学网络平台中的众多功能来说，要想发挥功能作用就必须引入TCP/IP协议。当实验教学网络平台运行时，学生能够在熟悉协议字段的前提下对各数据库表加以编辑，并从相关数据编辑过程中对协议加以理解与掌握，这对于计算机专业的学生来说较为重要。通过TCP/IP协议可以将计算机专业理论知识加以实践，学生通过实际操作加深理论知识印象，并从中培养解决问题的能力，为将来就业提供有力保障。而且，实验教学网络平台的设计目的就是提高学生的自主学习能力，而TCP/IP协议的引入不仅有利于充分发挥教学网络平台作用，还能提高教学质量。

3.3实验教学网络平台测试

实验教学网络平台测试需要分别从实验教学网络平台的性能、功能两方面展开测试。在对性能进行测试时，可对平台展开试运行，将平台置于高负压状态下观察各项指标是否符合设计标准。如果符合就说明该平台能够满足计算机专业的教学需求，如果指标未达标，那么就需要加以优化，直至满足标准为止。在对平台功能进行测试时，需要对学生、教师及管理员进行多次测试，测试内容包含权限、用户连接、功能等。

4结语

综上所述，计算机实验教学网络平台可分为实验管理、教学管理系统两大模块，功能主要涵盖学籍管理、成绩管理、实验管理、课程安排及留言管理。为确保平台功能得以充分发挥，需要融入PC机、RCMS设备、ActiveX控件以及TCP/IP协议，以此来辅助计算机实验教学高效开展。

作者:郑伟 单位:南阳师范学院计算机科学与技术学院