第1章绪论
1.1研究背景及意义
在信息技术高速发展的今天，对学生计算机能力的培养成为高等教育中不可或缺的部分。几乎所有高校都会开设计算机相关课程，这些课程除了理论教学部分之外，通常还包括实验教学安排，其实践性和操作性对提高学生的计算机实际应用能力有着非常大的帮助[1]。然而，传统的课堂教学模式在计算机实验室这种特殊环境下并不能发挥最好效果，因此需要采用特殊的教学工具加以辅助，来优化实验教学的效果。随着高校信息化建设进程的不断推进，计算机实验室内的软硬件设备也不断得到更新和改善，目的旨在更好地进行实验教学活动[2]。目前用于高校计算机实验室的辅助工具主要分为以下几类：一种是保护类的，如操作系统还原卡；一种是管理类的，如负责计算机设备状态管理的控制系统，或者是管理登录实验室上下机的计费系统；还有一种是教学考核类的，如某实验考试系统，或某课程的实验教学系统。而关于实验教学类的系统，目前多为专门针对某一课程所开发，多用于模拟、仿真教学，如数理化课程实验的教学，通过该类系统一方面能够有较为形象的演示或指导，让学生更好地理解和操作，另一方面也能够规避危险性较大，或因实验环境要求荀刻而不方便进行的实验。该类实验教学系统存在较大的弊端，尽管其教学辅助效果较好，但由于其课程相关性较高，系统通用性较差，以致幵发维护和应用该类系统的性价比相对较低。市场上存在部分教学辅助系统，如语音教学系统或多媒体教室，该类系统通常需要软硬件整体联合配置，搭建成本较高，且所更替设备通常被淘汰而不能兼容使用；同时该类系统也缺乏相应的教学评价和统计功能，教学流程信息化部分较薄弱[3]。而国内大部分高校对计算机实验教学都有硬性规定，必须作为课程教学的一部分，且学生在实验过程中的考评需要纳入课程总成绩，这在一定程度上限制了学生实验教学的方式，必须采用统一的集中式实验教学安排，才能尽量保证每个学生实验过程的公平性和评价的正确性。在这种的情况下，做到为全体学生都创造该类优质实验环境的代价成本太大，因此如何在实验室配置更新换代的同时，降低成本开销也需要纳入考虑因素。鉴于目前国内多数高校的计算机实验室设备配置基本情况，除了投影仪、音箱等教学设备和之前所提及的各类辅助系统外，亟需一套通用的、能适用于无差别实验教学的实验教学辅助系统；而配置软硬件结合的多媒体教学系统的代价太高昂且旧设备兼容性较差[4]。基于上述原因，本课题将通过分析、探讨现有计算机实验教学模式，设计一个通用的实验教学辅助工具，方便指导教师对学生实验过程的指导的同时，信息化实验教学结果和教师教学过程的评价和管理，以辅助实验教学便捷有效的进行，确保教学的透明性和高效性，从而达到改善实验教学效果的目的。
1.2国内外现状及分析
1.2.1国内外研究现状
计算机实验教学作为高等教育教学实践的重要组成部分，其实践性和操作性对培育现代化高素质应用型人才也起着较为重要的作用。伴随着教育信息化进程的脚步，国内外对于教学辅助系统在计算机实验教学领域应用方面的研究也逐渐深入。目前国内外在计算机辅助实验教学领域的研究主要有以下几个方面：一是基于实验室的实验教学辅助系统[5]，该类系统主要应用于实验室范围，以实验室作为研究对象，其目的多种多样，例如统一管理、控制实验室计算机资源、管理上机计费等，如国内BestSoft的实验室管理系统、网亚实验室管理软件；或对实验课程进行安排和管理，如各高校根据本校实际课程安排单独开发的基于SSH架构的实验排课MIS系统；或针对某一类特定课程（电学、化学）等进行教学辅助，如国内的金华科数理化实验教学平台、或高校自行研发的某课程专用教学系统等。系统实现也从软件到软硬件结合等不同方式，但通常受限于实验室范围内进行使用。二是基于网络的远程虚拟实验教学辅助系统[6]，该类系统主要针对远程教育中的实验教学，旨在为参与者提供一种不受时空限制的实验教学环境，美国Tennessee大学查塔努加分校的网上工程实验室，新加坡国立大学的远程控制实验室，国内北京大学计算机学院的3WNVLAB网上交互式虚拟实验室等。该类辅助系统多以虚拟技术为基础进行实现，通过对实验环境的软硬件仿真，来模拟实验过程中所需的各种荀刻实验条件，让实验参与者能够在相对自由且逼真的虚拟环境中完成实验任务。三是计算机类课程的实验支持学习系统[7],该类系统主要出于指导目的，帮助学习者进行该门课程的实验学习。例如目前国内各高校的基于Web的学习支持系统等，通常用于网络课程学习过程，且以学习者为中心，旨在提供详细步骤或说明，减少学习者在实验过程中的不必要错误，提高其独立学习和实验操作的能力。
第2章实验室教学辅助系统构建理论基础
2.1任务型教学理论
建构主义学习理论强调，学生的学习活动必须与任务或问题相结合，以探索问题来引导和维持学习者的学习兴趣和动机，创建真实的教学环境，让学生带着真实的任务学习，以使学生拥有学习的主动权[9]。学生的学习不单是知识由外到内的转移和传递，更应该是学生主动建构自己的知识经验的过程，通过新经验和原有知识经验的相互作用，充实和丰富自身的知识、能力。任务驱动教学法则是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学法，它将以往以传授知识为主的传统教学理念，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念；将再现式教学转变为探究式学习，使学生处于积极的学习状态，每一位学生都能根据自己对当前问题的理解，运用共有的知识和自己特有的经验提出方案、解决问题[叫。努南（Nunan，1989)认为，任务具有结构性，由五部分组成：任务目标、构成任务的输入材料、输入材料的各项活动、任务所隐含的教师和学习者的作用、任务执行的环境，如图2-1任务组成结构所示。
第3章实验室教学辅助系统模型研究........... 9
3.1计算机实验教学设计 ........9
3.1.1传统教学设计模式 ........9
3.1.2计算机实验课堂教学设计原则 ........10
3.2计算机实验教学活动模型........ 11
第4章实验室教学辅助系统总体分析与设计........ 16
4.1实验室教学辅助系统技术与网络........ 16
4.1.1系统应用平台与技术 ........16
4.1.2系统网络部署结构........ 16
4.2实验室教学辅助系统总体设计........ 18
4.2.1系统总体需求........ 18
4.2.2系统功能模块........ 19
.2.3系统用例分析........ 19
4.3实验室教学辅助系统功能模块设计........ 20
第5章实验室教学辅助系统实现与测试........ 38
5.1系统环境搭建 ........38
5.1.1配置开发环境........ 38
5.1.2配置网络环境........ 40
5.2系统架构实现........ 40
5.2.1通信模块创建与内部通信机制 ........40
5.2.2系统总体配置........ 43
5.2.3自动网络参数设置........ 44
5.3系统功能实现........ 44
5.4系统测试与分析........ 58
结论
在信息技术环境支持下的教学模式经历了诸多发展历程，计算机实验教学拥有得天独厚的教学环境和传播媒介，为了更好得适应其教学理念和过程，应当充分发挥这一特殊的资源优势，改进现有的教学方式，使得教学更加透明化、人性化、信息化。在提倡以学为主的建构主义学习理论的今天，应该更加注重学生作为学习过程中主体的作用，更好地给予适应学习者个体的辅助指导，同时学生也应该从传统的接受者身份解放出来，参与教师教学行为的评价，使其能更好地适应学习者能力和习惯进行教学。本课题出于上述目的，在结合了诸多教学理论模型，以及分析传统实验教学模式的前提下，提出了计算机实验课堂教学过程模型，并以此进行了实验室教学辅助系统的设计和开发。总结本课题，主要完成了以下几个方面：
(1)通过对国内外高校计算机实验辅助教学系统的研究及应用现状分析，基于国内高校计算机实验教学基本模式，分析了目前研究和应用现状中所存在的不足之处，并以此为基础提出了适应国内高校计算机实验教学过程的教学辅助系统这一课题目标
(2)依据任务型教学、模仿学习、交互影响距离等学习和教学理论及方法，在分析了一般性计算机实验教学模式的基础上，结合学习者动机分析、ARCS模型与教学质量评价反馈，提出了计算机实验课堂教学的过程模型。
(3)分析了计算机实验教学辅助系统的功能，设计出合理的软件架构，及便捷地配置方式，设计及初步实现了“执行程序+多动态库”结构的实验教学辅助系统原型。
参考文献
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[3]陈凯宏.计算机实验教学平台的建设与管理[J].实验技术与管理，2006.6
[4]李丽滨.高校计算机实验教学改革的思考与探索[J].辽宁教育研究，2002.9
[5]陈畅频.高校实验中心教学辅助系统的研究与实现[D].广州大学，2007
[6]苏子林，车忠志,苑金梁，邱景炜.同步协同上机实验系统的设计与实现[J].鲁东大学学报(自然科学版),2008.1
[7]贾海英，冯飞扬，茂保.基于VC的实验CAI系统的设计与实现[J].科技信息，2007.3
[8]蒲力.计算机实验教学的改革探索[J].贵阳学院学报(自然科学版),2006.4
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[10]杨树元.基于“任务驱动”的计算机实验教学模式探讨[J].河北师范大学学报(教育科学版),2008.10