基于Web的计算机辅助教学系统的设计与实现分析
伴随着信息技术的发展和网络应用的普及，传统的教学模式已经难以适应信息社会的发展需求，以多媒体为主的教学模式受到广大教育工作者的关注。而基于Web的计算机辅助教学作为现代教育技术的代表，对教育行业产生了重要的影响。
计算机辅助教学（Computer Aided Instruction ，简称CAI），主要利用Web作为教学媒介传输教学内容，计算机将图像、动画、文字、声音、图形等进行有机组合，通过各网络系统根据特定的结构建立逻辑连接，形成具有交互能力的信息系统。教师与学生、学生与学生可以通过网络进行交流、实施教学或者管理教学，不仅可以提高教学质量，提升学生的认知能力，还能促进师生、生生之间的交流合作，是促进教学有效性的重要途径。
网络软件和硬件设施的逐渐完善和计算机技术的进步，为辅助教学系统提供了有利的物质基础。CAI系统可以运用强大的计算机作为应用服务器和Web服务器，可以保证系统又快又稳的运行。不断进步的数据库技术，功能齐全，资源丰富，为CAI系统提供了有利支柱。高校校网的安全性能较高，为计算机辅助教学系统提供了一个良好的应用环境和载体。另外，网络技术的进步，帮助教师从繁琐的工作中解放出来，教师可以将教学的重点、难点、常出现的问题等通过网络公布，创建一个基于Web的辅助教学环境，学生可以获取更多丰富的信息，为学生的独立自主学习提供了一个良好的平台。
1 系统需求和系统功能分析
计算机辅助教学系统的设计与实施是高校教学改革的重要部分，其中CAI系统的数据库与核心功能的设计是非常关键的部分，要求系统有较强的功能性，便捷合理的数据库字典，这对整个系统工作的设计与实施有着直接的影响。
1.1 系统用户
在Web应用环境下，CIA系统是现代课堂教学的关键环节，旨在现有的高校网络环境条件下，辅助教师完成对学生的教学、管理和监督工作，帮助学生在线学习，及时解决疑问，实现教与学的智能化模式。与此同时，为了便于为教学资源的管理，系统设置专用的管理人员，即：学生用户、教师用户、管理员用户。
1.2 系统功能
计算机教学系统是基于Web环境下，凭借计算机和网络的优势，完成教与学的互动过程，不受时间、空间的约束，不论是教师教还是学生学的过程，比较灵活多变，有较强的应用性，是现代教育中的一项有效教学措施，帮助学生提高自主学习能力，改善教学效果。为此，可以确定计算机教学系统存在多方面功能，详见图1。
1.2.1 学生用户
学生使用教学系统主要是为了学习，首先学生要利用个人信息，如姓名、学号、用户名、密码等信息进行注册，有了使用权限进入教学系统，通过学习空间、在线论坛、在线测试等途径进行各种学习。
（1）学习空间。学生可以自主的下载所需要的教学资源，根据目录或者关键词浏览教学信息，查阅相关知识点，进行课件学习。系统还可以统计知识点的浏览次数分析知识点的被关注程度，教师可以有针对性的组织教学。
（2）在线论坛。学生登陆后可以在系统中以留言的方式提出疑问，系统自动识别类似的问题，通过系统分析，将问题与答案公布在网上，学生还可以在论坛中与他人交流探讨，若答案与数据库中的解答无法匹配，则可以提交教师回答，并将解答过程给予公布，以便日后参考。
（3）在线测试。主要分为两种类型：不同章节的单独测试和课程综合测试。试题数据库根据学生的各类要求抽取若干客观试题，学生完成解答后提交系统，系统可以立刻查出检测结果并提供标准答案和评价，方便学生以后改进。对于一些主观性的题目，系统只需要提供答题要点即可，不去限制学生思维，学生在答题过程中可以比较灵活一点，有利于培养学生的分析能力和创新能力。
1.2.2 教师用户
教师在进入系统之前，需要提供姓名、教师编号、用户名和密码等信息进行注册，之后就可以对数据库进行管理，上传教学资料，还可以与学生进行交流互动等。
（1）课程管理。主要包括课程开设管理和课程内容管理。课程开设管理分为课程申请和正式开设两部分，教师若需要添加课程，可以提交相关的课程申请信息，系统管理员进行审批，确认无误后，即可批准开课，然后管理员在后台公布课程资源信息，指定课程代码，生成课程信息记录。课程内容管理主要包含课件信息、课程介绍、实验项目、教学辅助资源等。
（2）在线论坛。论坛栏目的版主主要由教师担任，教师可以围绕学校教育教学的要求向学生发起讨论，学生可以将自己的学习心得、学习疑问和生活困难等以发帖子的形式公布出来，生生、师生之间可以相互讨论。
（3）教学资源管理。教师将教学资源发布到系统上，学生在课余时间利用这些教学资源进行预习、复习和自主学习，还可以随时下载教学资源作为辅助材料。教学资源主要包括：课程教材、实验指导书、教学讲义、试题、教学难点重点、教学目标和教学要求、教学大纲等。
（4）题库信息管理。教师利用这一系统对各类试题进行管理。试题类型主要分为：单选题、多选题、主观题、判断题等。
1.2.3 管理员用户
主要可以修改个人信息、师生信息维护、课程维护等。
（1）用户信息管理。管理系统的注册用户，分配权限。
（2）教学资源管理。提供教学相关关文件的上传、下载和维护、备份、回复。
（3）系统信息管理。相关网站、用户人员的相关信息，相关网站首页、论坛的栏目和栏目版主。 2 教学系统业务流程设计
在整个系统设计阶段，业务流程体现的是系统的逻辑模型，属于管理信息系统的重要组成结构，直接关系到系统后期的开发和利用，根据前面系统功能和需求分析可以得出，系统主要包括了学生、教师、管理员三个外部实体。为此，教学系统业务流程设计描述如下：首先网络用户要根据自己的姓名、学号等信息进行注册，获得使用权限，然后系统用户在网络应用中输入用户名和密码，稍后登陆信息将提交系统后台，系统后台根据之前用户保存的注册信息，来判别用户权限，再利用用户权限，将用户对应界面的信息和菜单初始化，然后再等待用户的进一步口令。系统会根据不同权限的用户的要求来解析用户命令，接着将信息提交系统数据库，从而获取用户所需要的数据信息和资源，最后将所有信息返还用户界面，将信息显示给用户。在这一操作过程中，若用户没有注销系统或者退出界面，系统会一直等待用户的命令。
如果使用用户是教师，系统初始化为其对应的功能菜单和界面主要包括以下功能：学生答疑、在线互动、教学资源管理、作业批阅、教学效果评估、音视频资源点播等；如果使用用户是学生，系统初始化为其对应的菜单功能和界面主要包含：在线作业、最新资讯信息、课件资源、课程信息浏览、教学资源浏览与下载等；如果用户是管理员，系统将会进入后台管理页面，主要功能是：用户权限管理、教学资源管理、课程信息管理、音视频资源管理等。
3 教学系统安全设计
计算机教学系统主要是通过校园网进行传输，其涵盖面比较广，为保证教学资源的安全共享和校园网的安全性，对系统安全也要进行设计。在系统服务器端设置过滤IP地址，防止非法用户或者非IP用户的越级访问，还可以利用IP地址跟踪技术，记录用户的IP，以便以后的审查工作。另外，用户角色权限安全认证也是一项有利保护措施，系统可以对学生用户、教师用户、管理员用户的权限进行判别，初始化相应的系统功能菜单，这样系统拒绝匿名登陆，必须通过身份认证，在一定程度上避免了非法用户的访问。
4 教学系统的优势分析
从实际教学角度分析，计算机辅助教学系统具有一定的优点：安全性比较高；简单便于操作；系统维护和管理方便快捷；教学内容以Web页面的形式展现，有利于教学内容的更新；学生可以通过教学系统自主学习，并下载和上传教学内容，实现教学资源的共享；通过网络平台的谈论与交流，增强了师生与生生之间的交互性。
5 基于Web环境下的计算机教学系统的应用
随着教学体制的深入改革，推动了计算机教学系统的实现，对优化教学结构，改善教学内容、教学方法有着重要的意义。而其最终目的就是辅助教师教学，为国家和社会培养更多的具备知识与技能的双重人才，从而适应科学研究和生产实践的需要。计算机教学系统在教学中的应用主要表现在以下方面：
5.1 多媒体课件的浏览和下载
教师用户通过多媒体下载课件，节约了板书时间，将课堂的主动权交到学生手上，给学生留出更多的时间进行交流互动，另外，教师可以通过远程教育的方式随时为学生解决疑问，通过网络搜索丰富教学资源，拓宽教师的知识视野。学生用户可以通过教学系统从查询和获取自己需要的信息，有利于实现教学资源的共享，还能培养学生的自主学习能力，启发学生思维，有利于学生创新能力的形成。
5.2 虚拟实验环境教学
对于实践性较强的科目，多以实验课程为主，实验是培养学生实际操作能力的重要措施。通过网络技术与虚拟技术的结合，计算机可以在网络中模拟一些实验现象，可以使得很多现象更为逼真，学习可以观察的更为细致，从而提高学生的学习效果。
5.3 建立教学公共信息区域
将教学内容及时在网上公告，并根据教学进度进行调整和更新，使得教师和学生在网络公共信息区域随时获得最新的教学信息，从而方便按照要求进行下一步教学活动。例如：计算机等级考试信息、四六级英语考试信息、本学期教学计划信息、教学进度等。
5.4 师生通过交流平台沟通
师生可以通过电子布告栏系统，在公共电子板上，每个人都可以发布个人看法或者其他信息，还可以下载一些教学资料上传到系统平台，这样不但可以促进师生、生生之间的互动，还能最大限度的发挥资源共享。
5.5 网络在线考试
在线测试主要包括平时练习与测试、模拟试卷、试题库。学生登录网站后，根据需要的考点选择练习题，系统会提供标准的试题，学生操作后将答案提交服务器，系统会立即给出分数和答案，并会对案例进行详细分析，给出答题思考和考试要点。对答错的试题，学生可以根据考点再次选择类似的试题进行反复练习，帮助学生加强对知识的理解和记忆。
6 结束语
计算机技术的蓬勃发展，网络信息与应用的普及，使得人们的生活、学习和工作产生了重大的变化。计算机辅助教学系统是实现现代教育教学目标的重要措施，为教师和学生提供了一种个性化、实用化的辅助教学平台，弥补了传统教学手段的不足，为高校普遍存在的教学辅助问题提供了一种全新的自助式教学模式，同时其网络异地资源共享的功能，提高了高校教学质量。计算机辅助教学系统经济可行，在部分高校中已经实施，对今后类似教学系统的开发与设计有很好的借鉴意义。
