基于开源软件《数学教学论》网络学习平台的设计与实现
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摘要：《数学教学论》是数学专业师范生一门重要必修课程。该文首先分析阐述了该课程教学的现状，针对传统教学的诸多不足以及建立网络学习平台的必要性，基于建构主义理论为主要的理论指导，采用开源软件设计了《数学教学论》网络学习平台，实现了课程内容管理、网络学习、在线考试、问答互动、论坛等交互功能。学生通过该网络学习平台进行自主学习，与传统教学相互结合，实现教学效果的最优化。
关键词：网络学习；数学教学论；开源软件
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）33-7453-04
《数学教学论》是普通高等师范院校数学专业师范生必修专业课程，是数学与教育学、心理学交叉的一门实践性较强的理论课程，主要是研究数学教学过程中教和学的联系、相互作用及其统一的科学，其基本内容应对“怎样教数学”和“怎样学数学”着两个问题作出答复。[1]由于《数学教学论》是一门处于不断发展的边缘交叉科学，其性质决定了它的发展必须与时俱进。然而，在传统教学模式下，该课程的课堂教学信息量小且易流于说教，显得枯燥乏味，这较难激发学生学习的积极性，教学效率低下。
在信息技术突飞猛进的今天，随着计算机网络技术的发展和教育改革的深入，网络学习必将冲击着传统的教育模式，是未来教与学的重要辅助方式。该文对《数学教学论》传统教学中存在的问题进行总结，基于建构主义学习与协作学习理论，利用开源软件对网络学习平台进行设计和实现，为高师数学专业师范生学习《数学教学论》提供一个跨时间和空间、资源丰富的教学环境，弥补传统教学模式的不足，并激发学生学习的积极性，优化课程教学效果。
1 传统《数学教学论》现状分析
1.1文献资料较多，教学专题多，但是课时有限
数学教学论是一门多学科交叉的课程，其相关资料和相关参考文献较多，教学专题较多，新的教学教育理念不断被提出，然而传统教授课时有限，教师讲授的内容只能精选部分进行精讲，涉及到其他交叉学科的知识，以及一些新的教育教学理念，都只能依靠学生自主查阅资料。更甚的是，有研究显示：89.7%的高师院校的《数学教学方论》教授方式主要是讲授法，“满堂灌”、“一言堂”的现象依然突出，教学过程呆板，缺乏学生参与。[2]
1.2重理论、轻实践，重讲授、轻示范
在传统教学中，教师往往更注重教学论的课程理论教学而轻视了教师技能的实训；教师成为教学活动的主体，学生被置于被动接受的客体地位。在传统教学中，学生缺乏参与式的学习模式，课堂缺乏积极的互动，教师往往不够重视学生的合作学习和主动参与，教师的“填鸭”式的讲授教学无法营造较好的学习气氛，无法真正地调动学生的学习积极性，从而最终无法达到最优的课堂教学质量。
2 《数学教学论》网络学习平台建设的理论基础
《数学教学论》网络学习平台运用的建构主义、协作学习理论和人本主义学习理论作为构建平台的理论依据。
2.1建构主义学习与协作学习理论
建构主义认为：“学习是学习者主动建构内部心理表征的过程。” 也就是说， 知识是学习者在一定的情境下，借助教师的帮助，利用必要的学习资料，调到已有心理认知，通过意义建构的方式获得新的知识、方法与思想。建构主义的教学原则可以概括如下：强调以学生为中心；强调情境对意义建构的重要作用；强调协作学习的重要性；强调对学习环境的设计；强调利用各种信息资源；强调学习过程的最终目的是完成意义建构[3]。建构主义强调认知主体的内部的心理活动过程，并把学习者看做是信息加工的主体。因此在网络学习平台的设计的中要充分考虑“情境”的渲染，以激发大家的学习兴趣，调动大家的学习积极性。
协作学习理论是以建构主义学习理论作为理论基础的。华南师范大学教育技术研究所谢幼如教授提出了协作知识建构的过程模型。在这个模型中，将协作知识建构划分为共享、论证、协商、创作和反思5个环节，完整的协作知识建构过程就是这五个环节螺旋式上升的过程。[4]因而在对《数学教学论》网络学习平台的设计时，必须充分发挥学习平台的互动交流技术的优势，设计师生、生生间资源共享，问答互助，合作答题等功能，以达到最大化个人学习成果的目的。
2.2人本主义学习理论
人本主义学习理论是二十世纪五、六十年代在美国兴起的一种新式心理学思潮， 其中的代表性人物是马斯洛（ A.Maslow ） 和罗杰斯（ C. R. Ro gers） ， 人本主义的学习与教学观深刻地影响了世界范围内的教育改革。[5] 人本主义学习理论认为学习是个人自主发起的，使个人整体投入其中并产生全面变化的活动。它强调的是尊重学生，重视学生本身的意愿、情感和价值观，关注学生的情感体验，注重启发学习者的经验和创造潜能，为学习者创造一个良好的学习环境，帮助学生从自己的角度感知世界，发展出对世界的理解，达到自我实现的最高境界。《数学教学论》网络学习平台是“以学生为中心”的学习平台，学生学习的主要形式是自主的利用网络资源学习， 形成一种以学习者为中心，无时空限制的舒适的网络学习环境。学生可以根据个人兴趣、爱好对专题进行选修学习。学习进度自主安排、学习形式自主设定，充分发挥个人潜能，真正做到“自由发展”，培养学生的创造性思维。
3 《数学教学论》网络学习平台模块组成
基于以上的分析，我们大致清楚《数学教学论》网络学习平台的建构特点和要求。该文基于开源的LAMP（Linux + Apache + PHP + MySQL）的网络环境，多开源系统并接的方式对《数学教学论》网络学习平台功能模块进行有效的组织，实现了平台的统一用户管理、信息资源系统、网络学习、您问我答的互动式知识问答互助分享平台模块和论坛BBS等功能。网络学习平台的功能分为如图1所示的几个部分：
3.1统一的用户管理模块
由于网络学习平台是由多个系统拼搭而成，所以如何安全和方便地鉴别用户并控制其访问权限成为《数学教学论》网络学习平台首页考虑设计的问题。在使用过程中，用户只需进行一个账号和一次登录，即可获得网络学习平台全部资源的授权，不必要多次登录注册来确定身份，即“一次登录，多方认证”。[6]这即是目前潮流的单点登录（Single Sign On， SSO）机制。
3.1.1基于Ucenter统一的用户管理的选择
在目前，实现SSO的产品很多，如Microsoft Passport、IBM Web Sphere Portal Sever、Netegrity SiteMinder、Novell SecureLogin等等。不同的SSO实现机制不尽相同，分别有着自己的特色和适合的系统环境。例如，Passport是采用集中认证，分布式授权，实现原理简单且部署方便，但其兼容性和安全性较差，多个应用间无法保留原来的用户认证机制。[7]
尽管上述SSO能够实现单点登录，然而这些产品也存在着各自的弱点，而且大都复杂，灵活性差。该文采用是Comsenz旗下的Ucenter，这是一套采用PHP+MYSQL构建的开源的用户中心。它不需要高端的配置，兼容所有的WEB服务器，拥有机制完备的接口，可以无缝整合任何平台的网络应用程序，最最终可通过他轻松访问学习平台的各个应用，无需要重复的注册、登录和退出，可以实现用户一站式的注册登录。其实现过程如图2所示。
3.1.2基于Ucenter的统一用户管理系统在《数学教学论》网络学习平台的作用
1）强大的兼容性与强大的功能
《数学教学论》网络学习平台使用了Ucenter提供的HTTP的用户统一管理的模式，使得Ucenter和其他的模块系统能够灵活部署，可以兼容目前流行的网络脚本语言，可以是本服务器内的应用，也可以为校园网甚至是广域网的网络应用提供统一的用户管理。除此之外，提供短消息相关接口，可以实现用户在不同应用之间收发短消息。还为各个应用提供了积分策略共享，可以实现各应用设置灵活的积分策略。实现通过关键词关联各应用的数据，如帖子、课件资讯、教学视频，使数据多元化。
2）减少工作量，易于管理
Ucenter提供了Feed动态相关接口，可以实现记录用户在平台的各个模块的行为。通知失败重发机制，为统一用户管理系统与各个功能模块较好数据提供保障。通过用户不必要申请多个应用和密码，有效的减少了针对账户问题而引起的工作人员和服务器的工作量，如：密码重置、修改密码等。管理员花费在处理网络学习平台的用户管理的时间大大减少，可以将他们的精力集中在改善网络学习平台的各个核心机制上，并且加快了用户对数据和学习平台应用的访问，简化最终用户体验。
3）高级安全性
Ucenter提供了“一次登录，多方认证”的机制，因而可以简化访问，而不必要牺牲安全性。可以快捷方便地对所有系统、应用程序以及网络学习平台登录实施安全密码策略。Ucenter使用的是双层MD5混合加密法，采用了salt来防止暴力破解，从根本上消除了对常用口令采用的字典式攻击。Ucenter的通知失败重发集中，为用户与网络学习平台的各个功能模块交换数据提供更好的保障。缓存、日志等机制，保障系统在稳定，优化状态下运行，增加了网络学习平台的安全性。
3.2数学教学论信息资源模块
《数学教学论》信息资源模块是基于采用OOP方式进行基础运行框架的PHPCMS建设而成。信息资源模块可以更加有组织、呈现、管理和评价课程内容与教学活动，促进师生之间交互等的模块。用户通过首页用户可以查看本平台的相关信息，更加快速的了解和学习最新的《数学教学论》的最新信息效果图如图2所示。
3.2.1 基于PHPCMS的信息资源系统模块划分
笔者依照教学的需要，将平台的功能分为如图3所示的几个部分。
3.3网络学习模块
为了建设了一个在线教学、学习管理、系统管理等功能的模块《数学教学论》网络学习平台采用了eFront这个易于使用的、与SCORM 兼容的电子学习和人力资本开发[8]的学习管理系统（Learning Management System，LMS）。在《数学教学论》网络学习模块中，用户可以构建自己的结构，实现在线测试、学习交流、学习历史记录和进步情况、学习调查等有特色的功能。
3.3.1 为什么选择eFront
在现代信息化时代，可供构建网络学习平台的开源学习内容管理系统很多，例如ATutor、Moodle、OLAT、Sakai、Claroline、Bodington等，[9]这些平台大多都是存在安装较难，功能不适合《数学教学论》的实际需求等问题。相对比而已，Efront虽然缺少一些付费版本所具有的功能，但是完全满足《数学教学论》教学活动的需要，并且系统的拥有漂亮的Ajax界面。独特设计的导航使得整个系统应用起来更加简单方面，具体表现为以下几个优势。
1）开源免费，简单易用
Efront是一个开源免费软件，是能够在相关许可协议的规范下，自由获取、使用和修改。这在一定冲突上缩短了网络学习平台的开发周期和节省了成本，还可以灵活的进行技术定制，使得网络学习平台具有卓越的性能和具有所需的学习平台的风格。另外，Efront平台简单易用，可以在几乎任何版本的PHP+MYSQL环境安装，且安装过程简单，使用方便快捷。
2）依照模块化设计模式，可提供多种网络学习活动所需模块
Efront作为优秀的学习管理系统，包含了很多可供使用的活动模块，例如互动交流模块、学生参与模块、测试工具模块等等，开发者可以根据自己的教学设计需要，自由的选择这些模块，非常方面的构建具有自己独特风格的网络学习平台。
3）方便追踪学习过程，及时给予评价
Efront使用课程里面的测试工具创建新测试和题库，可设置测试成员、测试难度、测试时间、重试次数、及格分数线等。创建测试必须首先建立题库，能够使用“问题调整”功能设定测试问题的详细参数，学生能够自定义测试问题的数量，系统提供给教师详细的成绩统计并绘制成表。
3.3.2 基于eFront 的《数学教学论》网络学习平台的构建过程
基于开源软件eFront建设的网络教学平台是基于APM体系开发的，可以跨操作系统平台运行。在综合考虑平台运行的稳定性、安全性等方面因素之后，笔者建议选择了Linux作为服务器的操作系统。在服务器环境的配置，用户可以选择PHP 环境包，如Xampp来一键安装，用户不需要具备专业服务器配置知识。基于LAMP 完成eFront的安装后，即可使用网络教学平台的管理员身份，根据实际情况设定平台的基本参数，以达到平台运行的最优化，从而保证师生能快速、稳定地使用网络教学平台。
至此，基于Efront这种开源软件建设的《数学教学论》网络学习平台搭建完成。其过程非常简便。该文所研究建成后的网络学习平台效果如图4所示。
3.4您问我答——互动式知识问答互助分享社交平台模块
“您问我答——互动式知识问答互助分享社交平台模块”是《数学教学论》网络学习平台的又一特色模块，它不同于百度知道、新浪爱问、搜搜问问等。其目的是让学生可以基于该平台以问答形式来互动，从而形成互动式知识问答互助分享社交平台。此外，本平台还开通了中学数学问答模块，在全世界的中学生根据具有针对性地提出问题，通过积分奖励机制发动其他用户，来解决该问题的搜索模式。这些问题的答案又会进一步作为搜索结果，提供给其他有类似疑问的用户，达到分享知识和社交的效果。此外提供关注用户、关注问题、关注话题的功能，关注人和关注事两个不同维度都向用户展示了“您问我答”奇妙的体验，找到自己的数学群落和发现更好数学解题方法的平台。[10]
3.5论坛BBS模块
论坛BBS模块采用Discuz！进行实现，全站每个用户都可以在上面书写，可信息或提出看法。该模块具有访问速度快、负载能力强、功能强大等优势，完全的符合《数学教学论》网络学习平台的教学特点和需求。
4 结束语
利用开源软件实现的《数学教学论》网络学习平台已经在学校教学中进行实际应用。在传统的课程教学的同时，应用网络学习平台，解决传统教育教学中存在的实际问题。在实际的教学中，教师已根据实际情况和学生特点作调整。《数学教学论》网络学习平台为数学师范生提供一个自由和开放的学习空间，利用网络学习平台的学习者可以有一个真正高效、轻松舒适的网络学习环境，与传统课堂教学相互弥补，提高了学习课程的积极性和主动性，与过去传统课程相互帮助、相互提高、相互促进。
参考文献：
[1] 涂荣豹， 杨骞， 王光明.中国数学教育研究30年[M].北京：科学出版社，2011：1.
[2] 吕世虎，郑庆全.高师数学教育如何应对基础教育新数学课程的挑战[J].数学教育学报，2004，13（1）：72-73.
[3] Scardamalia M，Bereiter puter support for knowledge building communities.The Journal of the Learning Sciences，1994 （3）.
[4] 谢幼如，宋乃庆，刘鸣.基于网络的协作知识建构及其共同体的分析研究[J]. 电化教育研究， 2008（4）： 18-21.
[5] 宋梦奇.人本主义学习理论与教学方式改革之试想[J].辽宁师专学报：社会科学版，2004（6） ： 44-45.
[6] 孙雷.基于网格的Web Services技术分析及单点登录问题探讨[J].中国科技信息，2005，17：39.
[7] Microsoft Passport Review Guide [EB/OL]. http：///net/services/passport/review-guide.asp.
[8] Ehmann M，Goetz M.Online Teaching in An Electronic Education Environment[C].Fourth International Conference on Internet and Web Applications and Services， 2009：620-625.
[9] Hussain Shariq，Wang Zhaoshun，Sun Chang-ai. A Comparative Study of Open-source Learning Management Systems[C]//Proceedings of 2011 IEEE International Workshop on Open-source Software for Scientific Computation（OSSC'2011）.Beijing， China，2011：85-93.
[10] WeCenter[OL]. http：//.