基于PHP技术的数学错题集错系统的设计与实现

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基于PHP技术的数学错题集错系统的设计与实现
摘要：现代信息技术的快速发展和不断更新，引发了教育教学领域的深刻变革。先进的教育理念鼓励教师把现代信息技术与其它学科课程相整合，鼓励教育技术从“支持教师的教”向“支持学生的学”转变。恰当地运用信息技术教辅数学教学，能把抽象的、单调的数学知识生动、鲜活地呈现给学生，给学生带来全新的视听体验，为课堂教学注入新的活力，为数学学科知识的学习和落实提供了新的途径和方法。
该系统是使用 PHP+MYSQL框架为核心技术开发的一个教学网站系统。符合学生的实际情况和学习需求，突出课程整合的实效性，充分发挥动态网站技术交互性强的优势，通过集错系统这个平台，把学生认为枯燥重复的集错过程变成学生积极参与的一个学习落实过程，并通过该系统向学生提供丰富的学习资源，有效地改变了教与学的方式，突出了学生的学习主体地位，调动了学生的学习积极性，提高了学习效率，为学生的自我认知、自我反思、自我提高搭建一个平台。也为师生之间，学生与学生之间的合作学习，互动交流建立一个新渠道，有利于培养学生良好的信息素养和道德品质。
关键词： 数学教学；错题系统；课程整合；PHP语言；MYSQL
一、课题的研究背景
（一） 信息技术与数学学科整合的必要性
新课程标准中指出：现代信息技术的发展对数学教育的价值、目标、内容以及学与教的方式产生了重大的影响[1]。提倡教师积极、恰当地利现代信息技术，大力开发并向学生提供更为丰富的学习资源，把现代信息技术作为学生学习数学和解决问题的强有力工具，不断改进知识的呈现方式，致力于改变学生的学习方式，使学生乐意并有更多的精力投入到现实的、探索性的数学活动中去[2]。
与传统的教学手段相比，信息技术以其直观、生动、交互性等特点确实能体现出了极大的优势，它很容易使抽象的数学问题直观具体化，静态的问题动态化，枯燥的内容趣味化，复杂的数学问题简单化等，应用了多媒体技术的课堂信息元素更加丰富，能够创设更加生动活泼的教学情景，增强学生的参与意识，有助于调动学生的积极性,提高课堂效率。但任课教师使用信息技术辅助教学多是从老师教的层面上进行的，学生真正参与到其中的机会并不多。教育教学活动是师生之间的双向互动活动，学科间的整合过程中仅有老师的参与是不够的。
错题集错系统注重学生的参与和实践。尝试通过一个合适的平台引导学生参与其中，充分突出信息技术学科的操作性、交互性强的特点，把数学集错任务与信息技术密切结合，为数学学科知识的学习和落实提供了一个新的视角和手段，为教师的教学和学生的学习注入了新的活力，也为学生提供了一个展示自我、交流学习的平台。学生在主动参与、操作探究、互助合作中学习到知识与技能，体会成功的快乐。
（二） 数学集错对于学生数学学习的重要意义
学生在平时的作业和测试中，都会有一些错题，每当学生看到自己的错误时，往往会有些许遗憾，因为多数人都觉得自己所犯的错误中有80%是可以避免的，众多学习经验和教学经验告诉我们：弥补知识漏洞，提高学习成绩，最佳的措施就是在学习的过程中及时整理并有效利用“错题集”，学生用心整理的错题集就是自己的学习宝典，提高学习成绩的最佳的方法。

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电子集错系统可以让学生借助现代信息技术手段，快速便捷地完成错题的归类整理和复习落实，通过这个系统，家长可以方便的参与到学生集错和复习落实的学习过程中，也可通过日志和学生进行沟通交流，了解孩子学习中的困惑。在这样的集错模式下，老师不再是单纯的布置作业和检查作业，而是做一个引导者，更注重方法指导和帮助，充分调动学生的学习热情和主观能动性，从“要我做”转变为“我要做”。
（三） 引导学生合理应用信息技术的德育教育意义
信息社会背景下，良莠不齐的信息充斥学生的耳目，社会不良信息对学生的浸染程度日益加深，对学校教育产生了很大的冲击，传统的说教形式的思想道德教育日益显得苍白无力。网络是一把“双刃剑”，一味地防堵只能更加激发学生的好奇心和叛逆心，引导学生树立正确的网络观和信息素养，就要让他们客观的接触和使用这个工具。电子集错系统在一定程度上满足了学生使用电脑的心理需求，并且充分利用其高效快捷的优势，解决学生学习中的一些实际问题，有助于培养学生良好的信息素养，树立正确价值取向。
（四） 在教学中的一些实践
我在中学曾同时担任过数学和信息技术两个学科的教学工作，因此我有更多的实践机会利用信息技术辅助数学教学，通过自身的一些实践对在数学学科中如何运用信息技术有了一些认识和体会。现行的数学教材中有不少课题学习等模块对信息技术的应用有相关的介绍，我就思考如何才能发挥信息技术学科的辅助作用，更好地完成数学学科的学习任务。
在“一次函数的图象与性质”的教学中，由于学生初次接触函数这个概念，这部分教学内容的难点有两个：一是函数图像的象限分布，二是函数的增减性。为了突破这两个重难点，我为机房的每台电脑都安装了几何画板软件，然后把学生带进计算机教室，在老师的示范引导下，通过给自变量赋予不同的数值，让学生观察函数自变量与函数值之间的唯一对应关系；然后再通过参数k,b的动态变化，引导学生观察、体会、理解并归纳一次函数y=kx+b(k,b为常数且k≠0)中参数k与b对函数分布和函数增减性的影响。发现并归纳一次函数的图象特点及其性质，这种以任务驱动，学生主动参与与同伴互助相结合的教学方法很受学生的欢迎，学生的积极性特别高，都想尝试着验证一下书中给出的图象是否正确，学生的积极参与度达96%以上，在一节课的时间里超额完成了学习任务，学生们的学习探究学习的热情空前高涨，下课铃响后学生们仍意犹未尽，有的学生还请求把几何画板软件拷回家去自己练习，可以说这节课学生不但学习到了知识和技能，也体会到了探究的乐趣和成功的体验！在学习特殊平行四边形时，通过几何画板的动态演示，学生很容易发现特殊平行四边形的性质及其与普通平行四边形的区别和联系；此外，在学习反比例函数、二次函数、图形的平移、旋转等内容时，信息技术都起到了非常好的辅助作用。
通过自身的教学实践，我认识到学生们有很大的潜能，更体会到只要把握好教学契机，给学生一个切实可行的、有兴趣点的任务，学生的主观能动性就会被很好地调动起来，达到事半功倍的效果。
二、集错系统设计的教育理论依据
（一） 建构主义
建构主义理论-建构主义理论(constructivism)也译作结构主义，其最早提出者可追溯认知发展领域最有影响的一位心理学家皮亚杰，他所创立的关于儿童认知发展的理论充满唯物辩证法，他坚持从内因和外因相互作用的观点来研究儿童的认知发展.

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建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助学习是获取知识的过程其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。  
建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习。既强调学习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者。应当把学习者原有的知识经验作为新知识的生长点，引导学习者从原有的知识经验中，生长新的知识经验。学生不是简单被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义，这种建构是无法由他人来代替的。在建构主义的影响下，强调认知主体的自我应激外部环境变化的主动学习模式被日益推崇，人们对事物的学习认知过程的规律不断地被心理学家所发现并论证，为建构主义的盛行提供了坚实的理论支撑。随着信息技术和互联网技术的发展，以及各种移动传媒和各种基于互联网平台的网络教育应用的兴起，为建构主义学习理论的发展提供了理想的硬件环境。
（二） 新课程标准
新的课程标准指出：在新课程体系的基础上，要充分发挥学生、教师和现代化的教学手段三方面的积极因素，建立了一系列行之有效的教学新模式，体现出时代发展对人才素质的新要求，在教学各个环节中，注重培养学生的创造性，贯彻“以教师为主导，学生为主体”的理念[4]，通过研究型的教学方式、开放性的习题、实践性的训练鼓励和激发学生的创新意识。采用多种方式激发学生的思维活力，锻炼他们的学习能力，设置多种方式的实践平台，增加学生的参与机会是新形势下一线教师要不断思考和探索的一个课题。       
三 集错系统需求分析
（一）电子集错系统设想的由来
信息社会中学生面临干扰学习的诱惑越来越多，如何能满足学生使用电脑的需求，又能兼顾、促进学生学习是一个家长、老师和学校共同关心和充满期待的问题。现代信息技术已经成为教育教学的重要手段，但林林总总的各类教辅网站，教辅广告充斥着互联网的页面，这些或华而不实，或收费昂贵，学生想看到或下载到自己需要的学习资料除了要花钱，还需要一个费时费力的甄选过程，占用了学生大量的时间，却很少能达到预期的效果，现在的中学生在课余时间都会不同程度的使用、甚至依赖计算机，都有一定的计算机操作基础，正是基于此，在教学实践的基础上，根据自身的一些教学需求，经过一个相当长时间的思考和设计之后，尝试开发这款数学错题集错系统。不可否认的是，这个系统的理念和思路不是我个人的独创，而是借鉴了菁优网上学生的在线答题板块的设计思路，结合自己的教学实践，分析中学生的心理特征和实际需求而设计完成的。
（二）用户操作需求分析

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电子集错系统开发目的主要是让集错和复习落实疑难题这个学习中的关键环节能充分利用信息技术手段，提高学习的效率，减轻学生书写量，达到减负增效的目的，同时使用手机，电脑等现代信息技术手段去集错，符合学生的年龄特点和心理需求，能激发起学生学习实践的兴趣，提高学生学习的积极性和主动性。电子集错系统的主要功能是辅助学生积累错题，方便复习落实，并未学生提供实时而又有针对性的学习资源，为学生的自主学习、合作学习搭建平台，因此需求比较集中单一。
（三）技术可行性
（1）开发工具的可行性
PHP几乎可以运行在任何的操作系统中，如WINDOWS/LINUX/UNIX等，出色的跨平台的特性，使其开发一次即可应用在任意平台中，PHP是WEB设计中最容易上手的语言。PHP 开放源代码、优异的性能，简单的使用，低廉的价格，成开发教辅网站系统的首选工具。在开放源代码许可下，并且不打算发布应用程序（适用于大多数WEB应用程序），错题系统只是对自己教学手段一种完善和改进，所以使用MYSQL也是免费的，因此选用PHP和MYSQL WEB开发是最佳的选择。
（2）学生使用的可行性
现在学生的家中都有电脑，学生日常使用的手机也几乎都具有高分辨率的摄像功能，所以能非常方便的把纸质的错题图片化，高效快捷地传入电子集错系统中，避免了大量的手写工作，试题的调阅方便，便于及时的复习巩固，提高了学习效率。
（四）网站功能需求
系统参数的设置：首先要求能够自定义系统名称并能自动更改网站LOGO 名称，其次可以自定义网站系统管理员，第三、能对网站各模块功能的基本控制。（如：用户注册与删除、上传错题是否显示，论坛、课件库、视频库内容的上传及内容的显示，上传及显示图片、视频文件的大小、格式等）。
信息管理：可以对错题图片文件、试题库、课件、视频链接、论坛发帖等信息进行增加、删除、查看、下载等系列操作。通过本系统，可以让管理员直接再后台系统添加相关信息并在前台显示出来。通过后台系统管理员还具备在线编辑、超级链接添加和附件下载等功能。        用户管理：管理员可以从前台或后台登录管理用户用户信息。
文件下载：文件上传下载功能，学生或家长根据需要，可以通过前台上传试题、课件或链接视频到错题系统中，也可以用管理员的身份通过后台上传或删除文件。
四、客户界面的总体设计
（一）前台用户界面的总体结构
本错题系统的开发来源于教学实践的需要，可根据学校教学内容同步进行调整，可根据学情和学习需求对模块分类不断地完善和补充。在学生操作的前台界面上是导航性质的目录列表，点击目录列表中的链接即可跳到到相应的具体模块。网站的前台主要结构图，如图4-1-1所示。
查看教学资源：包括浏览、查看个人已上传的错题及答案，课件，试卷，通过视频链接观看视频，查看个人发表的日志和学习心得，其中课件库和试题库支持文件下载。个人中心：包括修改个人密码，我的错题，我的信息和退出四个操作模块，其中通过我的错题模块可以上传错题，删除错题，在线抽题做答，点击提交后能看到自己的答题对错情况。我的信息模块支持上传或删除课件，试卷，引用视频链接等功能。站内搜索：支持在文本框中输入关键词搜索或点击热门标签搜索某一专题内容。
（二）主要模块设计与实现

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1、网站登录
首次登录此系统需要先注册用户名和密码，再次登录会提示用户输入用户名和密码。点击“个人中心”标签，在下面会出“现个人中心”模块的四个操作，分别是修改密码，我的错题，我的信息和退出系统。
2、错题的上传及抽题检测
        用户注册并登录后，点击我的错题，可以看到添加，查看、抽题做答三个操作提示，选择添加就弹出添加错题操作界面，目前支持以jpg，png和gif三种格式的图片上传习题，首先点击上传图片，则弹出打开查找本地文件的对话框，找到相关图片点击确定，图片就被引用并自动生成一个数字代码名称，将此代码复制到下面的题目文本框中，并可以添加必要的文字说明，然后录入试题的答案，填写试题的标签，录入多个标签时需报关键词用#号分隔开，点击保存，则错题上传完成。图4-1-4是上传后错题显示效果。
上传错题之后，可以点击查看错题，浏览上传题目的效果，点击错题，可以查看该题的正确答案，若点击抽题回答，系统则会从你所上传的习题中随机抽取10道习题，并为每道题提供答题文本框，答题结束可以点击提交，查看答题的对错情况，如果一道题目录入题库后抽测中不再出错，则该题显示为一般错题，再次出错的显示为易错题，多次反复出错的显示为疑难题。图4-1-5是随机抽题检测结果界面图。
3、学习信息资源       
点击我的信息，进入添加、删除信息界面，在这个操作界面上可以上传jpg，gif，png，word、excel、powerpoint、pdf等类型小于2M的文件，在上传界面的第一项可以选择上传信息的分类：课件、试题、论坛或视频链接，可以编辑所传文件的简要说明和文件的下载链接，在最后一项可以为上传文件添加标签，标签可以有多个关键词，需用“#”隔开，然后点击保存，则学习资源上传成功。图4-1-6是查看上传视频资源界面。
4、错题系统的主要文件构成
错题系统的主页面index.php:用来显示系统的主要结构；
管理者界面login.php: 用来实现管理者登陆页面；
提交错题操作界面equestion_answer.php:用来上传提交错题；
查看错题答案界equestion_show.php:用来查看错题的正确答案；
添加学习资源界面news_info_add.php:用来上传课件，试题等学习资源；
密码管理界面password_infot.php:用来修改用户密码；
查看学习资源界面news_show.php:用来查看学习资源列表；
站内搜索界面search_keyword_list.php:通过关键字进行站内资源搜索；
抽题回答界面 equestion_answerep.php :抽取错题在线自测；
删除学习资源界面news_info_del.php：用来删除学习资源；
删除用户信息界面personal_info_del.php：用来删除用户信息资源；
用户退出系统 logout.php：用户退出系统。
本章只对论坛的主要模块为例说明实现过程，其它的辅助页面的开发过程基本类似。
（二） 网后台管理
错题系统初级开发使用阶段面向的对象是学生个体，在上传错题和学习资料模块没有刻意的去区别管理员和注册用户的权限，但为了便于系统信息的管理和对系统功能的进一步开发利用，系统也开发了后台管理模块，用户的个人学习资料是通过后台来进行管理的，管理员的权限是全面的对数据进行管理。后台管理模块包括管理员登录、站点信息管理、注册用户信息管理、错题管理和个人学习资源的管理。

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1、管理员身份登录
错题系统设置了管理员角色，可以有效保护系统的数据安全和便于维护管理，所以管理员对系统信息的处理权限高于普通用户。因而对管理员登录设置了一定的安全检验机制，普通用户无法进入系统后台，在一定程度上保护了系统的安全。 图4-2-2 管理员登录界面
图-2-2-2  管理员登录界面
2、系统后台管理
管理员通过管理员登录界面，进入管理界面主页。管理界面主页在左侧有导航栏，导航栏自上而下分别为：站点信息，用户后台信息，站外链接，留言信息，新闻信息，管理员个人信息，退出系统等几个条目。点击导航栏的每个选项，主窗口的显示区里会显示出该项目的详
细内容，管理员可根据系统提示进行信息的全面管理。
3、系统用户管理
    系统用户管理界面，显示用户的注册序号，用户名，真实名字，电话，注册邮箱，QQ号码，注册时间，修改和删除操作按钮等信息。点击删除按钮直接删除用户所有信息，点击修改按钮可以对用户的注册信息进行修改或补充。
4、 系统学习资料管理
                点击左侧导航栏中的信息管理，进入学习资源管理总界面，在这个界面里能看到视频连接材料、上传课件、试题、论坛日志等文件的信息，包括名称标题，资源类别，显示信息，发布时间和修改删除操作提示。图4-2-3是学习资源管理主界面。
                 图4-2-3 学习资源管理主界面
                以课件库为例，点击删除按钮可以直接从数据库中删除该课件，如果点击修改按钮，则进入对此信息上传或链接的编辑界面，可以更改资源的引用封面，超链接导航提示文字，资源内容，资源简介内容等信息。图4-2-4是资源的上传编辑界面。
图4-2-4资源的上传编辑界面
5、 错题信息管理
   点击左侧导航栏中的错题信息，进入错题管理主界面，在这里可以看到题目的编号，答案，显示情况，上传时间，修改和删除操作选项。点击删除按钮，试题直接从数据库中删除，点击修改按钮，可以再次对试题信息进行修改，包括试题内容，答案，答题次数等信息进行修改设置。
五  教学网站的基本技术
（一） WAMP 构架的服务与应用
WAMP（Windows、Apache、MYSQL和Perl/Python/PHP）是由LAMP演化出的一种中间路线，和LAMP一道成为应用范围最广的WEB框架应用系统。W所指的是WINDOWS 服务器操作系统，A所指的是APACHE网站服务的服务器应用系统，M所指的是MYSQL轻量级的数据库系统，P所指的是PERL语言、PHP语言或 PYTHON语言，这些服务或产品都是免费的开源软件，是国际上得到认可及比较成熟的开发环境，非常多的网站采用这样的应用环境，它具有开发速度快、通用性强、执行效率高、开发成本低等优势。
（二） 错题系统数据库设计
1、 数据库的作用和选择
数据库是实现错题系统的基础技术之一，它主要用于实现网络各种信息数据的存储，如用户信息的存储，错题、资源库中课件、试题等各种学习素材的存储。并将各种数据有序的管理起来，并为其他应用程序提供统一的接口和服务。MYSQL是一个开放源码的小型关联式数据库管理系统，由于其体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，许多中小型网站为了降低网站总体拥有成本而选择了MYSQL作为网站数据库。由于其社区版的性能卓越，搭配PHP和Apache可组成良好的开发环境。
2、 数据库的设计

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错题集错系统中数据库的设计结果如表下图所示：
首先是数据库  
system，create database system：
create table menu (
id bigint(20)primarykey auto_increment,
menu_name varchar(200) not null,
menu_note text,
menu_added datetime,
menu_father bigint(20) default 0
);



表5-1创建数据库和表
menu菜单表
列名          类型        空        键        默认        额外        备注
id        bigint(20)        no        pri        null        auto_increment        菜单id
menu_name        varcher(200)        no                null                名称
menu_note        text                        null                备注
menu_added        datetime        no                0000-00-00
00:00:00                 添加时间
menu_father        bigint(20)                        0                父菜单
注册用户主要针对教学网站的使用者（学生），为用户提供个性化的功能，根据用户的使用权限显示不同的页面，所以数据库需要对用户的相关信息进行设置。首先是注册用户数据表，记录每位网站注册用户的信息，根据中学生的年龄特点，设计的注册用户数据表主要包括用户名，登录密码，用户的真实姓名，常用电话，邮箱和QQ号码。根据注册时间的先后顺序系统自动生成注册序号，注册序号不能修改。
表5-2注册用户数据表
manager 用户表
列名        类型        空        键        默认        额外        备注
id        bigint(20)        no        pri        null        auto_increment        管理员id
manager_username        varcher(200)        no                null                用户名
manager_password        varcher(200)        no                null                密码
manager_name        varcher(200)        no                null                名字
manager_phone        varcher(200)                        null                电话
manager_email        varcher(200)                        null                邮箱
manager_qq        varcher(200)                        null                QQ
manager_added        datetime        no                0000-00-00
00:00:00                 添加时间

登录错题系统的每位注册者往数据库里上传错题，需要录入的信息如下表，包括试题的编号，题目的封面引用图片，试题的内容，标签，是否显示，还需要记录试题的答案，点击次数，答题次数及对错情况，试题的编辑修改实践等信息，数据库会这些信息进行归类管理。
表5.3 用户错题数据表