多媒體工程制圖協(xié)同學習系統(tǒng)設計與開發(fā).doc

多媒體“工程制圖”協(xié)同學習系統(tǒng)設計與開發(fā)摘 要：根據(jù)工程制圖的教學特點，設計并開發(fā)一個多媒體“工程制圖”協(xié)同學習系統(tǒng)。文中首先根據(jù)協(xié)同學習的特點制定了系統(tǒng)的設計目標，選用了基于客戶/服務器模式一種協(xié)同學習模型；然后對系統(tǒng)的結構和開發(fā)過程進行了描述。關鍵詞：多媒體；協(xié)同學習；工程制圖分類號：TP399引言“工程制圖”課程教學要培養(yǎng)學生具有用圖樣表達工程設計結果的能力。教學中注重學生空間想象力的培養(yǎng)，強調由空間到平面、由平面到空間的思維過程，要涉及大量的圖形表達。傳統(tǒng)的教學中，這些必須依靠大量的模型、掛圖來完成，效率低，且受到各種條件的限制?，F(xiàn)代計算機技術、通信技術、網(wǎng)絡技術、多媒體技術的發(fā)展，為“工程制圖”教育手段的現(xiàn)代化提供了絕好的機遇?！肮こ讨茍D”教學與多媒體計算機技術結合產(chǎn)生了多媒體“工程制圖”演示型和自學型計算機輔助教學系統(tǒng)12 ，我們將其稱為“工程制圖”教育手段現(xiàn)代化的初級階段。在此基礎上，計算機網(wǎng)絡與協(xié)同機理的引入產(chǎn)生了多媒體“工程制圖”協(xié)同學習系統(tǒng)，使“工程制圖”教育手段現(xiàn)代化進入高級階段。1 系統(tǒng)目標計算機支持的協(xié)同學習系統(tǒng)是由計算機支持的協(xié)同工作與合作學習理論結合而成的一種新的學習方法；是在計算機支持的協(xié)同工作環(huán)境中，教師提出一個明確的任務，多個學習者對同一問題用多種不同觀點進行觀察、比較、分析、綜合等交互活動。這些交互活動是深化問題理解和獲得高級認知能力的外部條件。在教學活動中，教師觀測學習的進行過程，并組織小組的交流，相互幫助與競爭，保證教學目標的實現(xiàn)；學生利用計算機環(huán)境解決問題、學習有關知識，培養(yǎng)協(xié)同處理問題的能力,積累協(xié)同工作的經(jīng)驗。計算機支持的協(xié)同學習系統(tǒng)與演示型和自學型計算機輔助教學系統(tǒng)相比，具有如下優(yōu)勢：w 有利于實現(xiàn)與高級認知技能、人際交往技能以及情感態(tài)度有關的教學目標。w 能產(chǎn)生一種群體氣氛，充分發(fā)揮群體動力和集體協(xié)同合作的協(xié)作效應。w 真正把因材施教與擴大教學規(guī)模統(tǒng)一起來。w 能更好地適應現(xiàn)有的教學傳統(tǒng)和學習傳統(tǒng)，能把現(xiàn)代教育技術的強大功能與傳統(tǒng)班級教學的優(yōu)勢很好地結合起來。依據(jù)協(xié)同學習的特點及教育理論，開發(fā)多媒體工程制圖協(xié)同學習系統(tǒng)應該具有如下目標。w 教學目標方面 在認知領域，提高學生對知識的領會、運用、分析、綜合和評價能力；在情感領域，激發(fā)學生的學習興趣、轉變學習態(tài)度；在動作技能領域，開發(fā)學生的動手能力和組織能力。w 教學組織方式方面 應用個性化教學，采用獨立學習、協(xié)同學習相結合的方式，注重學生和學生之間、教師和學生之間的交互。運用智能化軟件，使教學過程具有自適應性，安排并鼓勵學生按自身能力選擇學習進度。w 教學質量控制方面 考慮到學生人數(shù)的增加將對協(xié)同學習產(chǎn)生壓力，應根據(jù)學習內容的難度、通信的容量、教師的指導能力等因素控制學生的注冊人數(shù)，保證教學質量。另一方面，建立一個好的跟蹤評價體系，使教師隨時了解學生的學習情況，及時提出建議，控制教學進度和質量。2 系統(tǒng)模型協(xié)同學習對系統(tǒng)結構的要求首先是有很大的靈活性，應包括易于組裝、擴充、剪裁和軟件復用等特點；其次，系統(tǒng)應有很高的運行效率，特別是應盡可能發(fā)揮分布式并行處理的能力。目前，系統(tǒng)結構的實現(xiàn)方式有集中式和分散式兩大類。集中式方法是遵循客戶/服務器模式，服務器集中負責整個系統(tǒng)的管理、控制和調度。分散式方法是遵循每個程序模塊均處于同等地位，沒有主從之分，每個Agent均能自治地、并發(fā)地工作。根據(jù)硬件條件和多媒體“工程制圖”協(xié)同學習方式的特點，本系統(tǒng)采用基于客戶/服務器模式一種協(xié)同學習模型3（如圖1）。圖1 集中式協(xié)同學習模型基于TCP/IP協(xié)議的多媒體教學網(wǎng)A：協(xié)同規(guī)則庫 B：學生狀態(tài)信息庫 C：課件庫及試題庫學生教師學生EDBMSABC在這個模型中，利用系統(tǒng)結構所提供的通信服務，可以實現(xiàn)教師與學生、學生與學生的通信、交流等活動。同時利用EDBMS（面向對象的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）提供支持教師與學生協(xié)同學習的協(xié)作處理，完善了協(xié)同學習系統(tǒng)。在系統(tǒng)中通過EDBMS管理的協(xié)同規(guī)則庫、學生狀態(tài)信息庫可以制定學生學習策略及所需要的協(xié)同學習類型，同時通過課件庫及試題庫提供學生學習、評測的基本素材。在協(xié)同學習過程中，教師還可以根據(jù)情況，通過EDBMS動態(tài)地改變每個學生在協(xié)同學習中的地位及學習的方式、內容，控制整個協(xié)同學習過程。3 系統(tǒng)結構根據(jù)上述目標和協(xié)同學習模型，設計了如圖2的多媒體“工程制圖”協(xié)同學習系統(tǒng)體系結構。圖2 協(xié)同學習系統(tǒng)體系結構協(xié)同規(guī)則庫課件庫系統(tǒng)封面系統(tǒng)登錄界面課件學習內容測試評價指導提問問題學生信息庫學生狀態(tài)監(jiān)控組織協(xié)同學習退出系統(tǒng)學生登錄教師登錄由圖可知，多媒體“工程制圖”協(xié)同學習系統(tǒng)主要由課件庫、學生信息庫和教師模塊、學生模塊組成。教師模塊主要功能是登錄后進行學生狀態(tài)監(jiān)控，并根據(jù)協(xié)同規(guī)則組織學生協(xié)同學習；學生模塊主要功能是登錄后調用課件開始學習，并根據(jù)學生進行的相關內容測試給出評價信息，通過學生信息庫傳送給教師模塊。4 系統(tǒng)實現(xiàn)方法將系統(tǒng)中的課件庫和學生信息庫作為服務器端的多媒體數(shù)據(jù)庫進行管理，將教師模塊和學生模塊作為客戶端的用戶模塊，下面分別介紹其實現(xiàn)方法。4.1多媒體數(shù)據(jù)庫的建立與管理系統(tǒng)中多媒體課件庫的建立需要非常大的工作量。經(jīng)過近幾年的努力，我們成功的建立了幾乎覆蓋“工程制圖”所有內容的多媒體課件庫，解決了課件的網(wǎng)絡問題。學生信息庫的內容主要針對協(xié)同學習過程中所需要的信息建立的，包含了所有參加協(xié)同學習的學生的信息，能夠根據(jù)教師的需要進行補充、刪除和修改。根據(jù)協(xié)同學習的特點，分布在網(wǎng)絡上的每一個協(xié)同學習的參與者，都應該能夠通過網(wǎng)絡環(huán)境共享多媒體教學信息庫，并同時擁有自己的信息庫。對于整個協(xié)同學習過程來講，這些庫中的多媒體數(shù)據(jù)必須有相應的管理系統(tǒng)來管理，只有這樣才能協(xié)調共享庫中信息時的矛盾，解決庫內容的刷新，合理利用庫中的信息。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用客戶/服務器的計算模式，加強其在協(xié)同學習過程中的分布式處理能力，加強其外部數(shù)據(jù)接口的靈活性，擴充其對多用戶和多庫的支持，使之對協(xié)同學習過程中所產(chǎn)生的各種多媒體信息進行有效的存儲和管理。工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使整個模型中多個庫、多個用戶有機地聯(lián)系起來，有著非常重要的作用。本系統(tǒng)采用SQL數(shù)據(jù)庫技術，建立相互關聯(lián)的多媒體課件庫和學生狀態(tài)信息庫，采用VB編程技術建立數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實現(xiàn)協(xié)同學習過程中的信息共享。4.2用戶模塊的實現(xiàn)系統(tǒng)中的用戶模塊采用面向對象的VB語言編寫實現(xiàn)。由于VB的編程方法完全基于消息響應模式，可以方便地調用多媒體數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)庫操作，使得用戶模塊的編程非常方便。根據(jù)系統(tǒng)的需要用戶模塊中都采用了登錄控制模塊，其中學生登錄控制模塊主要的功能是控制學生進入?yún)f(xié)同學習系統(tǒng)，只有教師許可的學生才能登錄成功；教師登錄控制模塊的設定主要是為了防止學生誤入教師管理的學生狀態(tài)監(jiān)控模塊，進行誤操作。教師模塊中的主要部分是學生狀態(tài)監(jiān)控模塊，該模塊的主要功能是監(jiān)控當前參與協(xié)同學習的學生所處的狀態(tài)，了解學生學習課件內容和自我測試的情況。進入該模塊后，教師機上出現(xiàn)學生狀態(tài)監(jiān)控表。學生模塊中的主要部分是課件調用模塊，該模塊中顯示了課件庫中的主要課件名稱，通過對該名稱的選擇可以進入相應部分學習，并將相應信息傳送到學生狀態(tài)信息庫。5 系統(tǒng)運行方式多媒體“工程制圖”協(xié)同學習系統(tǒng)的運行主要是基于客戶/服務器模式的多媒體教學網(wǎng)。在本中心具體應用中將課件庫和學生信息庫安裝到局域網(wǎng)的NT服務器上，將教師模塊安裝到指定的教師主控機上，將學生模塊安裝到每一個客戶端。應用過程中為保證多媒體課件的運行速度，應采用具有較高傳輸速率的網(wǎng)絡交換設備。參 考 文 獻1 徐建成, 宗士增. 多媒體工程制圖課件設計探索與實踐. 南京理工大學學報.Vol.22, No.3.1998. 285-2882 宗士增, 徐建成.工程制圖“標準件”CAI課件的研制. 南京理工大學學報.Vol.24, No.6.2000. 573-5763 董興其, 賴金. 建立網(wǎng)上學校模型的若干教育和技術問題. 計算機工程. Vol.25, No.9. 1999Design & Making of A System of Cooperative Studyon Multimedia “Engineering Drawing”ABSTRACT This paper proposes the design and making of a system of cooperative study on multimedia “Engineering Drawing”, based on the trait of Engineering Drawing instruction. And then discusses the system aims and the cooperative study model of client/server m