多媒體工程制圖協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā).doc

多媒體“工程制圖”協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)摘 要：根據(jù)工程制圖的教學(xué)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并開發(fā)一個(gè)多媒體“工程制圖”協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)。文中首先根據(jù)協(xié)同學(xué)習(xí)的特點(diǎn)制定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，選用了基于客戶/服務(wù)器模式一種協(xié)同學(xué)習(xí)模型；然后對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和開發(fā)過(guò)程進(jìn)行了描述。關(guān)鍵詞：多媒體；協(xié)同學(xué)習(xí)；工程制圖分類號(hào)：TP399引言“工程制圖”課程教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生具有用圖樣表達(dá)工程設(shè)計(jì)結(jié)果的能力。教學(xué)中注重學(xué)生空間想象力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)由空間到平面、由平面到空間的思維過(guò)程，要涉及大量的圖形表達(dá)。傳統(tǒng)的教學(xué)中，這些必須依靠大量的模型、掛圖來(lái)完成，效率低，且受到各種條件的限制。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)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(jī)遇?！肮こ讨茍D”教學(xué)與多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了多媒體“工程制圖”演示型和自學(xué)型計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)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(jí)階段。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與協(xié)同機(jī)理的引入產(chǎn)生了多媒體“工程制圖”協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)，使“工程制圖”教育手段現(xiàn)代化進(jìn)入高級(jí)階段。1 系統(tǒng)目標(biāo)計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作與合作學(xué)習(xí)理論結(jié)合而成的一種新的學(xué)習(xí)方法；是在計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作環(huán)境中，教師提出一個(gè)明確的任務(wù)，多個(gè)學(xué)習(xí)者對(duì)同一問(wèn)題用多種不同觀點(diǎn)進(jìn)行觀察、比較、分析、綜合等交互活動(dòng)。這些交互活動(dòng)是深化問(wèn)題理解和獲得高級(jí)認(rèn)知能力的外部條件。在教學(xué)活動(dòng)中，教師觀測(cè)學(xué)習(xí)的進(jìn)行過(guò)程，并組織小組的交流，相互幫助與競(jìng)爭(zhēng)，保證教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；學(xué)生利用計(jì)算機(jī)環(huán)境解決問(wèn)題、學(xué)習(xí)有關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)協(xié)同處理問(wèn)題的能力,積累協(xié)同工作的經(jīng)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)與演示型和自學(xué)型計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：w 有利于實(shí)現(xiàn)與高級(jí)認(rèn)知技能、人際交往技能以及情感態(tài)度有關(guān)的教學(xué)目標(biāo)。w 能產(chǎn)生一種群體氣氛，充分發(fā)揮群體動(dòng)力和集體協(xié)同合作的協(xié)作效應(yīng)。w 真正把因材施教與擴(kuò)大教學(xué)規(guī)模統(tǒng)一起來(lái)。w 能更好地適應(yīng)現(xiàn)有的教學(xué)傳統(tǒng)和學(xué)習(xí)傳統(tǒng)，能把現(xiàn)代教育技術(shù)的強(qiáng)大功能與傳統(tǒng)班級(jí)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)很好地結(jié)合起來(lái)。依據(jù)協(xié)同學(xué)習(xí)的特點(diǎn)及教育理論，開發(fā)多媒體工程制圖協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)該具有如下目標(biāo)。w 教學(xué)目標(biāo)方面 在認(rèn)知領(lǐng)域，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用、分析、綜合和評(píng)價(jià)能力；在情感領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)態(tài)度；在動(dòng)作技能領(lǐng)域，開發(fā)學(xué)生的動(dòng)手能力和組織能力。w 教學(xué)組織方式方面 應(yīng)用個(gè)性化教學(xué)，采用獨(dú)立學(xué)習(xí)、協(xié)同學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式，注重學(xué)生和學(xué)生之間、教師和學(xué)生之間的交互。運(yùn)用智能化軟件，使教學(xué)過(guò)程具有自適應(yīng)性，安排并鼓勵(lì)學(xué)生按自身能力選擇學(xué)習(xí)進(jìn)度。w 教學(xué)質(zhì)量控制方面 考慮到學(xué)生人數(shù)的增加將對(duì)協(xié)同學(xué)習(xí)產(chǎn)生壓力，應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的難度、通信的容量、教師的指導(dǎo)能力等因素控制學(xué)生的注冊(cè)人數(shù)，保證教學(xué)質(zhì)量。另一方面，建立一個(gè)好的跟蹤評(píng)價(jià)體系，使教師隨時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)提出建議，控制教學(xué)進(jìn)度和質(zhì)量。2 系統(tǒng)模型協(xié)同學(xué)習(xí)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求首先是有很大的靈活性，應(yīng)包括易于組裝、擴(kuò)充、剪裁和軟件復(fù)用等特點(diǎn)；其次，系統(tǒng)應(yīng)有很高的運(yùn)行效率，特別是應(yīng)盡可能發(fā)揮分布式并行處理的能力。目前，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)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(wù)器模式，服務(wù)器集中負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理、控制和調(diào)度。分散式方法是遵循每個(gè)程序模塊均處于同等地位，沒(méi)有主從之分，每個(gè)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(xué)習(xí)方式的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用基于客戶/服務(wù)器模式一種協(xié)同學(xué)習(xí)模型3（如圖1）。圖1 集中式協(xié)同學(xué)習(xí)模型基于TCP/IP協(xié)議的多媒體教學(xué)網(wǎng)A：協(xié)同規(guī)則庫(kù) B：學(xué)生狀態(tài)信息庫(kù) C：課件庫(kù)及試題庫(kù)學(xué)生教師學(xué)生EDBMSABC在這個(gè)模型中，利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所提供的通信服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生的通信、交流等活動(dòng)。同時(shí)利用EDBMS（面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）提供支持教師與學(xué)生協(xié)同學(xué)習(xí)的協(xié)作處理，完善了協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)。在系統(tǒng)中通過(guò)EDBMS管理的協(xié)同規(guī)則庫(kù)、學(xué)生狀態(tài)信息庫(kù)可以制定學(xué)生學(xué)習(xí)策略及所需要的協(xié)同學(xué)習(xí)類型，同時(shí)通過(guò)課件庫(kù)及試題庫(kù)提供學(xué)生學(xué)習(xí)、評(píng)測(cè)的基本素材。在協(xié)同學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師還可以根據(jù)情況，通過(guò)EDBMS動(dòng)態(tài)地改變每個(gè)學(xué)生在協(xié)同學(xué)習(xí)中的地位及學(xué)習(xí)的方式、內(nèi)容，控制整個(gè)協(xié)同學(xué)習(xí)過(guò)程。3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)上述目標(biāo)和協(xié)同學(xué)習(xí)模型，設(shè)計(jì)了如圖2的多媒體“工程制圖”協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。圖2 協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)協(xié)同規(guī)則庫(kù)課件庫(kù)系統(tǒng)封面系統(tǒng)登錄界面課件學(xué)習(xí)內(nèi)容測(cè)試評(píng)價(jià)指導(dǎo)提問(wèn)問(wèn)題學(xué)生信息庫(kù)學(xué)生狀態(tài)監(jiān)控組織協(xié)同學(xué)習(xí)退出系統(tǒng)學(xué)生登錄教師登錄由圖可知，多媒體“工程制圖”協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要由課件庫(kù)、學(xué)生信息庫(kù)和教師模塊、學(xué)生模塊組成。教師模塊主要功能是登錄后進(jìn)行學(xué)生狀態(tài)監(jiān)控，并根據(jù)協(xié)同規(guī)則組織學(xué)生協(xié)同學(xué)習(xí)；學(xué)生模塊主要功能是登錄后調(diào)用課件開始學(xué)習(xí)，并根據(jù)學(xué)生進(jìn)行的相關(guān)內(nèi)容測(cè)試給出評(píng)價(jià)信息，通過(guò)學(xué)生信息庫(kù)傳送給教師模塊。4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法將系統(tǒng)中的課件庫(kù)和學(xué)生信息庫(kù)作為服務(wù)器端的多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，將教師模塊和學(xué)生模塊作為客戶端的用戶模塊，下面分別介紹其實(shí)現(xiàn)方法。4.1多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與管理系統(tǒng)中多媒體課件庫(kù)的建立需要非常大的工作量。經(jīng)過(guò)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(nèi)容的多媒體課件庫(kù)，解決了課件的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。學(xué)生信息庫(kù)的內(nèi)容主要針對(duì)協(xié)同學(xué)習(xí)過(guò)程中所需要的信息建立的，包含了所有參加協(xié)同學(xué)習(xí)的學(xué)生的信息，能夠根據(jù)教師的需要進(jìn)行補(bǔ)充、刪除和修改。根據(jù)協(xié)同學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，分布在網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)協(xié)同學(xué)習(xí)的參與者，都應(yīng)該能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境共享多媒體教學(xué)信息庫(kù)，并同時(shí)擁有自己的信息庫(kù)。對(duì)于整個(gè)協(xié)同學(xué)習(xí)過(guò)程來(lái)講，這些庫(kù)中的多媒體數(shù)據(jù)必須有相應(yīng)的管理系統(tǒng)來(lái)管理，只有這樣才能協(xié)調(diào)共享庫(kù)中信息時(shí)的矛盾，解決庫(kù)內(nèi)容的刷新，合理利用庫(kù)中的信息。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器的計(jì)算模式，加強(qiáng)其在協(xié)同學(xué)習(xí)過(guò)程中的分布式處理能力，加強(qiáng)其外部數(shù)據(jù)接口的靈活性，擴(kuò)充其對(duì)多用戶和多庫(kù)的支持，使之對(duì)協(xié)同學(xué)習(xí)過(guò)程中所產(chǎn)生的各種多媒體信息進(jìn)行有效的存儲(chǔ)和管理。工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使整個(gè)模型中多個(gè)庫(kù)、多個(gè)用戶有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，有著非常重要的作用。本系統(tǒng)采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，建立相互關(guān)聯(lián)的多媒體課件庫(kù)和學(xué)生狀態(tài)信息庫(kù)，采用VB編程技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同學(xué)習(xí)過(guò)程中的信息共享。4.2用戶模塊的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的用戶模塊采用面向?qū)ο蟮腣B語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)。由于VB的編程方法完全基于消息響應(yīng)模式，可以方便地調(diào)用多媒體數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)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(xué)生登錄控制模塊主要的功能是控制學(xué)生進(jìn)入?yún)f(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)，只有教師許可的學(xué)生才能登錄成功；教師登錄控制模塊的設(shè)定主要是為了防止學(xué)生誤入教師管理的學(xué)生狀態(tài)監(jiān)控模塊，進(jìn)行誤操作。教師模塊中的主要部分是學(xué)生狀態(tài)監(jiān)控模塊，該模塊的主要功能是監(jiān)控當(dāng)前參與協(xié)同學(xué)習(xí)的學(xué)生所處的狀態(tài)，了解學(xué)生學(xué)習(xí)課件內(nèi)容和自我測(cè)試的情況。進(jìn)入該模塊后，教師機(jī)上出現(xiàn)學(xué)生狀態(tài)監(jiān)控表。學(xué)生模塊中的主要部分是課件調(diào)用模塊，該模塊中顯示了課件庫(kù)中的主要課件名稱，通過(guò)對(duì)該名稱的選擇可以進(jìn)入相應(yīng)部分學(xué)習(xí)，并將相應(yīng)信息傳送到學(xué)生狀態(tài)信息庫(kù)。5 系統(tǒng)運(yùn)行方式多媒體“工程制圖”協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)的運(yùn)行主要是基于客戶/服務(wù)器模式的多媒體教學(xué)網(wǎng)。在本中心具體應(yīng)用中將課件庫(kù)和學(xué)生信息庫(kù)安裝到局域網(wǎng)的NT服務(wù)器上，將教師模塊安裝到指定的教師主控機(jī)上，將學(xué)生模塊安裝到每一個(gè)客戶端。應(yīng)用過(guò)程中為保證多媒體課件的運(yùn)行速度，應(yīng)采用具有較高傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。參 考 文 獻(xiàn)1 徐建成, 宗士增. 多媒體工程制圖課件設(shè)計(jì)探索與實(shí)踐. 南京理工大學(xué)學(xué)報(bào).Vol.22, No.3.1998. 285-2882 宗士增, 徐建成.工程制圖“標(biāo)準(zhǔn)件”CAI課件的研制. 南京理工大學(xué)學(xué)報(bào).Vol.24, No.6.2000. 573-5763 董興其, 賴金. 建立網(wǎng)上學(xué)校模型的若干教育和技術(shù)問(wèn)題. 計(jì)算機(jī)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