網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)資源構(gòu)件庫與組裝平臺

1、網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)資源構(gòu)件庫與組裝平臺Instructive Resource Component Base and Assemble Platform on Network劉甘娜 付先平大連海事大學(xué) 大連 中國 (116026)Tel: 8604114729698E-mail: dqliang本文首先介紹了網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)資源構(gòu)件庫與組裝平臺的研究背景與設(shè)計目標(biāo)，然后討論了網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)資源構(gòu)件庫的設(shè)計與實現(xiàn)，重點圍繞教學(xué)構(gòu)件的組成和三級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源構(gòu)件庫設(shè)計模型展開討論，三級結(jié)構(gòu)使設(shè)計層次清晰，教學(xué)資源管理和維護變得相對簡單。第三部分對知識點構(gòu)件組裝平臺快捷備課系統(tǒng)的功能設(shè)計、知識點構(gòu)件的

2、可視化超鏈接與動態(tài)導(dǎo)航設(shè)計作以簡單介紹。最后對教育應(yīng)用工程發(fā)展前景進行了展望。關(guān)鍵字 教學(xué)構(gòu)件 構(gòu)件組裝平臺 可視化超鏈接 The research background and design object of Instructive Resource Component Base on network are introduced in this paper. Then the designing and realizing of the system is discussed, a model of three-layers organization is emphasized. The

3、 third section, the functions of the knowledge point component platform, visual dynamic hyperlink of the knowledge points and designing of navigation strategy of the instructive components are introduced simply. Finally, development foreground of education application engineering is looked forward.K

4、ey words：Instruction component,Component assemble platform,Visual hyper-Link1 前言信息技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，使現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)生很大的變化，特別是計算機輔助教學(xué)的模式和課件開發(fā)方法正在迅速更新。受軟件工程影響，課件制作也從手工作坊式的編程設(shè)計步入創(chuàng)作工具開發(fā)的工程化軌道。隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，國際教育信息化潮流對教育系統(tǒng)的高要求促成了基于知識構(gòu)件的網(wǎng)絡(luò)教育信息技術(shù)問世。軟件行業(yè)工業(yè)化的趨勢導(dǎo)致了軟件構(gòu)件（Software Component）的產(chǎn)生,目的是能夠像硬件系統(tǒng)那樣,將部分軟件組合起來

5、構(gòu)建軟件系統(tǒng)1。和軟件系統(tǒng)一樣,教育形勢的要求,市場的競爭都迫切需要增加課件數(shù)量、提高質(zhì)量、縮短課件開發(fā)時間。由教學(xué)設(shè)計預(yù)先決定內(nèi)容，教學(xué)程序、教學(xué)模式固定的封閉式課件，因其在教學(xué)應(yīng)用過程中難以修改，無法根據(jù)實際需要重組和改造之，可重用性差而應(yīng)用受限。 因此， 將軟件工程的構(gòu)件技術(shù)和可重用技術(shù)盡快用于課件開發(fā)，研發(fā)教學(xué)資源構(gòu)件庫和靈活方便的教學(xué)構(gòu)件組裝平臺，是當(dāng)前信息教育技術(shù)重要的研究課題之一。我們近年的研究工作就是圍繞著集軟件復(fù)用、分布式對象計算、教學(xué)資源構(gòu)件庫、構(gòu)件組裝平臺和超媒體系統(tǒng)等技術(shù)為一體的“基于構(gòu)件的超媒體課件開發(fā)環(huán)境”進行的。先后完成了以知識點構(gòu)件庫為核心，以可復(fù)用教學(xué)知識點構(gòu)

6、件為組裝預(yù)制塊，開放超媒體鏈接,支持組裝式課件復(fù)用的“超媒體積件創(chuàng)作系統(tǒng)HIAS”2、“超媒體積件學(xué)習(xí)系統(tǒng)HILS”3和基于多媒體素材庫和知識點庫的的快捷備課系統(tǒng)4,目前正在研制基于知識點的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)資源構(gòu)件庫及以構(gòu)件組裝平臺為核心的教學(xué)支持環(huán)境,虛擬教室、教學(xué)代理研發(fā)也在進行中。本文主要介紹教學(xué)資源構(gòu)件庫及構(gòu)件組裝平臺的設(shè)計與實現(xiàn).2 網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)資源構(gòu)件庫的設(shè)計與實現(xiàn)2.1教學(xué)構(gòu)件的類型與組成教育構(gòu)件可以象軟件構(gòu)件一樣從多個側(cè)面進行分類：根據(jù)教育構(gòu)件的使用范圍分為：通用構(gòu)件和專用構(gòu)件。根據(jù)教育構(gòu)件粒度大小分為：小型構(gòu)件(基本結(jié)構(gòu)構(gòu)件)，如素材、按鈕、菜單等；中型構(gòu)件(功能構(gòu)件)，如知識

7、點、網(wǎng)頁等；大型構(gòu)件(子系統(tǒng)構(gòu)件)，如堂件、課件、實驗系統(tǒng)、考試系統(tǒng)等。根據(jù)功能用途分為：系統(tǒng)構(gòu)件，在整個構(gòu)件集成環(huán)境和運行環(huán)境都使用的構(gòu)件；支撐構(gòu)件，在構(gòu)件集成環(huán)境、構(gòu)件庫管理系統(tǒng)中使用的構(gòu)件；領(lǐng)域構(gòu)件，為專用領(lǐng)域開發(fā)的構(gòu)件。根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)分為：原子構(gòu)件，構(gòu)成其它的構(gòu)件的基礎(chǔ)；組合構(gòu)件，使用其它構(gòu)件集成的構(gòu)件。根據(jù)構(gòu)件重用時狀態(tài)分為：動態(tài)構(gòu)件，運行時可動態(tài)裝卸的構(gòu)件；靜態(tài)構(gòu)件，設(shè)計時裝入的構(gòu)件。目前已實現(xiàn)的教育構(gòu)件的組成除有各種媒體素材、知識點及習(xí)題三種基本原子構(gòu)件外，還有堂件、教件、學(xué)件、課件，學(xué)科專業(yè)輔助構(gòu)件（圖紙、符號等）組合構(gòu)件庫，其中, 堂件、教件、學(xué)件、課件是在重用時可動態(tài)裝卸的

8、動態(tài)構(gòu)件。2.2 網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)構(gòu)件庫設(shè)計模型用戶服務(wù)層 教/學(xué)平臺構(gòu)件組裝平臺虛擬教室安全機制超級鏈接動態(tài)導(dǎo)航構(gòu)件管理客戶機登錄Web專用服務(wù)器教學(xué)資源構(gòu)件庫-應(yīng)用服務(wù)層數(shù)據(jù)庫服務(wù)器層圖1 三級結(jié)構(gòu)模型本系統(tǒng)教學(xué)資源構(gòu)件庫采用三級結(jié)構(gòu)模型，即在客戶機用戶服務(wù)層和后端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器層中間增加一級應(yīng)用服務(wù)層5，參見圖1?？蛻魴C用戶服務(wù)層 -客戶機上只需要安裝用戶應(yīng)用程序，它負(fù)責(zé)處理與師生的交互和與應(yīng)用服務(wù)層的交互，面向師生和教學(xué)管理人員。功能完善的多媒體教學(xué)構(gòu)件創(chuàng)作編輯系統(tǒng)安置在該層。-應(yīng)用服務(wù)層 應(yīng)用服務(wù)層負(fù)責(zé)處理應(yīng)用邏輯， 應(yīng)用服務(wù)層對各種客戶機提供統(tǒng)一的應(yīng)用服務(wù)接口,即協(xié)同式教學(xué)/學(xué)習(xí)支持環(huán)

9、境。應(yīng)用服務(wù)器中只有動態(tài)數(shù)據(jù)，因此可以動態(tài)擴充以適應(yīng)不斷變化的服務(wù)要求。在本系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)層中提供教學(xué)構(gòu)件組裝與超媒體動態(tài)連接、多種導(dǎo)航機制、虛擬教室、學(xué)生學(xué)習(xí)紀(jì)錄與考試管理等功能，同時設(shè)計了構(gòu)件庫多級管理、文檔格式轉(zhuǎn)換及有關(guān)安全機制。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器根據(jù)應(yīng)用服務(wù)層發(fā)送的請求進行數(shù)據(jù)庫操作，并將操作的結(jié)果返回。利用存儲的教學(xué)構(gòu)件和相關(guān)教學(xué)信息資源，提供教學(xué)策略，進行教學(xué)事務(wù)處理。本系統(tǒng)設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫主要包括教學(xué)資源構(gòu)件庫、實時交流數(shù)據(jù)庫、學(xué)生日志習(xí)庫、教學(xué)資源文獻素材庫等。用三層結(jié)構(gòu)模型建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)構(gòu)件庫不僅使系統(tǒng)設(shè)計層次非常清晰，課件開發(fā)和管理工作向服務(wù)器方轉(zhuǎn)移，而且使得分布數(shù)據(jù)處

10、理成為可能，教學(xué)資源管理和維護變得相對簡單。2.3. 多媒體教學(xué)構(gòu)件庫的設(shè)計與實現(xiàn)構(gòu)件庫采用Visual C+設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計采用快速原型設(shè)計已完成教學(xué)構(gòu)件資源庫的三級分層管理。編寫Windows環(huán)境下C+數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序所需要的組件中最重要的是開放數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用程序接口規(guī)范ODBC（Open Database Connectivity，）和OLE DB。有兩種使用ODBC技術(shù)進行編程的方法：一種是直接調(diào)用ODBC API函數(shù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問，另一種是利用MFC中的數(shù)據(jù)庫類進行數(shù)據(jù)庫編程6，本設(shè)計采用了后一種方法。OLE DB是提供一種與數(shù)據(jù)源類型無關(guān)的訪問數(shù)據(jù)方法，可以成為訪問文檔、電子郵件

11、系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、電子表格、COM組件以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫的橋梁。2.4 構(gòu)件的表示和檢索目前有很多構(gòu)件分類和檢索方法。從構(gòu)件表示出發(fā)可以分為人工智能方法、超文本方法和信息科學(xué)方法三類，而根據(jù)復(fù)雜度和檢索效果的不同則可以分為基于文本的、基于詞法描述的和基于規(guī)約的編碼和檢索。本系統(tǒng)采用超文本可視化、基于關(guān)鍵詞分層檢索及模糊檢索等方法。 構(gòu)件擴展和可重用性也已解決。 擬采用對象總線技術(shù)和基于開放分布式處理的對象技術(shù)規(guī)范（CORBA）進一步解決構(gòu)件相互協(xié)調(diào)、相互通信和跨平臺的透明的操作問題。3 構(gòu)件組裝平臺及可視化超級連接3.1 知識點構(gòu)件組裝平臺快捷備課系統(tǒng)功能構(gòu)件組裝技術(shù)以構(gòu)件模型、構(gòu)架描述和開放系統(tǒng)技

12、術(shù)為基礎(chǔ)。知識點構(gòu)件組裝平臺快捷備課系統(tǒng)是以教學(xué)策略或教學(xué)路徑為藍(lán)圖，通過素材、知識點、習(xí)題等構(gòu)件組裝得到最終應(yīng)用系統(tǒng)-教件或?qū)W件的。它不僅使教件具有開放性、繼承性、自繁殖性，而且實現(xiàn)了與教學(xué)方法、教材版本的無關(guān)性。快捷備課系統(tǒng)中的主要功能如下：1、 編輯生成以主頁形式存在的知識點構(gòu)件，知識點構(gòu)件中的媒體素材可以靈活編輯、處理；2、 可以插入表格及HTML源代碼，方便用戶使用及功能擴充；3、 可在主頁中生成圖象映射圖，還可以插入十多種頁面切換效果及50多種特殊效果；4、 提供使用方便的媒體素材庫，且與知識點編輯平臺實現(xiàn)無縫鏈接；5、 課件運行導(dǎo)航圖由可視化知識點鏈接平臺自動生成。3.2 知識點

13、構(gòu)件的組裝-可視化動態(tài)超鏈接快捷備課系統(tǒng)中的知識點構(gòu)件的組裝是通過可視化動態(tài)超鏈接實現(xiàn)的。超鏈接操作簡單，使教師能按照教學(xué)需要，只用鼠標(biāo)就可自由鏈接構(gòu)造教學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)，然后系統(tǒng)自動生成超媒體課件。3.3 開放超媒體結(jié)構(gòu)與導(dǎo)航知識點構(gòu)件組裝平臺的核心技術(shù)是實現(xiàn)知識點之間的超文本鏈接，系統(tǒng)超鏈接的開放性表現(xiàn)在： 系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫與鏈庫分離方法，不同的鏈接對應(yīng)不同的教學(xué)路徑和策略，鏈文件單獨列表管理； 提供了通用工具的集成環(huán)境，數(shù)據(jù)屬性對系統(tǒng)平臺不形成依賴，資源構(gòu)件可復(fù)用性強； 備課、授課在本環(huán)境內(nèi)進行，但創(chuàng)作完成的課件也可獨立運行，與平臺無關(guān)； 教學(xué)資源處理可跨網(wǎng)分布，任何一位教師和學(xué)生都可成為一個超

14、媒體課件的分布合著者； 構(gòu)件組裝平臺擴充容易，新功能模塊可方便地插入系統(tǒng)。由于超鏈接關(guān)系復(fù)雜，有效的“導(dǎo)航”策略很關(guān)鍵7。本系統(tǒng)采用的導(dǎo)航策略有如下幾種：導(dǎo)航圖導(dǎo)航-系統(tǒng)中利用系統(tǒng)提供超媒體鏈接的知識點網(wǎng)絡(luò)圖進行有效的動態(tài)導(dǎo)航，很有特色。用戶可通過瀏覽導(dǎo)航圖，確定自己當(dāng)前面對的節(jié)點位置，并且很方便地直接進入要去的下個節(jié)點。檢索導(dǎo)航。系統(tǒng)提供檢索機制供師生查詢，通過系統(tǒng)提供的信息網(wǎng)結(jié)構(gòu)，用戶逐步跟蹤相關(guān)節(jié)點，縮小檢索范圍，直到查到所需信息。其中檢索節(jié)點可用課程名、標(biāo)題、知識點名等多種方式設(shè)置。 快速按鈕導(dǎo)航。系統(tǒng)提供多種按鈕，快速轉(zhuǎn)到當(dāng)前節(jié)點的任意父節(jié)點或子節(jié)點。瀏覽歷史記錄：記錄在超媒體知識空

15、間所經(jīng)歷的歷史路徑，可隨時快速跳轉(zhuǎn)到以前瀏覽過的頁面。4 結(jié)論基于對象的構(gòu)件軟件體系結(jié)構(gòu)十年來雖然取得了巨大發(fā)展，但由于時間短，它在某些方面還有待進一步提高。首先，要制訂統(tǒng)一的構(gòu)件軟件技術(shù)規(guī)范,和提供構(gòu)件互操作機制。其次，用于開發(fā)和管理構(gòu)件的工具十分缺乏，不利于構(gòu)件技術(shù)的廣泛普及。第三，需要建立一套構(gòu)件軟件體系結(jié)構(gòu)、質(zhì)量保證和維護體系，使構(gòu)件的生產(chǎn)走上標(biāo)準(zhǔn)化的道路。這些同樣是教育構(gòu)件面臨的問題。根據(jù)IDG和Gartner等組織的預(yù)測， 2000年以后構(gòu)件技術(shù)逐漸成熟,將有超過半數(shù)的新應(yīng)用開發(fā)是基于構(gòu)件的。因此，圍繞教學(xué)資源構(gòu)件的制作、管理和應(yīng)用技術(shù)的教育應(yīng)用工程必將迅速發(fā)展。目前采用構(gòu)件思想的

16、課件開發(fā)工具還不多，應(yīng)用教育構(gòu)件開展教學(xué)和學(xué)習(xí)正在起步。當(dāng)務(wù)之急是要建立可共享的學(xué)科、課程等教學(xué)資源構(gòu)件庫。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，課件制作必需迅速轉(zhuǎn)向工程化制作，并制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以提高效率與質(zhì)量。為使教育與國際接軌，我們現(xiàn)在就應(yīng)提倡在提供各類課件的同時提供知識資源庫和多媒體教材素材庫，增強課件的開放性以利于推廣。教學(xué)資源構(gòu)件庫的研究除開放性、可重用性外，具有與異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的同構(gòu)性和可移植性以及動態(tài)更新，也是要解決的技術(shù)難點之一。參考文獻1 李強 王正志 構(gòu)件與構(gòu)件開發(fā)系統(tǒng) 計算機世界98光盤B盤專題報告2Liu Ganna ,Design and Implementation of Net Hypermedia Integrableware Authoring/Learning system,Proceedings of ICCE99,東京，日本 (1999.