（课程与教学论专业论文）基于java的中学数学辅助教学系统.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st i f e s i s 中文摘要 计算机辅助教学是一种新兴的教育技术，它是对传统教学的补充，是计算机应 用领域一个重要的分支。而计算机辅助教学系统能充分发挥网络在教学中的优势， 它为学生提供参与和自主学习的环境，为教师提供资源共享和集体备课以及师生互 动的平台。因此，计算机辅助教学系统充分体现以学生为主体、教师为主导的现代 教育思想。 本文从网络辅助教学系统的研究现状和发展前景入手，以现代教学理论为理论 基础，结合数学学科自身特点、j a v a 开发特点以及软件工程思想，对“基于j a v a 的中学数学辅助教学系统 做出需求分析和可行性分析，研究了系统实现的关键技 术，并在此基础上分析研究该系统的体系结构，给出整个系统的总体设计、详细设 计、各功能模块划分以及数据库设计。最后，本文对系统的测试和维护进行了简单 分析。 “基于j a v a 的中学数学辅助教学系统 以j 2 e e ( j a v a2e n t e r p r i s ee d i t i o n ) 技术、m v c ( m o d e l - v i e w c o n t r o l l e r ) 模式的思想为基础，采用b s 多层体系结构分 析并设计了网络教学系统，最终提出一个新型网络教学系统解决方案，主要包括“教 学辅导”和“网上答疑 两个子系统。从用户的角度来讲，系统也可以分为“学生 专区 、“教师专区”、“后台管理 三个子系统，三个子系统之间相互联系，管 理员控制教师和学生的权限，并对上传的资源进行审核，教师通过此平台上传课件， 发布教学信息，学生在线学习和下载自己所需资源，对学习的内容进行在线测试。 学生在线提问，教师针对学生的提问进行解答。 总之，基于j a v a 的中学数学辅助教学系统不仅仅是将教学资料在网上发布， 更多的是搭建学生与教师之间、学生与学生之间沟通与交流的系统平台。 关键词：计算机辅助教学；数学辅助教学系统；j a v a 平台；s t r u t s 2 ；h i b e r n a t e a b s t r a c t c a ii sn o wab u r g e o n i n ge d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y , i ti sac r i t i c a ls u p p l e m e n tt ot h e t r a d i t i o n a lt e a c h i n ga n di ti sa l li m p o r t a n tb r a n c ho fc o m p u t e ra p p l i c a t i o ni n d u s t r y c o m p u t e r - a i d e di n s t r u c t i o ns y s t e m sp l a yab i g r o l ei ni m p r o v i n gm a t ht e a c h i n gt h r o u g h t h en e t w o r k ，i tp r o v i d e ss t u d e n t sw i t hp a r t i c i p a t i o na n ds e l f - l e a r n i n ge n v i r o n m e n t ，f o r t e a c h e r si tb u i l d sat e a c h e r - s t u d e n tc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m ，t h e yc a ns h a r et e a c h i n g r e s o u r c e sa n da l s os h a r el e s s o n p r e p a r a t i o nn o t e s t h e r e f o r e ，c o m p u t e r - a s s i s t e dt e a c h i n g s y s t e mf u l l yr e f l e c t ss t d u d e n t b a s e da n dt e a c h e r - d o r m i n a t e dm o d e mt e a c h i n gp r i n c i p a l t h i sa r t i c l es t a r t sf r o mt h ec u r r e n tr e s e a r c hs t a t u sa n dd e v e l o p m e n tp o t e n t i a lo f n e t w o r k a s s i s t e dt e a c h i n gs y s t e m ，t a k e sm o d e mt e a c h i n gt h e o r ya st h et h e o r e t i c a l f o u n d a t i o n ，a n dm e a n w h i l ec o n s i d e r sm a t h e m a t i c a ls u b j e c t s o w nc h a r a c t e r i s t i c s ，t a k e s a d v a n t a g eo fj a v as o f t w a r ee n g i n e e r i n ga n di t sd e v e l o p m e n tf e a t u r e ，t h e j a v a - a s s i s t e d s e c o n d a r ys c h o o lm a t ht e a c h i n gs y s t e m ”，a sar e s u l t ，m a k e sr e q u i r e m e n ta n a l y s i sa n d f e a s i b i l i t ya n a l y s i s ，s t u d yt h ek e yt e c h n o l o g i e so fs y s t e mi m p l e m e n t a t i o n ，b a s eo nt h e s e s t u d y , i ta n a y z e st h es y s t e ma r c h i t e c t u r e ，g i v e st h ew h o l es y s t e md e s i g n ，d e t a i l e dd e s i g n ， a sw e l la st h ef u n c t i o nm o d u l e sa n dt h ed a t a b a s ed e s i g n f i n a l l y , t h i sp a p e rg i v e sa s i m p l ea n a l y s i st ot h es y s t e mt e s t i n ga n dm a i n t e n a n c e ”j a v a - b a s e ds e c o n d a r ys c h o o lm a t ht e a c h i n gs y s t e m ”u s e sj 2 e e ( j a v a2e n t e r p r i s e e d i t i o n ) t e c h n o l o g y , m v c ( m o d e l v i e w - c o n t r o l l e r ) m o d e lb a s e do nt h ei d e ao fu s i n g b sm u l t i t i e ra r c h i t e c t u r et od e s i g nt h en e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m ，e v e n t u a l l yp r o p o s ea n e wn e t w o r kt e a c h i n gs y s t e ms o l u t i o n s ，i n c l u d i n g ”r e m e d i a lt e a c h i n g ”a n d ”q u e s t i o n & a n s w e r ”a n d ”o n l i n ee x a m i n a t i o n ”t h e s et h r e es u b s y s t e m s f r o mt h eu s e r s p o i n to fv i e w , t h es y s t e mc a na l s ob ed i v i d e di n t ot h r e es u b s y s t e m sw h i c ha r e ”s t u d e n ta r e a ”，”t e a c h e r z o n e s ”a n d ”b a c ko f f i c es y s t e m ”，a n dt h ei n t e r l i n k a g e sb e t w e e nt h e t h r e es y s t e m s a d m i n i s t r a t o r sc o n t r o lt h ep e r m i s s i o no ft e a c h e r sa n ds t u d e n t s ，a n dv e r i f yt h er e s o u r c e s w h i c ht e a c h e r su p l o a d e d ，t e a c h e r sp u b l i s ht e a c h i n gm a t e r i a l s ，s t u d e n t sl e a r no n l i n ea n d d o w n l o a dt h e i ro w nr e s o u r c e sn e e d e da n dt h e nd oq u i zo n l i n e s t u d e n t sc a na l s oa s k q u e s t i o n s ，t e a c h e r sa n s w e rt h e i rq u e s t i o n s i ns h o r t ，t h ej a v a - b a s e ds e c o n d a r ys c h o o l si nt e a c h i n gm a t ht e a c h i n gs y s t e mn o t o n l yap l a t f o r mt op u b l i s hr e s o u r c e so nt h ei n t e m e t ，m o r eo v e ri t i sap l a t f o r mb u i l t 硕士学位论文 m a s t e r st l i ! s i s b e t w e e nt h es t u d e n t sa n dt e a c h e r s ，t h e yc a nc o m m u n i c a t ea n de x c h a n g ei d e a sb a s eo nt h e p l a t f o r m k e yw o r d s ：c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ；m a t ha s s i s t e dt e a c h i n gs y s t e m ；j 2 e e p l a t f o r m ；s t r u t s 2m v cm o d e ；h i b e r n a t eo rm a p p i n g 硕士学位论交 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：王童i j p 日期：加扩年f j 月二i j 卜日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：王谰f 日期：嘶年，1 月砰日 导师签名： 日期：加荸 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程 中的 规定享受相关权益。圃童诠塞量童后进卮；旦圭生；旦二生；旦三生发查! 作者签名：王姻p 日期：加孑年f f 月二f 日 导师签名： 膨印， 日瓤珈莎年l f 月z f 日 硕士学位论文 m a s t e r st t t e s i s 1 绪论 随着i n t e m e t 的发展与普及，我国教育改革的不断深化，素质教育和科教兴国 战略的提出和实施，w e b 不仅成为i n t e r n e t 上的主要信息资源，而且也正成为同益 盛行的嘲上教育的核心。计算机辅助教学作为新兴的教育技术，被认为是人类教育 史上继文字出现、学校创立、活字印刷之后的第四次教育革命，大力推广和普及计 算机辅助教学倍受国家教育部关注。如今，网上教育方兴未艾，农村中小学更是距 之甚远，作为教育工作者，积极投身基于w e b 的教学系统研究与开发，我们责无旁 贷。 1 1 概述 1 9 9 5 年，美国微软公司董事长比尔盖茨在他的著作未来之路罩写道：“信 息高速公路最大的益处将来自于它的教育正规教育和非正规教育中的技术应 用。”正如比尔盖茨所言，随着网络信息时代的到来和网络技术的飞速发展，一 种新兴的教育方式正悄然兴起。 1 1 1 课题的研究背景和意义 具体地说，主要有以下几个因素促成本研究工作的丌展： 第一，近年来，w o r l dw i d ew e b ( 最l j 平时所说的w w w 或w e b ) 被认为是最强大的 课程信息发布媒体，成千上万的课程已经上网，还有更多的学校和教师正考虑开展 基于w e b 的辅助教学。实际地、完整地实施基于w e b 的辅助教学，要有一套易用、 高效的网上教学支持平台支持。但是，纵观我国现代远程教学系统，大多数比较注 重教务管理，而对于教学支持这一方面则或多或少存在一些不足，大多只提供了网 上课程浏览和课件下载等基本服务，对于教学活动其它环节的支持不够理想，但网 上教学是一个发展的必然趋势，因此有必要先做一些研究工作。 第二，数学教学所面临的现状。中学的数学教学一般采用大班授课方式( 一般 都是5 0 人以上，多的达到近1 0 0 人) ，这带给教师的教学压力非常大，从而对教学 效果的保证带来了一些不利因素。数学课作为基础课程，辅导答疑和作业批改任务 非常艰巨，数学教研组的教师每学期平均要面对近几百个学生提出的问题，不同的 学生提出的问题重复率很高，但教师需要一对一回答；教师每周要批改大约1 5 0 本 作业本，并且这些工作中大多是简单重复的劳动，它们会占去老师和学生大量宝贵 硕士学位论丈 m 人s t e r 。st l i e s i s 的时间。为了保证教学质量和提高效率，也为了解放教师，让他们如何更好地组织 教学，创建一个w e b 的辅助教学环境，将教师的教学内容、常见疑难问题在网上发 布，并提供一个师生之间、学生之间方便讨论和交流的环境，是一个非常有效地解 决途径。 第三，2 0 0 5 年湖北省农村中小学远程教育试点工程在全省范围内全面铺开，总 投资4 5 亿元，全部农村学校均完成了建设任务，全省所有农村小学、初中和高中 都安装了卫星收视系统。利用这个空中网台，教师们能下载卫星传输的教学资源， 并在计算机上将其编辑成多媒体课件，让教学更直观、生动。在一些师资力量不足 的边远山区和贫困地区，学校还可以直接播放接收的教学节目，把优秀教师“请”进 课堂。它向农村中小学输送了大量优质的教育资源，为缩小城乡教育差别，实现城 乡教育资源共享起到了积极地促进作用。同时，也为新课程标准的推行，逐步实现 学生的学习方式和教师的教学方式的转变提供了强有力的帮助。但是，农村中小学 信息化教学条件较差，一台电脑，一台3 4 英寸的彩电加之一间多媒体教室远不能 满足学校教学的正常使用，在多媒体教室上一节课要提前几天预约，很多教师和学 生甚至一个学期都没进过多媒体教室一次。还有就是部分教师应用多媒体资源教学 的水平有待进一步提高，暂且不说自己制作，就连在网络上搜寻现成的优质媒体 资源都有困难。针对这个现状，笔者认为有必要制作一个符合学校实际需求的多媒 体辅助教学系统，安排专门的管理人员，将卫星收视系统的教学资源整理、装载到 辅助教学系统中，并发布到网上。这样，只要教师和学生自己家中有电脑，就可以 有效利用这些资源。 第四，我所资教的学校丹江口市第二中学，是一所条件比较差的普通高中。 每学期为迎接上级领导的评估和检查，需要花费大量时间和人力在各门课程各种资 料的收集和整理上。如果将这些资料整理在专门的网站上，就会节省大量人力物力， 也会方便评审专家查阅，节省时间。再者，我所在的数学组，常年积累了大量的考 试试卷、课件以及其它相关资料，它们是众多老师智慧和经验的结晶，若能一代代 传下来，定会对于未来教学具有指导意义。但这些资料越积越多，杂而乱，不利于 管理和查询，有些甚至被当成废纸卖掉，新一届老师宁愿花大量时间上网去重新寻 找教学资源，这就浪费了大量时间和精力。因此，为了自身的发展也需要将它们进 行整理上网。 1 1 2 计算机辅助教学的起源、发展及特点 计算机辅助教学( c o m p u t e r a s s i s t e di n s t r u c t i o n ，简称c a i ) 是教师为了提高教 2 。：- 7 、 硕士学位论文 m a s t e r st f i f s i s 学效果和效率，利用以计算机为中心的丰富的教学资源，改进传统教学，或为学生 提供一个学习环境，使学生通过与计算机的交互对话进行学习的一种教学形式。 第一个计算机辅助教学系统于1 9 5 9 年产生，由美国的i b m 公司研制开发成功。 在我国，由于历史的原因，c a i 的开展要推迟到8 0 年代初期。c a i 思想来源于美 国心理学家锡德尼普莱西( s i d n e yp r e s s e y ) 的“教学机器 和美困心理学家斯金纳 ( b e s k i n n e r ) “程序教学”两个概念，它的发展和普及都深受计算机科技的影响。 在计算机辅助教学的发展史上有两个重要的系统对后来的计算机辅助教学发展起 到了重要作用。一个是p l a t o 系统，由六十年代伊里诺斯大学的计算机工程师和 教育工作者共同研制而成；另一个是1 9 7 2 年m i t r e 公司与德克萨斯大学、杨伯翰大 学合作开发的t i c c i t 系统。此两大系统所强调的是与传统教学手段不同的互动性 及学习者控制的思想，充分表现了c a i 的基本精神，是c a i 发展史上的重要典范， 但这些系统都运行在大型计算机上，不利于普及。 1 9 7 8 年的a p p l ei i 以及1 9 8 1 年的i b m 个人电脑的出现和普及，对c a i 的发展 和普及影响很大。2 0 世纪8 0 年代末和9 0 年代初，多媒体计算机的出现，使计算机 具有综合处理文字、图形、声音、图象的能力，这些技术也使c a i 发展到一个新的 阶段。而1 9 9 1 年，美国麻省理工学院m i t 研究开发的a t h e n a ，开启了网络化c a i 的新纪元。随着i n t e r n e t 技术的发展，特别是美国s u n 公司“h o t j a v a 浏览器 的 推出，多媒体c a i 进入了互联网时代。时至今日，多媒体技术、虚拟实现技术、网 络技术在c a i 中应用更是百花齐放，远距离教学也成为各方关注的焦点，c a i 的研 究又将进入一个新的时代。 网络c a i 具有以下特点： 资源的共享性 网络资源共享包含了网络环境资源、网络信息资源、网络人力资源的共享。其 中网络信息资源是核心，它是一种以电子网络为存储载体和传播媒体的数字化信息 资源，具有取之不尽、用之不竭的非凡特性。 信息的时效性 c a i 软件在网络环境中，可以通过网络在极短的时间内获得所需的信息，如教 材、参考资料等。 访问的便捷性 它不受时间和空间的限制，学生可以按自己的时间表，随时随地进行学习 媒体的多样性 它能提供多种文本、动画、声音、影视等教学手段和方法以适应不同学生的学 3 硕士擘位论文 m 人s t e r st l l e s i s 习要求。 课堂的虚拟性 借助计算机的虚拟技术，直观地演示教学内容中的假设、推理，以及模拟教学 实验环境，让学生进行“实际”的实验操作，培养学生的动手能力。 使用的交互性 学生和教师可以快速的相互双向交流信息，教师通过计算机网络向学生教授课 程内容；师生间通过网络进行讨论、答疑：利用题库巩固和提高所学知识；教师通 过网络批改作业及试卷等。 学习者的个别性 学生可以根据自己的实际情况按照自己进程安排学习计划，教师可对学生的学 习情况和特点进行归纳、总结，以便进一步改进教学方法和教学内容。 1 1 3 基于j a v a 的网络辅助教学系统 基于w e b 的辅助教学是现代网上教学和远程教育研究的一个非常重要的方面， 由于将计算机应用于学科教学的所有活动都应该属于计算机辅助教学的范畴，因 此，基于w e b 的教学系统也理所当然的属于计算机辅助教学的范畴，并接受计算机 辅助教学理论的指导，遵循计算机辅助教学的规律。 基于j a v a 的辅助教学系统设计的基本出发点在于：基于j a v a 的网上辅助教学 不仅仅是将教学资料在网上发布，而更多的是搭建学生与教师之间、学生与学生之 问充分沟通与交流的系统平台，另外，传统教学过程中一些保证教学质量的关键环 节，如作业、考试、笔记等，都应该能够在网上得到很好的支持。 基于j a v a 的辅助教学，与传统的辅助教学相比，具有明显的优势，主要表现 在以下几个方面： ( 1 ) w e b 辅助教学资料以i n t e r n e t 为载体进行传播，有巨大的影响范围； ( 2 ) w e b 技术是一种跨平台、多媒体信息发布与浏览的技术，可以实现动态交互， 使开展形象生动、内容丰富的多媒体教学成为可能； ( 3 ) 如果我们在w e b 上提供完整的、丰富的教学资源，学生的学习进度和学习 方式就可以自由掌握。同时，w e b 技术的交互手段使得w e b 教学更容易实现由以教 师为中心的教学模式向以学生为中心的教学模式的转移。 ( 4 ) 学生可以通过w e b 辅助教学系统提供的功能与不同地点的教师和学生进行 交互，并获得教师的指导及同学之间的交流与协作。 ( 5 ) 随着辅助教学系统提供的资源的数量和质量越来越高，人们越来越愿意使 4 硕士学位论文 m a s f l e r st h e s i s 用辅助教学系统来进行学习。“以学生为巾心、教师为主导，充分利用i n t e r n e t 上 的各种资源进行自主学习”这种全新的教学模式更利于因材施教。 基于w e b 的教学系统主要具有以下一些特点： ( 1 ) 教学信息资源的开放性：基于w e b 的教学几乎可以覆盖所有地区，面向所 有的有学习要求和学习能力的人，向社会各界人士提供平等接受教育的机会，实现 “有教无类”的教育理念。 ( 2 ) 教学信息资源丰富：i n t e r n e t 已经成为全球最大的电子信息资源库，学习 者可以从中获得各种各样与学习相关的信息资料，为学习者的深入学习和研究提供 了极为有利的条件； ( 3 ) 教学资源共享：基于w e b 的教学，可以在全球范围内实现优秀教育资源和 教育方法共享，从而极大地避免了对教育的重复投入，节省办学经费，提高办学效 益： ( 4 ) 时空不限：基于w e b 的教学不受学习时间和学习地点的限制，这种特点尤 其适合远程教育、开放教育、业余教育、成人教育和终身教育等； ( 5 ) 学习的交互性：基于w e b 教学，学习者在学习过程中不仅能够实现人机交 互，同时还能够实现人与人之间的交互，做到人机优势互补； ( 6 ) 学习的个别化与协作化：基于w e b 教学，学习者拥有充分的学习自主权， 可以根据自己的兴趣、学习程度等因素来决定自己的学习内容、学习方式和学习进 度等，实现因材施教的个别化教育模式。另外，w e b 教学支持开展协作学习； 基于j a v a 的辅助教学，就是利用w w w 作为教学媒体传送教学内容，在网上实 施教学、管理教学，并进行网上测试和网上交流。作为教学媒体，其优势不仅在于 它是很好的内容载体，可以随时随地访问，还在于它提供了很多交流渠道，可以促 进师生之间、学生之间的充分讨论，这对于提高教学质量、促进学生高级认知能力 的开发是十分重要的。 1 2 课题解决的问题及本文主要工作 1 2 1 课题解决的问题 本课题解决了“基于j a v a 的中学数学辅助教学系统”的结构设计与实现技术， 具体实现了教学辅导和网上答疑两大部分。网络在线学习部分主要包括学生、教师 以及管理员三个模块。学生可以实现在线学习，在线提问，在线修改个人信息；教 师可以实现在线课件提交，答疑，以及在线试题管理；管理员可以实现在线更改个 5 硕士学位论文 m 人s t e r st h e s i s 人信息，班级管理和公告管理。本系统为学生提供了一个自由的网上学习天地，除 有与本课程有关的学习资源外，也可加入一些课外学习资料，开阔学生视野。 1 2 2 可行性分析 计算机网络技术的不断发展和我国网络设施的不断完善，为建立网络辅助教学 系统提供了很好的基础。功能强大的计算机的出现，使得网络辅助教学系统可以使 用强大的计算机作为w e b 服务器和应用服务器，使得系统可以有更快的运行速度和 更稳定的运行平台。大量的网络开发工具使得丌发网络辅助教学系统变得容易。数 据库技术的不断发展，使得网络辅助教学系统可以有功能齐全的数据库系统作支 持。而网络技术的发展，安全性能的不断提高，使得网络辅助教学系统有一个坚实 的载体和应用环境。而网络的不断发展和完善，使得网络辅助教学系统有一个很好 的网络环境。因此，无论从硬件或者软件上来说，建立网络辅助教学系统都是可行 的。 从具体情况来看，湖北省农村中小学远程教育试点工程在全省范围内全面铺 开，迫切需要辅助这项工程的辅助教学系统，以使得卫星传输的教学资源能被各学 校教师和学生方便利用。本系统可将卫星收视系统的教学资源整理、装载到辅助教 学系统中，并发布到网上。这样，只要教师和学生自己家中有电脑，就可以有效利 用这些资源。 从技术可行性来讲，本系统使用j a v a 及其相关技术，结合研制人员的自身能力 以及开发时间，完全能够完成该系统的制作。 从运营上来讲，由于本系统是针对教与学来设计的，所以它必将在学校中广为 运用，并起到很好的效果，因此运营上可行。 经过以上分析，本系统的设计与实现是可行的，可以投入开发。 1 2 3 本文主要工作 本论文研究并实现基于j a v a 的辅助教学系统，该系统主要用于对中学数学课 程的辅助教学，包括教师的网上备课、辅导、答疑，学生在线学习、资料查阅、在 线提问等方面。 本文的研究内容包括以下几个方面： 计算机辅助教学及网络发展； 基于j a v a 的中学数学辅助教学系统的可行性分析； 对学习者的学习心理和学习行为进行研究，以便设计出更优质的计算机辅助教 6 硕士学位论文 m a s t e r4 st i i e s l s 学系统； 整个辅助教学系统的系统分析与设计，包括它的体系结构、各功能模块的功能、 操作流程和权限以及软件开发的平台等等； 数据存储设计与维护方面，包括文件存储区的设计、相关数据库的设计和维护 等等； 一些关键实现技术的学习、整合和应用，包括j a v a 、s p r i n g 、m v c 框架、s t r u t s 、 h i b e r n a t e 等等； 系统做完后，还要进行系统测试，需要学习常用的测试方法，还要将系统应用 于实际教学当中进行测试。此外，要学习一些安全性策略，以便对系统进行维护。 7 硕士学位论文 m a s t e r st i i e s l s 系统设计开发的理论基础 网络辅助教学系统是计算机网络技术在教育学中的应用，它将计算机科学、教 育学、心理学、行为科学等多学科结合在一起，除了技术支持之外，以现代教育理 论作为其理论指导。具体包括信息化教育理论、教学设计理论、建构主义学习理论、 合作学习理论和个别化学习理论等。 2 1 信息化教育理论 信息化教育是在现代教育思想、理论的指导下，运用现代信息技术，开发教育 资源，优化教育过程，以培养和提高学生信息素养为重要目标的一种新的教育方式。 信息化教育的本质是实现信息与知识共享。从技术层面上看，信息化教育的基 本特点是数字化、网络化、智能化和多媒体化：从教育层面上看，信息化教育的基 本特点有教材多媒体化、资源全球化、教学个性化、学习自主化、任务合作化、环 境虚拟化、管理自动化。 2 2 教学设计理论 教学设计是以获得优化的教学效果为目的，以学习理论、教学理论及传播理论 为理论基础，运用系统方法分析教学问题，确定教学目标，建立解决教学问题的策 略方案、试行解决方案、评价试行结果和修改方案的过程。 教学设计研究中最具代表性的模式有：加涅( r m g a g n e ) 提出的教学设计原则、 梅里尔( m d m e r r i l l ) 的成分显示理论( c o m p o n e n td i s p l a yt h e o r y ) 、瑞格路斯 ( c r e i g e l u t h ) 的精致理论( e l a b o r a t i o nt h e o r y ) 以及斯肯杜拉( j s c a n d u r a ) 的结 构学习理论( s t r u c t u r a ll e a r n i n gt h e o r y ) 等。 总之，教学设计理论是以帮助学生的学习为目的，它常以学生学习所面临的问 题为出发点，寻找问题，确定问题的性质，研究解决问题的办法，从而达到解决的 目的。因此，教学设计是以问题找方法，而不是以方法找问题，使教学工作更具有 目的性。 2 3 学习理论 基于j a v a 的中学数学辅助教学系统是对传统教育思想、教育观念的变革。远 8 硕士学位论文 m a s t e r st t i e s i s 程教学模式的构建，必须在现代教育理论、学习理论的指导下完成，必须符合现代 教育理论。 2 3 1 建构主义学习理论 建构主义的思想来源于认知加工学说，以及维果斯基、皮业杰和布鲁纳等人的 思想。建构主义学习理论强调以学生为中心。它不仅要求学生由外部刺激的被动接 受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者，而且要求 教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。这就意 味着教师应当在教学过程中采用全新的教学模式、全新的教学方法和全新的教学设 计思想，因而必然要对传统的教学理论、教学观念提出挑战，从而在形成新一代学 习理论建构主义学习理论的同时，逐步形成与建构主义学习理论、学习环境相 适应的新一代教学模式、教学方法和教学设计思想。 网络教学正是基于建构主义学习理论而产生的。计算机网络为学习者提供了良 好的建构学习环境，主要包括丰富的学习资源、信息检索与查询工具、各种通信工 具等，支持学习者独立或合作获取知识。在网络教学的环境中，教师根据教学目标， 确定问题的种类，然后利用网络技术中的信息检索与查询等工具，确立达到目标的 最佳学习环境，促进学生进行建构学习。学习者则可以根据自己的实际情况建构知 识，完成学习任务。因此，以建构主义理论为基础的辅助教学系统的软件设计应强 调以下关键点： 强调“情境 的创设及其对意义建构的重要作用。 把学习者主动建构所学知识的意义即“意义建构”作为软件设计的目的。这 要求把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系，并对这种联 系加以认真思考，“联系”与“思考”是意义建构的关键。 使用探索法、发现法、随机访问教学法等能够充分发挥学生主体性的方法来 建构知识的意义。 强调“协作”和“会话。因为学习者与周围环境的交互作用，对于学习内 容的理解起着关键作用。 2 3 2 合作学习理论 合作学习理论强调在师生真诚的合作中实现目的与手段、教学与教育、教学与 发展的深刻的一致性。学生在网络教学环境中，可以通过计算机的信息网络系统快 速、准确地查阅有关的知识，在i n t e r n e t 和i n t r a n e t 中，学生还可以通过b b s ， 9 ： 硕士学位论文 m 人s t e r st i - i e s i s c h a tr o o m ，e m a il 、i c q 等计算机网络功能进行交流，学习者可以选择性地对某一 问题展开讨论、协商、会话，每个人根据自己对问题的看法与解决方案发表意见， 实现学习者之问的信息交流，同时培养学习者的社交能力与创造能力。 2 3 - 3 个别化学习理论 个别化学习理论是以个体各自特点为出发点，以发展个性为日标，以服务社会 为归宿，以适应个人需要为原则，以学生自我管理和自主学习为活动方式的教学。 从教学活动本身看，个别化教学包括两方面：第一，在个别化教学中，教学活动让 位于学习活动，教学从学习者本人出发，把教学的对象变成自我教育的主体，受教 育的人成为自我教育的人；第二，学习者成为教育与教学活动的中心，随着个体的 发展允许他有的自由越来越大，并且学习者决定其学习内容、学习方式以及学习时 间与地点、教学内容与方法。基于j a v a 的中学数学辅助教学系统中的教学辅导就 是个别化学习理论的最好体现，它为学习者提供了种类繁多、数量庞大的知识信息， 既有面向教学需要的系统教学内容，又有扩大学习者知识面的各种学习资源。学习 者可以根据自己的能力、水平、爱好，选择所需要的知识内容，明显适合于个别化 自主学习。自学能力强的学习者可以从中获取个人所需的大量信息，自学能力差的 学习者可以根据自己的实际情况适当的选择学习内容，循序渐进地学习知识。因此， 在目标明确的条件下，学习者可以自己找到问题的答案，问题解决的过程就是自学 能力锻炼成长的过程。 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 系统的设计与实现的关键技术 3 1 系统开发软硬件要求 硬件要求： 本系统对硬件无具体要求，建议配置如下： c p u ：c e l e r o n2 0 g 及以上 内存：5 1 2 m 及以上 硬盘：1 5 g 及以上 软件要求： 操作系统： w i n d o w s 2 k x p 2 0 0 3 v i s t a 或者任意u n i x 操作系统，本系统在w i n d o w sx p p r o f e s s i o n a l s p 2 上开发。 w e b 服务器： 支持s e r v l e t 2 4 j s p 2 0 规范的任意服务器，本系统在t o m c a t 6 0 上开发。 数据库： h i b e r n a t e 支持的任意数据库，本系统在m y s q l 5 0 上开发。 3 2 关键技术概述 3 2 1j a v a j a v a 既是一种编程语言，又是一个平台。j a v a 是具有以下特征的高级程序语 言：简单、面向对象、可分布、可解释、强壮、安全性、结构化、轻便、功能强 大、多线程、动态。 j a v a 既可以被编译，也可以被解释。通过编译器，可以把j a v a 程序翻译成一 种中间代码，称为字节码。它可以被j a v a 解释器解释成独立于平台的代码。通过 解释器，每条j a v a 字节指令被分析，然后在计算机上运行。只需编译一次，程序 运行时解释执行。下图说明了它是如何工作的： 硕士学位论文 m 人s t e r st h e s i s 图1 ：j a v a 工作原理 平台是程序运行的硬件或软件环境。j a v a 平台与大多数其它平台不同之处在于 它是运行于其它基于硬件平台的纯软件平台。大多数其它平台是硬件和操作系统的 厶士 ；口口o 3 2 2 三层体系结构 所谓三层体系结构，是在客户端与数据库之间加入了一个“中问层”，也叫业 务逻辑层。这里所说的三层体系，不是指物理上的三层，不是简单地放置三台机器 就是三层体系结构，也不仅仅有b s 应用才是三层体系结构，三层是指逻辑上的三 层，即使这三个层放置到一台机器上。 三层体系结构里，应用程序把表示层、业务逻辑层和数据库分开，将业务规则、 数据访问、合法性校验等放到了中间层业务逻辑层进行处理，如图所示。通常 情况下，客户端不直接与数据库进行交互，而是通过c o m d c o m 通讯与中间层建立 连接，再经由中间层与数据库进行交互。 图2 ：三层体系结构图 这样的优越性有以下几个方面： ( 1 ) 由于数据访问是通过中间层进行的，因此客户端不再与数据库直接建立数 据连接。 1 2 硕士学位论文 m a s f e r st i i e s i s ( 2 ) 可维护性得以提高。 ( 3 ) 良好的可重用性。同样，如果需要开发b s 应用，则不必要重新进行数据 访问、业务规则等的开发，可以直接在w e b 服务器端调用现有的中问层( 如可以采 用s e r v l e t 开发，或直接编写j s p 代码进行调用) 。 ( 4 ) 事务处理更加灵活，可以在数据库端、应用服务器中进行事务处理。三层 结构基本解决了两层结构的缺点，将显示部分和逻辑流程控制分开，利用服务器应 片j 程序实现显示部分，利用、j k 务逻辑层实现程序的流程控制，分层不仅使维护更加 方便，而执行效率也会有所提高，但是相对部署起来就比较困难一些。 3 2 3m v c 设计模式 m v c 是一种目前一泛流行的软件设计模式，是2 0 世纪8 0 年代中期在s m a l l t a l k 种经典的面向对象程序设计语言) 实验室发明的。近来，随着j 2 e e 的成熟，它正 在成为在j 2 e e 平台上推荐的一种设计模型，也是j a v a 开发者非常感兴趣的设计模 型。随着网络应用的快速增加，m v c 模式对于w e b 应用的开发无疑是一种非常先进 的设计思想。 ( 1 ) m v c 设计思想 m v c 英文即m o d e lv i e w，即把个应用的输入、处理、输出流程_controller 按照m o d e l 、v i e w 、c o n t r o ll e r 的方式进行分离，这样一个应用被分成二个层一模 型层、视图层、控制层。 视图( v i e w ) 代表用户交互界面。一个应用可能有很多不同的视图，m v c 设计模 式对于视图的处理仅限于视图上数据的采集和处理，以及用户的请求，而不包括在 视图上的业务流程的处理。业务流程的处理交予模型( m o d e l ) 处理。 模型( m o d e l ) ：就是业务流程状态的处理以及业务规则的制定。业务流程的处 理过程对其它层来说是黑箱操作，模型接受视图请求的数据，并返回最终的处理结 果。业务模型的设计是m v c 最主要的核心。m v c 并没有提供模型的设计方法，而说 明怎样组织管理这些模型，以便于模型的重构和提高重用性。 控制( c o n t o r l l e r ) 可以理解为从用户接收请求，将模型与视图匹配在一起，共 同完成用户的请求。划分控制层的作用也很明显，它就是一个分发器，选择模型、 视图和用户请求。控制层并不做任何的数据处理。 综合上述，m v c 是构筑软件非常好的基本模式，它将业务处理与显示分离，强 迫将应用分为模型、视图以及控制层，增加了应用的可拓展性。总之，m v c 模式使 应用更加强壮、有弹性，更加个性化。 1 3 硕士学位论丈 m a s t e r s t i i e s i s 3 2 4j d b c 数据库访问 j d b c ( j a v a d a t a b a s e c o n n e c tivit y ) 是用于执行s q l 语句的j a v a 应用程序接口， 由一组用j a v a 语言编写的类与接口组成。j d c b 支持基本s q l 语句，提供多样化的 数据库连接方式，为各种不同的数据库提供统一的操作界面。j d c b 是一种规范，它 让各数据库厂商为j a v a 程序员提供标准的数据库访问类和接口，这样就使得独立 于d b m s 的j a v a 应用程序的开发工具和产品成为可能。 将j a v a 和j d b c 结合起来将使程序员只须写一遍程序就可让它在任何平台上运 行。简单地说，j d b c 可做以下四件事： ( 1 ) 构造s o l 语句； ( 2 ) 与数据库建立连接； ( 3 ) 执行s q l 语句； ( 4 ) 处理结果。 j d b c 工作原理如图所示 j db c a p ij d b c 牟= 爿巾b c 驱动程序r o r 。r a c kl o r a e 1 e j a v a 驱