（课程与教学论专业论文）基于bs结构的《固体物理》多媒体网络课程的研究.pdf

基于b s 结构的固体物理多媒体网络课程的研究 摘要 网络教育是现代教育发展的有效手段和必然趋势，它在实现共享教育资源、 提高教育效率等方面具有重要作用。本文调研了国内外网络教育的现状，讨论 了网络课程的设计与开发理论、基本原则，介绍了网络课程的体系结构、页面 设计。采用基于b s 结构的a s p 动态网页技术构建固体物理网络课程。利 用d r e a m w e a v e rm x 制作动态网页。网络课程包括教案学习、多媒体动态演示、 习题测试、b b s 论坛和计算机数值模拟等功能模块。在教学资源研制中，采用 f l a s h 技术和v r m l 语言设计动画演示文件。根据固体物理课程计算复杂的 特点，开展基于m a t l a b 的计算机数值模拟，严格遵循物理原理和公式，利用 m a t l a b 软件实现物理过程的可视化，从而达到直观、形象的教学效果，培养学 生创新和科学探索精神，使固体物理网络课程成为研究型和助教助学的网 站。 关键词：固体物理网络课程f l a s h 动画m a t l a b虚拟现实技术 t h e s t u d y o ns o l i ds t a t ep h y s i c sm u l t i m e d i an e t w o r k c o u r s e b a s e do nb ss t r u c t u r e a b s t r a c t 0 n l i n e e d u c a t i o ni st h ee f f e c t i v em e a n sa n di n e v i t a b l et r e n d o nt h e d e v e l o p m e n to fm o d e r ne d u c a t i o n ，i th a si m p o r t a n tf u n c t i o n i n r e a l i z i n gs h a r i n g e d u c a t i o n a lr e s o u r c e s ，i m p r o v i n ge d u c a t i o n a le f f i c i e n c ya n de t c t h et h e s i ss u r v e y s a n ds t u d i e st h ec u r r e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lo n l i n ee d u c a t i o n ，h a s d i s c u s s e dt h et h e o r yo fd e s i g na n dd e v e l o p m e n t ，b a s i cp r i n c i p l e ，a n di n t r o d u c e s t h es y s t e ms t r u c t u r ea n dp a g e so fn e t w o r kc o u r s e a d o p ta s pd y n a m i cw e b p a g e t e c h n o l o g y b a s e do nb ss t r u c t u r et oc o n s t r u c tn e t w o r kc o u r s eo fs o l i ds t a t e p h y s i c s u t i l i z ed r e a m w c a v e rm x s o f t w a r et om a k et h ed y n a m i cw e b p a g e n e t w o r k c o u r s ei n e l u d e sf u n c t i o nm o d u l e ss u c ha sc o u r s el e a r n i n g ，m u l t i m e d i ad e m o n s t r a t e ， e x e r c i s e st e s t i n g ，f o r u ma n dc o m p u t e rn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n de t c o nt h er e s e a r c h o ft e a c h i n gr e s o u r c e ，a d o p tf l a s h t e c h n o l o g ya n dv r m ll a n g u a g et od e s i g nt h e a n i m a t i o n s a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fc o m p l i c a t e dc a l c u l a t i o n ，l a u n c ht h e c o m p u t e r n u m e r i c a ls i m u l a t i o nb a s e do nm a t l a bs o f t w a r ea n dr e a l i z e t h e v i s u a l i z a t i o no f p h y s i c sc o u r s e ，f o l l o w i n gp h y s i c a lp r i n c i p l ea n df o r m u l a ss t r i c t l y ， t h u sa t t a i n st h ei n t u i t i o n i s t i ca n dv i s u a lt e a c h i n gr e s u l t ，t r a i ns t u d e n t si n n o v a t i n g a n ds c i e n c ee x p l o r a t i o n ss p i r i t ，m a k es o l i ds t a t ep h y s i c sn e t w o r kc o u r s eb e c o m e w e b s i t eo fr e s e a r c ha n da s s i s t a n tt e a c h i n ga n dl e a r n i n g ， k e y w o r d s ：s o l i ds t a t ep h y s i c s ，n e t w o r kc o u r s e ，f l a s ha n i m a t i o n ，m a t l a b ， v i s u a lr e a l i t yt e c h n o l o g y 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。 主席： 委员： 答辩委员会签名： 翻身百 ( ) 伊小玖 f 肥工业大学 副教授 蜘 ， d 可 ， 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得盒胆兰些盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签字：签字日期： 年月e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金魍王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金 g b 王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 纠囊军 导师签名： 南峪 签字日期：口 年j 月? 1 日签字目期：c ，r 年；月2 夕日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 致谢 本人在三年的硕士研究生课程学习和撰写学位论文的过程中，自始至终得 到了我的导师高峰副教授的悉心指导，无论从课程学习、论文选题，还是到收 集资料、论文成稿，都倾注了高峰老师的心血，由衷感谢高峰老师在学业指导 及各方面所给予我的关心，老师严谨的治学作风、诲人不倦的教育情怀，将使 我终身受益。 特别感谢理学院何晓雄教授、邓铁如教授在我学习和生活上的无私帮助和 支持，他们宽厚的胸怀和广博的学识令我终生难忘，在此谨向两位老师表示衷 心的感谢。 感谢梅忠义副教授对我真诚的帮助和悉心的教导，感谢邓小玖教授、罗乐 副教授和马力平副教授等老师的热情指导和帮助。 同时感谢我的同学唐震、景佳、宋钢、徐元英、丁虎、章毛连和张春早等 在硕士期间给与的关心和帮助。 最后，特别感谢我的父母和姐弟多年来对我无条件的支持和关心，在此向 他们表示深深的谢意! 感谢所有帮助过我的亲人、领导、师长、朋友和同学。 作者：刘建军 2 0 0 5 年2 月 第一章绪论 1 1 多媒体网络教育的概况 网络教育是2 0 世纪8 0 年代以来国际教育发展的共同趋势。据统计，世界上 已有1 0 0 多个国家开展了网络教育，全球对高等教育的需求正在大幅上升，预计 到2 0 2 5 年，大学生是使用网络最多的人群。权威人士预见，未来大学课程将全 部网络化，可见网络教育的作用是传统教育所不可替代的。世界经合组织的研 究表明，从1 9 9 5 年至2 0 0 4 年，全世界网络教育的市场规模每年将以4 5 的速度 增长。联合国教科文组织表明，1 9 9 8 年全世界已建立网站的学校，仅大学就超 过4 5 0 0 家，2 0 0 0 年全世界8 5 的大学将拥有自己的网站，而其中的四分之一左 右会推出网络教育课程”- 。 1 2 国外多媒体网络教育的发展状况 当今世界以网络大学、电子大学和虚拟大学为代表的新一代网络教育在世 界各地竞相兴起，其发展迅猛异常，美、英、德、日等国尤为明显，在教育政 策与推行方法中各显神通。 在网络教育方面，美国率先进行了大量的研究和试点。1 9 9 8 年美国投入5 1 0 亿美元巨资，旨在使每一位美国公民都能利用信息技术进行终身学习 z j 。1 9 9 9 年，美国建立了网络教育委员会( w e b - - b a s e de d u c a t i o nc o b m m i s s i o n ) ，负责构 建发展远程教育的政策体系，建立长久的三维网络，为终身学习提供指导。美 国目前已有4 2 0 多所大学建立了网上虚拟学校，开设了2 0 0 多个专业，拥有学生 1 0 多万人j 。美国最大的网络学校凤凰大学有6 0 个校园，学生遍及美国各地， 也有英国、加拿大学生。该校成立至今已二十多年，学生近5 万名”j 。 在英国，英国政府宣布1 9 9 8 年是英国的网络年，1 9 9 8 年1 0 月实施全国上网 学习计划，其重点放在“为全国教师提供机会，以更新他们的信息和通讯技术能 力。”到2 0 0 0 年网络教育投入已达到1 5 亿英镑。目前英国政府拨出4 亿5 0 0 0 万 英镑的新款项，以资助2 0 0 0 年到2 0 0 2 年间的全国上网学习计划，拟定统一的网 络教育计划和实施细则，未来的远程教育将主要依赖i n t e r n e t ，不仅实施基础教 育，而且大部分专业培训也将在网上完成p j 。 在德国，德国计划推出一项名为“信息社会的改革与利用”的互联网普及计 划，把眼光投向了全方位的全民开发模式，不仅针对学校，而且面向家庭和社 会。2 0 0 0 年，德国有一万所学校上网，其中的1 4 推出网络教育，为此投入资 金将高达5 9 0 0 万马克一1 。 在日本，日本政府已拨款1 2 0 0 亿日元，在2 0 0 2 年使全国所有的学校入网， 并使网络教育与多媒体计划结合起来。从2 0 0 0 年开始在教师培训阶段设立“信息 设备操作”的实用课程，并把它列入培训学分制的计算考核范畴。 此外，新加坡、以色列、韩国、巴西、马来西亚、智利、突尼斯等国也已 开始实施网络教育计划。印度希望利用其软件优势在全国建立教育网络，使国 内数以亿计的文盲有机会接受最起码的基础教育。世界上大部分大学竞相发展 在线课程。据统计，全球已有8 0 0 所大学通过互联网络提供网上学位课程，如哈 佛大学、麻省理工学院、英国剑桥大学都已允许国外学生进行网上注册、异地 学习学位课程。各国政府或地区使用最先进的电子和信息技术来进行教学，使 全民都有机会接受高水平的教育和培训。 1 3 国内多媒体网络教育的现状及发展 中国的网络教育是随i n t e r n e t 的发展而同步增长，中国第一个网上教育项目 是由北京一所重点中学1 0 1 中学和一家商业企业在1 9 9 6 年9 月联合设立的。 他们创办的c h i n a e d u c o r n 网站迅速成为首都其它教育机构的效仿对象。 1 9 9 4 年底，中国开始兴建专门的网上教育基础设施。当时国家教委帮助1 0 所高校进行协作，共同开发中国教育研究网。清华大学在这项工程中发挥了领 头作用。此后，高校各项网上教育计划迅速发展起来。1 9 9 8 年4 月湖南大学筹办 了国内第一所“网上大学”，它与清华大学等4 所学校被国家教育部首批确定为现 代远程网络教育的试点院校之一。1 9 9 8 年底，广东南海市l l8 名学员通过互联网 读上了清华大学的教学课程。，在此之后，山东青岛市开通了“全通达1 0 1 远程教育教学网”，为青岛市的中学生打通了一条通向北京1 0 1 中学的便捷之门。 中国人民大学现代远程教学网筹建于1 9 9 8 年，在北京、河北、山东、天津、 南昌和深圳等1 4 个地区同时推出国家承认学历的高中起点专科、高中起点本科、 专升本及研究生教育。1 9 9 9 年，北京邮电大学和中国电信联合建立了远程教学 网，在广东、辽宁、北京和天津等地招收了计算机工程和通信工程专业的1 0 0 0 多名本科生，1 5 0 名研究生。2 0 0 0 年4 月，由清华大学等著名高校和北京市委信 息中心共同开办的中国第家网络大学开学，招收了全国各通( 包括港澳地区) 和美国的5 0 0 余名学生。2 0 0 0 年复旦大学网络教育学院、上海交通大学网络学院、 同济大学网络学院运用网络教学，学生经考试成绩合格，取得相应学分，可获 得复旦、交大或同济大学颁发的毕业文凭( 网络教育) ，符合学士学位条件的， 由上述大学授予学士学位。自教育部首次批准部分高校试点远程教育以来，我 国的网络大学已经走过了6 年历程。在短短6 年多的时间，举办网络教育的试点 院校由最初的4 所，扩大到目前的6 8 所，目前我国网络大学已开设9 大类1 5 3 个专 业，在学人数也已达到近2 5 0 万人1 。我国的网络教育正式进入实质性阶段。 教育部决定从2 0 0 1 年起用五到十年左右时间在全国中小学基本普及中小学 信息技术教育，全面实施“校校通”工程，使全国9 0 左右的独立建制的中小学 校能够与网络连通，使每一名中小学师生都能共享网上教育资源。国家教育部 已决定启动现代远程教育工程，其目标是n 2 0 1 0 年基本形成多规格、多层次、 多形式、多功能，具有中国特色的现代化远程教育体系。 1 4 网络课程建设面临的问题 随着网络教育的蓬勃发展，与之相适应的资源建设也日益受到人们的重视。 众所周知，网络教育有三大基础：硬件、软件和网络教育资源：随着i n t e r n e t 技术及其向宽带、高速、多媒体化方向的快速发展，硬件、软件方面的优势将 逐渐弱化，教育资源的优势必将越来越重要，最终将成为决定网络教育成败的 关键所在。而网络课程是教育资源非常重要的组成部分。网络使教与学活动产 生了时空的分离，教师不再是直接的教育者。教育目标通过网络课程来实现， 教学活动围绕着网络课程展开，因此开发适用于网络教育的商质量的课程成了 我国发展网络教育的一个非常重要而迫切的课题。网络课程的建设已引起我国 教育部门和教育专家、学者的广泛关注，进行了大量的研究、实践，并取得了 一些阶段性的成果。 然而，我们对已开展网络教育的一些高校网络学院( 远程教育学院) 和比较 有名的中小学网校的网络课程建设进行了网上调研以后，发现当前的网络课程 建设存在一些共同的问题p 儿。 ( 1 ) 重教学内容呈现，轻学习环境设计 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。在建构主义学习环境下，教学设计不仅要 考虑教学目标分析，还要考虑有利于学习者建构意义的情境的创设问题，并把 情境创设看作是教学设计的最重要内容之一l l 。在网络环境下的学习，要求必 须更加自主地进行意义建构，因此情境的创设尤为重要，网络课程不是仅提供 资料，而是影响学生使其成为自己的“教师”。而目前大部分网络课程仍强调 “教”，强调知识的传授。一进去就开始知识教学，而没有给予一定的情境导 入。我们调研了很多网校及网络学院，发现大部分的课程都是文本教学材料或 教师讲稿的简单呈现。有些课程内容比较空洞，没有根据教学目标对整个课程 作统一的规划，网上只有一两节课的讲稿和试题库，没有给学习者设置模拟真 实的学习情境，缺少一些让学习者去解决的现实问题，无法让学习者进行小组 协作、角色扮演、讨论、问题解决学习。学习者在学习时，只能被动地接受教 学内容或去讨论组发表自己的些看法。归结到一点，就是没有充分体现学习 者的主动性。 ( 2 ) 教学内容的表现形式单一 目前大部分的网络课程都以网页形式呈现，这是符合网络教育特点的，也 是我们网络教育课程开发的一个趋势。然而目前大部分的网页都以静态方式展 现，其组织方式也是线性的，其更新频率也不够快。 ( 3 ) 自主学习资源不足 自主学习是网络教育的一大特色，学习者通过自主学习，实现学习活动的 时空分离。目前网络课程在自主性学习方面只是体现学习者自己学习这一点， 并没有为他们提供种种有利于进行自主学习的资源。网络用户的广泛性，使教 师可能无法预测网上学习者的原有认知结构和水平。对于一门课程来说，不可 能做百科全书式，只能关注本课程的教学，这样对于原来对该领域不甚了解的 学习者来说，就存在一定的难度，尤其是一些专业性非常强的学科，这些学习 者就非常需要相关知识的电子图书馆式的资源库。而对于所有的学习者来说， 在他们要对自己的学习效果进行检查时，就需要课程提供大量的相关案例，使 他们在解决案例的过程中进行知识的再次建构。 ( 4 ) 导航系统不强 互联网给学习者提供了丰富的超媒体资源，为学习者创造出了一种由他们 自行控制的学习环境，如果缺乏导航系统，就会使一些学习者迷航，产生一种 无所适从的感觉，从而降低学习的效率。久而久之，会使学习者的信心受到影 响。g a y l e 等人( 1 9 9 9 ) 的教育实验显示，在航行中高分组的学习者是靠自信、系 统指示与练习为基础来做航行决定的，他们较少依靠好奇、熟悉和兴趣等来产 生航行决定，而且在学习之后的测验中所得分数也比较高“。目前有很少一部 分课程给出课程单元数、学时数、学习目标，而且往往存在以下问题：没有建 立帮助学习者了解学习该课程所需要的知识水平、自己的知识层次、学习进度 和学习方法的系统；一门课程的组织是线性的，不是层次状或网状的，也不支 持学习单元之间的查询、检索功能，学习单元之间的切换只能靠前进、后退或 从头开始实现，不便于跳跃性学习；学习者只能靠记忆来确定自己的学习位置， 系统不能记录学习者的学习路径、学习心得，学习者一旦中断学习进程，只能 重新从头开始进入；没有便捷的检索方式来帮助学习者使用网上图书馆中的资 料，学习者只能中断学习进程，进入“图书馆”才能查阅：缺少课程学习的帮助 系统，学习者只能按自己的上网知识来进行操作。 ( 5 ) 缺乏教学活动设计 网络学习是由学习者一系列的学习活动组成的。并不是只有起点和终点， 网络学习不仅要关心教育目标的设计、实现，更要关心实现的过程以及学习者 在这个过程中获得的能力发展。在学习过程中，学生是主体，教师则是教学过 程的组织者、指导者，对学生的意义建构过程起促进和帮助作用，其作用是不 可忽视的。因此，教师在网络学习中的作用并不只是提供教学材料，教学活动 的每一步都需要教师的精心组织和指导，如网络环境下学习情境的创设、学习 策略的指导、交流和反馈等。目前的网络课程仅限于教师的在线答疑、师生讨 论，缺少教师对讨论活动的组织、指导和对学习者学习活动的关注，没有真正 实现小组学习、协作学习。 4 总之，我国的网络教育刚刚起步，我们需要转变教育观念，以先进的教育 理论为指导，借鉴其它国家的成功经验，再吸收、创新，更快、更好地建设符 合我国国情的网络课程。 1 5 本文的意义和主要内容 网络教育是传统教育与现代网络技术结合的产物。它具有整合优秀教学资 源、学习时间方便灵活、教学内容丰富多彩、教学方式新颖有趣等独特的优势。 利用信息技术完成教育目标网络化多媒体课件和网上课程正在成为各级各类学 校的重要需求。如何设计开发基于网络的教学系统或学习系统使之更充分的发 挥网络多媒体技术的特点与优势，更有效的支持学习者富有创造性的个性化学 习是教育技术研究领域的重要课题。 固体物理学是2 0 世纪4 0 5 0 年代建立起来的一门学科，经过半个世纪的发 展，已派生出晶格动力学、金属物理学、半导体物理学、电介质物理学、超导 物理学、磁学、固体电子学、固体光电子学等分支学科，并延拓出内容更为丰 富的凝聚态物理学。从历史上看，固体物理学的研究引发了晶体管、激光器等 多项重大发明，并由此催生了微电子技术、激光技术、计算机技术、光通讯技 术等一系列高新技术。这些新技术把人类的历史推进到了原子时代、信息时代、 空间时代“。因此它不仅是物理系所有专业的一门非常重要的专业基础课，也 是相关专业的非常重要的专业主干课。 固体物理学是运用量子力学的理论和方法研究固体中原子、电子的微观状 态和运动规律，阐述固体的性质，探讨固体同电磁场及其他外界物理因素相互 作用的一门科学。课中涉及大量的、难以理解的、抽象的微观过程，如一维双 原子链、金属费米面、固体能带理论等等，这在传统的黑板课堂教学模式中很 难描述。而基于网络多媒体技术，完全能够把教学中原来抽象的概念和原理变 得形象、具体：把实验方法及步骤以动画的形式生动地演示出来，而且还可以 用实时影像等多媒体技术，形象地表现实验过程中的各种变化，实现传统方式 难以表达的教学意图。 此外，固体物理学近年发展很快，而课本的更新速度已远远跟不上高速发 展的要求。为使教学及时跟上发展的步伐，必须采用可随时更新的网络多媒体 教材才能适应2 1 世纪教学的改革与发展。多年的教学改革和实践表明，编写固 体物理多媒体网络课程，适应本科生、研究生等不同层次和对象的需要，并形 成系列化，是当前凝聚态物理学教学与实践的迫切需要。 本文根据自己的研究实践就网络化多媒体课件系统教学设计的有关问题进 行研究和设计。主要内容如下： 第一章绪论 概述多媒体网络教育基本状况，分析国内外网络教育的发展情形及当前网 络课程建设面临的问题，指出本文研究的主要内容。 第二章多媒体网络教育的基本理论 介绍多媒体网络教育的建构学习理论、特点和基本观以及网络课程建设的 基本要求和设计原则。 第三章多媒体在线教育网站的建立 介绍在线教育网站的设计、结构以及后台数据库的建立与维护。 第四章多媒体网络课程资源的研制 详细描述了网络课程中文本、图像、视频与动画等素材资源的制作，并且 在素材制作中引入网络多媒体开发中流行的f l a s h 技术、三维模型建造技术以及 虚拟现实技术和v r m l 语言。 第五章基于m a t l a b 的固体物理计算机模拟 针对固体物理课程计算复杂等特点，在教学中采用数学软件m a t l a b 辅助 教学，一方面使学生能够深刻的理解原理与概念的本质，另一方面也可以培养 学生的刨薪能力和科学探索精神。 第六章总结和展望 分析讨论了网络课程的功能结构和开发过程，总结了固体物理网络课程的 特色，同时指出研制过程中不足与亟待改进的地方，以及网络课程未来的发展 趋势。 6 第二章多媒体网络教育的基本理论 2 1 多媒体网络教育的建构学习理论 近年来，随着心理学家对人类学习过程认知规律研究的不断深入，认知学 习理论的一个新分支一一建构主义学习理论逐渐成为主流。多媒体计算机和网 络通信技术的发展，改变了学校原有的教学环境，越来越多的教育理论研究者 热心探索在教育信息化环境下的教与学，以学生为中心的教育观逐步成为世界 教育改革的潮流”“。 建构主义认为，学习者对知识的学习与掌握不是通过教师的传授和机械的 记忆得到的，而是学习者在一定的情境与社会背景下，借助教师和学习伙伴的 帮助，利用必要的学习资源。通过建构的方式而获得的。建构主义学习理论强 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。学生是信息加工的主体，是意义 的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。建构主义学习 理论将“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”作为学习环境中的四大要素。 2 1 1 建构学习理论的认识 ( 1 ) 学习是学习者主动地建构内部心理表征的过程，包括结构性的知识和 非结构性的经验背景。 ( 2 ) 学习过程同时包含两方面的建构。一是对新信息的理解是通过运用已 有的经验，超越所提供的信息而构成的。二是从记忆系统中所提取的信息本身， 也是按具体情况进行建构，而不单是提取。建构一方面是对新信息的意义建构， 同时又包含对原有经验的改造与重组。 ( 3 ) 学习者以自己的方式建构对于事物的理解，从而不同人看到的是事物 的不同的方面，不存在标准的理解。但是，通过学习者的合作可以使理解变得 更加丰富和全面。因此，合作学习、社会性交互作用受到建构主义者的广泛重 视。 2 1 2 建构学习理论对学生的要求 按照建构主义学习理论，新的教学模式中要求教师和学生在教学活动中都 要改变自己的角色。在以学生为中心的教学模式中，要求学生在学 - j 过程中从 以下三个方面发挥主体作用。 ( 1 ) 教学活动中要让学生用探究法、研究型学习去建构对客观世界的认识。 ( 2 ) 要求学生将目前学习的内容与已知事物建立联系，并对这种联系加以 认真的思考。基于建构主义的教学设计认为，“联系”与“思考”是意义建构的 关键，教学活动就是为学生创设一个有利于学习者将学习内容与己知事物联系 的环境。 ( 3 ) 在教学活动中，学生应主动地去收集、分析、加工、处理有关的信息 和资料，并对所学习的问题给出各种假设并努力加以验证，进行学习过程中的 意义建构。 2 1 3 教师在教学中的主导作用 建构主义学习理论强调学生认知主体作用，认为学生是信息加工的主体， 是意义的主动建构者，同时又不忽视教师的主导作用，教师是意义建构的帮助 者和促进者，要求教师在教学过程中从以下三个方面发挥主导作用。 ( 1 ) 激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机。 ( 2 ) 通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间的联系的线 索，帮助学生建构当前所学知识的意义。 ( 3 ) 为了使意义建构更有效，教师应在可能的条件下，组织协作学习( 开 展讨论与交流) ，并对协作学习过程进行引导，使之朝着有利于意义建构的方向 发展。引导的方法包括：提出适当的问题以引起学生的思考和讨论：在讨论中 设法把问题一步步引向深入，以加深学生对所学内容的理解：要启发诱导学生 自己去探索、去发现规律，自己去纠正和补充错误的或片面的认识。 2 2 多媒体网络教育特点 作为一种新兴的教育手段，多媒体网络教育与传统的课堂教育相比，有其 显著的优势，其特点主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 网络教育突破了时空的限制，实现随时随地学习。 回顾教育技术的发展历程，每种现代教学媒体的产生都会在一定的程度上 突破时空上的限制。在这一点上，以计算机多媒体和网络技术为核心的现代信 息技术在网络教育中的应用体现得最为明显。网络教育可以是实时的，非实时 的，可以是在线的，非在线的。在这种教育方式下，受教育的地点不一定是学 校中的课室，也可以在家里、单位、旅途等地方，对于越来越不想受到束缚的 现代人来说，这不失为一个理想的教育方式“。 ( 2 ) 网络教育可提供共享的、高效的、多样化的教学内容资源。 与传统授课方式相比，网络教育中的教学资源是数字化的信息，它包括了 多媒体教学素材，网络教学课件、网络课程及学习工具软件等多种形式。因此， 与单纯的文字教材相比，这种多样化的网络教学资源更受学生的欢迎。同时， 这些资源的网络共享使得其利用效率大幅度提高。 ( 3 ) 学习者自主选择学习内容，实现个性化学习。 在网络教育环境下，学生完全可以根据自己的基础，学习能力和学习时间 等客观条件来主观地选择需要学习的内容，也可在教育部门的指导下学习，如 果学习者可以接受的话，甚至可以在几天内学完一门课程，通过考试。 ( 4 ) 师生和学生之间有更多的交流与反馈。 在传统课堂中，多数互动活动都是通过昕、说、读、写进行的，而在网络 教育方式中，互动是通过打字和阅读终端计算机上的信息来完成的，但在以计 算机为中介的协作性环境中，可以支持一些面对面的环境下很难甚至无法进行 的活动，所有有关学习方面的讨论和交流可以持续不断地进行，无论什么问题 和想法都可以直接与教师或学习伙伴进行联系。在网络学习中，这种师生之间 和学生之间的交流与协作因为不受时空的限制而变得丰富。 ( 5 ) 学生自尊心受到较好的保护，自信心得以增强。 由于每个人生长的历程是不一样的，导致不同人具有不同的性格。在网络 教育中，学习者可以任意放慢“教师”授课的速度，可以任意要求“教师”重 新讲授，而不必担心老师的责骂。他们从自己不断取得的学习效果中看到了自 己成功，增强了自信心，提高了学习的积极性，情况表明，学生通过网络教育 方式进行学习时，他们的提问信心和积极性较之传统班级授课有较大增强，他 们强烈的好奇心使师生与学生之间的协作显得更加明显。 ( 6 ) 能有效解决知识时效性和快速检索的问题。 教学内容的更改具有实时性，网络课程内容的更新比起教科书和光盘要快 很多，知识浩如烟海，学习者如何快速找到自己需要的信息一直是令人头疼的 问题，在网络教育环境下，这一问题得到了有效的缓解。 2 3 多媒体丽络教育的基本观点 ( 一) 网络教育资源观 人类的知识根据其存在形态可以分为显性知识和隐性知识两种。显性知识 就是指以文字、图像、符号等方式表达的，以印刷或电子方式记载的，并可根 据需要在表现形式上进行重新编码的，用以供人们交流的结构化知识。隐性知 识则是指那些难以用普通的表现形式和交流手段表达的，依附于人的大脑或技 能中，通常通过行动表现出来的，非结构化的知识。即“只可意会、不可言传” 的知识。而最近的研究表明，在人类所有生产生活活动中，隐性知识比显性 知识在活动的效益上表现得更加出色。同时，隐性知识对于人类的创造性和想 象力的促进作用更是显性知识望尘莫及的，因此，隐性资源的转化环境( 例如 各种交流合作平台和特定的交流合作环境可以促进隐性知识的转化和传播) 的 创设比显性资源的单纯呈现在对学习者的学习主动性和创造性学习方面更有着 不可估量的推动作用。 正如上文指出的那样，当前我们的网络教育资源大都停留在视频录像和文 字材料等显性资源的开发上，对网络教育作用的认识仍停留在提供显性资源上， 因此，网络教育课程的开发上也只注重显性资源的堆积。笔者认为，网络教育 9 应当重视显性资源的建设，同时更要着力开发隐性资源，实现显性资源和隐性 资源的动态转化和平衡，使得两种资源互相补充、互相配合，最大限度地发挥 网络媒体的技术特性。 ( 二) 网络教育模式观 网络所构建的环境虽被称为虚拟环境，但它永远不能脱离现实的生活环境， 是在现实生活环境的基础上建构的。因此，网络虚拟环境即使有些地方与现实 社会有着重大的差异，但一定和现实社会保持着千丝万缕的联系。所以我们在 网络教育的模式上也应当虚实结合，我们既要通过网络所构造的模拟现实的虚 拟环境这一认知工具来学习，同时也要兼顾现实社会中的实际情况。网络虚 拟环境对于教育来说最大的优越性就是对现实社会中那些变化周期过长、危险 性高、代价昂贵的现象和事物可以多次、灵活多样地在短时间内重现。但任何 事物都是不断发展和变化的，网络虚拟技术无论多么完善也不能脱离实际而存 在，因此，网络教育既要虚拟现实，更要结合实际。 - 3 的兴趣 与自觉性。 2 多媒体网络课程都必须满足在互联网上运行的基本要求，还应具备安全、 稳定、可靠、下载快等特点。 3 多媒体网络课程应有完整的文字与制作脚本( 电子稿) 。 4 多媒体网络课程文字说明中的有关名词、概念、符号、人名、定理、定 律和重要知识点都要与相关的背景资料相链接。 5 多媒体对课程中的重要部分， 效果，但要避免与教学内容无关的、 可适当采用图片、配音或动画来强化学习 纯表现式的图片或动画。 2 5 多媒体网络课程的设计原则 网络课程是按照一定的教学目标和教学策略组织起来的，通过网络表现的 菜门课程的教学内容及实施的教学活动的总和。因此一套优秀的网络课程必须 具备适应网络教学的特点，既能够把教学信息完整地传递给学生，又能调动学 生的积极性，培养学生的创断能力，充分体现学生的认知主体作用。一般说来， 网络课件的设计必须遵循如下设计原则： 1 学生自主学习的设计原则。网络教育中学生是学习的认知主体，学习过 程是学生通过主动探索、发现问题、意义建构的过程。因此，网络课程设计要 以学生自主学习为中心，提供丰富的学习资源和灵活多样的检索方式，培养学 生的探索式学习和首创精神。 2 协作学习的设计原则。协作学习强调在学习过程中通过网络和计算机来 支持学生之间的交互活动，以小组形式。在师生之间、生生之间进行讨论、交 流、协作，学生通过合作过程共同完成学习。协作学习有助于培养学生的合作 精神和协同解决问题的能力。 3 。基于资源学习的设计原则。网络教育具有利用学习资源的有利条件，网 络课程应该是一个以学习资源利用为特点的开放系统，课程资源库的建设可以 用引进、合作开发与自建的办法。 4 开放性设计原则。在网络课程中。要提供与课题学习相关的参考资料和 相关的网址，对相同知识从不同侧面多角度描述，促进学生对同一知识的综合 掌握。 5 交互性设计原则。网络课程可以根据教师和学生的要求非顺序、以超文 本的方式呈现教学内容。教师和学生通过对教学材料的选择，以最佳的学习顺 序根据导航系统进行学习，提高学习效率。另外，教师和学生要通过多种通信 手段进行灵活多样的信息交流。在师生都在线的情况下网络课程应能做到实 时交互。教学媒体要能对学生提供的信息立即反应，不拖延地向学生送出反馈 信息。网络课程应该在学生学习的同时对学习者的学习情况进行记录，并根据 相应的评价规则分析记录，给出结果以供学生和教师参考。 除以上原则外，在网络课程的设计中还要体现现代教育思想与理论，如建 构主义学习理论和教学系统设计理论等“。 第三章多媒体在线教育网站的构建 3 1 基于b s 结构的a s p 动态网站 根据多媒体网络课件开发的原则与要求，我们采用多级分布式结构也就是 浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 系统作为多媒体网络课程的结构体系。b s 模 式应用系统由浏览器( b r o w s e r ) 和服务器( w e bs e r v e r ) 组成。数据( d a t a ) 和应用程序( a p p ) 都存放在服务器上。浏览器功能可以通过下载服务器上的 应用程序得到动态扩展。服务器具有多层结构，b s 系统处理的数据类型可以 动态扩展。以b s 模式开发的系统维护工作集中在服务器上，客户端不用维护， 操作风格比较一致，只要有浏览器的合法用户都可以十分容易地使用。b s 模型 是真正的开放系统，是随着i n t e r n e t 技术的兴起，对c s 结构的一种变化或者改 进的结构。在这种结构下，用户界面完全通过w w w 浏览器实现，一部分事务 逻辑在前端实现。但是主要事务逻辑在服务器端实现，客户端运行程序是靠浏 览器软件( 如i e ，n e t s c a p e 等) 登陆服务器进行的。该结构将应用逻辑全部置 于服务器上，客户端利用w e b 浏览器下载应用，在浏览器上执行。b s 结构主要 是利用了不断成熟的w w w 浏览器技术，结合浏览器的多种s c r i p t 语言 ( v b s c r i p t 、j a v a s c r i p t ) 和a c t i v e x 技术，用通用浏览器就实现了原来需要复 杂专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种全新的远程教育 系统构造技术随着w i n d o w s 9 8 w i n d o w s 2 0 0 0 将浏览器技术植入操作系统内 部，这种结构更成为当今网络课程开发的首选体系结构“。 图3 - 1b s 体系结构模型 与传统多媒体课件采用的c s 结构相比，采用b s 模式的远程教育体系结 构具有以下优点： 1 界面统一、使用简单：用户端只需安装单一的浏览器软件( 如i e ，n e t s c a p e 等) ，不需要像c s 结构中那样安装数据库客户端软件、应用软件等，操作界面 简单统一，这样不但可以节省客户机的硬盘空间与内存，而且使安装过程更加 简便： 2 易于维护：由于用户端无需安装专用的软件，对应用系统进行升级时， 只需更新服务器端的软件，用户从网上自己下载安装就可以实现升级，减轻了 系统维护与升级的成本与工作量，使用户的总体拥有成本大大降低： 3 扩展性好：b s 模式由于采用标准的t c p i p 互联网协议，它可以使网管系 统与i n t e r n e t i n t r a n e t 有机结合，具有良好的扩展性； 4 信息共享度高：h t m l 是数据格式的一个开放标准，目前大多数流行 的软件均支持h t m l ，同时m i m e 技术使得b r o w s e r 可访问多种格式文件； 5 有良好的广域网支持：b s 结构建立在浏览器上，有更加丰富和生动的表 现方式与用户交流。 b s 体系结构一般建立在广域网之上，具有广泛的信息发布能力。它对前 端的用户数目没有限制，客户端只需要普通的浏览器即可，不需要其他任何特 殊软件，另外对网络也没有特殊要求。因此，b s 体系结构是符合多媒体网络课 程的发展方向的。 针对固体物理多媒体网络课程的特点，我们将采用动态网页开发技术 制作网站。a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e ) 技术是目前非常流行的开放式的w 曲服务 器应用开发技术，是制作动态网页最有力的工具。通过a s p 可以结合h t m l 、 脚本命令和组件来创建动态、交互且高效的多媒体在线教育网站。 3 2a s p 技术基础 3 2 1a s p 技术介绍 a s p 是服务器端脚本编写环境，它是文本文件，由h t m l 标志符和a c t i v e s e r v e r 源程序构成。它可以发送客户端的源程序如v b s c r i p t 和j a v a s c r i p t ，创 建和运行动态、交互的w e b 服务器应用程序。使用a s p 可以组合h t m l 页、 脚本命令和a c t i v e x 组件以创建交互的w e b 页和基于w e b 的功能强大的应用程 序。a s p 不仅仅依靠客户机的请求产生动态h t m l ，还可以探测现有系统的能 力，如数据库、文件检测及以c o m 为基础的信息服务器。a s p 在这里作为h t m l 的编译器，成为为网络提供移植现有应用及创新应用的媒介。而且a s p 应用程 序很容易开发和修改。因此，a s p 成为创建动态网页强有力的工具。a s p 在服 务器上的工作原理是：浏览器从w e b 服务器上请求a s p 文件时，a s p 脚本开始运 行。然后w e b 服务器调用a s p ，a s p 全面读取请求的文件，执行所有脚本命令， 并将w e b 页传送给浏览器。由于脚本在服务器上而不是在客户端运行，传送到 浏览器上的w e b 页是在w e b 服务器上生成的。所以不必担心浏览器能否处理 脚本。w e b 服务器已经完成了所有脚本的处理，并将标准的h t m l 传输到浏览 器。由于只有脚本的结果返回到浏览器，所以服务器脚本不易复制a 用户看不 到正在浏览的页面的脚本命令。另外，a s p 还具有许多显著的优点： ( 1 ) a s p 运行在w e b 服务器的同一进程中，能更快、更有效地处理客户 请求： ( 2 ) a s p 提供了更方便、更简单的数据库访问方法，使开发基于数据库 驱动的w e b 应用程序更容易； ( 3 ) a s p 支持v b s c r i p t 和j s o r i p t ，并能以插件形式支持其他脚本语言， 如r e x x 和p e r l 等； ( 4 ) 编写a s p 程序既可用任何文本编辑器，也可用专门的a s p 开发工具， 如v i s u a li n t e r d e v 等。 3 2 2a s p 语法结构 a s p 实际上是服务器脚本的编写环境，它由三部分组成：h t m l 语言、脚 本语言( 主要是v b s e r i p t 和j a v a s c r i p t 语言) 和a s p 的内建对象。 服务器脚本是a s p 网页中最主要的部分，利用它可以制作出动态网页。可 以使用任何脚本语言，只需提供相应的脚本引擎。其中v b s c r i p t 和j a v a s c r i p t 脚本语言是a s p 自带的脚本引擎。a s p 的主脚本语言是分界符“ ” 内部的命令语句。 a s p 提供了5 大内置对象，这5 个内置对象可被a s p 脚本直接使用。它们 分别是： 1 请求对象( r e q u e s t ) ：可以使用r e q u e s t 对象访问任何用h t t p 请求传递 的信息，r e q u e s t 对象提供了五个集合来传输信息。分别是c l 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