（道路与铁道工程专业论文）土木工程材料多媒体网络课程的设计、实现及研究.pdf

摘要 摘要 随着经济的增长，社会要求高等学校培养越来越多的具有较高专业技能的满足多方面需求的人 才，然而，高等学校的扩招以及高等学校拓宽专业口径后，学校可能提供的资源一时难以满足日益 增长的学生数目的需要，同时社会也对人才提出了终身学习的要求，这也就催生了网络辅助教学的 发展。 本文作者在论述网络课程在土木工程材料课程必要性的基础上，从学习理论和教学理论两个角 度探讨网络课程辅助教学的理论基础，在对东南大学土木工程材料课程教学和学习现状调查的基础 上，描述网络在土木工程材料辅助教学中的作用，并以此为基础，对土木工程材料针对不同的教学 对象及教学要求进行教学设计。 土木工程材料课程的开发以h t m l 语言、d h t m l 语言及a s p 技术及其它脚本语言为基础，综 合运用网络技术、s q l 数据库技术及多媒体技术实现网络课程的整合。 网络课程的开发过程基本遵照软件工程的结构，首先叙述土木工程材料网络课程的设计目标和 需求规定简要介绍网络课程的开发工具。网络课程的总体设计描述网络课程的总体结构和功能，说 明网络课程的接口和数据库，在此基础上构建网络课程的总体框架。 网络课程的详细设计主要描述网络课程的各具体教学辅助模块网络课程、考核模块以及实践模 块的实现的关键步骤及所使用到的重点难点技术。 关键词：土木工程材料辅助教学多媒体网络课程关键技术教学理论教学设计 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m i c ，i ti sr e q u i r e dt h a th i g hs c h o o ls h o u l dt r a i nm o r ea n dm o r e s t u d e n t sw i t hh i g hp r o f e s s i o n a la b i l i t ya n dw i d ek n o w l e d g e b u th i 曲s c h o o l se x p a n d i n ga n dt h es p e c i a l t y w i d e n i n gm a k e si tm a yn o ts a t i s f yt h ei n c r e a s i n go ft h en u m b e ro fs t u d e n t s a n dm o d e ms o c i e t yr e q u i r e s t h a tp e o p l es h o a l dl e a mf o rl i f e i ta c c e l e r a t e st h ed e v e l o p m e n to f w e b - a i d e dt e a c h i n g i nt h i sa r t i c l e ，t h ea u t h o rd i s c u s s e st h en e c e s s a r yo fw e bc o u r s e s ，t h e np r o b e si n t ot h et h e o r yb a s e so f w e bc o u r s ea i d e dt e a c h i n gf r o mt h ep o i n to fs t u d y i n gt h e o r ya n dt e a c h i n gt h e o r y o nt h eb a s i co ft h e i n v e s t i g a t i o no fc i v i le n g i n e e r i n gm a t e r i a lc o u r s e si ns o u t h - e a s tu n i v e r s i t y , t h ea r t i c l ed e s c r i b e st h eu s eo f w e bi nt e a c h i n ga n dt h et e a c h i n gd e s i g no f c i v i le n g i n e e r i n gm a t e r i a l t h ed e v e l o p m e n to fc i v i le n g i n e e r i n gm m e f i a lw e bc o u r s ei sb a s e do nt h eh t m ll a n g u a g e ，d h t m l l a n g u a g e ，a s pt e c h n i q u ea n do t h e rs c r i p tl a n g u a g e i ta l s ou s e sw e bt e c h n i q u e ，s q ld a t a b a s et e c h n i q u e a n dm u l t i m e d i at e c h n i q u et or e a l i z et h ec o n f o r m i t yo f w e bc o u r s e t h ep r o c e s so ft h ew e bc o u r s ed e v e l o p m e n ti sa c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r eo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g f i r s t l yi tt e l l st h ed e s i g no b j e c to fw e bc o u r s ea n dd e m a n d ，t h e nb r i e f l ye x p l a i n st h et o o l su s e di nt h e p r o c e s s s o v e r a l ld e s i g nc o v e r sa b o u tt h eo v e r a l ls t r u c t u r ea n du s ea n dt h ei n t e r f a c ea n dd a t a b a s eo ft h e c o u r s e ，b a s ew h i c hb u i l d st h ef r a m eo f t h ew e bc o u r s e t h ed e t a i ld e s i g no fw e bc o u r s em a i n l yd e s c r i b e st h ek e ys t e p sa n di m p o r t a n ta n dd i f f i c u l tt e c h n i q u e o fc a r r y i n go u tt h ew e bc o u r s e k e yw o r d s ：c i v i le n g i n e e r i n gm a t e r i a l ，a s s i s t a n tt e a c h i n g ，m u l t i m e d i a , w e bc o u r s e ，k e yt e c h n i q u e ，t e a c h i n g t h e o r y , t e a c h i n gd e s i g n i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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 已在沦文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：尘巫丝 日 期：兰坚2 ：堕 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 一 沦文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：塞壁丝：导师签名日期：童堕产何 第一章绪论 1 - 1 制作与研究背景 1 1 1 土木工程专业简介 第一章绪论 作为一个有悠久历史的老专业，土木工程专业在世界各地都具有大体一致的模式。总的来说， 其口径比较宽，不是针对土木工程中的某一分支，而是覆盖若干个分支。在具体做法上，往往是在 高年级设置若干专业选修课或选课组，让学生在导师指导下按一定的规则进行选修。 英国l9 所理工大学的土木工程专业一般都设有结构、流体和岩土3 大方面的专业课程，此外 还包含道路工程和公共卫生工程的内容。南安普敦大学土木工程专业的选修课包括结构力学与结构 工程、水利工程、灌溉工程、港口与海岸工程、公共卫生工程、给水与废水工程、岩土工程与交通 工程等各方面的课程。帝国理工医学院土木工程专业的选修范匿则更为广泛，它包罗了：结构工程、 水利工程、环境工程、道路工程、交通工程、岩土工程、港口与海岸工程、水资源工程、建筑工程、 管理工程和工程力学等分支的多门课程。 美国各大学的土木工程专业，其覆盖面也是宽广而各有特色的。斯坦福大学土木工程专业的4 个选课组分别是：结构工程、环境工程、水资源工程和建造工程。华盛顿大学的土木工程专业向学 生提供结构工程、交通与城市系统工程和工程力学3 个分支的选课。加州大学伯克利分校土木工程 专业的选课组多达l1 个。它们是结构工程、结构力学、水利工程、岩土工程、水资源工程、卫生 工程与环境工程、水与空气质量管理、交通工程、土木工程材料、建筑工程以及摄影测量学、测量 学与大地测量学。 我国高等学校的专业设置始于1 9 5 2 年，后分别于1 9 6 3 、1 9 8 7 、1 9 8 9 年进行了修订。我国早年 的专业设置上划分较细、范围较窄。为适应发展趋势，1 9 9 7 年4 月，原国家教育委员会对专业目录 又进行了修订，并于1 9 9 8 年颁布了普通高等学校本科专业目录和 q - 科本科引导性专业目录。 在新的专业目录中，土木工程专业面大为拓宽，淡化了原有的各专业界限，涵盖了原来的矿井建殴、 建筑工程、城镇建设、交通土建工程、工业设备安装工程、饭店工程、涉外建筑工程及土木工程等 专业吐 1 1 2 土木工程材料课程 土木工程材料和建筑设计、建筑结构、公路、城市道路、建筑经济及建筑施工等学科分支一样， 是土木和交通运输工程学科极为重要的一部分。土木工程材料是土木工程的物质基础，一个优秀的 土木工程师总是把建筑艺术和结构安全通过选用最佳的土木工程材料来表现出来。土木工程师只有 在很好地了解土木工程材料的性能后，才能根据力学计算，准确地确定土建构件的尺寸和创造出先 进的结构，使土木结构的受力特性和材料特性有机统一，合理地使用土木工程材料。目前，在我国 的土木工程的总造价中，土木工程材料的费用约占总费用的5 0 6 0 。而土木工程施工的全过程， 实质上是按设计要求把土木工程材料逐步变成建筑结构物的过程。它涉及材料的选用、运输、储存 以及加工等诸多方面。 土木工程材料课程以数学、力学、物理、化学等课程为基础，同时又是结构设计、施工管理、 质量控制等课程的基础，起着承上启下的作用。课程主要讲述各类土建结构的品种、基本组成、组 成设计、技术性能和技术指标。课程的任务是学生通过学习，获得土木工程材料的基础知识，掌握 土木工程材料技术性能和应用方法及其试验检测技能，同时对土木工程材料的储运和保护也有所了 解，以便在今后的工作实践中能正确选择与合理使用土木工程材料。 以我校为例，目前我校每年有近5 0 0 名本科生同时学习本课程，由于覆盖的专业领域较多，加 东南大学硕士学位论文 之不同工程领域所使用材料的种类和性能要求明显不同，因此课程的内容繁多，光课本就涉及石材 与集料、烧土制品与玻璃、无机胶凝材料、沥青材料、建筑钢材与木材、高分子材料、建筑砂巢、 水泥混凝土、沥青混合料、无机结合料稳定材料、功能材料等多种材料【2 j 川，而且近2 0 年来，土木 工程材料无论在质量上或是在品种上都有了突飞猛进的发展，相应的施工技术也有了很大的变化。 新技术、新品种层出不穷。新旧品种的更新换代周期越来越短，技术含量越来越高。另外，土木工 程材料本身的试验性和实践性也非常强。传统的单一文字叙述抽象、枯燥、效率低。与此同时，道 桥实验室和建材实验室的场地和设备又都不能适应大规模现场教学的要求，并且硬件条件的改善在 短时间内很难做到。为了适应现代土木工程的需要，为了增加学生的感性认识，为了改善教学效果， 必须进行教学改革，探索新的教学手段和方法【4 n “。 1 - 2 我国两络课程教学的现状 1 2 1 利用信息技术进行辅助教学经历的三个发展阶段 利用信息技术进行辅助教学经历了三个发展阶段 c a i ( 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 计算机辅助教学) 阶段 此阶段大约是从5 0 年代至8 0 年代中后期，主要是利用计算机的快速运算、图形动画和仿真等 功能，辅助教师解决教学中的某些重点、难点。这些c a i 课件大多以演示为主。这是信息技术教育 的第一个发展阶段，在这一阶段，一般只提计算机教育，还没有提出信息技术教育的概念。 c a l ( c o m p u t e r - a s s i s t e dl e a r n i n g 计算机辅助学习) 阶段 此阶段大约是从8 0 年代中后期至9 0 年代中后期，采取的方式逐步从以教为主转向学为主。也 就是强调如何利用计算机作为辅助学生学习的工具，例如用计算机帮助搜集资料、辅助自学、讨论 答疑，帮助安排学习计划等，即不仅用计算机辅助教师的教，更强调用计算机辅助学生的学。这是 信息技术教育的第二个发展阶段，在这一阶段，计算机教育和信息技术教育两种概念同时并存。 i i t c ( i n t e g r a t i n gi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi n t ot h ec u r r i c u l u m 信息技术与课程整合) 阶段 此阶段大约从9 0 年代中后期开始，采取的方式不仅将以计算机为核心的信息技术用于辅助教或 辅助学，而更强调利用信息技术创造理想的学习环境、全新的学习方式、教学方式，从而彻底的改 变传统的教学结构。这是信息技术教育的第三个发展阶段。在这一阶段，原来的“计算机教育”概念 已完全被信息技术教育所取代。 1 2 2 目前的研究现状 从国际潮流来看，当前的信息技术教育正在逐步进入第三个阶段。在进入这个阶段以后，实际 上信息技术就不仅仅是辅助教或辅助学的工具，而是要从根本上改变传统的教学结构和教学模式， 建立一种新型的教学结构和教学模式。 我国的信息技术教育起步较晚，但发展迅速。政策方面，教育部于1 9 9 9 年启动新世纪网络课程 建设工程，用面向2 1 世纪教育振兴行动计划中现代远程教育资源建设项目的经费，重点支持网 络课程建和应用。新世纪网络课程重点规划2 0 0 门左右基础性的网络课程。 研发发面，“九五”期间，我国教育技术领域的研究工作取得了重要的进展，在教育技术基本理 论、现代远程教育的理论与实践、教学资源与软件建设、多媒体技术与网络技术的应用，以及运用 教育技术、促进教育教学改革试验等方面，取得了突出的成果。在教育部召开的启动新世纪网络课 程建设工程研讨会上，与会专家讨论了网络课程建设的理论基础、原则、技术规范、方法等，提出 了现代远程教育资源建设技术规范，为网络课程的开发提供了一个方向。 在实践方面，3 1 所高等院校的网络学院和各中小学网络学校都在积极开发网络课程，但是，开 发网络课程时，教师与课程开发脱节的问题比较突出，教师主要负责网络课程教材的编写工作，而 网络课程的建设则是技术人员的事情，没有将两者有机的结合起来。信息技术在教育中的应用是教 第一章绪论 育技术的重要组成部分，随着信息技术的发展，必将引起教育技术学科领域的重大变化。为了揭示 信息技术对教育技术学科理论框架和实践体系的影响，推动教育技术学科的发展，进而促进我国教 育现代化的进程。根据全国教育科学规划领导小组办公室关于下达全我国教育科学十五规划重 点课题的通知，中国电话教育协会申报的信息化进程中的教育技术发展研究子课题，被列为全 国教育科学“十五”规划重点课题n 1 3 使用网络课程辅助教学的意义和作用 1 3 1 以教师为中心的传统课堂教学的特点 自从三百年前夸美纽斯提出班级教学的思想以来，分班级的课堂教学一直是学校教学活动的主 要形式，这一形式之所以得到延续和发展，有其深刻的内在原因。以往的教育实践也证明这是种 非常有效的培养人才的教学结构。 以教师为中一心的传统课堂教学的特点是： 1 、教师是教学过程中的灌输者，向学生传递大量的知识和信息，从教师到学生是强交互：而学 生主要处于被动接受的状态，是被灌输的对象，偶尔对教师的讲授提出附应或疑问，从学生到教师 是弱交互。 2 、教材是教师教学的基础，所有教学内容的安排和教学过程的展开都基于教材，教师主要依赖 教材确定教学内容，从教材到教师是强交互；而教师很少对教材进行修改或变动，二者之间的交互 是单向的。 3 、教学媒体是辅助教师教的演示工具，教师的教学主要依赖于传统的教学媒体( 粉笔、黑板、 幻灯、投影等) ，从教学媒体到教师是强交互；教师对教学媒体的选择性和改造性都比较差，二者之 间的交互是单向的。 4 、教材是学生学习的主要内容，但教材中的内容主要通过教师讲授的形式传递，学生课后会通 过教材来复习、将学习的内容系统化，从教材到学生的交互较弱；学生对教材内容的怀疑很小，更 谈不上对其的变更，因此二者之间的交互是单向的。 5 、教学媒体是辅助教师讲授的工具，学生通过教学媒体获得教师传递的信息和观点，但教学媒 体向学生传递的信息有限，主要依赖于教师的讲解，从教学媒体到学习者存在弱交互；学生几乎无 法对教学媒体实现操作或控制，因此二者之间的交互是单向的。 6 、教材是教学媒体选择、设计的基础和前提，教学内容决定了教学媒体的类型及表现形式，二 者之间存在单向强交互。 7 、教学内容的接收不仅从教师那得来，也可以从学生与学生之间的交流得来，学生与学生之间 的交流是一种直接( 面对面) 的互动，二者之间的交互是相互的，而且是强相互，但是学生与学生之 间的这种强交互作用是随着不同学生个体之间的差异( 心理承受能力、社会习惯对每个人的压力等) 而不同。 以教师为中心的传统课堂教学的优点是有利于教师主导作用的发挥，便于教师组织、监控整个 教学活动进程，有利于系统的科学知识的传授：教师与学生之间、学生与学生之间的情感交流丰富， 有利于为学生创造良好的学习氛围。随着教育科学的发展以及人们对教育要求的不断提高，课堂教 学逐渐暴露出许多弱点。比如，因材施教的原则，在班级集体教学活动的前提下难以实施；以语言 讲述为主的表达方式，使得某些教学信息的传输与接收遇到困难；教学效率的提高受到局限等等。 随着我国高等教育大众化的逐步实现，学生数量大规模增加，学生之间的各种差异也随之扩大，如 果仍坚持传统的“统一进度、统一教材”等原则，旨定会导致“吃不了”和“吃不饱”的现象。传统的学 校教学总是围绕着教师、课堂、教科书进行，从而使得学生自主性的培养与发挥受到一定的限制。 教师在同时面对数十个学生、教学时间有限的情况下，很难对每个学生进行有针对性地学习指导， 知识因材施教和个性化学习难以实现，其严重弊病则是：完全由教师主宰课堂，忽视学生的学习主 体作用，不利于具有创新思维和创新能力的创造型人材的成长。 东南大学硕士学位论文 1 3 2 以学生为中心的网络教学的特点 以学生为中，心的网络教学是进入九十年代以后，随着多媒体和网络技术的日益普及f 特别是基于 i n t e m e t 的教育网络的广泛应用) ，才逐渐发展起来的，其理论基础主要是建构主义学习理论。在以 学生为中心的网络教学中，“教学媒体”除了包含传统的投影、幻灯等传统教学媒体外，还包括多媒 体计算机、网络技术等多种现代电子媒体。“教学内容”这个要素需要加以扩充一不能再仅仅局限于 传统的教材，而应当包括与当前学习主题相关的录音带、录像带、c a i 课件、多媒体课件以及可以 从因特网上获取的各种信息资源。 以学生为中心的网络教学的特点是： l 教师和学生之间是双向的弱交互。教师是学生学习的帮助者、促进者，只在必要时候为学 生提供指导和反馈；学生是信息加工的主体，在很大程度上脱离了教师的“管教”，只在自己认为需 要时才向教师申请帮助、提出问题。 2 学生从教材和各种学习资源处得到巨大的支持，获得大量的知识信息；同时学生可以对教 材和各种学习资源进行挑选、重组、再加工，自由选择感兴趣的内容，二者之间是双向强交互。 3 学生依赖教学媒体获得信息，教学媒体为学生学习创设了适合的学习环境，在学习环境中 蕴涵着学生所需掌握的大量知识内容，或不同类型的操练、练习等；同时，学生可根据自己的兴趣 选择适合的学习环境，可以按照自己的要求调节内容呈现的形式和进度，二者是双向强交互。 4 教师要实现大量教材、教学内容、教学资源的收集、整理工作，要为学生的学习提供内容， 要设计内容的呈现方式，从教师到教材是强交互；教材和教学内容是教师设计教学过程要考虑的因 素之一( 最重要的考虑因素是学生的能力和需求) ，但不是约束教师的条件，从教材到教师是弱交互。 5 教师要为学生的学习选择教学媒体，创设恰当的学习环境，设计教学媒体的呈现形式及呈 现内容，因此从教师到教学媒体是强交互；教学媒体很少对教师产生影响和约束，因此二者之间的 交互是单向的。 6 教学媒体的选择、学习环境的设计要依赖于教材和教学资源：教材和教学资源通过教学媒 体和学习环境呈现出来，因此二者是双向强交互。网络教学把文字、图形、影像、声音、动画和其 他多媒体教学软件的先进技术有机的融合在起，可以模拟现实环境，其效果是任何其他教学方式 无法比拟的，有利于学习者对知识的获取。 7 学生与学生之间的交流是一种间接( 即非面对面) 的互动，二者之间的交互是相互的、而且 是强相互，但不一定是及时的，这种强的交互作用排除了不同学生个体之间的差异( 心理承受能力、 社会约束习惯对每个人的压力等) 而带来的交流差异，让学生之间能坦然的交流。在网络环境的学习 是一种某种程度的解放。网络能使学生真正做到不耻下问。平常上课时有相当多的学生有问题不好 意思问，所以问题越积越多，慢慢失去了学习的兴趣和信心，严重的影响了学习成绩。网络课程， 学生不存在这种胆怯心理，可以真正做到提自己想问的问题。学生提出的问题涉及面可能非常广， 甚至跨年级、跨学期。在解答问题时，教师有充裕的准备时间，可以认真考虑学生所提的问题，查 阅资料或与其他教师共同研究，在力求科学准确的基础上做到详尽、易懂，便于学生接受，避免学 生淹没在参考书中。此外，网上解答不但是个解答过程，也是一个与学生交流的过程，通过网络 真正实现了教师和学生成为朋友这一目标。 以学生为中心的网络教学注意在学习过程中发挥学生的主动性、积极性，相应的教学设计主要 围绕“自主学习策略”和“学习环境”两个方面进行。前者是整个教学设计的核心一通过各种学习策略激 发学生去主动建构知识的意义( 诱发学习的内因) ；后者则是为学生主动建构创造必要的环境和条件 ( 提供学习的外因) 。这种网络教学由于强调学生是学习过程的主体，是知识意义的主动建构者，因 而有利于学生的主动探索、主动发现、有利于创造型人材的培养，这是其突出的优点但是网络教学 由于强调学生的“学”，往往忽视教师主导作用的发挥，忽视师生之间的情感交流和情感因素在学习 过程中的重要作用；另外，由于忽视教师主导作用，当学生自主学习的自由度过大时，还容易偏离 教学目标的要求，尤其不适合我国己经习惯了以教师为中心教学结构的广大教师和学生，这又是其 不足之处。 4 第一章绪论 1 3 3 学教并重的教学方式一网络辅助教学 以教师为中心的传统教学的弊病，并不在于主张发挥教师的指导作用而在于把教师的指导作 用任意夸大并绝对化。但为了达到教学过程的最优化，使学生获得最佳的学习效果，教师的指导作 用却是必不可少的。以学生为中心的网络教学则片面强调以学生为中心，完全让学生自由去探索， 忽视教师( 甚至也忽视教材) 的作用。网络辅助教学吸收了上述两种教学方式的优点及其理论基础的 优点，其核心在于既要发挥教师的指导作用，又要充分体现学生的主体作用。在按照这种教学理念 所形成的教学活动进程中，学生是信息加工的主体和知识意义的主动建构者；教师是教学过程的组 织者、指导者、意义建构的帮助者、促进者；教材( 教学内容) 所提供的知识不再是教师灌输的内容， 也不是学生知识的唯一来源，而是学生主动建构意义的对象之一( 建构意义的对象还包括其他教学资 源) ：媒体也不再是帮助教师传授知识的手段，而是用来创设情境、进行协作学习、讨论交流即作为 学生自主学习和协作式探索的认知工具与情感激励工具。 1 、教师和学生之间存在双向的强交互。教师是学生学习的帮助者、促进者，是学生学习活动的 组织者和实施者，时刻关注学习者的学习过程，能较好的为其把握学习的方向、学习的进度，并提 供指导和反馈；学生在教师的帮助下学习，不断与教师进行不同形式的交流，汇报自己的成果，获 得教师的反馈，提出疑难问题等。 2 、学生从教材和各种学习资源处得到巨大的支持，获得大量的知识信息：同时学生可以对教材 和各种学习资源进行重组、挑选，从不同侧面找到与主题相关的内容，二者是双向强交互。 3 、学生依赖教学媒体和学习环境来获得信息，教学媒体为学生创设了适合的学习情境和与他人 交流、协作的情境，将大量知识内容蕴于其中；同时，学生可根据自己的兴趣选择不同的学习工具、 调节媒体呈现的形式和内容，可在一定范围内调节学习的进度，二者是双向强交互。 4 、教师要实现大量教材、教学内容、教学资源的收集、整理工作，要为学生的学习提供内容， 从教师到教材是强交互；教材和教学内容是教师设计教学活动要考虑的重要因素之一，教师的教学 活动依赖于相关的教学内容，从教材到教师也是强交互。 5 、教师要为学生的学习选择教学媒体，对教学媒体的呈现形式及呈现内容进行设计和组织，对 相关的学习情境进行设计，因此从教师到教学媒体是强交互；教学媒体为教师多种教学形式的开展 提供强有力的支持，为教师的教学提供不同类型的工具，从教学媒体到教师也是强交互。 6 、教学媒体和学习情境的选择与设计要依赖于教材和教学内容；教材和教学内容通过教学媒体 和学习情境呈现出来，因此二者是双向强交互。 网络辅助教学以先进的教育理念和教育理论为指导，体现了它的先进性。另外网络辅助教学是 以信息技术为重要手段的新的教学形式，顺应时代之趋势，改革之潮流。新的教学形式的整合性， 信息技术与传统课堂教学的整合要求教师的教学策略和学生的学习策略发生改变，要求教学目标的 设置以及评价方法发生变革等。网络辅助教学活动的丰富性，在课堂和网络双重环境下设计教学活 动，可以培养学生的多种能力。网络辅助教学的“双主”性，即以教师为主导，学生为主体的“双主” 教育思想为指导，它既重视“教“，也重视“学”，以优化教学效果为最终目的。 1 4 本章小结 本章节简要描述了土木工程专业及土木工程材料课程，结合我国网络课程教学的现状与网络课 程辅助教学的意义，指出了土木工程材料网络课程辅助土木工程材料教学的现实意义和作用。 东南大学硕士学位论文 第二章网络课程建设的理论基础及必要性调查 2 1 理论基础 多媒体网络课程是在现代教育思想、教学设计理论和学习理论的指导下，通过教学设计，运用 多媒体技术对多媒体教学资源进行设计、组织、呈现和开发的一种教学方式。多媒体网络课程在设 计、制作和使用过程中，要以一定的教育思想、教育理念、教学策略和教学原则为指导，才能设计 和制作出高质量、体现一定教育思想和教学风格的课程，才能够在使用中充分体现设计制作者的思 想和意图，取得好的教学效果。现代教育理论、学习理论和教学设计理论是指导网络多媒体课程设 计和开发的主要理论基础。 2 1 1 现代教育思想 科学技术的发展给目前的教育带来前所未有的机遇和巨大的挑战，为了迎接这些挑战，教育学、 心理学、教育技术等方面的专家对新世纪的教育问题进行了全方位的研究，形成了许多新的教育思 想，出现了许多新的教育理论，这些思想和理论不仅对教育战略的决策、人力资源的开发等产生重 大影响，而且对教学模式、教学方法和教学软件的设计、开发和使用也产生了深远的影响。与教学 软件的设计和开发关系比较密切的教育思想主要有素质教育、创新教育、终身教育和教育的四大支 柱。 所谓素质教育，就是通过科学有效的教育途径，充分发掘人的天赋条件，提高人的各种素质水 平，并且使其得到全面、充分、和谐发展的教育，简言之，素质教育就是全面提高与发展人的素质 的教育。素质教育的特征主要体现在重视学生三个方面的发展，强调学生全体发展，强调学生全面 发展，强调学生个性发展。 创新教育是指以培养具有创新意识、创造性思维和创新能力的人才为目标所进行的教育和教学 活动，创新教育是培养高素质创新人才的有效途径。在多媒体教学软件中创新意识的培养要注意丰 富学生的想象力，扩大学生的知识范围，锻炼学生的批判性思维等，对创造性思维的培养要从思维 方式的求异性、思维状态的主动性、思维结构的灵活性和培养学生的信息能力等方面展开。 随着科技的发展和人类的进步，科技信息正在进行爆炸式的增长，有资料统计显示，近三十年 科学知识的积累和增长己经超过了这之前人类历史长河中积累的所有科学知识，这既是人类的幸事， 同时也给人类文明的传承带来了挑战，特别是对人类的学习方式提出了更高的要求。在这种情况下， 如果我们仍然使用传统的教学方式和学习方法，势必将被时代所抛弃。终身学习就是为了应对这种 挑战而提出的，只有不断的学习，才能更新旧知识接纳新知识，才能与时代同行。要进行终身学习 就要有相应的条件，要有与时代发展基本一致的教学材料，要有能进行快速有效学习的各种学习环 境，要有与终身学习相配套的社会、法制和人文环境等。 2 l 世纪是高科技的世纪，各个领域的竞争日趋激烈，竞争的核心是人才的培养，为此，联合国 “国际2 l 世纪教育委员会”提出“教育的四大支柱”来指导人才的培养问题。该委员会认为，为了应付 这种竞争和危机，并能使培养的人才能适应未来社会发展的需要，教育必须围绕四种学习能力来重 新设计、组织教育过程和教育资源。 所谓“四大支柱”是指能支持现代人在信息社会有效的工作、学习和生活，并能有效地应付各种 竞争和危机的四种学习能力来重新设计、组织教育过程和教育资源，四种最基本的学习能力，即学 会认知、学会做事、学会合作和学会生存。 学会认知( l e a r n i n gt ok n o w ) ，就是要学会认知的手段和方法，学会发现问题，学会解决问题， 学会自己建构知识，也就是要具有终身学习的能力。 学会做事( l e a r n i n g t od o ) ，主要指在一定的环境当中去实践、去探索的能力，包括如何面对困 6 第二章网络课程建没的理论基础及必要性调查 难，如何分析、设计和论证解决问题的方案，如何组织协调和实施方案等方面的综合能力，让学生 通过亲身实践获得知识，培养能力。 学会合作( l e a r n i n g t o l i v e t o g e t h e r ) ，就是要学会与他人友好相处，学会与周围的人合作生活、 合作学习、合作工作，培养学生为了实现共同目标，能顾全大局与他人团结合作的精神。 学会生活( l e a r n i n g t ob e ) ，就是要学会掌握自己的命运、适应环境的变化，能抓住机遇拓展自 己的发展和生存空间，以求学生自身生存和发展的综合能力的全面提高。 这四种能力并不是并列关系，而是有层次的，“学会合作”是基础，其他三种能力是“学会合作” 所不可缺少的基本能力。四大支柱教育思想具有鲜明的时代特征。首先，它强调以道德教育为基础。 把“学会合作”作为教育的基础，就是强调要培养学生学会处理人与人之间的复杂关系。和谐的人际 关系有助于事业的成功，是社会道德规范所追求的基本目标，所以，四大支柱教育思想强调的基本 问题就是道德教育问题。其次，它强调要培养学生的认知方法。人类对知识的学习不仅在于知识的 系统化学习，而更重要的是要培养学生掌握认知的手段和方法，以培养学生继续学习和终身学习的 能力，这对于2 l 世纪信息化时代的人才培养，无疑是非常重要的。最后，它强调对学生能力素质的 培养。四大支柱教育思想不仅强调知识的学习，而且强调学生实际能力的培养，在“学会合作”的基 础上，重视培养学生分析问题、解决问题的能力，重视培养学生适应环境、拓展生存空间的能力。 2 1 2 行为主义学习理论及对课件的指导意义 行为主义是2 0 世纪2 0 年代产生于美国的一个心理学派别，由华生创始。他认为学习的本质是 条件性的刺激与反应的牢固联结。到2 0 世纪4 0 年代后，以斯金纳为代表的新行为主义学习理论兴 起。斯金纳提出操作性条件反射理论，指出有机体的行为分为两种，除应答性行为外，还有一种是 操作性行为。应答性行为是一种被动的、本能的、由已知刺激引起的反应，而操作性行为则没有一 支刺激，完全是由有机体本身自发的主动行为，是通过生物体自身努力而形成的行为。产生操作性 行为的一个重要条件是强化，通过强化的知识可以实现对行为过程的控制。人类行为与多数操作性 行为，靠条件反射受到强化获得的知识、技能和技巧。斯金纳还改进和发展了教学机器，创作了程 序教学法。 对应到c a i 课件的设计和编制，就是要在人机之间形成刺激反应强化的学习机制，即提供刺 激引起学习者的反应，并根据反应正确与否进行巩固强化或消退强化。为此，就要将教材内容进行 明确的分割，组成一个个单元或框面，并按单元内容之间的逻辑关系组合起来，引导学生一步步循 序渐进的掌握知识，同时在教材中设置强化机制，采用提问、核对和评价等措施，引导学生达到学 习目标。 斯金纳程序教学的基本原则包括： ( 1 ) 小步子原则 将学习内容按照其内在的逻辑关系分割成许多细小的单元，每个单元称为小步子。分割后的单 元按一定逻辑关系排列起来就是程序化教材或课件，以确保学生由浅入深、由易到难、循序渐进的 学习。单元划分的大小由具体的教学性质和任务来确定。 ( 2 )积极反应原则 传统教学主要是教师传授知识，学生被动的接受知识，很少有机会对教师提出的每个问题作出 反应。要改变这种消极学习的现象，就要求在呈现教材的每一项目中让学生作出积极反应，通过选 择、填空、书写答案以及按键等方式使学生作出反应，以保持积极的学习动机。 ( 3 ) 及时强化原则 这项原则是指当学生作出反应后，必须使他们知道其反应是否正确。要求课件要对学生的反应 给予及时强化或及时确认，尤其是对学生作出的正确反应给予及时强化，就会提高其学习质量。 ( 4 ) 自定步调原则 这项原则是指程序教学应该让学生根据自己的潜力进行学习，这就要求程序教学以个别化学习 的方式进行。 ( 5 ) 低错误率原则 东南大学硕士学位论文 这项原则是指在小步子的程序教学引导下，学生可以尽量少出现错误。 2 1 3 认知主义学习理论及在课件中的指导意义 认知主义源于格式塔心理学派，这个学派认为学习是人们通过感觉、知觉得到的，是由人脑主 体的主观组织作用而实现的，荠提出学习是依靠突然感悟，而不是依靠尝试与错误来实现的观点。 它认为外在强化作用不是产生学习变化的原因，内在动机和学习本身内在的强化作用才是产生学习 变化的主要因素。因此，它强调人的主观能动作用和人与环境的相互作用，主张学习时智能的培养 过程，是认识再认识的活动。认知派重要代表人物有瑞士心理学家皮亚杰，提出著名的认知结构说。 他认为作为认知的主体，人们在认识周围环境，并与周围环境相互作用时，具有一定的认知结构。 8 0 年代后，认知心理学家倾向于用信息加工理论来解释学习过程。学习过程是一种信息传递与处理 的过程，学习过程的信息处理模型使用信息加工过程来解释人的复杂行为。 由于认知学习理论既强调外在的客观因素，也强调学生内在主观因素，重点放在两者的结合上。 主张学习就是将外在事物的关系内化为学生自己的认知结构的过程。为了便于将外在的客观事物的 关系内化为学生内在的认知结构，该理论特别强调基本概念的形成，强凋概念与概念之间的关系， 强调概念与命题、命题与命题之间的关系。因此，概念清晰、命题逻辑关系合理的学习材料，就成 为学生认知活动良好的外部条件。从这个基本概念出发，得到如下课件设计原则 ( 1 ) 逐渐分化原则 逐渐分化原则是指课件内容的呈现序列要由最一般的、包摄性最广的概念开始，然后根据具体 细节对他们逐步加以分化。这种逐步分化的呈现形式，其优点在于包摄程度大的内容给后学的新内 容提供一个固定点，用来同化新的知识。奥苏贝尔认为这种呈现顺序不仅与人类学习认知内容的自 然顺序相一致，而且也是与人类认知结构中表征、组织和存储知识的方式相吻合。 ( 2 ) 类别化处理原则 类别化处理原则是指在课件内容中要根据事物的属性和关键特征，将他们进行分类处理。这种 分类处理既符合人类认知事物的基本规律，也容易使学生形成概念。在布鲁纳看来，人类是由系统 的对环境信息加以选择和抽象概括的。这种选择和概括就是对具有千差万别的大干世界依据某种特 征和属性进行分类，并在分类的基础上形成概念，这是认知思维活动的核心。为了帮助学生形成有 效的活的概念，促进思维发展，在课件设计中要注意对知识内容的分类化处理。尤其是对多媒体课 件，不仅呈现事物的形象，更要解释事物的属性和特性，有助于学生形成概念。 ( 3 ) 积极参与原则 积极参与原则是指在学习过程中，学生不是被动的接受刺激后才有反应，而是积极主动地参与 学习活动。认知理论在学习方法上倡导发现学习和接受学习的形式，但无论发现还是接受都主张学 生的内部积极的思维活动，使学生已有的认知结构产生同化或者顺应的变化。这项原则为课件的交 互性设计赋予新的、更高水平的含义。行为主义倡导的程序教学也有交互性，但这种交互性处在学 生外在行为变化的水平上。认知理论则把交互性提升到学生内在的认知思维水平上。设计课件时更 关注学生思维活动的变化，给其信息加工活动提供条件和空间。认知理论的产生也为人工智能的研 究提供了理论基础。 2 1 4 建构主义学习理论及对课件的指导意义 建构主义( c o n s t r u c t i v i s m ) 也译作后结构主义，是认知心理学派中的一个分支。建构主义理论一 个重要概念是图式，图式是指个体对世界的知觉理解和思考的方式。也可以把它看作是心理活动的 框架或组织结构。图式是认知结构的起点和核心，或者说是人类认识事物的基础。因此，图式的形 成和变化是认知发展的实质，认知发展受三个过程的影响：即同化、顺应和平衡。同化是指学习个 体对刺激输入的过滤或改变过程。顺应指学习者调节自己的内部结构咀适应特定刺激情境的过程。 平衡是指学习者个体通过自我调节机制使认知发展从一个平衡状态向另一个平衡状态过渡的过程。 建构主义的学习观认为 8 第二章网络课程建设的理论基础及必要性调查 ( 1 ) 学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。学生不是简单 被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义，这种建构是无法由他人来代替的。 ( 2 ) 学习不是被动接收信息刺激，而是主动地建构意义，是根据自己的经验背景，对外部信息进 行主动地选择、加工和处理，从而获得自己的意义。外部信息本身没有什么意义，意义是学习者通 过新旧知识经验间的反复的、双向的相互作用过程而建构成的。因此，学习，不是象行为主义所描 述的“刺激一反应”那样。 ( 3 ) 学习意义的获得，是每个学习者以自己原有的知识经验为基础，对新信息重新认识和编码， 建构自己的理解。在这一过程中，学习者原有的知识经验因为新知识经验的进入而发生调整和改变。 ( 4 ) 同化和顺应，是学习者认知结构发生变化的两种途径或方式。同化是认知结构的量变，而顺 应则是认知结构的质变。同化一顺应一同化一顺应二，循环往复，平衡一不平衡一平衡一不平衡相 互交替，人的认知水平的发展，就是这样的一个过程学习不是简单的信息积累，更重要的是包含新 旧知识经验的冲突，以及由此而引发的认知结构的重组。学习过程不是简单的信息输入、存储和提 取，是新i i 敢l a 识经验之间的双向的相互作用过程，也就是学习者与学习环境之间互动的过程。因此 建构主义学习理论认为“隋境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。 建构主义认为，学习者的知识是在定情境下，借助于他人的帮助，如人与人之间的协作、交 流、利用必要的信息等等，通过意义的建构而获得的。理想的学习环境应当包括情境、协作、交流 和意义建构四个部分。 f 1 1 情境，学习环境中的情境必须有利于学习者对所学内容的意义建构。在教学设计中，创设有 利于学习者建构意义的情境是最重要的环节或方面。 f 2 1 协作，应该贯穿于整个学习活动过程中。教师与学生之间，学生与学生之间的协作，对学习 资料的收集与分析、假设的提出与验证、学习进程的自我反馈和学习结果的评价以及意义的最终建 构都有十分重要的作用。协作在一定的意义上是协商的意识。协商主要有自我协商和相互协商。自 我协商是指自己和自己反复商量什么是比较合理的；相互协商是指学习小组内部之间的商榷、讨论 和辩论。 f 3 1 交流，是协作过程中最基本的方式或环节。比如学习小组成员之间必须通过交流来商讨如何 完成规定的学习任务达到意义建构的目标，怎样更多的获得教师或他人的指导和帮助等等。其实， 协作学习的过程就是交流的过程，在这个过程中，每个学习者的想法都为整个学习群体所共享。交 流对于推进每个学习者的学习进程，是至关重要的手段。 ( 4 ) 意义建构，是教学过程的最终目标。其建构的意义是指事物的性质、规律以及事物之间的内 在联系。在这样的学习环境中学习，学习者一方面要利用原有的知识结构同化新知识，赋予新知识 以某种意义：另一方面要顺应新知识，对原有认知结构进行改造与重组。通过自主学习，主动进行 知识意义的建构。 建构主义使用的教学设计原则如下： ( 1 ) 强调以学生为中心 明确“以学生为中心”，这一点对于教学设计有至关重要的指导意义，因为从“以学生为中心”出 发还是从“以教师为中心”出发将得出两种全然