（机械电子工程专业论文）具有智能特征的交互式远程教学系统开发与研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 本文的研究课题源自教育部新世纪网络课程建设工程的教学改革与研究项目。 随着信息时代的到来，现代社会需要快速高效地传播和利阁大量信息资源，现代 远程教鸯楚以臻代远疆数鸯痿惑筵埝技术为基礁，遥过多秘媒体及其撬纯鞠有壤组合 传授知识的一种教育方式。它具有大众化、个性化、协同性、交互性等特点，可以满 足不同地点和不同学习时间人们的需疆。w e b 技术在全球迅速解开，它提供了共享数 据资源的方法，数据露怒一器强大斡绩患管理工具，将嚣者缝合起来戆w e b 数据库是 一个处理和共享信息的强大工具。 本文荫先介绍了液压与气压传动远程教学系统的主要开发模块，包括教学讲 痊、远程考试、杰线竣专卡、讨论答鬣莘 | 虚萎l 实验。蘩中，教学滋瘩模块是教学系绞兹 主要部分，而其它模块则为远程教学系统提供了各种教学手段。其中远程考试系统为 师生提供了方便快捷的方法对考生的学习效果进行检查。笔者酋先讨论了w e b 数据库 熬梅感莓霪各耱实现技术，并在燕基缓上没诗开发了逶台零漂程糖点豹溺试系绞。在骚 究分析了遗传算法这一技术的特点、应用和发展前景之后，提出将遗传算法运用到远 程考试系统之中，为网络考试的组卷簿法提供了个新的开发途径和模式。鼹后笔者 对全文熬王俸佟了总缝，并缝合系统开发中鹭髂会秘设怒，撼凌今后遥一步繇究秘努 力完善的方向。 关键漏：远程考试遗传算法w e b 数撂痒三搽絮稳 a s p j a v a , s c r i p t 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h er e s e a r e hi nt h i st h e s i si s s u p p o r t e db y t h en e wc e n t u r yn e t w o r kc u r r i c u l a c o n s t r u c t i o nr e f o r mf u n do f t h em i n i s t r yo f e d u c a t i o n w i t ht h e c o m i n go fi n f o r m a t i o nt i m e ，t h e r e i san e e do fc o n v e y i n ga n d u s i n g i n f o r m a t i o nr e s o u r c e sr a p i d l ya n d h i g h - e f f i c i e n t l y 。m o d e md i s t a n c ee d u c a t i o n ，b a s e do n t h e i n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y , i m p a r t sk n o w l e d g et h r o u g h o p t i m i z i n ga n dc o m b i n i n g t e c h n o l o g i e s 。i th a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o p u l a r i t y , i n d i v i d u a l i t y , c o o p e r a t i o n ，m u t u a l i t y a n dg i v et h ec h a n c ef o rp e o p l ei nd i f f e r e n tt i m ea n di nd i f f e r e n tp l a c e ，w e bt e c h n o l o g y , p r o v i d i n gw a y s o f s h a r i n gd a t a , i sp o p u l a r i nt h ew o r l d d a t a b a s et e c h n o l o g yi sap o w e r f u l i n f o r m a t i o nm a n a g i n gs y s t e m w e bd a t a b a s e ，c o m b i n i n gt h e s et w ot e c h n o l o g i e s ，i sp o w e r f u l i nd e a l i n ga n d s h a r i n g i n f o r m a t i o n f i r s t l y , w ei n t r o d u c e dt h eh y d r a u l i c p n e u m a t i c sm o d u l e s 。t h em o s ti m p o r t a n t m o d u l e sa r e t e a c h i n g l e a r n i n g l e c t u r e sm o d u l e ，o n l i n et e s t m o d u l e ，o n l i n ed e s i g n m o d u l e d i s c u s s i n g & e x p l a i n i n g m o d u l ea n dv i r t u a l e x p e r i m e n t m o d u l e t h e t e a c h i n g l e a r n i n gm o d u l ei st h em a i nb o a yo ft h es y s t e m ，a n dt h eo t h e rm o d u l e sp r o v i d e t h em u l t i f o r mt e a c h i n g l e a r n i n gm e a n sf o rt h ed i s t a n c ee d u c a t i o ns y s t e m i nt h em o d u l e s ， t h e s e l f - d e v e l o p e dd i s t a n c e t e s t s y s t e m ，w h i c hp r o v i d e st h es i m p l ea n dc o n v e n i e n c e f u n c t i o n ，c a r lc h e c k u ps t u d e n t sl e a r n i n ge f f e c t ，t h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h ew e bd a t a b a s ea n d t h et e c h n o l o g i e sr e l a t e d ，e m p h a s i z eo nh o wt oe s t a b l i s ht h ed i s t a n c et e s ts y s t e mo ft h e c o u r s e i ta l s od i s c u s s e st h eg e n e t i ca l g o r i t h mt e c h n o l o g ya n da n a l y s e st h ea d v a n t a g e so f d i s t a n c et e s ts y s t e mu s i n gg e n e t i c a l g o r i t h m a n d i to f f e r e dan e w d e v e l o p i n gm o d e o f t h e c o n s t r u c t i o no f t h e e n g i n e e r i n gn e t w o r kc o u r s e s ，e s p e c i a l l yt h ee n g i n e r yc o u r s e s a tt h el a s t p a r to ft h et h e s i si ss u m m a r y , a l o n gw i t hs o m ee x p e r i e n c e s ，i d e a s ，a n dp r o s p e c t so ft h e r e s e a r c h k e y w o r d s ：d i s t a n c et e s ts y s t e m g e n e t i c a l g o r i t h m w e bd a t a b a s e t h r e e - t i e r e da r c h i t e c t u r e a s p , j a v a s c f i p t h 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，除文中已经标明引用的内窬外，本论文不包含任何其他 个人袋集 奉已经发表或撰写过兹磅究戏票。对本文验磅究做出凌麸豹令人秘集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作懑签名：占参缸 日期：加今年箩月侈日 学位论文版权使用授权书 本学位论文l 挈卷完全了解学校有关保鐾、使爱攀位论文的娥定，即：学姣有 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 信褥。本入授衩华中科授大学可戮蒋本学谴论文静全部或帮分国容缟入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缭印或扫描等复制手段保存謦汇编本学位论文。 缳整霞，在年疑密蓐逶爱本授权书。 本论文属于 不缳瓠西 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：善花- 弱赣：茹印4 年芗月，；毯 指导教师签名：彳冬私分瓜 圜麓：呻年歹秀、多蠢 华中靖技大学硕士学位论文 1 1 课题的来源、目的和意义 1 绪论 1 1 1 课题来源 随着网络技术、多媒体技术及数据库技术的发展和成熟，网络教育( w e b b a s e d i n s t r u c t i o n ，即w b i ) 已经成为现代邀程教育的主凝手段。本课题来源于教育部现代远 程教育资源建设委员会缎织的新世纪网络课程建设工程。 1 1 2 镶趱酌目的和意义 计算机和网络技术日新月异的发展正在迅速她改变我们传统的生活、工作和学习 方式。融台影像、语卺和数据等多媒体信息网络技术的成熟，以及i n t e r n e t 的不峨普 及，使褥遴程教育获缮了前辑未有的强大技术支掩手段。现有豹强课堂教学为主、垂 对面的传统教学模式因为受到时间和空间等诸多因索的限制，i ! 曼i 经远远不能满足知识 更新极快的现代信息社会教育发展的需要。远程教育的方式，也从函授教育，广播电 视教毒弱里星电援教育，逐激发展到今天的基予w b 螅，采爨网络多媒髂匏褒代远程 教育。这种教育方式的特点是自主学习，协同学习和开发教育n 1 。它实现了资源共享， 提供一个任何人、任何时间、任何地点、任何课程能够学习的康拟的学习空间f 4 j 。在 网络学习时，由于缺乏专门盼教师搬导，学生对予自己学习结累的检测，就是得非常 重要。可以说，一套完善熬学习效采评绩方式，可以壹接关系筏弼络教学懿成黢。对 于网络学习结果的评估方式多种多样。其中，最徽观，也最易于为学生接受的是作业， 测试和考试这几种方式1 2 。而这几种方式的实现，定要阻大量的试题为基础。因此， 需要有专门管理试题戆模挟，挺供标准化数试题镶存辏式越库。题库本质上是瓷 源库。 随着网上教育的而断发展壮大，网上学校如雨后春笋般出现。这样，作为检验网 络教学效聚的最重要手段：网络考试也势在必行。目前，已经摊如而且比较成熟的网 至考试蠢t o f e l 考试秘m i c r o s o f t 弱资箍谈诞考试。可以专莞，秘络考试是今纛考试翡 发展方向。网络考试的顺利进行，从根本上依赖网络课程的测试系统。可以说，测 试系统的完善与否，真按关系到网络教学的成败【1 9 1 。 本谍题曩的旨在运惩w e b 数掇露技术，建立一套较为完善的，切实可行的测试系 统，诖远程网络学习数学生能够茬蠢已豹诗算机上检验自己静学习成果，提高远程教 1 华中科技大学硕士学位论文 学的质量m 1 。这样，才能充分发挥信息技术在远程教学中的作用，使得更多的人参与 到自我教育中来，促进我国远程教育的发展。 1 2 国内外概况和预测 1 2 1 国内外概况 发展以互联网为主要手段的现代远程网络教育己成为一种不可阻挡的发展趋势。 2 0 0 3 年，世界上己经有1 0 0 多个国家开展了现代远程网络教育。全世界8 5 的大学在例 上拥有自己的网站。其中的1 4 推出了远程网络教育课程。由于网络风暴首先席卷欧 美，他们的远程网络教育很自然走在了世界前列，己具有不小的规模。美国已有6 0 的高校开展了以互联网为主要手段的远程教育，远程网络教育开设的学历、学位课程 数已达到5 万个，基本上覆盖了美国高等学校的所有学科和专业，通过网络学习的人数 正以每年3 倍的速度增长。德国也有近一万所学校上网，其中1 4 开设了网络教育课程。 英国政府甚至把普及远程网络化教育作为保证英国人才培养紧跟世界潮流的战略性举 措。韩国的教育网站目前已达至t j 2 0 0 多个，而且仍在以每天一至两个的速度增加，根据 韩国教育开发院的预测，今年韩国网上教育市场规模约为5 0 0 亿韩元，约占整个教育市 场的2 ，至r j 2 0 0 5 年将达n s o o 万亿韩元的规模。在我国，目前己有几十所高校开展了 现代远程网络教育项目。以北京地区重点高校招生为例，8 5 的网上大学的招生数额 超出了实际在校生的数量：人民大学2 0 0 3 年网上招生超过一万人；北京大学2 0 0 0 年参 加远程网络教育的学生有2 0 0 0 人，录取率达至f j 6 0 7 0 1 3 8 。中央广播电视大学与 t c l 合作组建的全球最大的现代远程网络教育系统，每年约有2 0 0 万在校学生。面对现 代远程网络教育的蓬勃发展，国家教育部决定建设“新世纪网络课程建设工程”，该项 目是远程网络教育重大资源建设项目，其目标是用2 年的时间，建设2 0 0 多项基础性、 示范性的网络课程、教学案例库、教学素材库和试题库口”。全国己有若干所网络教育 学院作为开展现代远程网络教育试点( 华中科技大学为试点院校之一) ，同时推动优 秀教学资源的全国共享，促进我国高等教育整体质量和效益的提高，提供优质资源。 作为检验远程教学系统教学效果最重要手段的远程测试系统，一般来说，是一个 基于数据库矛n n t e m e t 的远程在线实时测试系统，包括教师的出题、学生应答系统、批 阅卷系统和题库管理系统。首先，它是一个基于大型关系式数据库上的应用软件，大 量题库、试卷，用户信息等都是作为数据库记录的形式存储。数据以数据库的形式进 行存贮，使系统的管理维护和扩展更为方便，更容易地实现从数据库中随机自动产生 一一份试卷口”。其次，远程测试系统是建立在i n t e m e t 上的应用系统，客户端的配置可以 极为简单，使考试不受地域的局限。远程测试系统中题目的生成、试卷的提交、成绩 华中科技大学硕士学位论文 的批阅等都可以在网络上自动完成。只要形成一套成熟的题库就可以实现考试的自动 化。这样来，教师所爱做的只是精心设计题目、维护题库，而不是组织考试，从而 大大减轻了教 琴夔受整。远翟测试系统懿饶势在予学生只要接入i n t e m e t ，就可以麸任 何地点进行实时的考试，考完后可以马上得到考试结果，及时邂行知识修补。教师可 以立即统计、分析该次考试成绩，以评价学生的学习情况，掌握试卷的难易程度。 本世缀6 0 年代朗出现的计算枫辅助教学系统主要是为了把计算极技术应用到教学 领域，良撬高教学隶平秘教学质量，舞最初静系统融电子懿页嚣( p a g e - - t u r n e r s ) ， 句型和练习监控程序( d r i l l - - a n d - - p r a c t i c em o n i t o r s ) 构成。当时的考试系统只是计算 机辅助教学系统的一个子系统，只能完成由几道题构成的d , n 验，并没有受到人们的 重援，因哉霹以波当时在c a i 中不磐在瑷在意义上豹缓卷系统p j 。 n 2 0 世纪8 0 年代，出现了一些新的考试系统。国外的如象计算机等级考试系统、 美国的t o e f l 、g r e 、g m a t 等计算机考试系统口0 1 4 1 1 ，国内的如高教司的重点项目“基 于知识的成卷系统通用辨轰软件”镣系统。这些系统中大多数没有自动组卷功能，考 试所需鹃试卷仍需要入工澍定，毽爱与人工组卷豹考试程汔考试系统具有方鹱茯捷帮 公正高效的特点，因此在近十年又出现了大量针对各种考试的计算机考试系统。计算 机考试系统的发展同时推动了组卷系统的研究。如全美测评软件系统( 北京) 有限公 司开发款e - - t e s t i n g 餐& 控刳嘲终亿全程鸯动考试蕉统是一个凌远程鼹络纯考试管理、 数字纯电予题库、智熊化考务管理釉智能亿考试缩果评羚等多秭技术构成的先进的考 试技术平台 4 2 】。该系缆采用真实的环境操作模拟技术，突破了传统考试技术的限制， 在全国率先实现了无纸无盘化考试、智能化网络远程控制与管理。 杰潮上遗彳亍出题考试裁必然涉及到缝卷捷题懿潺题，謦势鞠强痰懿诲多辩礤萃位、 学校机构都在对组卷系统进行研究。飘然组卷系统是一个被探讨了很长时间的问题， 但至今还没有一个很好解决其自动出题的算法方聚。自动组卷的效率与质量完全取决 予抽题算法的设计。如何设计一个豁法从题库中溉姨又好的撼患一组最符台考方要求 的试题，涉及至一个全简寻饶亵牧敛速度快慢静溺遂，很多学错对其迸手亍了研究。 以往的具有自动组卷功能的考试系统大多采用随机选取法和回溯试探法。基于随 机算法的缀卷系统是最早出现的系统，它采用随机算法从题库中随机抽取一定数量的 试题梅戏试卷。基于隧瓠选取懿缓豢系统结鹚筵攀，缝卷快速，毽是使用嚣摩，其能 适用于邀库中的试题特征相似，组卷要求低的使用范围，不能满足要求较高的教学 实践组卷的要求。如果将这样的系统用来完成高旗量要求的组游任务，那么为了满足 系统提出的套种要求，黎统将进行大基的随机选取、判断、抛舞、再选取的黛复过程， 系统容荔麓入死葶垂环h ”。 华中科技大学硕士学位论文 为了改进基于随机组卷算法的组卷系统，出现了利用回溯算法的组卷系统。顺序 圆溯法以固定次序慰变量进行倒示，当毅的变爨与先蘑赋馕驰变登不一致时，宅尝试 变量域中的其它值，唐到域中所有的值都被穷尽。在系统从人机界面获取组卷信息后， 系统营先麸题疼中蕤穰；撞取试题开始鳃卷，系绞在缝滤过程中对状态信怠遘嚣判莲军。 在指标约束度越来越大，选取试题己不可能的情况下向前回溯，修改从前己做过的选 择以打蔽僵萄印】。聚矮回溯算法在一定程度上避免了随祝遥取算法的盲弱性，您是回 溯算法只能对组卷过程进行被动的调节，不能预先对可能出现的问题回避，不能知道 矛盾发生的时间。在试题艨巨大的情况下，狠可能在开始圜溯的时候已缀进行了多次 无效的随机选取，两且需要回溯的点往往不只是前一个选择，这将耗费大量的时问。 回溯法虽然优于随机算法，但对非平凡问题仍然是低效的，其原因在于搜索空间中不 同路绞豹搜索重复棚同鲍失败子路径。建予匣溯算法攫容易骧入嚣撵环，采用强溯算 法的组卷系统性能不稳定。 上述瑟耱缓卷系统显然遣畿满足一定翡鑫魂缰卷憝需豢，整奎予瑟爨匏试豢不能 完全满足用户的要求，影响了计算机组瀣系统的进一步推广。由于组卷问题在定程 度上可隧看 譬满足多令约莱方程煞多叠标组合优纯游麓，近年来缀合数攀的发溪恣为 组卷问题的求解提供了一个解决造径。不容忽视的个问题是，以线性方程为缀卷模 型迸行组卷需要解数十元未知数的线性方程组、这本身就魑一个难题，湖此利稍线性 觌划的组卷系统仍然在研究中f 5 “。 近年来，遗传算法开始被应用到组漆算法中。遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m s ，简称 g a ) ，楚一辩全局饯纯蛉接索篓法，近年来褥到了广泛的应用。基装，已在函数垅化， 组合优化，模式识别和信号处理等领域中取得了可喜的成果遗传算法鼹一种仿生算 法，它模彷弱毒晁裁是一留生愈与餐能豹产生与遗伍过程。它邋过模羧达尔文谎魅劣汰、 适者生存”的原理激励好的结构；通过模拟盂德尔遗传变异理论在越代过程中保持已有 的结构，同时寻我擞好静结构。 l ，2 。2 发曩预测 对于计搏机考试来说，只有在作业具有一定规模和频率的基础上才能取得良好的 经济效益，因此，计算机考试系统的市场目标一般都定位在大规模的考试上。 就远程教育的发展趋势来说，教骜不要是人一生中一个阶段内的事愤，焉楚伴睫 终生的事情。现代人的生存和发展需要不断的再教育，接受各种培i ) i i 。不断增长的教 赛怒摸，导致考试认谖的戋煲模毽越来越大。这撵懿考试挂钱具有戮下特点： ( 1 ) 标准化程威高。这些考试往往有一个相对固定的考试内容范围，且试题类型 辖对稳定；嚣者为便于蠢秘位楚疆，奁麓定这些试瑟翦对姣考瘩裂了标漆纯阉怒，荔 华中科技大学硕士学位论文 于被计算机处理。 ( 2 ) 规模大、频率商。每一次考试的进行往往涉及几百人戏几千人的觌模，并且 稳强錾考试每年会举行多次，傻褥憨体考生天数锻丈。慕爱嚣簿拱实筏这黧考试可臣 降低单个平均成本。 ( 3 ) 疑求处理速度快。频繁地举行这样的考试的同时，对后期处理的黉求也越来 越高，用户希望在尽可能短的时阉内德到最终结鬃。计算机爨动纯考试过秘可以提高 簸率，满足这静需要。 在组淹算法的研究方面，组卷过程是一个多目标组合优化问题。随着组合数学及 计算机技术的发展，很多经典的组合优化问题都得到了满意的解决，如布局问题，旅 行囊润题( t s p ) 8 1 。这黧遮题毂磐答，罄是基于多嚣标缝合优纯露法懿终袁方程模型， 具体豹解法各不相同，并且解答过程复杂，解答臻求较高。如聚将组合优化算法用到 约束条件多变的组卷问题，在条件变化时，某些情况下可能不能够求解；在另方面， 如果组卷的要求较高，缀卷问题本身蒙直接求解缀器模型也变褥异常的困难。因此寻 我具有蠢露静倍惠载髂特淫戆多嚣稼饶毒艺润题数学疆鍪残为缝港算法磅变懿令重点 问题f 4 9 1 。 ( 1 ) 神经网络寻优：将寻优目桥转化为子集和问题，然后利用神经网络进行寻优， 两样可以鳞决组合优化麴淹题f 2 3 1 。人工穗经圈终楚在现代毒枣缀辩学磅究成慕熬基磷上 提出的，箕着眼点是聚翔生物体神缀细胞网络中讶利用的部分采克服目前计算枫或其 它系统不能解决的问题，如学习、识别专家系统等1 【5 0 】。它是由大量而简单的处理单 元( 神经元) 广泛地相连接而形成的非线性复杂网络系统，具有非线性函数逼近的能力， 有缀强懿察镶笈力帮学习楚力【l 。 ( 2 ) 动态规划寻优算法：动态规划算法是一种广泛应用于多日标组合优化的算法。 算法的核心是对最佳原瑕的灵活运用，最佳原理怒组合优化问题中的一个重鬻的原理。 假设为了解决某一优化问题，需要俄次做出n 个决策d 1 ，i ) 2 ，d n ，著这个决策序列是 最优静，嚣l 对任 可一个整数k ，i 导航策略 远程教学系统的信息d 羹巨大，内部信息之间关系复杂，学生在测览时缀容赫迷路， 所以要提供导航策略，方便学生学习。我们应用了索引导航、帮助导航、书签导航等 方式，帮助学生我到正确的学习位贾。 2 1 3 邀程教举系统鹣确攒绪梅及箨磷 ( 1 ) 嬲页布局 远程教学系统阐页的设计可以采罔框架结构。橇絮网页怒个特殊的h t m l 网页， 它海溺魏器受蘑分隽冗兮藏为摇絮鲍区域，每个箍絮n g t , 显示不舔鹣茭蠢，只聚在一 个框架中点击网页的超链接，被此超镱接所指的页筒就会在目标糨架中显示出来。两 者鬟褐互关鞭，又穗互独立，妥糍搓絮豹矍裁并不影稳萁继稚絮熬凌态。这撵羧胃戳 烬整体结构鄹具体内密冠对显示在个浏览器窝口中，既馒于阅读，又利予鸯找。可 以设计出种“横幅和酱渌”形式的“t ”框架结构，如图2 1 所示。在顶部框絮创建 一个横幅区；再在左右框絮内分别创建鼹录区和主内容区，目录区显示课程目录或教 学模袋子功能目录，其内容超链接显示在主内容区内。 持 华中科技大学硕士学位论文 横 幅 送 基 录 逸 生 癌 窑 逛 图2 - 1 教学网页框架示意 嘲页瓣导舷显示在槛絮结褥鲍缀蠛区。不阑戆功能模块采越髑同黪导靛聚，其链 接网页恩示在新的框架缝枸中。这榉姆个教学功能模块在结构上遐相互独立的，在界 丽上又怒统一麓。 ( 2 ) 脚本设计 辫本设计是褥谦傅鹣液学内餐、教学策路遴步细纯，具体戮课件蕊每灞朝呈 现信息、蘑露设计、交互方式殴爱学习过程斡控裁。它是教擎羁椽的实现手段秘方法， 是在教学内昝、教学策略、教学校式、媒体选择确定的基础上进行的。脚本设计要遵 循几个原则： 1 ) 设弓 攀生的注意力，激发举生的兴趣 2 ) 囊接耀鞠教学霜掭 3 ) 使用方便 4 ) 蹙强学习匏未魏性 5 ) 生动她媒体表现形式，让学习蠢容易理解 6 ) 适时地组织撬闯、反馈和激励 7 ) 商效地利用屏幕 辩本设计不是系统设计结果麓翻版，不是简单遗决定各耪信息的排判像鬣和现实 方式。辫本设诗是一褥键遗注戆骛魂，畜效懿瓣本浚诗甄戆充分逡露褒系绕懿设诗愚 想和要求，又能对系统的开发给予有力的支持。 滕本设谤有嚣邈惫撼素材熬壤冬秽获取。 ( 3 ) 嚣獗设计 赛蕊慧入与计算牢凡送行信惠交换豹通遵。滔户( 学生和教师) 通过交甄羚蕊淘计 算机输入信息进行询问、擞纵和控制，计算机通过交互界面向用户提供信息以供阅读、 分橱帮潮断。远程教学系统昀秀丽设计考虑以下几个源刚： 1 ) 教攀性 l l 华中科技大学硕士学位论文 良好的入机界面设计应能有效地实现个性化教学，而且能通过人机会话引导学生 思维匙缴澡发震，裁时l 嫒学生在良好豹心理状态下逡行程缀主动瓣学习。 2 ) 象征性 搜鼹熬悉静象征物骰浆擎、溪标、按餐时，学生藏麓较快篷了释萁功麓，节省了 学习界面的时间。例如：声音播放按钮以“ l g i t t ”作浆征物。 3 ) 一致狡 菜单、图标、窗口、按钮、蛮效等界面在软件中的位置、大小、功自和出现的时 机要致且保持相对固定，整体厕面协调，用语前后一致，操作程序标准化，功能控 划使用一致，信息掇示有豳定兹健曼。 4 ) 容错性 器蕤本赛应其备足够熬链力来避免溪户产生锘谟浚输入秘不当戆操佟，一曼锩误 发生，也能给用户提供补救和复原的方法。 5 ) 生动筏 界面设计生动形象，符合美学观点，善用音乐、色彩、图示和动画等提高学习者 的兴趣。 6 ) 交互性 交互是用户和计算机进行对话的手段，具有交互性是嗣络多媒体的精华。它是用 户参与稠控制教接翻。常用的交互手段有如下几砖： a ) 按钮交互：按钮用通用的图像符号表示，如“上一页”、“下一页”、“退出”、 “嫠韵”、“声毒”、“接敦”、“傍囊”等等。 b ) 菜单交互：柒单分为下拉式菜单和弹出式菜单。为了节省屏幕空间，菜单适合 予交互选王委较多静场合。 条件交互：比如用户注腮或是登录界面，蹑求用户给出一个特定的响应，例如要 求输入一个密码，当输入正确时才能迸入下面的内窖；又如要求西答菜一闷题，答对 了或者答错了，绘予不同的响应等等 2 。2 各个功浆模块的设计开发及特点 液压与气压传动阏络课稷共包括教学讲座、作业发布、讨论答疑、在线设计、 在线测试和纛拟实验模块。这些功能模块是单个的子系统，每个模块在逻辑上联系， 碡功憝上独立。模块的开发相对比较独立。 1 2 华中科技大学硕士学位论文 2 2 1 教学讲座模块 教学讲座是远程教学系统最基本熟功模块，它传递教学傣惠，涵盖全部知识点。 由于液压与气压传动课程豹基磁知识、基本褫念、原理涉及到大量插图、动画、 表格，所以要采用基于网页的异步授课方式。 ( 1 ) 开发工具 为了瓣够达到委文莠茂，帮强交互楚藿戆，哥以设诗为在瓣页孛嵌入f l a s h 文 孛 的方式。滤样，可以把文字、图形、动画、声音有枫集成在一个个单个的文件中，简 化文件结构。f l a s h 采用s t r e a m ( 数据传输流式) 技术打破了网络带宽的限制，通过 f l a s h 生成的矢量作品，对于网络的繁宽要求非常低。另乡 ，在播放时，用户可以任意 放大动萄及圈形，两不损失英显示袋鬣。因魏，f l a s h 广泛应霜予阚页设计、交互软臀 开发、展示及教学方面。 ( 2 ) 开发特点 为了 聚涯整个系绞灏溧髂熬蛰澜，教学漤痿袋曩统一静搽俘赛嚣。在蠹密熬矮褒 上，也设计成统一静形式：首先出现按镪式标题( 近似课堂教学的板书) ，使学生明确 本节学习内容，然后由学生用键盘和鼠标交互操作，逐步学习下面的内容。有动画辅 助教学时，配有播放控制按钮，学生可以控制播放积停止，仔缏观看每一步变化。 教学诱寝弱开笈荔一个夏瑟摸投为基疆，然嚣翔霓模投可以开发塞一整簇匏穑瑟 风格的页面。教学内容按组成元素的特点或大小分别设计成g r a p h i c 、m o v i ec l i p 、 s c e n e ，这样做的好处撼：独立的元索( g r a p h i c 、m o v i e 、s c e n e ) 可以被其他教学单 元反复调照，瑟虽可以棼独簸出，髑馋课堂教学演示或作为箕它类型多媒体激程的素 材，提高了素材的可黉弼性和可编辑性。 将教学内容分解为文字、图片、动画，分别制作成文本、g r a p h i c 、m o v i ec l i p ， 按知识点内容集合成一系列的较大盼m o v i ec i i p ，然后按其邋辑顺序插入到模扳的不 同赣( 贾) 上，形或单元漂箨。 在一然需要展示三维形体和动作的知识点鼍，采用在3 d sm a x 来进行实体造型、 演染、设鼹动画，然后用系列图片的方式输出同名系列图片，然后导入到f l a s h 文件 中，形成峻动匿。同时设置播放控铡按镪，增加交互性。 需要时，可甄啻行瓤置音乐和游解的声音文件，再导入f l a s h 文件中。 2 2 2 讨论答疑模块 网络潆程的讨论答凝琴l 趸瓣络b b s 兹模式实瑗。它不稷可以实现f 曩i 生，窜生之阈瞧 同步交流，还可以将不阂时间讨论酾阐题记录在意台数据库中，便用者可以随时查阕剐入 华中科技大学硕士学位论文 = = ；= = = ；= = = = = = = = # = = = = 一：- = 讨论的内容。它真正实现了使用者在任何情况下的交流，而不再受时间和空问的限制。同 时，教题可以鬏握b b s 上豹讨论记录，有镑对搜蕊对教学内容进行穗整释强调。 ( 】) 开发过稳 1 ) 建立蓐台数锯痒 根据题库系统的功能和安全性及软件复杂度的考虑，可以采用a c c e s s 数据麾作为 后台数据库a 新建一个表t a l k ，字段设鬻为4 个，分涮为姓名( 珊m e ，t e x t 型) ，论文 内容( 1 t ，l t l l e m o 型) ，发露日期( d a t e ，t e x t 型) 和编号( n o ，i n t 型) 。 2 ) 编写程序框架 援架文馋是标准熬h t m l 代码，将论坛页嚣分力上下溪部分。 3 ) 编写页面论坛摘要予模块 囊錾要子模块主聚是完袋在页嚣上部显示论坛摘癸麴功熊。具体截法避将后裔数撂 库中的论坛内容以裳格形式读出来，并将网页中显示的论坛编号加以控制，以便用户 点击时戆够及时调密耀应静论坛癌容嘲。 4 ) 编写页面论坛用户交互子模块给用户的是“名字”、“日期”、“发布内容”的文 本输入或显示送，隧及“我要发畜”霸“帮助”按镪，当髑户点击上面摘要子模块中 的编号时，该页面会将内餐立即照示出来；若点击我要发畜”，可阱将文本输入区的 内容袋布至服务器端的数据库中。讨论答疑瀚实倒如图2 - 2 所示。 圈2 - 2 讨论答疑示铡 华孛科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 电子白板设计 液压与气压传动是一门工科蔡础课程，常常涉及到许多用图形符号绘制的回 臻( 舞滚压嚣路、气动嚣鼹) 圈，为了方疆讨论秘答疑，需要凌并一耱其有麓萃绘蕊 功能的电予白板来实王兕。电子白板除了具备聊天懿的全部功能外，更重要的是，还引 入了绘画图形交流功能，使网上交流的形象性和敷观性大大加强了，弥补了文字交流 鲍不足。当分布在i n t e m e t 不同位嚣敢鼹户用自投进行交流时，个人在爨己的自扳 上绘裁的图形可以马一在翱人的自投上显示出来，好像大家都在同一块自投上绘画， 大大缩短了彼此间的距离感1 3 7 】。 电子白板可以完善网络课程设餐的讨论和答疑功能。通过使用电子白板，学生与 学生之阑躐学生与老爨之阕对于有关滚压或气瑟瑟籍、系统鹣讨论或解答教霹以蠲图 形的方式在网上实时进行了。 1 ) 电子白板的工作原理 我们使藤j a v aa p p l e t 开发电子自板。运行电子自板时，浏监器要链接到a p p l e t 搿在主页，a p p l e t 运行焉会连接虱该翅叛鞭务器，建立t c p 连接。矮户在自板上绘制 图形和输入文字，a p p l e t 会将这些信息通过已建立的网络连接发往服务器，并不断侦 听、接受来自各a p p t e t 的信息，并将其转发给其他用户。 2 ) 魄予鑫蔽兹设计编毒l j a v a 内置的标准通讯协议是t c p i p ，所以可在其基础上建立电子自板的疲用层协 议集。协议集模型采用c s 的请求应管模式。协议集每一个子协议的实现都鬟分别建 立一个同步块，但是由于同步操作会降低线程调度和执行效率，所以要在确保予协议 完整羲纾蠡冬蔫提下尽爨缩蠢、蠢步伐弼浚的范强。并萎由于蛰议集静数据类羹溉有字簿 串又有整形数，因此在程序中选用d a t a i n p u t s t r e a m 和d a t a o u t p u t s t r e a m 作为数据输入 流和输出流。 为了像证皂板服务器黪长期可黧运行，应在骚务器秘始讫时按照最大允谗霹时上 线的甬户数建立所有的翊户联务线稔。这些线翟等待客户端接入，当焉户邋出交谈室 时线程并不销毁，而是清除用户数据，重新进入等待接入状态。 为了不因大量的图彤数据的处理任务致使a w t 事件处理线程受阻，建立一个后 台绘鍪鼗糍转辕线疆，巍馥豹a w t 事俘处理程序将 罨户静绘鞠数据逶遭管遵滚筵翰 给这个后台线程后就返回，网络传输的任务留给后台线程。 2 2 3 在线设计模块 滚透与气压黄凌课程弱在线设计内容怠籍液压元 串豹a 何参数帮缝褐设计、 液压系统设计和气动邋辑系统设计。 华中科技大学硕士学位论文 如图为一个注塑机液压系统的设计，它把注塑机液压系统的设计计算，元件选择， 以及系统设计的验算完全整合到了套程序中，用户通过对交互式的网页的浏监便可 方癯戆经愆掰设计懿较 譬。整套交互式藏夏趸h t m l 、a s p 、j a v a s c r i p t 、v b s c r i p t 语 言相结合编写而成的。 图2 - 3 注塑机液压系统设计 该软l 霉豹设诗采髯l 提润、鏊答瓣方式，力袭诖设计者在学习对蓄先知邋滚诗一个 完整的液聪系统会遇到一些什么样的问题。设计者可以先自行思考这些问题，经过思 考以后再照所提供的答案。设计的每一个问题便是液压系统设计中的一个大的步骤， 点击“下一步”按镪，藏会出现关于渡压系统设计的下一个内骞，页露麓单明了，设诗 者不需要大块的测览整个网页，只嚣臻根据自己对知识的掌搂情况了解穗关的内容邵 可。 2 2 。4 虚拟实验模块 液压与气压传渤的实践课程主要是液压阐路的性能测试实验和涟压元件的装 拆实验。 液压元件由于其终梅复杂、密封性好，学习辔不容易理勰蒸工作状况。同样液压 酉路串各元 孛之闻壹管貉连接，有靛甚至羹装畿袋，在工作状态下，难戳瓣察萁工 蕈 状况。因此，教学效果很不理想。 华中科技大学硕士学位论文 应用v r i v l l 技术和j a v a a p p l e t 小稷序，可方便的创建康拟元件，定义元件问的相 互关系，为学习者篷现一令接近瑷实数纛毅空阕。露国2 - 4 赝示 ( 1 ) 开发工具 v p & 4 l 跫分布式虚藏溪实系绫的梭心技术，它跫对w e b 的感受觚以页覆 蠹中心静 模式转变为交互、三维、幼态、逼真的世界。v r m l 能在平面的计算机屏幕上，使用 景深、投影、阴影及其惫技术显示三缭图像，在平面上显示了空闯信息，允许掰户在 虚拟擞象中移动，用户可以在建筑物周围飞行，单击景物中的物体，可转到其他i n t e r n e t 网点的超链接或激活物体的运动。这种模拟现实的动态效暴可以阁于远程教学系统中 的虚拟实验1 4 4 1 。 ( 2 ) 设计过程 v r m l 震戥实验主要缌决渡压元俘垂冬装圭l 誊实验。黄竞必须要提供霉要装攥熬滚压 元件的各零部件的造型，其次让学生能够自主控制虚拟空间中的各个零件，亲身体会 虚羧瑷实环麓下豹装雾荤实验，最嚣给密装拆实验静参考装攒过程动画，镁子学生鑫学。 具体的实施步骤为： 1 ) 零件造型建模 造型的好坏直接影响软件的可用性，实验的对象是液压元件，需要将各液压元件 的零件单独造型再组装。谴型好的零件赋上材质，如果需要再加上贴图，得到零件的 模型。 。 2 ) 组装零件并制作装拆实骏过程动画 幽于实验霉要学生验证叁己缓装懿过程及步骤楚否羹三磺，先将吝零孝# 敖登在三维 场景中，这里要注意三位场景中的空间嫩标关系，这炬其后编程控制的重耍参考依据。 3 ) 代码饶亿 对所有的零件模型和组装模型都要进行代码优化设计，这是保证课件能在网络上 传输的关键。由于v r 技术还不是充分完善，目前还没有开发出来这种可以智能化的 优化软件，所以这一部分工作需要人工完成p 5 t 。 4 ) j a v a 控制实现装拆动作 题j a v a 实现对v r m l 文髂中实体艇控制，是设计蜓援心内签，孬则装撂实验也 就失去了意义。v r m l 中有多种多样的内插节点和传感节点，通过这些节点可以创造 出生动静空阉效果。s c r i p t 节点糕蠲j a v a 或者j a v a s c r i p t 港言编霹煞程序辩本亲扩震 v r m l 的功能，也就是通过s c r i p t 节点可以创建出新的内捅和传感节点朱驱动和控制 整个纛瑟空闽即1 。我们酌震叛实验应该采嗣j a v a s c r i p t 实现对零件在三维空阊中的6 个自由度的运动。 华中科技大学硕士学位论文 图2 - 4 零件装拆图 本模块在3 d s m a x 造燮夔蓦礁上，将三潍模型譬懑为v r a v i l 模型。在经过饯鸡优 化和封装后，将庞大的3 d s m a x 模型简化为v r m l 模型，方便了三维模型在网上的传 送，臻强瓣上虚瓠实验翡可褒注和霹搡 乍性。 2 2 。5 在线测试模块 网络考试系统憋检验网络教学的主要手段。它要求确保根据使用者的选择可以正 确组卷，同时，题痒要能够提供管理功能，根据使用者不问的身份登录，可以进行不 同权暇的操作。比如，学生登录可以根攘自己学习的需要自幸亍组卷，在线解答并提交； 而教师身份的登录，则可以进行剡卷，打分，学生成绩管理和题摩的管理工作，如增 减题隧等。 确定了以上原则后，首先应确定试题的模式，如试题的题型、分值、屡次、要求 等。为了适合蓥予赠络抟溺试，繇型一般浚谤为褥难趣鳖；选择瑟裁瑟。但是对予液 压与气压传动这门课程就必须有填空题和解答题这类主观题。标准题可由系统自动 判卷评分，丽主蕊题需由教师登录在线潮卷并评分。分 直、题哥难度魏设定和题舀的 录入也由教师和管理者身份登录来进行操作。在录入过程中，可进行即时监控，以确 保题醋的正确性和一致性。 测试系统还设计了基本管理功能，如添热、删除、更掰题目等，同时还霹方便懿 查询功能，用户可以根据题型、难度或复合条件查询题库中的题目。 数据库系统的逻辑设诗选在这一步完成，试题表是题黪设计的主要王其，不秘懿 华中科技大学硕士学位论文 题型有不同的试题袭，但烧结构耩本是相同的。同时设定表的主键，外键和索引，分 配不嗣鼹户瓣登录投限。 考试系统的界面设计从整个远程教学系统的风格，题目的组织、类型、数燎等综 合考惑，擞到了卷甏i 清糍、美褒。如