（机械设计及理论专业论文）基于bs模式的工程制图网络教学系统的设计与实现.pdf

国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文摘 要 网络教学系统是通过网络表现的某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和。随着网络技术和信息技术的迅速发展，实施网络课程建设工程己经势在必行。为了保证教学质量，实现1程制图课程的网上教学，必须对工程制图网络教学系统进行功能设计和技术实现。 论文在对工程制图课程的网络化、系统化、实用化技术分析和总结的基础上，采用了 基于b / s模式的工程制图网 络教学系统的设计思 想和总体设计方案， 设计了 后台数据库。研究了网络环境下的图形处理、基于v r ml的三维虚拟模型生成、工程制图主观试题的自动判卷、j s p与数据库的接口以及基于角色的人员权限管理等关键技术。对组成系统的各个子系统:多媒体授课、辅导答疑、习题练习、模拟考试等进行了具体功能分析和设计，并对实现方法进行了研究。 论文所研究的基于 b / s模式的工程制图网络教学系统，能够对工程制图课程进行网络化教学，可以达到动态交互的学习效果，提高了教学质量和效率，收到了良好的效果。关键词:网络教学，工程制图， b / s 模式， v r m l , j s p一 顶 配 而1 -一一一一一一一一一一一一 一 一国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文abs tract t h e e d u c a t i o n o f t h e we b - o r i e n t e d c o u r s e i n c l u d e s t h e t e a c h i n g c o n t e n t s , a s w e l l a st h e t e a c h i n g a c t i v i t i e s o n t h e w e b . wi t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f n e t w o r k a n d i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , i t i s i m p e r a t i v e u n d e r t h e s i t u a t i o n t o b r i n g t h e we b - o r i e n t e d c o u r s e p l a n s i n t oe f f e c t . a n d i t i s n e c e s s a r y t o s t u d y t h e k e y t e c h n o l o g y f o r c o n s t r u c t i n g t h e b a s i cwe b - o r i e n t e d e n g i n e e r i n g d r a w i n g c o u r s e s t o g u a r a n t e e t e a c h i n g q u a l i t y a n d r e a l i z e t h ewc b - o r i e n t e d e d u c a t i o n . b a s e d o n t h e a n a l y s i s a n d s u m m a r y o f t h e w e b - u s e d , s y s t e m i c , a n d p r a c t i c a lt e c h n o l o g y o f t h e b a s i c e n g i n e e r i n g d r a w i n g c o u r s e s , t h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e i m p o r t a n tt e c h n o l o g y d u r i n g t h e r e a l i z a t i o n p r o c e s s o f t h e we b - i n t e g r a t e d t e a c h i n g s y s t e m p l a n sb a s e d o n b / s m o d e . i t d i s c u s s e s t h e d e ma n d a n a l y s i s f o r t h e w h o l e we b - o r i e n t e d c o u r s e ss y s t e m , t h e w h o l e b l u e p r i n t d e s i g n a n d d a t a b a s e d e s i g n . i t a l s o a n a l y z e s t h e i d e a s o f d e s i g na n d t h e r e a l i z a t i o n m e t h o d s i n d e t a i l . t h e p a p e r d i s c u s s e s t h e k e y t e c h n o l o g y o f s y s t e md e v e l o p m e n t , i n c l u d i n g g r a p h i c s p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y , 3 d v r m t e c h n o l o g y , j s p ( j a v as e r v e r p a g e ) t e c h n o l o g y o f d e v e l o p i n g d y n a mi c w e b s i t e , a u t o m a t i c l y i d e n t i f i n g s u b j e c t i v eq u e s t i o n t e c h n o l o g y o f e n g i n e e r i n g d r a w i n g a n d n e t w o r k p u b l i s h i n g t e c h n o l o g y . t h ed e s i g n a n d r e a l i z a t i o n o f s u b - s y s t e m s u c h a s t h e m u l t i m e d i a t e a c h i n g s y s t e m , t h e r e s o l v i n gq u e s t i o n s y s t e m, t h e e x e r c i s e t r a i n i n g s y s t e m a n d t h e s i m u l a t i n g e x a m i n a t i o n s y s t e m a r ea l s o b e e n d i s c u s s e d . t h e we b - o r i e n t e d e n g i n e e r i n g d r a w i n g s y s t e m w h i c h i s p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r c a nm a k e s t u d e n t s s t u d y t h i s c o u r s e t h r o u g h n e t w o r k a l t e r n a t e l y . s o i t c a n h e l p t o i m p r o v e t h eq u a l i t y a n d e f f i c i e n c y o f b o t h s t u d y i n g a n d t e a c h i n g .k e y w o r d s : we b - o r i e n t e d t e a c h i n g , e n g i n e e r i n g d r a w i n g ， b / s m o d e , v r ml , j s p- 一一飞 1 1 -一一一，一一一一-一-y6 7 8 5 2 0独创性声明 本人声明 所呈交的学位论文 是我 本人在导师 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 经发表和撰写过的 研究成 果， 也不包含为获得国防科学技术大学 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 在论文中 作了 明确的 说明并表示谢意。 学 位论文 题目 :参于b / s 模式的 工 程制图 网 络 教学系 统的 设计与实 现学 位 论 文 作 者 签 名 : 样 委日 期 : l e a ; 年 ，/月 甲 日学位论文版权使用授权书本人完全了 解国防科学技术大学有关保留、 使用学位论文的规定。 本人授权国防 科学技术大学可以 保留 并向国家 有关部门 或机构送交论文的复印 件和电 子文 档， 允许论文 被查阅和借阅; 可以 将学 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、汇编学位论文 保密学位论文在解密后适用本授权书， )学 位 论文 题目 :基于b / s 模式 的 工程 制图网 络 教学系统的 设计与 实 现学 位 论 文 作 者 签 名 : 4!司 冰作者指导教师签名:橄 l - 雄日 期 :l w 3年 日月 / h日 期 : 4- 6 l 年 l o 月 / 日国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文第一章 绪论; 1 . 1论文选题背景和来源 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 , i 。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。而网络课程是其中非常重要的组成部分之一。网络教学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高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。 网络这一信息时代的产物，己经超出了技术产品本身的内涵，而向社会生活的各个领域扩展，并逐渐形成了具有鲜明时代特色的文化。学习作为延续人类己 有物质文化成果、并在原有知识基础上创造出前所未有的内容的活动，已从传统的基于课堂的“ 教师讲授一学生学习” 的模式转变为通过多种途径而实现。网络突破了时间与空间的限制， 给予学习者更加灵活的学习方式，可以取得较好的学习效果川。 远程教学一向被视为有效突破时空限制的教学通道2 ) 。近年来，随着信息技术的蓬勃发展，远程教学己可以借助国际互联网等媒体，传递更多元的信息并提升教学过程中的互动性。 目前世界发达国家正如火如茶地致力于i n t e rne t 在学校教育、 社区教育、社会教育及在职训练的应用与研究等，如美国、加拿大、澳大利亚、欧盟国家都制定了各种政策以补助学校、研究机构以及厂商来共同推动应用与研究各种用于网络教学的 学习 包 ( p r o t o t y p e ) 和试验场 ( t e s t b e d )，而在大学各科系里不仅提供校内 学生的网络课程，也为校外人士修业提供服务。在亚洲，网络教学已成为亚洲许多一放大学的发展重点， 马来西亚正在建设该国第一所虚拟大学; 韩国放送通讯大学于 1 9 9 7 年就开始进行网络教学的实验;印度英迪拉. 甘地大学采用的视频会议教学系统在 1 9 9 8 年已经扩展到 1 8 个地区，建成 1 4 5 个学习中心;香港公开大学已发展了4 。多门网络课程。我国教育部从 1 9 9 8 年起先后批准清华大学、中央广播电视大学等3 0 多所高校一展现代远程教育试点，招收网上学生 6万名，各试点学校在积极探索网上办学模式的同时，也开发了一批网上教学课程和教学资源。由此可见，远程网络教学正在有序地展开。 为了适应这种新的教育形势的需要，加快学校现代远程教育资源建设步伐，为教员开展教学和学员进行自主学习创造有利条件，实现校内优秀教学资源的共享，促进卜 一-一一一一一-一一-一-一-一一一一-一一，一- ， -， 一 苇 i页国 防科 学技术 大 学研 究生 院 学位 论 文学校教学质量和办学效益的提高，国防科技大学也于2 0 0 2 正式立项建设网络课程。首期立项的网络课程包括十项，工程制图课程是其中之一。论文所选课题即来源于此。 1 . 2网络教学系统的研究现状 按照金伯格 ( g i n s b u r g，1 9 9 8 ) 等人的分法，网络课程可以分为三代13 1 :第 一 代是通过网页给学习者提供教学材料和有关资料，以及与其它的有关教育网连接;第二代是除了在网上提供学习材料外，还要求学习者通过电子邮件、电子公告栏、网上练习和测验进行异步双向交流:第三代是除了第一代、第二代外，还要求通过网上交谈室、电话会议、视频会议进行同步双向交流。当前世界网络课程己正向第三代发展。我国的网络课程的部分处于第二代，只有极少数高校网络学院采用视频会议系统基于网络课程教学的效果也并不是很理想，大部分高校网络学院都在其它省、市开办教学点，部分沿用传统课堂教学来提高教学效率。 目 前国内 对远程网络教学系统的研究开发，呈现以下几个特点: 1 、由单机化c a i 课件向 “ 超媒体网络课件”发展 网 络课件是指基于b / s 模式开发能在i n t e r n e t 或i n t r a n e t 上发布的c a i 课件。 其本质是一种we b应用程序。目前的网络课件一般都是网页型的， 运行于服务器上，客户只需 用浏览器访问即可。 在客户端实 现“ 免安装” ， “ 免维护” 。 采用超媒体结构的 方式方便教师根据实际教学情况自由选择和重新组织教学内容。 提倡给教师提供教学“ 组件”而非成品。表现在内容上，有几套方案供教师选择。在功能上强调交互性，并且通过 “ 课件编辑器”实现教学内容重组。 2 、建立网络学院，实现开放式办学 1 9 9 8 年9 月，教育部批准清华大学、 湖南大学、 浙江大学、北京邮电大学作为现代远程教育首批试点高校，开始了我国真正意义上的网络远程教育，建立了自己的远程实验室或远程教育研究中心，基于综合数据网的远程教学研究正在部分院校蓬勃展开。到目前为止， 经教育部批准， 全国己经有6 7 所高校开办网络教育试点，网络教育在线学生数逐年增加。 预测分析表明， 到2 0 0 5 年， 中国的网络规模有可能达到世界首位，信息服务业的增长率年平均超过3 0 %，而教育将成为其中一项重要服务产业。教育部2 0 0 1 年工作要点中针对教育信息化问题谈到一一提高教育信息化水平。 大力推进教育信息化基础设施建设，研究改进中国教育科研网的运行机制，建设和完善中国教育 科研网高速宽带网和卫星教育传输系统。通过广播电视，卫星，计算机网络等多种方式启动 “ 校校通”工程。发展网络教育，逐步形成一批有影响力的网络教育中心。积极开发具有自主知识产权的教育软件，丰富网络资源。 2 0 0 1 年4 月初， mi t( 麻省理工学院)校长宣布，在今后十年内将把它几乎所有的课程内容放到网上，包括教学笔记、课程大纲、阅读清单以及作业， 供全世界所有第 2页国防科学技术大学研究生院学位ie , x的人免费使用。 3 .高校间开展远程教育合作、进行联合网络办学 上海交通大学、西安交通大学与西藏大学于 ? 0 0 3 年 1 0 月在上海签署了“ 校际选课、承认学分、合作办学”的合作协议。根据协议，上海交通大学、西安交通大学将通过卫星远程教学系统和 工 p地面网络相结合的方式向西部的西藏大学无偿输送优质教学资源，西藏大学的学生将能享受到实时传送的两所交大的名师授课，而其所修学分还将得到上海交大、西安交大的认可。而西藏大学在藏语言文学、藏族历史、藏族美术等领域具有独特的优势，拥有大量的藏学专家，在藏学以及其他领域取得了显薯的成绩。上海交通大学、西安交通大学、西藏大学将共同建设实施远程教学、发布和交流信息的联合教学网站。通过联合网络办学，达到资源共享和优势互补的效果。 由于工程制图课程对图形要求的特殊性，使得工程制图网络教学系统的发展受到了一定的局限性。目前工程制图网络教学系统的研究主要集中于以下两个方面 1 、开发基于图形的工程制图网络课程浏览平台 工程制图网络课程不同于其它的网络课程，必须具有图形平台，使学生可在网土 -学习时实时地作图讨论和交流。图形平台的开发研制是工程制图网络课程的主要工作之一。工程制图课程网络图形平台的开发在工程制图课程网络教学方面是个突破口。使目 前 工 程 制图 网 络 教 育过 程中， 学 生 能 直 接 参 与 有 关 图 形 的网 上实 践、 测 试 答 疑、讨 论 ， 从 而 为 学 生 更自 如 地 在 网 上 学 好 工 程 制 图 课 程 提 供 了 保 证 。 图 形平 台 的 井 发 研究同 时 也为 其它 一些需 要 在网 上 实时 进 行图 形 表 达的 网 络 课 程提供了 一 条 可 行有 效的途径。 2 、开发基于虚拟现实技术的工程制图网络虚拟机构模型库 把虚拟现实造型语言v r ml 以 及三维造型工具软件如3 d ma x . s o l i d wo r k s 等和工程制图课程结合起来，构建工程制图网络虚拟机构模型库。 1 . 3课愚研究的意义 研究并开发工程制图网络教学系统，可以缓解目前学校工程制图课程教与学的供需不平衡的问题，提高工程制图课程的授课质量，满足学生自主性学习的需要，因而具有很强的应用价值。工程制图网络教学系统的研制和投入实际教学应用，对其它课程的网络化教学具有示范作用，因而可以带动其他相关课程的网络化教学改革，推动网络化教学进程。 通过工程制图网络教学系统* 可以把教师的讲课要点放在网上， 供学生课外查阅，为学生的课外学习提供辅导，深化课堂教学内容，在任意时间、任何地点进行辅导答疑，及时进行测试以了解学生对所学知识的掌握程度，同时还能充分利用和共享教学资源、 有效地实施个性化教育，更多的实现教与学之间的沟通交流，使传统模式的教 第 3页国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文奚孤不蕊蔽 互 与 交 流 的 虚 拟 学 习 社 区 。 同 时 网 络 教 学 系 统 中 开 辟 的 讨 论 区 供 教11) (ji 和学生探讨共同感兴趣的话题，提高教学效率，改进教学方式，使其更加多样化。 月发 l _ 程制图网络教学系统，需要涉及到基于网络环境的对图形的显示、浏览、厂 、 缩和存储等技术，将应用机械c a d 、工程图学、计算机网络、数据库开发、虚拟现实、软件编程以及实际的教学等多方面的知识。作为一个网络教学系统，网络技术的支撑是必不可少的，没有一个良好的网络环境，没有相应的计算机网络技术，网络教学系统就失去了存在的基础。所以研究工程制图网络教学系统，必然要采用计算机网络各方面的技术。工程制图课程有许多关于机构模型的知识点，可以考虑通过虚拟现实技术和其它三维造型软件等来构建工程制图的网络虚拟机构模型演示库。有了网络虚拟机构模型演示库，学生就可以通过网络浏览栩栩如生的虚拟模型和虚拟机构，动画互动式的模拟与仿真演示空间概念，使抽象难以想象的问题变得容易和具体，犹如将学生带进加工和装配现场，亲历加工和装配的全过程，这是传统的教学模式所无法比拟的。 工 程制图网 络教学系统的研制，可以丰富和加强工程制图课程的教学手段，提高教学质量和效率，缓解教学供需矛盾，具有很强的应用价值和现实意义。 1 . 4课题的主要工作 课题主要内容是:针对目前工程制图课程教学发展的要求，以校园网作为信息资源建设的基础设施，对工程制图课程网络教学系统的关键技术进行研究，完成系统总体框架设计，分析各子系统的功能，设计支持系统良 好运行的后台数据库，实现多媒休授课，辅导答疑，习题练习，模拟考试等各个教学环节的有机集成。 机械设计教研室刚刚开始实施网络课程建设项目，作者主要是进行探索性的研究工作，在深入了解教学实际状况的基础上，比较当前网站建设的主要技术，提出总体方案，选择适合本专业特点的具体实现技术，完成其可行性研究。作者将软件工 _ 程、动态网站架构、现代远程教育等有关理论和技术应用于本系统的开发实践中，进行了系统需求分析与总体结构设计、程序设计及编制、系统测试及运行等工作。 一年多以来， 作者所完成的主要工作包括: t 、 在广泛调研和查阅大量文献的基础上， 系统研究和总结了近年来网络课程建设的发展过程和国内主要远程教学系统的主要特点，分析了当前远程教学系统存在的主要不足以及今后的发展方向和趋势。 2 、 把实际教学模式和网络技术相结合， 比较b / s 模式和c / s 模式的优劣， 完成“ 基于b / s 模式的工程制图网络教学系统”的总体框架设计。 3 、结合工程制图课程对图形要求的特殊性，对 we b环境下的图形处理技术、基于v r ml的虚拟二维造型技术、 工程制图主观试题的自 动判卷技术等关键技术进行了深入研究。， . 一一 一- 一一- 一一一一 一一一一- 一. 一一 第 4页 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二 4 、 结合网络教学的运行管理要求， 对i s p 开发技术、 基于角色的人员权限管理技术等进行研究。 5 、 分析了网络授课系统的页面组织与表现形式要求， 进行网络内容信息导航设计结合工程制图课程的特点，设计了突出典型例题分析的授课策略，并对解答过程的动画效果的技术实现进行了研究。 6 、把现有的基于 a u t h o r -w a r e的教学课件与网络技术结合起来，设计并实现了a u t h o r w a r e 课件的网络化运行方法。 7 、 设计并实现了网络习题练习子系统; 分析并部分实现了网络测试子系统; 设计并实现了教学中辅导答疑的异步交流方式。 8 、完成了管理系统的功能设计与实现。分析了基于i i s 和r e s i n的系统网络发布技术，完成了对系统服务器端的配置。第 5页国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文第二章 系统总体设计 2 . 1 系统设计要求系统的设计要求也即是系统的需求分析。它是系统设计、开发与实现的前提、依据和基础 。2 . 1 . 1网络教学系统的通用设计要求 网络课程是依托于一定的网络环境进行教学活动。网络课程的开发一般应满足如下设计要求: 网络课程建设要基于网络教学的特点，能提高学习者的学习兴趣和自觉性。 课程内容的设计要尽量加入交互方式，激发学员在学习过程中主动参与和积 极思考。在疑难的知识点上充分发挥多媒体的功能，展现其内涵，是学员能 够深刻体会，从而有利于培养学员获取知识的能力和创新能力。 网络课程必须满足在网上运行的基本条件，另外还应具备安全、稳定、可靠、 速度快等特点。 同一门课程的网页保持统一的风格和操作界面，网页色彩要与内容相适应 表现形式要生动活泼。 对课程中的重要部分，可适当采用图片、动画等来强化学习效果，但要避免 与内容无关的、纯表现形式的图片或动画。2 . 1 . 2工程制图网络教学系统设计的特殊性 工程制图课程网络教学系统和其他学科课程的网络教学系统有所不同。工程制图课程的图 形比 较多， 文字相对比 较少， 因而有其特殊性， 这在进行总体设计时 必须要注意特殊性主要表现在: 课程本身比较枯燥，如果仅仅以文字或静态图片的形式来表达，难以收到良 好的教学效果，需要在教学方式上进行改进，辅以一定的演示动画，采用多 媒体教学， 并要对一些典型机构模型进行演示来达到直观形象化教学的日的 这就要求对网页的二维以及三维动画表现技术进行研究。 课程涉及空间几何问题，常常需要从多个视图来描述实体，培养空间想象力。 由于对图形要提供精确绘图，因此要求提供功能强大的图形处理平台。这就 要求对网络环境下的图形处理技术进行研究。第 石页国防 科 学 技 术 大 学研 究 生 院学 位 论 文 师生之间交流不能采用传统方式，必须辅助以图形 ( 有些甚至需要动画)进 行说明;作业和试题多为主观性作图题，若采用人工批改，教师批改难度较 大，效率不高。所以需要对工程制图的主观试题的自动阅卷技术进行研究。 2 . 2 系统基本架构设计2 . 2 . 1 c / s 模式与b / s 模式 c / s模式即客户端 ( c li e n t )/ 服务器 ( s e r v e r )模式，是指由一个或多个客户和一个或多个服务器与下层操作系统和通讯系统所形成的一个允许分布式计算、分析和表示的复合体系。 c / s 模式属于二级结构模式， 应用系统被分成前端( 客户机) 和后端( 服务器)两个部分，在客户端集中了大量应用软件。其作用分别为:应用的处理由客户端c l i e n t 完成，数据访问和事务处理则由服务器端 s e r v e r 完成。在服务器上始终存在一个活动得数据库服务进程，当客户端向服务器提出数据请求时，由服务器上活动的数据库服务进程对该数据请求进行处理，仅把查询结果通过网络返回给客户，减轻了网络负担， 提高了网络系统的工作效率。 c / s 模式的这种工作机制的好处使得c / s模式在一段时间内得到广泛的应用。 尽管c / s 模式有着上述的好处， 但其缺点也随着网络技术的发展和b / s 模式的产生和成熟而日 渐明显。其主要缺陷在于: 安装、升级、维护困难。每个客户端需要安装一套应用软件，一些微小的改 动或版本升级就需要对每台客户机进行重新安装。 系统的维护费用和使用成本大大提高。 软件开发周期长，适应性差。尤其是大型业务管理系统，当软件开发成功后， 应用需求又有可能发生变化，这使得c / s 模式很难满足用户的需要。 随着信息全球化和用户多样化的发展，基于 c / s模式的网络应用系统已经很难适应形势的要求， 而构建在i n t e rne t 上的基于we b的浏览器 ( b r o w s e r ) / 服务器 ( s e r v e r )模式即b / s 模式则应运而生。 b / s 模式是三级或多级的全新体系结构， 典型的三级结构是: 第一层由客户完成用户的接口功能; 第二层由各种应用服务器完成用户所需服务;第三层由数据服务器完成数据存储和管理功能。它综合了浏览器、信息服务和we b 技术，在客户端仅通过一个浏览器就能访问多个应用服务器，形成一点对多点、多点到多点的结构模式。这种结构使开发人员在前端的工作减少很多，而将主要精力转移到怎样合理组织信息、提供对客户的服务上来。 b / s模式的工作机制是通过浏览器以超文本的形式向we b服务器提出访问数据库请求，we b 服务器接收客户请求后，激活对应的服务器端程序如 j s p和 a s p等，服务 - 一 一 -v 7 t 1 一一一一一一 一.一 一- 国防 科 学技 术大 学研 究生 院学位 论 文=二=器 端 程 序再 将h t m l 语言 转 化 成s q l 语 法， 将这 个 请 求 交 给数 据 库， 数 据 库 服 务 器 收到 请 求 后， 验 证 其合 法 性， 并 进 行 数 据 处 理， 然 后 将 处 理结 果集 返回 给服务 器 端 程 序服务 器端 程序在将结果 集成转 化为h t m l ， 并由 服务 器转发 给请求方的 浏览 器 基j 乞 b/s 模式的网络系统坏境具有以下特点: 采用t c p/ ip通信协议。为网络互连提供平滑的技术支持。 采用hi tp协议， w eb服务 器超文 本功能 把文 本、图 像、 声音 和动画 等有机结 合起来，保证了数据在不同平台、不同浏览器下的一致性。 提供了一个图形化界面即浏览器作为客户端软件。 基于 b /s 模式的网络系统在信息的对外发布方面有着得天独厚的优势;另外系统的扩展性能好是它与基于 c/s模式系统相比的另一个明显优势，系统的扩展性通过客户端安装浏览器插件实现 。2 . 2 . zb /s模式的选择 工程制图网络教学系统是应用于远程教学的系统，是学生学习和交流知识的软件平台。随着计算机软、硬件技术的发展，该系统还会进行不断的升级和扩展。为了满足远程教学的要求，工程制图网络教学必须具有 “ 安装和操作简单，系统升级和扩展不影响用户使用，系统的使用与用户的计算机硬件条件无关”等特点。因此论文采用基于b/s 模式的系统结构进行工程制图网络教学系统的开发。图2 . 1基于b / 5 模式的系统模型图 图2 . 1 为基于b/s 模式的工程制图网络教学系统的系统模型图。 开发基于 b /s模式的一 程制图网络教学系统，就是要使学生在远程无老师授课的隋况下进行 自主学习，就是要在校园网环境下实现网络远程多媒体教学，达到图文并茂、声像俱佳的交互式教学效果。一一 粇 - - 一-一一一 一一 . 第 8页国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 2 . 3硬样网络拓扑结构设计 本项日作为 一 个基于网络的教学系统，是以计算机网络技术为基础，依托现有的网络环境， 利用数据库技术、多媒体技术、计算机辅助设计等相关技术， 采用浏览器/服务器 ( b / s ) 体系结构的网上虚拟辅助教学系统。该系统通过网络把教学信息传给每个学员，学生通过联网的计算机来进行学习和接受信息，为学生提供多层次、全方位的学习资源，可引导学生由被动式学习向主动式学习转变。通过网络上的电子题库和自动评价系统，可使学生及时得到有关自己学习过程的反馈及有针对性的诊断，使得学生能够及时调整自己的学习。远程用尸n交换机n防火墙斗访问服芬器oaoo 接入模块荆介 .朋 .朋 .朋 .朋 .朋 .朋 .朋 户.朋 户.朋 户 .朋 户 .数据库 e-m a i l服芬器nwe b服务器d n s服务器f 丁 p服务器引管理.m工作站n局城网用户服务ire 模t o,网绪苍理f .0 块课件制作开发模块，图2 . 2系统硬件网络拓扑结构图系统的硬件系统网络拓扑结构如图 2 . 2 所示。 一 一一一卜不i9 1w 一一一一一一一一 一一国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 支撑网络教学系统的物质基础就是一个实际的计算机网络，由接入模块、交换模块、服务器模块、网络管理模块、课件制作与开发模块构成。其中，接入模块和交换模块均依托校园网的现有设备解决，接入模块的主要功能是让学生和教师能够以多种为式访问网络资源，从而达到教学或学习的目的，其主要设备是路由器和访问服务器，交换模块是整个网络连接与传输的核心，主要的设备有主干交换机、分支集线器和连接各模块的网络电缆，由它们组成整个骨干网络。服务器模块主要负责信息的收集、储存、发布，它们是对外提供教学与信息服务主要实体，包括we b 服务器、f t p 服务器、 e - ma i l 服务器、 d n s 服务器和数据库服务器，由机械c a d实验室现有的服务器承担。网络管理模块主要对整个网络进行监控、运行性能的监测、故障的预警和诊断等课件制作与开发模块主要是开发、维护网上的教学内容与教育资源，以实现教育信息的不断更新与丰富。 在一个局域网内部，用户通过交换机网络连接和服务器进行信息交换。而远程用户要访问网站则还需要通过路由器和防火墙。这主要是为了保证系统能够安全运行而采取的防护措施。 机械设计教研室建设了国内先进的机械c a d和工程图学实验室， 拥有高档服务器、几十台微机、绘图设备和各种 c a d , c g . c a e软件等，所有硬件直接和校园网相连接，完全具备开发研制该网络教学系统的软硬件环境。 服务器端数据库采用的是大型商业数据库系统( m s s q l s e r v e r 2 0 0 0 ) ， 这有利于提 高 大 批量 数 据 如用 户 数 据) 的 吞 吐时 间， 使 整 个 系 统管 理规 范 化， 数 据的 完整 性 、安全性得到保障。 基于 b / s模式的工程制图网络教学系统是采用浏览器/ 服务器 ( b / s )体系结构的网上虚拟辅助教学系统。浏览器/ 服务器 ( b / s )体系结构不同于客户端/ 服务器 ( c / s )架构，它不需要太多的客户端软件。 用户运行环境为标准的中文浏览器环境以及必要的插件，硬件环境不限，包括p c ) l 、手持式电脑、电视机顶置盒和网络电脑等(4 1 2 . 4 系统模型与功能结构总体设计2 . 4 . 1系统功能模型设计 月发基于b / s 模式的工程制图网络教学系统，就是要使学生在远程无老帅授课的情况下进行自主学习，在校园网环境下实现网络远程多媒体教学，达到图文并茂、声像俱佳的交互式教学效果。 工程制图网络教学系统应能充分有效地利用和共享教学资源，有利于培养学生的主 观能动性 与 创新意识，弥补课堂教学的不足，加强教师和学生之间的联系，实现网 一一一 * t o -ff一一一一一一一一一一一一 一 一-国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文上多媒体远程教学，达到教学的最佳效果。 系统采用先进的b / s网络架构。远程学生用户只需要使用浏览器，即可实现所有的功能口远程学 i 用户通过浏览器发送相关的请求信息给服务器，服务器接收到这些信息后，再经过一系列的处理，然后返问处理页向给远程用户，并通过浏览器显小在远程学生用户的面前。支撑系统运转的还有相应的数据库管理系统，以及负责后台维护的系统维护管理系统。 系统管理维护以及数据库管理维护等工作由系统管理员完成。 远程学生用户通过输入登录信息， 发送h t t p 请求至we b 服务器， 服务器端主程序对请求信息进行分类识别，如浏览课件信息、测试请求信息、习题请求信息、演示请求信息等，并把这些请求信息发送到相应的功能子系统，如多媒体授课子系统、习题练习子系统、辅导答疑子系统以及模拟演示子系统等。如果需要对数据库进行操作，则还需要相应的后台数据库系统作为支撑。系统管理员则负责对程序以及数据库的维护。系统功能模型图如图 2 . 3 所示。w2 ， 3系统功能模型图2 . 4 . 2系统功能结构设计山系统模型图可分解为系统总体功能树图，如图2 . 4 所示。在总体结构设汁中，教. 一一一一一一-一 第 11 百国防科 学技术 大 学研 究 生 院学 位 论 文学活动紧紧围绕学生展开。系统可分为三大功能模块，分别是:多媒体授课主教学系统、辅助教学系统以及管理系统。辅助教学系统又可分为辅导答疑、习题练习、模拟测试、虚拟模型和机构演示等子系统。 各系统的研究针对工程制图课程教学特点，应达到的目 标和解决的关键问题为: 多媒体授课主教学系统 达到图文并茂、声像俱佳的异地交互式教学效果。学生可以实时地在网上观看教学的全部内容，在任意时间、任何地点回顾重温教学内容，复习和巩固有关的薄弱环节。并能充分利用和共享教学资源，有效地实施个性化教育，更多的实现教与学之间的沟通交流，使传统模式的教学变成一个充满交互与交流的虚拟学习社区。工程制图网络教学系统多 媒体授课 主教学 系统辅导答疑! 习题练习1际隘陪博l圈圈同翩图回川国国国圈.漏姗一撇瓣答案库制作试题库制作螂自脯旧阁囚冈国回图筒图阴图同圈冈一酬川貂.州圳侧图2 . 4系统总体功能树图 辅导答疑子系统 达到对所授课程的各个章节的重点难点进行剖析， 明确全课程应掌握的关键内容，并且详解有关难题。提炼精华，答疑解惑;为学生网上学习过程中遇到的问题提供答案。网上答疑系统可在临时答疑库、常见问题库中搜索。学生可将问题从往上提交给教师教师在回答临时答疑库中问题时，可将典型问题及答案转到常见问题库中 v 习题练习子系统 为学生和教师提供了一个基于校园网的作业发布、作业完成和提交的环境。教师可以通过网络将预先编辑好的各种媒体的作业、文本、图片发布。同时，分散在各地的学生可以通过网络浏览教师的作业，并可以利用本系统完成并提交各次作业。首先 一 一一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 - 份 一 一 - 一 - - 一 - 一 一 一 一 一 一 一 - 一 - - 一 - - - - - - 一 一 一 一 一 一 一 - - 一 一 一 一 - - - 一 - - 一 一 一 - 一 一 一 一 一 一 - - 一 一 一 一 第 1 2百国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文百 鲡 aiq it 误 ， 其 次 是 明 确 解 题 步 骤 、 解 题 技 巧 和 难 点 所 在， 对 于 多 解 题 ， 还 要 分 析各种清况。第 _ 二 是对于学生做错 了的题的处理，要指明学生的错误所在，分析可能的导致错误的原因，以及改正错误的方法。 模拟测试子系统 配备大量的难易程度不同的试题，并支持自动组卷，自动批卷。学生可以从网 卜进行实时模拟考试，考试完毕后立即可以得到成绩，同时教师可以立即统计、分析该次网上考试的学生成绩以评价学生的学习情况，以及试卷的难易程度。 虚拟模型和虚拟机构子系统 存 放 和组 织管 理 各种教 学 和习 题毕 及 其 它有 助 于教 学 和 解 题用的 模型 和机 构， 学生可以随时在网上浏览所需模型和机构及其动画，帮助其分析解题。 y 系统管理子系统 主要是网站的维护和数据库的管理工作。 包括基本学生信息管理、 老师信息管理、学生信息查询、老师信息查询、系统登录口令等。 以上的总体设计是在对实际教学活动和教学要求进行深入调研之后，所作的初步的功能设计方案。 2 . 5数据库设计 动态网站由于要使用大量的数据，因此需要使用数据库来管理。值得注意的是，来自 数据库驱动网站的网络文件是在访问者发出请求后才生成的，它经历了数据库查询、数据输出和在特定区域进行显示这一系列的过程。当改变了数据库中的数据，网站的内容也就随之改变。换句话说，数据库可以让网站真正实现动态化。 系统数据库管理系统采用m s s q l s e r v e r 2 0 0 0 。 在数据库中主要使用表， 触发器和存储过程来实现数据库设计。最主要是表的设计。 系统的后台首先要具备允许学生远程访问的we b 服务系统和性能良好的数据库系统，以 提供强大的数据查询和报表管理功能，并且在学生访问的高峰期提供安全可靠的查询访问服务功能。 更重要的是，后台可进行数据初始化工作，一旦输入学生、教师、习题等基本信息，便可根据需要来为前台网页设计、后台业务处理提供支持，并为前台提供了坚固的数据依靠，确保远程学习系统和网站服务器之间的无缝连接。同时还应该提供用丁管理员或教师进行数据更新查询和网站维护的工作站。系统数据库的e - r模型图如图2 . 5 所示。根据该e - r模型建立的系统数据库的表及其之间的关系如图2 . 6 所示。-一，一一一一_ 第 1 3页国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文图2 . 5数据库的e - r模型图第 1 4页国 防 科 学 技 术 大 学研 究 生 院 学 位 论 文课程信息明 细表课 程信.息 卞 表图 2s土要表的设计及其之间的关系第 1 5页国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 目前，数据库中表的种类可以分为以下几种: 基本信息表 ( 管理员，教师，学生，班级，课程等); y 子系统基木信息表 ( 多媒体课件，习题库信息等)。 分 关系表 ( 课程分配，习题布置，习题结果等); 主要表的功能简单简要介绍如下: 基本信息库: 基本信息库主要是整个系统的基本信息，主要包括管理员、教师、学生、班级、课程的信息，以及课程分配等。 1 . c a d _ l o g i n:管理员表。 记录管理员的 基本信息; 2 . c a d s t u d e n t : 学生 表 记录 学生 个人 基本 信息; 3 . c a d t e a c h e r : 教师表。 记录 教师 个人 基本 信息; 4 . c a d c l a s s: 班 级表。 记 录班级 基本信息; 5 . c a d l e s s o n:课程主表。 记录课程代号 及课 程名称。 试题信息库: 试题信息库主要是测试系统中用到的各类试题及答案的相关信息，主要包括:主观试题信息、客观试题信息、考试成绩表等等。 1 . c a d 一g l i b 1 : 试 题库试 题信息表。 记 录 试 题库中 主观 性试题的 信息; 2 . e a d - t g l i b l o :试 题库试题答案表。 记录 试题 库中主 观性试题的试题答案; 3 . c a d _ t g l i b 2 :试题库试题信息表。记录试题库中客观性试题的信息; 4 . c a d _ t g l i b 2 0 .试题库试题答案表。记录试题库中客观性试题的试题答案; 5 . c a d 少a p e r :试卷表。记录人工组卷或自 动组卷产生的试卷; 6 . c a d _ a n s w e r :试题结果保存表。记录考试完成后的试卷文件及考试总成绩; 7 . c a d _ a n s w e r l :考试成绩明细表。记录每次考试每道试题的考试成绩。 关系库: 主要是各种关系表，包括课程分配表，习题布置表等。 1 . c a d _ d i s t r ib u t i o n: 课程分 配表。 记 录 课 程、 班级与 任课教师 之间的 关系。c a d _ d i s p o s a l :习题布置表。记录课程与习题之间的关系。c a d 一 e x e r e s u lt : 习 题结果表。 记录 课 程、 学生 与习 题之间的 关系。 以上只是系统数据库的简单初步设计。随着系统功能的完善，可能需要增加表或者对现有表之间的关系作相应的调整。为了保证数据的原子性、一致性、有效性i, :x虑使用触发器和存储过程。第 1 6页国 防 科 学技 术 大 学研 究 生院 学 位 论 文第三章 系统开发关键技术研究在系统开发过程中， 有一些技术是决定系统开发成败与实际使用效果好坏的关键。本章就对系统开发过程的关键技术加以提炼和阐述。 3 . 1 基于we b 环境下的图 形处理技术 we b环境下的图形处理技术对于工程制图网络教学系统来说至关紧要。可以说，没有了对图形处理的研究，工程制图网络化教学也就失去了存在的基础。研究设计工程制图网络教学系统，就必然要涉及到对各种图形的相应处理。所以，首先就必须要对图形处理技术以及其它相关技术进行研究。3 . 1 . 1选a u t o c a d作为图形处理平台 工程制图课程离不开对图形的处理，所以图形处理技术的研究在本系统的设计中占用很