（机械设计及理论专业论文）基于web的制图教学系统的研究与实现.pdf

摘要 随着网络技术不断发展及其普及，传统的基于单机版的计算机辅助教学( c a i ) 越来越不能适应当今形势的需要。由于基于w e b 的教学系统种种优点，近期基于 w e b 的各种教学系统不断得到发展及壮大，今后一段时间也将是辅助教学的主 流。 本论文论述了课程教学系统、在线测试系统、答疑系统、b b s 、在线交流系 统、e - m a i l 、下载中心、管理中心系统的设计及实现。为了提高效率及其实际的 应用范围，在本教学系统中使用了v i s u a lc # 、s q ls e r v e r2 0 0 0 等。本论文同 时解决了以下几个问题： l 、 2 、 3 、 4 、 动态试题库的实现： c a d 图形在网页中的应用及其控制问题； 解决了邮件发送问题； 图形、文字混编问题的解决。 关键词：基于w e b 的教学系统动态试题库d w f 难度系数 a b s t r a c t a l o n g w i t ht h en e t w o r k t e c h n i q u e sd e v e l o p i n gc o n t i n u o u s l y a n di t ss p r e a d ， t r a d i t i o n a lc 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 ( c a i ) b a s e do nas i n g l ec o m p u t e rc a na d a p t t ot h ed e m a n do f t h es i t u a t i o no f n o wl e s sa n dl e s s b e c a u s et e a c h i n gs y s t e mb a s e d o n w e bh a sk i n d so f a d v a n t a g e s t e a c h i n gs y s t e mb a s e do nw e bw i l ld e v e l o ps t r o n ga n d c o n t i n u o u s l yi nt h e n e a tf u t u r e ，i tw i l la l s ob em a i na s s i s t e dt e a c h i n gs y s t e mi nt h e n e a rf u t u r e t h i st h e s i sd i s c u s s e dt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t e a c h i n gs y s t e m ，t e s to m l i n e s y s t e m ，a n s w e rs y s t e m ，b b s ，e x c h a n g e o n l i n es y s t e m ，e - m a i l ，d o w n l o a dc e n t e r s y s t e m ，m a n a g e m e n t c e n t e rs y s t e m f o ri m p r o v i n gi t se f f i c i e n c ya n di t sa c m a l a p p l i c a t i o n t h et e a c h i n gs y s t e m u s e d v i s u a lc 栉、s q ls e r v e r 2 0 0 0e t c t h i st h e s i s r e s o l v e daf e w p r o b l e m s a tt h es a m et i m e ： 1 ，r e a l i z a t i o no f d y n a m i c e x a n ld a m b 越e 2 a p p l i c a t i o n o f t h es k e t c ho f c a d i nt h ew e b p a g e a n di t sc o n t r o lp r o b l e m s 3 r e s o l v e de - m a i l ss e n d i n g p r o b l e m 4 r e s o l v e dt h ep r o b l e mo f t h em i x i n gs k e t c ha n dw o f d se a c ho t h e r k e y w o r d s ：t e a c h i n gs y s t e m b a s e do nw e b ，d y n a m i ce x a md a t a b a s e ，d w f ， d i f f i c u l t yc o e f f i c i e n t 天津科技大学硕士学位论文 1 1 国内外研究发展状况 第一章概述 由于传统的教育存在很多的弊端，不能在适应新时代的发展要求，所以 计算机辅助教学( c a i ，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 ) 方面的软件近年 来有了一定的发展。但总的来说，目前的教育信息化建设基本上还处于一个 探索阶段教育资源得不到共享，低水平、不合理重复开发的情况十分严重， 同一门课程有多家单位重复研制单机化c a i 软件，这浪费了大量的人力财 力。目前的c a i 绝大部分都是单机版的，它们的交互界面精美、支持多种学 习策略、教学内容丰富，然而这种传统的c a i 也存在如下不足之处：【l 】 1 、推广困难 单机版的c a i 课件大部分都是通过光盘销售，因而很难在更大的范围内 推广。 2 、缺乏网络的支持，可扩展性差 由于信息社会的发展使得教学中的教材内容更新快，因此要经常对教学 内容进行更新和维护，然而现有的绝大多数c a i 课件是被刻录在光盘上且运 行在单机环境下的，它们无法利用网络在知识更新上的方便与快捷的优势， 因此这样的c a i 课件一旦完成光盘制作就再也无法对该光盘教学内容更新 和维护，若要进行教学内容的更新和维护，只能重新制作，因而是没有生命 力的。 3 、缺乏良好的交互性和智能性 在教学过程中，若有合适的手段查询背景知识并对某个知识点迸行讨 论，这样对学生是非常有益的。传统的c a i 课件系统是在单机上将全部教学 内容以编程的方式预置于课件中，学生学习时，教学过程是按课件规定的路 径和内容展开的，由于缺乏必要的通信手段和智能特性，学生只能被动接受， 无法实现学生与老师之间的沟通，也无法按学生的认知能力高低准备合适的 教学内容来因材施教，因此也就无法实现教育学所要求的个别化教学和启发 式教学。 4 、缺乏教师的参与和督导人员的监督 现有的c a i 课件系统售出后，如何操作和如何学习都是教师和学生自己 的事，教师对学生的情况也是全然不知，学生碰到问题时，也不能向教师求 助，师生之间根本无法实现交流，从而使软件的适应性很差。 第一章概述 由于传统的c a i 存在上述缺点，它已不能适应开放远程教学的现状。随 着网络技术的发展和人工智能在专家领域内取得成功，它们为c a i 的发展 提供了新空间，采用浏览服务器模式的网络教学系统在远程教学过程中具 有无可比拟的优势，因此c a i 的发展方向在于网络化和智能化。浏览n 务 器模式的主要实现技术是w e b 页面程序设计，故又称基于w e b 的网络教学系 统设计。 基于w e b 的网络教学是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教 育形式。它是利用现代信息技术和教育技术，创设计算机、卫星电视和现代 通信相结合的网络环境，综合运用多种媒体和远程学习的支持服务，为继续 教育的人们提供学习机会和条件的一种教育形式。这种教学方式能更好地打 破时空界限，创设个体化学习的环境，提供丰富的教学资源，实现远程交互 学习，并能有效地扩大教育范围，提高质量和效率。“1 目前，世界各国对网 络教育的发展给予了前所未有的关注都试图在未来社会中让教育处于一个 优势的位置，从而走在社会发展前列。世界经合组织的研究表明，从1 9 9 5 年到2 0 0 0 年，全世界的远程教育市场规模以每年增加4 5 的速度扩张着。 到2 0 0 0 年，全世界有7 0 0 0 万人通过远程教育方式进行学习。“1 1 - 1 1 国外网络教育发展概况跚“ 基于w e b 的网络教学是2 0 世纪8 0 年代以来世界教育发展的共同趋势。 到目前为止，世界上已有1 0 0 多个国家开展了现代网络教育。随着卫星和光 缆电视以及各种双向交互电子通信技术的发展和应用，特别是随着全球计算 机网络和多媒体技术的进步，各发达国家和许多发展中国家政府都在采取措 施，支持本国现代网络教育发展。 美国政府十分重视网络教育，克林顿政府曾宣布要把教育广泛地建立在 i n t e r n e t 上，1 9 9 6 年向全体公民提出：2 0 0 0 年以前把每一间教室和每一个 图书馆都联接到i n t e r n e t 上。美国教育部投资7 8 0 0 万美元用以建立网上课 程，联邦政府用2 0 亿美元推动所有中小学生使用电脑。为了实现克林顿政 府宣布的计划，国家每年用于网络教育的开支达1 0 0 2 0 0 亿美元。这一举措 旨在为美国教育界抢占教育国际化新的制高点做准备。国家视网上文凭或学 位同传统学校颁发的文凭或学位一样，越来越多的大学通过互联网招收学生 和发文凭。1 9 9 5 年只有2 8 的大学提供网上课程，但到1 9 9 8 年猛增到6 0 。 据统计，在美国通过学习网站进行学习的人数正以每年3 0 0 的速度增长， 6 0 以上的企业通过网络方式进行员工的培训和继续教育。学历教育是美国 高校远程教育的主要形式，现有的1 6 6 万远程教育学生中，有1 3 4 万多人 在攻读学历或学位课程。美国远程教育开设的学历、学位课程种类达到4 9 天津科技大学硕士学位论文 万个，基本覆盖了美国高等学校的所有学科和专业。美国总统国情咨文中明 确提出，美国公民8 岁应会读写，1 2 岁应能上网，1 8 岁接受高等教育，成 年后接受继续教育。美国已成为当今世界发展第三代远程教育的中心之一。 英国政府在1 9 9 8 年就以立法形式规定，将中小学原有的信息选修课改 为必修课，在政府投入的教育经费中，法定的6 必须作为学校专用的计算 机购置费，以保证英国中小学能够连接到i n t e r n e t 。2 0 0 0 年3 月5 日，英 国教育和就业大臣戴维布伦斯特宣布，英国将建新型网上“电子”大学， 力争在全球教育市场的激烈竞争中抢得先机。 而发展中国家也在积极发展网络教育。如马来西亚正在实施一项取名为 “多媒体超级走廊”的国家计划，发展新兴的电子信息产业。建立马来西亚 未来的开放大学，并与全国所有的高等院校、研究和开发中心广泛合作，实 现课程、学分互通，共享教育资源和设施，发挥新通信技术优势，使整个系 统高效率、高质量运行，共同通过远程教育培养世界一流的大学毕业生。 1 1 2 我国网络教育发展概况。h 3 1 、网络高等教育发展的社会基础 我国实际上是一个双二元社会。所谓双二元社会，即一方面整个社会分 为城市与农村，农村的发展远远落后于城市的发展，农村人口不享有城市人 1 ：3 所具有的各种福利，如医疗保险、养老保险、子女教育等；另一方面，在 城市户口中，又有工人与干部之分，二者的待遇也是完全不对等的。长期以 来，接受高等教育几乎是改变个人社会身份的唯一渠道。在这种情况下，高 等教育的需求极为庞大，网络高等教育的发展可谓适逢其时。 中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定中提 出：通过多种形式积极发展高等教育，到2 0 1 0 年，我国适龄人口高等教育 入学率要从目前的9 提高到1 5 左右。网络教育是实现这个教育目标的重 要渠道之一。 从目前我国高校的教育教学效率来看，依靠传统的教育方式来实现这一 基本目标是非常困难的，借助网络教育形式来发展、扩充高等教育势在必行。 教育部于1 9 9 8 年1 2 月2 4 日制定、国务院1 9 9 9 年1 月1 3 日批转的面向 2 1 世纪教育振兴行动计划对远程教育尤其是网络教育的发展作了宏观上 的规划，并给予了政策上的支持。认为“实施现代远程教育工程”，将“有 效地发挥现有教育资源的优势，是在我国教育资源短缺的条件下办好大教育 的战略措施”，教育部对此将“要作为重要的基础设施加大建设力度”：“为 第一章概述 推动现代远程教育的发展，按国际惯例对现代远程教育网络运行费用实行优 惠”。 2 、加入w t 0 对高等教育市场的冲击 我国加入w t o 后，在教育领域也将参与国际合作，因而必须接受现行 国际组织的各种“游戏规则”。以接受条约为基础，在决定教育事业的发展 时，必须与国际接轨，而不再享有充分的自由，这就导致国家教育权的削弱 ( 实际上是把一部分国家教育权转移到跨国性的机构和组织中去) 。随着教 育服务市场的全面开放，国际组织将更多地参与到我国高等教育市场。由于 我国人口基数大，高等教育有着非常广阔的市场，如果不抢先占领，国外优 秀高等教育资源将会挤占这份市场。 据来自上海市教委的最新资料显示，上海目前已有复旦大学、上海交通 大学、同济大学、上海师范大学等2 0 多所大学与海外的l l o 多所大学合作 办学，合办的专业有外语、计算机、商务管理、市场营销、信息技术、生物 医学、税务征收等。合作办学涉及的国家包括美国、澳大利亚、日本、英国、 加拿大、法国、荷兰和瑞典等，就读学生5 万余人。 3 、我国网络教育现状 我国政府十分重视发展网络教育。江泽民同志指出“要以远程网络教育 为依托，形成覆盖全国城乡的开放教育系统，为各类社会成员提供多层次、 多样化的教育服务。”。李岚清副总理也指出“网络教育是利用现代信息技术 发展高素质教育的一种教育方式，是一件很大的事。”。我国远程网络教育的 目标是，到2 0 1 0 年，基本形成多规格、多层次、多形式、多功能的具有中 国特色的现代远程网络教育体系。 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 学作为现代网络教育首批试点高校，开始了我国真正意义上的网络远程教 育。1 9 9 8 年共招收了9 0 0 0 名网上学生，其中，清华大学招收了1 7 0 0 名网 上研究生；湖南大学已累计招收3 5 0 0 名网上学生，今年还将招收1 5 0 0 名专 升本学生，并有2 0 0 0 多人在网上接受培训：浙江大学在两年间有近3 0 0 0 名本科生在网上学习，并招收了2 0 0 多名研究生。到目前为止，经教育部批 准，全国已经有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。 天津科技大学硕士学位论文 1 2 网络教育的优点“5 m 姗嘲 随着信息技术特别是网络技术的蓬勃发展，人类社会正面对这一伟大变 革的时代，教育迎来的既面l 临着机遇，又面临着严峻的挑战。基于w e b 的教 学系统正以一种崭新的教育方式呈现在我们面前。基于w e b 的教学系统与广 播教学、电视教学等远距离教育手段不同，它以灵活多样的个性化发展为教 育目标，采用互联网络的形式进行教学活动，学生只需拥有一台上网的个人 电脑，不受时间、地点等客观条件的限制就可以接受远程教育。它将日益与 现行的常规教育和传统教育相融合，逐步成为与信息社会发展相适应的未来 大教育体系的中心内容之一。基于w e b 的教学系统的实施与发展只是时间问 题。与传统教育相比较，基于w e b 的教学系统具有以下一些优势和特点： 1 、基于w e b 的教学信息传播量大、信息传递速度快 传统教育中，学校就是教育的代名词，而在学校教育中，一次入学考试 几乎被看成是决定一个人一生命运和前途的重大事件。从小学开始，进的学 校是重点的还是非重点的，各科师资强还是弱，似乎都关系到这个孩子的将 来，一个个活泼的孩子无奈地走上升学竞争、恶性补习的窄路，接受集体管 理的约束、背诵僵化的教材。 传统教育教学信息传递速度慢，大部分教学媒体和教学组织形式，其信 息主要是由教师向学生单向传递的。一个概念或一个知识要点传授完毕之 后，授课教师很难立即了解大部分学生是否理解和掌握，虽然课堂提问可以 了解到部分情况，但主要还要依靠学生的作业和考试来反馈信息。因而在 传统教育中不论学生的反馈信息和教师的评价信息都有一个时间过程。 基于w e b 的教学系统通过计算机网络使学生与计算机之间频繁地、交 互性对话，学生与授课老师可以对话，学生可以提问，老师可以直接回答学 生的问题，甚至可以随时展开交流和辩论。计算机能及时对学生的作业、提 问、难点等作出评判，并输出正确信息加以强化。 互联网络被称为信息高速公路，信息传播的速度极快，短时间能将信息 迅速传播到需要的各个地方，学生能迅速接收和交流有关教学信息。由于学 习过程是在互联网络上进行和实现的，教学信息传播量大、速度快，学生直 接参与其中，信息能得到快速传递和及时反馈。 2 、使教育形式突破了空间和时间的限制，扩大了教育范围，可以实现 远程教学和终生学习。 传统教育中，学校是教育活动的专门机构和场所，学校是教育的中心。 第一章概述 而一所学校需要有校舍、设备、图书资料及一大批受过良好训练的教师和教 学管理人员。教育的投入是比较大的，目前仅高等院校科研教学设备总值就 超过1 0 0 亿元。从前几年开始，我国大学全部实行并轨招生。虽然如此，我 国大中小学入学率仍然较低，尤其在农村和边疆民族地区，文盲率一直较高。 因此，传统的学校教育和老师在课堂上教授学生的方法，己不是唯一的形式， 必须找到一条改革的新路来。而基于w e b 的教学系统无疑是最佳选择。 基于w e b 的教学系统可以做到资源共享，加快人才培养速度。因为在 互联网络上，一位教师就可以面对上万、数十万的学生授课，自然降低了经 济投入：又由于请的都是某学科、某专业的专家，教学质量也有了保证。再 加上这类学校既不需要校舍，又不需多少老师，经费开支自然大大节省。而 且远程教育在生源人数众多居住条件分散的情况下，优势更为突出，作用将 会更大。由于投资少，覆盖面广，适应性强等优越性，使远程教育在不远的 将来将会日益显示出旺盛的生命力。 基于w e b 的教学接受信息面广、对象扩大。无论是谁，只要申请，缴 纳一定的学习费用，拥有一台个人电脑终端，就可以上网学习。w e b 教学 系统放在网上，受教育者随时都可上网学习，给不同工作时间的受教育者提 供了方便。受教育的人扩展到全社会，使失去正规学习机会的教学对象也 能接受到教育。受教育者不受到教育场所和时间的限制，同样可以接受到高 质量的优质教育，大大节省了国家建设教育机构的投资，对于提高全民的文 化素质有很大的作用。中国人民大学现代远程教育网就可以提供“五个任何” 的教育：“任何人、任何时间、任何地点、从任何章节开始、学习任何课程”， 充分体现了基于w e b 的教学优越性。一个人在任何时间、地点均可进行学 习，只要想学习，就可以终生学习，使继续教育也变成现实，学习的时间可 以在一生进行，通过互联网络，只要修够学分，就可以毕业。 3 、减少教师大量的重复劳动，提高教学效果和授课质量；资源共享， 可以扩大了受教育的范围，并使受教育者有接受高效、优质教育的平等权 利，提高教育质量 许多课程如外语、数学、物理等基础课，内容都是相对稳定的。不知有 多少教师在课堂上画同样的图、讲同样的内容。如果全国有统一的w e b 教 学系统，就可节省大量的教师重复劳动而且质量也一定会比一般教师做的 要好得多。教师就可把节省下来的时间做一些深入的对学生进行教育的工 作。 传统教育素来以知识技能的传授作为教育的中心任务，以培养知识型人 才为教学目的，学生理论基础扎实，但动手能力较差，这显然不能适应社会 6 天津科技大学硕士学位论文 发展、科技进步的需求。现代教育要求使受教育者既掌握现代科学技术知识， 又要有从事现代化生产的技能，要求在传授知识技能的同时，不但注意发展 智力，还应着重培养能力。要造就具有自学能力和刨新精神的应用型和能力 型人才。基于w e b 的教学系统所提倡的正是这样一种以素质教育为主要内 容，知识和技能有机结合，灵活多样，实用性强，知识面拓宽的深度个性 化的教育形式。通过互联网上的学习，使学生动手能力增强，实践能力提高， 因为网上学习的内容比书本上的要丰富得多，可供选择的范围要大得多，对 学生发展智力、培养能力十分有利。 俗话说“名师出高徒”，教育质量的高低与教师的素质有很大的关系。 但在现阶段，学校办学水平有差异，教师素质有高低，在不同的学校、不同 班级，教师的水平可能有天壤之别。这样，势必有些学生就错过了接受高质 量教育的机会。有些中学搞“重点班”实质上是给所谓“优生”配“优师”， “差生”配“差师”，结果“差生”越学越差，“优生”越学越优，两极分 化愈演愈烈，这对所谓“差生”来说是一种不平等待遇，对整个民族来说， 其后果也许是灾难性的。网络教育可以把优秀教师的教学过程制成w e b 教 学系统在网上播放，大家都可享受同等的受教育的权利，也扩大了优秀教师 的作用。 4 、教学方式由原来以教为主变为以学为主，突出个别化教学，增强学 习内容的选择性，使受教育者有更大的自主学习的权利，培养自学能力， 提高学习效率 传统教育中，由于是采取班级授课的方式，偏重于教师讲，学生听；因 而常常会出现这样的情况，一段教学内容讲完后，有的学生已经理解了，需 要进一步巩固、深化、强化，并希望接受更多的新知识，有的学生则还需要 教师再重复讲授一遍才能领悟、理解。 一位教师所面对的是一些具有不同智力特点和智力水平的学生，为了充 分调动学生的学习积极性，提高教与学的效果，教师需要根据不同的学生的 智力和非智力特点与水平来进行个别化教学。但在传统教育中，实现个别化 教学有一定难度。只能根据中等水平的学生的实际情况来确定进度，包括布 置作业、出题考试、课堂讲授等等。以便取齐拉平，整齐划，照顾到大 多数。然而这样一来，一些水平较高、基础扎实、成绩优秀的学生就“吃 不饱”，而接受能力较差、基础较差的学生又“吃不了”，跟不上，从而 造成虽然照顾了中间层次，照顾了大多数，但“两头”学生的学习效率不 高，从而影响了教学效果和学生的学习情绪。 基于w e b 的教学系统教学形式和表现手法丰富，有文字、图像、声音、 7 第一章概述 动画等多种表现方式，这是其他形式教学所无法做到的。这样能使个别化教 育、个性化教育成为可能。因为计算机可以一对一的对学生进行辅导、教学 和对话，实现教学过程的个别化。通过网络，教师能针对个别学生的提问及 时作出解答、评判、指正、鼓励、表扬、启示、帮助、辅导和肯定。如果学 生已掌握所学的内容，就可立即进入下一部分内容的学习，不必发愁吃不饱： 如果学生尚未理解，难以掌握，计算机网络也会不厌其烦地认真教悔，从而 使学生真正学有所得。所以远程教育是一种新颖的教学方式，它不仅有利于 贯彻因材施教和个别化教育，而且还体现了“以学生为主体”的教学思想， 展示了它在个性化教育中的优越性。 在传统教育中无法实现的现象、无法描述的过程、无法处理的数据、无 法进行的实验、以及许多无法解释的、说不清道不明的、不易观察和讲授的 教学内容都可以在远程教育中通过互联网络来实现。计算机可以模拟许多实 际过程，还可以模拟通常情况下因设备复杂或条件限制或有危险而无法进行 的实验或不易观察到的一些现象，在计算机互联网的模拟过程中，可将微观 的现象放大，宏观的现象缩小，瞬时过程可以变慢或暂时停滞。甚至可以用 动态图形来表现实际过程，使学生能在较短的时间里留下深刻印象，观察 得清楚仔细，获得感性认识，加深记忆和理解。 另一方面，由于网络能提供色彩丰富、图形逼真的动画技术，能动态显 示各种现象和教学信息。从而能充分调动学习者的听觉、视觉功能，培养学 习者快速反映的能力，增强了感性认识，也调动了学习者学习积极性和能动 性，这是传统教育所难以做得到的。 基于w e b 教学系统中，有时一个优秀的计算机教学系统就是一个专家 系统，它是经过众多优秀的计算机技术人员、教育专家，以及某一学科的著 名学者等精心研制而成的，因而它的名师效应是其他任何一种教学系统无法 相比的。而在传统教育中，基本上是采取个体劳动者的性质，一位教师先在 家中备课，查阅教学所需的参考书籍、准备资料、演算习题、写教案，然后 到课堂上面对几十位学生讲授，讲完之后又再备课，再查资料、再讲授。 基本没有别人的参与，或者说较少别人的参与。一位教师必须独立承担一门 或几门课程，而学校考核也以课时多少为依据。 基于w e b 教学系统由于采取计算机网格形式，学生可以通过网络接通 图书馆、数据库、信息资料中心、实验中心、计算中心及远程教学机构、专 家系统，针对自己的需要，选择学习内容乃至选择不同的专家群体，这对激 发学生的学习兴趣，提高学习质量是十分有利的。 同时，基于w e b 教学系统的实施还将使教师改变原来的传统的知识灌 输和纪律专家的角色：教师主要承担指导学生掌握科学的学习方法、学会学 天津科技大学硕士学位论文 习。由于有了先进的教学技术和手段，教学效率大大提高了，教师们的工作 量相对减少，从而使教师们有时间进行在职进修，加强自身素质的培养和 提高。 在课堂上听课，教师讲到哪里，即使这部分内容都已掌握了，不想听也 得听。学生基本上是由教师牵着鼻子走，没有太多的学习自主权。长此以往， 就养成了学生的依赖性。基于w e b 教学系统由学生自己来选，哪段不需要 学就可以不学，想学的可以反复学，直到弄懂为止。基于w e b 教学系统交 互性好，学生有很大的选择权，这就会养成学生自主学习的习惯，调动他们 的主观能动性，也提高了学习效率。 5 、方便教学过程。优化教学结构。1 ( 1 ) 网络教育突破了学习空间的局限 网络教育能调动多媒体手段为教学服务。与传统班级课堂教学和广播电 视教学相比，它能够实现教师与学生、学生与学生之间的多向互动和及时反 馈，具有更强的灵活性。生动活泼的多媒体软件和教材，有利于学生理解和 掌握知识，有利于开发大脑潜能，启迪创造和创新意识。 ( 2 ) 网络教育提供的是师生异她同步教学和开放的教学内容 学习者不受职业、条件的限制，在任何地方只要能够连接到网络，就好 像坐在教室里上课一样。它将有利于缓解边远地区受教育难的矛盾，有助于 国家民族整体教育水平的提高，为全体社会成员获得均等教育机会，为“教 育公平”成为现实提供契机。这种远程教育还可向全社会开放。与社区教育 更紧密地结合起来，为教育社会化和桂会教育化创造条件。 ( 3 ) 网络教育突破学习时间的局限 每个人都可以在任何时候，点播适当的教育信息，获得自己所需的任何 教育内容，最有利于创造出一种“实时的学习”。这种教育不再是一次性的 学校教育，它是实现终身教育的最佳手段。事实上，远程教育发展的初期， 就已经在企业培训中发挥了巨大效力。 ( 4 ) 远程网络教育有利于教育的资源共享，提高教育效率和效益 它能让更多人同时获得高水平高质量的教育，听到世界一流科学家讲 演；它可以把最优秀教师集中在一起授课；它可以让学生到数千里之外的博 物馆、图书馆或其他现场做调研和实习。据初步实施远程教育的国外高等学 校估计，这种教育方式可使学生多学习3 0 的课程，提高学习效率8 0 ， 使学校节省4 0 一5 0 的费用。 9 第一章概述 1 3 网络教育发展趋势 1 3 1 网络教育在未来高等教育中的发展趋势“o 网络教育的特有优势，必将对传统的教育机制形成强力冲击。随着网上 远程学习流行起来，今天的教师办公室可能成为明天的虚拟问讯台。在未来： 1 、网络教育在高等教育中将成为学历教育的主流 传统教育方式受到时空限制，不能让人力资源潜力得到充分发挥。而网 络教育则不同，打破了时空上的观念，让更多的资讯共享。随着国内高校网 络教育的悄然兴起，各种形式、各种专业、各种层次的网络教育网站的不断 涌现，将会让过去受时间限制而不能进入高校学习的学生，通过网络教育， 去获取个人喜爱的高校的专业学历和文凭。 2 、网络教育在高等教育中将成为科研资讯共享的平台 高等教育的目的，并不仅仅是为了培养一批高学历的学生，它还同时要 进行科学研究课题，承担国家重点科研攻关项目。在以往的科学研究中，由 于资讯的闭塞，存在着大量的重复研究，浪费了国家有限的人力资源和则力。 随着高校网络的兴起和完善，必将能通过网上，迅速查询有关的科研资料， 避免重复的科研投入，同时有利于追踪世界科技的发展水平。把高教网络形 成一个b 2 b 的学校与学校科研资讯共享的平台。 3 、网络教育在高等教育中将成为个性化教育的主体 在网络教育的环境中，人们可以通过网上讲解、演示、练习、实验和考 试等。通过网上智能代理，与虚拟的教师、虚拟的学习伙伴交流，用虚拟的 实验设备做试验，到虚拟的图书馆查阅资料等等，增加了教学内容的趣味性 和人性化色彩，改善教学效果。并且，学生可以根据各自的情况，实现有针 对性的“点播式”学习功能，还可以通过自我安排学习时问和进度，实现个 性化定制的功能。 4 、网络教育在高等教育中将成为技能培训的先导 2 1 世纪，是知识经济、信息经济时代，信息量极大，知识更新迅速， 传统的教育方式远不能满足人们各种目的教育需求，唯有网络教育，才能建 立起有特色的、个性化技能培训教育，降低人们受教育的成本，提高效率， o 天津科技大学硕士学位论文 形成规模化、产业化、标准化的教育新格局。人们受教育不再仅仅是为了获 取一张文凭，而更注重的是技能的培训。特别是那些己从大学毕业出来参加 工作的人们，事业有成的人们等各种无固定时间学习的人，以及那些为满足 个人偏好的人，在网络教育提供的丰富教育资源和教育服务中，各取所需。 由于网络教育资讯更新快，人们通过网络教育可以容易学到未来易找工作和 受欢迎的技能，在谋职方面占尽先机。 5 、网络教育在高等教育中将为终身教育提供一种宽松的环境 从某种意义上来讲，只有网络教育，才可能实现真正意义上的平等受教 育的理想。随着时代的进步，科技的飞速发展，资讯的急速膨胀，人们己学 习的知识迅速陈旧。只有通过不断的终身学习，人们才能避免自己不至落伍， 方能跟上时代步伐。正是由于网络教育的兴起，不论老少、身体是否正常的 人，终身学习的可能才变成了现实。 1 3 2 网络教育开发技术的发展趋势 1 、组件化 进行网络教育系统的开发，由于设计涉及到很多方面，对于每一个方面 设计人员不可能都了解的很清楚，但是网络教育系统又需要该功能。组件化 有利于开发人员只着重开发本身熟悉的功能。而对于自己不了解的技术由其 他人员开发，所开发的组件只要组件符合一定的标准，开发人员就能互相公 用，由此提高了效率。 2 、工具化 进行网络教学系统的开发一般认为需要由教学专家、学科专家、计算机 专家等各类入员的分工协作完成。目前“小作坊”式的开发模式严重影响了 c a i 课件质量，各种适合不同教学要求的工具在多媒体编著软件的开发和研 究是十分必要的。 3 、标准化 由于网络教学系统尚无一定的标准，目前各高校开发的网络教学系统都 只能在小范围内使用，严重影响了网络教学系统的推广以及对教学系统的评 估。因此标准化非常有必要。 4 、智能化 随着人工智能和生命科学研究的不断深入，教学系统将可根据学生的学 习特点、学习历史、学习风格，采用不同的教学方式、教学策略，判断错误， 校正错误：虚拟仿真等高新技术也将在教育中普遍得到应用。 第一章概述 1 4 研究内容 1 4 1 系统概况 基于w e b 的制图教学系统是以辅助教师教学及学生学习的双助型网络 教学系统。其中包括： 1 、制图课程的教学 制图课程的教学主要是实现制图课程网上教学。同时防止掉线不能进行 网上教学，用户可以提前下载供教学。 2 、在线测试 在线测试提供了试题测试，便于学生了解学习情况。 3 、答疑系统 答疑系统对于用户中遇到的问题提供了解答。 4 、b b s 、在线交流、e - m a i l 、下载中心、管理中心等等 1 4 2 本人主要工作和创新点 本人主要的工作是： 1 、参与了总体结构设计 2 、参与了教学系统的设计及其制作 3 、完成在线测试、答疑系统等的设计及其制作 主要创新点： 1 、动态试题库的实现 2 、c a d 图形在网页中的应用及其控制问题 3 、解决了邮件发送问题 4 、图形、文字混编问题的解决 天津科技大学硕士学位论文 第二章基于w e b 教学系统的设计与开发思想 2 1 基于w e b 教学系统的基本思想1 以前的网络采用c 1 i e n t s e r v e r 的方式，开发者不仅要开发服务器端 的程序，还要开发客户端的程序，加大了开发的难度和工作量，而且系统的 维护难度也随之加大。目前一般都是采用b r o w s e r s e r v e r 方式，在客户端 采用统一的能执行h t m l 标准的浏览器。人们只需开发出服务器端的网页。 减少了开发工作量。最后得到的是使用超级链接连接到一起的w e b 页面集 合。 2 1 1基于w e b 教学系统的基本要求n 2 ” 许多基于w e b 教学系统的制作风格各异，但大部分都有一个共同特点， 就是以辅导学生为目的。软件中包含了整个教学过程中知识的讲解、描述、 练习，学生可以独立地使用这些软件进行学习，无需教师的参与。软件运行 时，画面上展示的文字、图形、动画等尺寸较小。仅适合学生个人学习或小 范围演示，称之为计算机导学软件。而本文所讨论的基于w e b 教学系统，是 用于w e b 辅助教学的w e b 教学系统，是同时为课堂教学服务的，也为学生课 后自学服务。它的表达形式与导学软件是很不同的，一个有生命力的基于 w e b 教学系统应该具备充分利用计算机多媒体表达其它教育方法难以或无 法表达的教学内容，做到信息量大、调用灵活、内容科学、画面简洁，保证 教师在课堂教学中，能充分发挥自己的主导作用，同时为学生自学提供灵活 性，而不受软件的左右和约束的特点。因而应该满足下列要求“： l 、选题恰当。 设计制作基于w e b 教学系统的目的是为了达到更好的教与学效果，更好 地实现教与学目标。基于w e b 教学系统的优势之一就是能够以动画、影像等 形式将教学内容变静为动、变抽象为具体、变微观为宏观。 2 、基于w e b 教学系统的建设要基于远程教育的特点，能提高学习者学 习兴趣与自觉性。 3 、基于w e b 教学系统都必须满足在互联网上运行的基本条件，还应具 各安全、稳定、可靠、下载快等特点。 4 、结构明晰，界面简单，重点突出。 基于w e b 教学系统应针对教学的重点、难点有突出表现。 第二章基于w e b 教学系统的设计与开发思想 5 、易操作性、容错性强及易修改性。 要使基于w e b 教学系统受广大教师和学生欢迎，对教学系统的易操作 性、容错性及易修改性应有较高的要求。易操作性指的是系统的操作应该简 单；容错性指的是当授课教师及学生如果有不正确的操作时，系统的演示不 应出错或“死机”，应不影响系统的正常功能：易修改性指的是能较容易地 实现按授课教师意图修改教案。 6 、网络课程应有完整的文字与制作脚本( 电子稿) 。 7 、画面美观，影像清晰，声音清楚。 美观的画面、适当的动态效果给人以美的享受可以给系统增辉添彩。 8 、具有良好的交互性与智能化。 9 、可视性好。 由于系统主要用于讲课，因此其画面上的文字、图形和动画等内容的尺 寸都应尽量大些，当画面投影到大屏幕上时，要让整个班的学生均看得清楚。 另外，背景与文字应有较强的对比度，应选用对比强烈的色彩，如蓝色与白 色。 总之，只有良好的教学效果才是基于w e b 教学系统唯一追求的目标。 2 1 2 基于w e b 教学系统的基本原则“”“ 基于w e b 教学系统在设计上应体现如下的教学策略：突破简单的演示型 模式，体现知识的意义建构过程；重视问题与回答方式的设计，提高学生的 主体参与程度；提供丰富的多媒体资源，创设有意义的学习情境。为实现上 述教学策略，考虑w e b 教学的特点，对于w e b 教学的设计，国际上一般遵循 如下几条原则： 1 、教育性原则 基于w e b 教学系统内容必须扣紧教学大纲，从教学实际出发，有较强的 针对性；符合教学原则和认知规律，即其表现形式必须符合教育心理学“。 因此，教学系统的教育性主要表现在教学系统的教学目标、内容选择及其组 织实现的策略。 2 、个性化原则 基于w e b 教学系统要体现学生学习的个性化。学生是学习的认知主体， 学习的过程是学生通过主探索、发现问题的过程“”。所以要重视学生作为 认知主体的作用，体现学生个性化学习的特点，发挥学生在学习中的首创精 神。 3 、合作化原则 根据课堂中使用的教学策略和学生之间的关系，将学习分为个别学习、 4 天津科技大学硕士学位论文 竞争学习和合作学习三种类型“”。通过深入的研究发现，在合作学习中， 学生彼此之间的学习成就是呈正相关的。也就是说，当其中一个学生达到他 的学习目标时，其他的学生也能够达到学习的目标。计算机支持的合作学习 ( c o m p u t e r s u p p o r t e dc o o p e r a t i v el e a r n i n g 简称c s c l ) 有助于更好地体现 合作学习的优势。在基于w e b 教学系统设计中，要注意设计两类合作和协商 关系： ( 1 ) 学生与学生的合作。这是合作学习的关键，学生的合作互动取决于 如下几个要素的设计：问题( 任务) 的提出、回报的获得、小组的状态、交互 的技巧等。 ( 2 ) 教师与学生的合作。教师作为学习过程中的主导人物，引导、帮助、 促进学生的学习。 4 、控制性原则 基于w e b 教学系统的操作要简便、灵活、可靠，便于教师和学生控制， 使师生经过简单的训练甚至不用训练就可以灵活使用，具体说有以下几点。 ( 1 ) 良好的操作界面。 ( 2 ) 交互应答。 ( 3 ) 误操作处理。如果教师或者学生执行了误操作，可以方便退出，或 重新切入，避免死机现象，提高教学系统的可靠性。 5 、多媒体化原则 由于i n t e r n e t 和i n t r a n e t 向宽带、高速发展，使得基于w e b 教学系统 的多媒体传输成为可能。因此，现在的基于w e b 教学系统设计应根据需要适 当提供图文声像并茂的多媒体教学内容，以提高学生的学习兴趣。 6 、交互性原则 将课程内容以超文本方式呈现，提供良好的导航系统和功能，赋予学生 串联知识和网络浏览的自主权。另一方面，设计灵活多样的学生练习和训练 内容，提高基于w e b 教学系统的交互性； 7 、科学性原则 概念准确，表述无误；推理严谨，层次分明，原理清楚，演示逼真；文 字无误，解说简练；规范标准，举例得当。具体体现如下： ( 1 ) 教学过程贯穿着科学方法 教学过程的一个主要特点是具有继承性。包括科学知识的继承和科学方 法的继承，从培养能力的角度看，科学方法的继承更重要。 科学知识和科学方法是相伴而生的，科学在其自身的发展过程中，理论 和方法是不可分割的。要认识一个事物，没有科学的方法是达不到目的的。 教学活动也是如此。学习内容总是要以一定的形式呈现给学生，这种呈现有 第二章基于w e b 教学系统的设计与开发思想 许多方法。科学方法的使命是引导思维，培养正确的途径去认识客体。科学 的教学方法对学生理解和掌握教学内容，无疑起到十分重要的作用。基于 w e b 教学系统设计应根据具体情况，选用恰当的表达方式( 表达、论证、推 理等) 。 ( 2 ) 内容结构要有科学性 内容结构的科学性可概括为：系统严谨，实用新颖，规范正确，通俗简 明。 系统严谨 目的清楚，要求明确；系统完整，层次分明；内容范围、深度、份量、 目标适应性好；概念、原理、作图方法、步骤能按科学的逻辑次序，做系统 合理的安排。 实用新颖 对教学内容作出合理的精化和引申，使其更充实、具体；选材、例题具 有典型性、代表性、创新性。 规范正确 概念、原理、规律、方法等表达要准确，解释明白，引申正确无误；文 字、语言使用规范，量纲符合国标规定，引用数据可靠；投影、作图、图形、 标注、图线、文本等符合国家标准规定：图、文、声、像等信息的真实度、 可信度要高；操作示范及模拟动作要准确。 通俗简明 解说、画面、文字通俗易懂；寓言简明扼要；视听直观性强，便于知识 接受、理解、记忆。 ( 3 ) 表达方法要有科学性 分类比较法 分类比较法可使一些大量的无序的知识内容条理化、系统化，可揭示知 识的内在联系和区别，形成知识的逻辑体系，从而有利于记忆和掌握。 分解与综合法 分解是把研究对象( 或复杂的过程或复杂的问题) 分解成若干部分或层 次( 或步骤或因素) ，然后再逐个进行研究并揭示其本质和规律的一种逻辑 方法，其优点可将复杂问题简单化，便于揭示事物的本质，提纲挈领地掌握 要点。如同机械制图中的组合体的画图、读图和尺寸标注的形体分析法：综 合则是分解的逆过程。是把研究的各个相互有联系的部分、因素联为一体进 行综合研究的一种逻辑方法。其作用可找出事物内部的、本质的、必然的联 系，能抓住共性和联系个性。 模拟仿真法 1 6 天津科技大学硕士学位论文 模拟与仿真是一种崭新的科学表现形式。是利用计算机产生一个可视的 或可听的环境来表现事物的形态、发展和变化过程，帮助学生理解那些复杂 的概念和过程，有利于增强教学效果。 8 、艺术性原则 知识与艺术是教育的两个要素，教育艺术性具体反映在科学美、教学美、 艺术美之中。随着时代的发展，教育艺术内涵不断发生质与量的变化。现代 教育产生了大量新型的教育艺术手段，使教学艺术形式在直观性、审美性上 迈出了新的台阶。 9 、开放性原则“” 提高软件结构的开放性，提供相关的参考资料和相应的网址，对于同一 知识内容，提供不同角度的解释和描述。让优秀教师的教学经验不断充实基 于w e b 教学系统，让学生在对多样看法进行交叉思考中，提高分析问题和解 决问题的能力，产生闪光的思想火花。 1 0 、虚拟性原则 面对面的交互是最亲切、最有效的一种人与人的交互方式，计算机网络 可以很好地模拟这种交互方式，能实现一种只闻其声不见其人的效果，它弥 补了传统单机课件中缺乏人与人交互的不足所以在设计网络教学系统的交 互时要充分发挥这一特点，在课件中提供多种人与人交互的途径，以增加反 馈的渠道，提高学习