（机械设计及理论专业论文）建筑制图习题网络辅导及自动批改系统的研究与开发.pdf

摘要 建筑制图课程是工科院校土木建筑类各专业的技术基础课，此课程的主要目 的是培养学生绘图和读图能力，并通过实践来培养他们的空间想象能力和空间思 维能力。如何利用现代科学技术，使学生能够在轻松愉快的环境下掌握这门课程 的知识是十分值得研究的课题。 本课题基于网络技术、计算机多媒体技术、自动批改技术研制开发了“建筑 制图习题网络辅导及自动批改系统”，该系统以“双主模式”的教学设计为指导， 深入研究了多操作平台间图形交互的集习题解答、在线讨论、在线答疑、动画模 拟、以及操作练习、自动批改为一体的动念交互系统，实现理论教学和实践教学 的适时交互，帮助学生加深对知识的学习和理解。 在完成论文的过程中，进行了如下主要工作和创新： 1 将“双主模式”教学设计理论首次应用于制图课程的课件研究； 2 研究了二维动画及图形缩放技术的制作； 3 采用了最新的网上三维互动技术，既解决学习者在远程网络学习中的参 与问题及对空间形象的思考和训练问题，又解决了以前三维虚拟技术在网络中运 行速度慢的问题； 4 选用了a s p 和网络数据库技术进行各种动态网页开发； 5 选择a u t o c a d2 0 0 4 作为学生练习和自动批改的图形平台，在课题的研 究中，采用v b a 二次开发了能实现练习、自动批改、网上讨论、答疑、解题演 示、三维互动等等用途的a u t o c a d 图形平台； 6 研究了图元信息和特征提取技术以及图形匹配技术； 7 实现了不同图层的点、粗实线与虚线的判别，从而实现了对点、直线、 平面、立体、组合体及轴测图等不同章节习题的批改； 8 实现了练习平台与网络辅导平台问有效的信息通讯； 9 开发出了“习题辅导与自动批改系统”课件，用实例验证了系统的有效 性和可行性。 本课题的研究成果能够充分调动学生的学习积极性和自主性，同时可大大减 轻教师的教学负担，并对当前制图课程的课件研究起着很好的扩充作用。 关键词：网络课件；建筑制图；v b a ；自动批改与图形匹配；习题解答 华南理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a r c h i t e c t u r eg r a p h i c si sab a s i ct e c h n o l o g yc o u r s eo fa r c h i t e c t u r es p e c i a l t yi n c o l l e g eo fe n g i n e e r i n g t h em a i na i mi s t ot r a i ns t u d e n t s a b i l i t yo fd r a w i n ga n d r e a d i n g ，a n d t o d e v e l o ps t u d e n t s a b i l i t y o fv i s u a l t h i n k i n ga n ds p a c ei m a g i n i n g m a k i n gt h es t u d e n t s m a s t e rt h i sc o u r s ei n e a s yc o n d i t i o nd e s e r v e s t ob es t u d i e d u s i n gm o d e r ns c i e n c ea n dt e c h n o l o g y n e t w o r k t u t o r i n g a n da u t o m a t i c c o r r e c t i n gs y s t e mo f a r c h i t e c t u r e g r a p h i c s e x e r c i s e si sr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e db a s e do nn e t w o r k ，c o m p u t e rm u l t i m e d i a ， a u t o m a t i cc o r r e c t i n gt e c h n o l o g y t h es y s t e mi sa sd o u b l e h o s tm o d eag u i d e t h e d y n a m i cm u t u a ls y s t e mw h i c hc o m b i n e sa n s w e r i n gt oe x e r c i s e s ，d i s c u s s i n go n l i n e ， s o l v i n gd i f f i c u l tp r o b l e m s ，a n i m a t i o ns i m u l a t i o nw i t hp r a c t i c e ，a u t o m a t i cc o r r e c t i n g i ss t u d i e d d e e p l ya m o n gm a n yo p e r a t i o np l a t f o r m s t i m e l ya l t e r n a t i o n i sr e a l i z e d b e t w e e nt h e o r ya n dp r a c t i c e t e a c h i n g i tc a nh e l pt h es t u d e n t st ou n d e r s t a n da n d g r a s pk n o w l e d g e d u r i n gt h ep r o c e s so fc o m p l e t i n gt h et h e s i s ，t h ef o l l o w i n gw o r k s a n di n n o v a t i o nh a v eb e e nm a i n l yd o n e ： 1 t h i sp a p e rf i r s ta p p l y sak i n do ft e a c h i n gd e s i g nt h e o r y d o u b l e 。h o s tm o d e lt ot h e c o u r s e w a r er e s e a r c ho fg r a p h i c sc o u r s e 2 r e s e a r c h i n gm a k i n g o f2 da n i m a t i o na n dd r a w i n gz o o m t e c h n o l o g y 3 u s i n gt h eu p t od a t ew e b3 di n t e r a c t i v et e c h n o l o g y ，i ts o l v e dt h ep r o b l e mo f jo i n i n ga n dt h ep r o b l e m o f t h i n k i n ga n dp r a c t i s i n gt os p a t i a li m a g e ，a n da l s os 6 1 v e d t h ep r o b l e mo fl o wr u n n i n gs p e e do ff o r m e r3 dv i r t u a lt e c h n o l o g yi nw e bf o rr e m o t e n e t w o r k 】e a r n e r 4 c h o o s i n ga s p a n dn e t w o r kd a t a b a s et e c h n o l o g yt od e v e l o pa l ls o r t so fd y n a m i c n e t w o r kp a g e s 5 u s i n ga u t o c a d 2 0 0 4 a st h ep l a t f o r mo f e x e r c i s i n ga n da u t o c o r r e c t i n go fs t u d e n t s ， i nt h ec o u r s eo fr e s e a r c h i n go fp r o j e c t ，d e v e l o p i n gg r a p h i cp l a t f o r ma d o p t i n gv b a ， w h i c hc a nr e a l i z ee x e r c i s i n g ，a u t o c o r r e c t i n g ，n e t w o r kd i s c u s s i n g ，s o l v i n gp r o b l e m ， d e m o n s t r a t i o no fk e yt oe x e r c i s e s ，b r o w s i n g3 da n i m a t i o n 6 r e s e a r c h i n gt e c h n o l o g yo fe x t r a c t i n gi n f o r m a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i cf r o me n t i t y ， a n dt e c h n o l o g yo fg r a p h i cm a t c h i n g 7 r e a l i z i n g a u t o m a t i cc o r r e c t i n go fb o l dr e a ll i n ea n db r o k e nl i n ei n d i f f e r e n t l a y e r s c o m i n g t r u e a u t o - c o r r e c t i n g o fe x e r c i s e sa b o u tp o i n t ，l i n e ，p l a n e ，s o l i d ， i i a s s e m b l e ds o l i da n da x o n o m e t r i cd r a w i n gc o n s e q u e n t l y 8 a c t u a l i z i n ge f f e c t i v ec o m m u n i c a t i o n sb e t w e e ne x e r c i s e sp l a t f o r m a n dn e t w o r k t u t o r i n gp l a t f o r m 9 d e v e l o p i n gt h ec o u r s e w a r eo fe x e r c i s et u t o r i n ga n d a u t o m a t i cc o r r e c t i n gs y s t e m ， t h ee f f e c t i v e n e s sa n df e a s i b i l i t yo ft h es y s t e mi sc o n f i r m e db ye x a m p l e s t h ea p p l i c a t i o no fr e s e a r c hr e s u l to ft h i st a s kc a ne x c i t ef u l le n t h u s i a s ma n d a u t o n o m yo fs t u d y i n g a r c h i t e c t u r eg r a p h i c s ，a tt h es a m et i m e c a nr e l i e v eg r e a t l y t e a c h e r sf r o mb u r d e no ft e a c h i n g a n dt h ee x e r c i s et u t o r i n ga n d a u t o m a t i cc o r r e c t i n g s y s t e me x t e n d st h eg r a p h i c sc o u r s e w a r e a tp r e s e n t - k e y w o r d s ：n e t w o r k c o u r s e w a r e ；a r c h i t e c t u r eg r a p h i c s ；v b a ；a u t o m a t i cc o r r e c t i n g a n dg r a p h i c sm a t c h i n g ；k e y t oe x e r c i s e s i i i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：鄢春艳 螽琴羟 日期：2 0 0 4 年4 月2 5 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校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 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本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 和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：鄢春艳 导师签名：邓学雄 2 0 0 4 年4 月2 5 日 2 0 0 4 年4 月2 5 日 第一章绪论 1 1 课题的研究意义 第一章绪论 1 1 1 现代工程制图教学改革特点 工程制图课程是一门理论性与实践性都很强的技术基础课，此课程的主要目 的是培养学生绘图和读图能力，并通过实践来培养他们的空间想象能力和空间思 维能力【1 1 。教学的主要任务是引导学生进行平面与空间的转换。帮助学生建立二 维平面图形与三维空间立体问的对应关系，这些能力是发展学生创新能力的重要 基础。但是，工程制图的教学存在如下几方面的问题【2 。j ： 1 当前各高校学生不断扩招，大班上课已成不争的事实，作业量大、教师 批改工作量繁重是制图课程的一大特点。 2 教师除了课堂教学和批改作业外，还要安排习题指导课，学生边做，老 师可以边辅导讲解。这种教学模式使得教师的工作量很大，而且随着学生人数增 多，教师就更显得力不从心。 3 中学阶段学生在空间思维和空间想象能力方面的训练较少，进入大学后， 建立空问概念成为多数学生的一大难点，解题作图一时也难以适应。 4 制图课程学时数的大幅度减少，又使得要实现工程制图的培养目标，单 靠课堂教学远远不够。 这些矛盾的存在，使得制作集习题解答、网上讨论、自主训练和自主批改、 提问与答疑为一体的习题辅导与智能批改的课件是十分必要的，它不仅可以启发 学生思维，而且可以大大减轻教师的教学负担，同时也可辅助教师的教学工作。 随着网络技术、多媒体技术的发展，网络教学己经成为当今信息时代一种重 要的教学方式和教学手段。网络化多媒体教学中，不存在以“教师为中心，书本 为中心，课堂为中心”，更多的关注学生的主体性、丰富性、独特性，既尊重学 习者的差异和选择，又可激发学习者的兴趣，引导学习者”学会”学习，从而较顺 利地构建学习主体，较好地体现了教育本质h 】。在教学中体现民主平等的思想， 学生就有更多的自觉性和主动性，使学生学习变得轻松自如。总之，网络辅导课 件及智能批改系统成为一种主动学习知识、熟练掌握技术技能的有力工具。 华南理t 大学硕士学位论文 1 1 2 国内研究动态 目前开发的课件大多是适应课堂教学的助教型课件，难以满足教学过程多方 面、多层次的需要。学生自学、课后复习练习、习题校对修改都是教学过程中的 重要环节，而这些环节在课件研制中应当予以考虑。 其次，受传统教学观念的影响，目前使用的大部分工程制图课件，难以体现 学生的参与性，学生无法及时向教师反馈自己的观点及对所学知识的理解和需要 解决的问题，长期以来教师一言堂的现蒙无法依靠当前的课件得以克服【5 - 1 2 。 从目前的应用看，工程图学c a i ( c o m p u t e ra i d e di n s t r u c t i o n ) 课件主要有 助教型和助学型两类。第一，助教型课件用于课堂教学，作为教师授课的辅助工 具，进行教学内容的描述，其表现手法类似于电影电视。该类课件的应用促进了 课堂教学质量与教学效果及效率的提高，是目前c a i 研究与应用的重点。但这 类课件内容固定、成品化，不能编辑，不利于教师教学个性的发挥，难以根据学 生的具体情况组织教学，易造成千篇一律的教学局面。同时教学中缺乏教师与学 生的交流，缺乏学生的主动参与。因此后来又有了开放式的助教课件，如电子教 案、素材库等。便于教师制作符合自己教学特点和学生情况的教学辅助系统。第 二，助学型课件则面向学生，用于学生的课外自学、练习，以习题解答或自测为 主要形式。这类课件的应用增强了学生的主动参与程度，体现了以学生为主体的 教育思想，对工程图学这类作业量大的课程意义重大。因为工程图学课程中所要 求的学生形象思维能力和空间想象能力的培养，需要教师基本原理与方法的传 授，更需要学生大量的课外练习实践。助学型课件的应用不仅能减轻教师批改作 业的工作量，更重要的是学生能很好地掌握其中的知识【4 】。 从课件的研究情况分析，助教型课件起步早、涵盖课程的知识点多。由于直 接与提高教学效率有关，受到普遍的关注与重视，各类课件层出不穷。相比之下， 助学型课件的研究显得薄弱一些，形式及表现手法也单调得多。事实上，工程图 学知识的掌握及相关能力的培养需要教与学的协调配合，从教学的角度，两类课 件的应用同等重要。因此助学型课件的研究目前正逐渐受到重视。 1 1 3 当前工程制图课件存在的问题 计算机辅助教学已经成为现代教学的重要手段，但就目前来看，由于我国开 展计算机辅助教学起步较晚，存在诸多方面的问题。一方面，计算机在教学过程 中仅仅作为传统教学模式中的“黑板”的替代品，不能有效地充分利用计算机的 各项功能，特别是在实践性强的工程制图的教学中，不能将理论教学和实践教学 2 第一章绪论 有机地结合，不能实现多操作平台间的相互切换，不同平台f j 不能进行有效的信 息通讯；另一方面，c a i 课件作为教学的一项主要工具，不但应该成为教师教学 过程中向学生传递信息的教学工具，同时应该成为调动学生学习积极性和自主性 的学习工具，应该充分发挥学生的学习主体地位作用，学生在学习过程中能够进 行有效的交流和提问”】。 这些问题已经成为高质量的课件教学系统的瓶颈问题，特别是近年来随着网 络技术的发展，基于网络技术的远程教育正蓬勃发展，开发高质量的c a i 教学 系统是有效开展远程教育的基础，解决这些问题的办法是建立基于网络技术的智 能c a i 教学系统。要改变当前c a i 的模式，方面需要从教学理论着手，解决 教学理论问题，提供良好的理论支撑，另一方面是在技术上进行革新，传统教育 以教师和教案为核心，学习者只有接收的余地而无选择的余地。因此，学习者是 按照教师所规定的内容和方法去学习，而不是依照自己的知识结构和学习方法来 从事学习。在现代化远程教育领域中，人们普遍认为，在今天的信息丰富环境中， 传统理论已经过时了。教育的过程，无论在内容上、时间上、空间上，还是学习 方法e ，都应当从以教师为核心转为以学生为核心。这也是如今学习者的普遍要 求【引。 针对当前工程制图课件存在的问题，本课题研制开发了“建筑制图习题网络 辅导及自动批改系统”，该系统是基于网络技术、计算机多媒体技术、自动批改 的计算机辅助教学系统。一方面，实现自动批改为基础的多操作平台间图形交互 的集对话、问题解答、动画模拟、以及操作练习，自动批改为一体的动态交互系 统，实现理论教学和实践教学的适时交互，帮助学生加深对知识的学习和理解， 从而更好地掌握所学知识，提高学习者的学习效率；另一方面，实现以网络为基 础的开放教学模式，使学习者不受时间和空间的限制，同时充分利用网络资源， 开展在线讨论、答疑，使学习者能够进行有效的交流。这不仅有利于充分调动学 生的学习积极性和自主性，同时有利于实现教学资源的优化配置，有效地提高教 学质量。 1 1 4 本系统的理论基础 从2 0 世纪6 0 年代后期开始发展起来的“教学设计”理论，目前主要形成两 种流派：一种是以“教”为中心的教学设计，另一种是以“学”为中心的教学设 计。 2 0 世纪9 0 年代以前的“教学设计”理论基本上都是以教为中心，这种以教 为中心的理论是目前的主流，经过多年来众多教学设计专家的努力，传统教学设 计已发展成为具有较完整、严密的理论方法体系和很强可操作性的独立学科，它 3 华南理j 二大学硕士学位论文 的优点是有利于教师组织、管理和控制课堂教学活动的进程，有利于教师主导作 用的发挥。但也存在一个较大的弊病：全部教学设计理论都是围绕如何“教”而 展开，很少涉及学生如何“学”的问题。学生基本上处于被动接受状态，学生的 主动性、积极性很难发挥，更不利于创造型人才的成长。 以学为中心的“教学设计”理论，则是进入9 0 年代以后随着多媒体和网络 技术的日益普及特别是基于i n t e r n e t 的教育网络的广泛应用，才逐渐发展起来的。 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，其优点是强 调学生是认知过程的主体，是意义的主动建构者，因而有利于学生的主动探索、 主动发现，有利于创造型人才的培养；缺点是这种教学设计由于强调学生的“学”， 往往忽视教师主导作用的发挥，当学生自主学习的自由度过大时，容易偏离最初 的目标要求。 以一h 分析可知，两种教学设计理论各有其优势与不足，“双主模式”教学设 计将二者结合起来，优势互补。强调既要发挥教师的主导作用，又要体现学生的 主体作用一调动教与学两个方面的主动性、积极性。其最终目标是要通过这种新 的教学设计思想来优化学习过程和学习效果，以便培养出具有高度创新能力的 2 1 世纪的新型人才【3 1 。 建筑制图习题网络辅导及智能批改系统正是以“双主模式”教学设计为指导， 既注重学生的主动参与，做到理论与实践相结合，同时，对于学生在学习和解题 过程中遇到的难点，能在本系统的指导下达到快速掌握的目的，以适应当前制图 课程学时少，大班上课等教学模式改革的需要。在设计网络课件教学时，遵循了 如下教学设计原则【6 j ： i 注重教学目标及教学内容分析、设计教学活动时注意情境创设，强调“隋 境”在学习中的重要作用： 2 注意信息资源设计，强调利用各种信息资源来支持“学”、以学生为中心； 3 注重学习者自我训练，强调理论与实践相结合； 4 注重自主学习设计、强调“协作学习”； 5 注重协作学习环境设计、注重基于网络教学策略设计。 1 1 5 本课题研究的主要内容 针对当前课件研究现状和存在的问题，本课题对建筑制图“双主模式”课件 进行了深入的研究和探索研制了建筑制图习题网络辅导和自动批改系统，并取 得了预期成果。本系统能将教师从繁重的作业批改这一重复的劳动中解放出来， 激发学生的学习兴趣，提高学习效率，能更好地实现建筑制图的教学目标，以及 进一步推动建筑制图的教学改革。论文的主要工作内容如下： 4 第一章绪论 i 分析了网络课件的特点和模式，结合建筑制图的特点，进行了建筑制图 习题解答辅导系统的研究： 2 研究了二维动画和三维互动的制作及图形放大技术； 3 选用了a s p 和网络数据库技术进行各类动态网页开发； 4 选择a u t o c a d2 0 0 4 作为学生练习和自动批改的图形平台，在课题的研 究中，采用v b a 二次开发了能实现练习、自动批改、网上讨论、答疑、查看解 题过程、查看三维互动等等用途的a u t o c a d 图形平台； 5 研究了图元信息和特征提取技术以及图形匹配技术； 6 实现不同图层的点、粗实线与虚线的批改 7 + 实现对点、直线、平面、立体、组合体及轴测图等习题的批改 8 开发出了“建筑制图习题网络辅导与自动批改系统”课件，用实例验证 了系统的有效性和可行性。 1 1 6 本课题的研究意义 制图的教学过程，常常包括两个方面的内容：一是课堂授课，二是学生练习。 对学生来讲，课后练习是理解并巩固课堂上老师讲授知识的重要途径。并通过练 习及时了解自己某些方面知识的不足。所以开发含有习题自动批改的网络课件是 卜分有用和必要的。学生借助本课件学习时，能针对自己的情况，有选择地进行 学习和相互讨论，或者通过网络向老师提问。同时使老师也能了解学生的学习情 况，并在今后的教学中加强某些方面的教学。总之，通过使用本课件，可以激发 学生的学习热情，使他们更好地学好建筑制图课程，同时还可减轻教师的教学负 担，并对当前制图课程的课件研究作一个补充，从而进一步推动制图课程的教学 改革。 1 2 课题选题、选材和系统的开发过程 1 2 1 课题选题、选材 本课题来自于2 0 0 3 年高等教育出版社“百门精品教材”项目，是针对与高 等教育出版社出版的教材建筑制图( 由华南理工大学、湖南大学何斌、陈锦 昌和陈炽坤主编) 配套的建筑制图习题集( 第五版) 为基本素材而开发的。 课题要求对习题集上的从第三章投影的基本知识到第十八章机械图总共3 0 1 道 题进行课件辅导制作 。系统在编排上与配套的教材一致，习题由易到难，由浅 5 华南理工大学硕士学位论文 入深，前后衔接。 1 2 2 系统的开发过程 系统的开发过程主要有以下几步： 1 课题的选题、选材和结构设计； 2 。系统素材的准备，包括解题过程的f l a s h 动画制作、三维建模、三维互 动制作等； 3 用f l a s h 动画和三维互动结合d r e a m w e a v e rm x 、j a v a s c r i p t 进行习题解部 分的开发； 4 进行下载区、常见错误等静态网页的制作； 5 利用a s p 技术进行网上讨论、密码登录、网上调查等动态网页的开发 6 建立a u t o c a d 习题集题库和习题答案库； 7 用v b a 对a u t o c a d2 0 0 4 进行二次开发，实现学生可以在此进行习题练 习、自动批改、网上讨论、答疑、查看解题过程、查看三维互动等等用途的 a u t o c a d 图形平台。 具体的开发过程在后续各章节中有详细的描述。 1 3 系统实现的功能及特点 1 3 1 系统实现的功能 本系统主要实现了习题集的智能批改和网络解答，提示，讨论，辅导等等功 能，具体功能有： 1 学生可以在a u t o c a d2 0 0 4 界面上解题，并自动批改。 2 学生在解题过程中，遇到难点可以直接与网络系统通信来寻求自己所需要 的辅导方式：查询本题目的提示、三维动画、作图过程动画演示或直接进行网上 讨论，查询常见错误问题等等。 3 教师可以通过网上提问和讨论及时了解学生的学习情况，发现他们的难 点，及时调整自己的教学计划。 4 学生必须用姓名及学号登陆网络辅导系统，便于对学生学习过程的管理。 本系统的总体流程图如图1 1 所示。 6 第一章绪论 1 3 2 本系统的特点 图1 1 系统的总体流程图 f i g 1 - 1 g e n e r a lf l o w c h a r to fs y s t e m 在该系统的开发过程中，使用了v b a 对a u t o c a d 2 0 0 4 进行二次开发，使学 生可以在a u t o c a d 2 0 0 4 的图形平台上进行解题练习，然后进行自动批改。另外 用d r e a m w e a v e rm x 、f l a s hm x 和3 d sm a x 等工具以及a s p 技术进行习题辅导系 统和讨论系统网络课件的开发，针对习题集的每道习题都作了详细的知识点、解 题过程动画和三维模型互动，使学生可以根据自己的具体情况有选择地学习使 用。总之，不仅可以使学生能进行课后解题练习以理解并巩固课堂上老师讲授知 识，而且大大减轻了教师的教学负担。对工程制图课件的开发起着很好的扩充作 用。本系统具体特点如下： 课件的界面简单、友好，操作方便， 实现了学生参与性，保持了a u t o c a d 的作图环境； 习题批改考虑了多种复杂情况； 实现了对整个习题集各部分( 点、线、面、立体、截交线、相贯线) 的批 改： 7 华南理工大学硕士学位论文 集训练、批改、指导、动画模拟、 采用了最新的网上三维互动技术， 对话、问题解答于一体。 既解决学习者在远程网络学习中的参与 问题及对空间形象的思考和训练问题，又解决了以前三维虚拟技术在网络中运行 速度慢的问题； 实现了练习平台与网络辅导平台间有效的信息通讯。 扩充性和实用性强，升级方便，为以后功能扩展、算法优化等深入开发作 好了准备。 1 4 系统配置 1 4 1 硬件配置 由于系统要处理大量的比较复杂的图形绘制和显示，而且还需要进行计算，所 以对系统的主频、内存和显示器相对要求较高，根据实际情况，系统硬件配置如 下： 主机：p e n t i u mi v ，6 5 0m h z 主频，2 5 6 m b 以上内存 硬盘：2 0 g 显示器：8 0 0 x 6 0 0 显示分辨率或以上，2 5 6 色或以上 输入设备：键盘、鼠标器 1 4 2 软件配置 软件配置主要是确定系统的开发平台( 即操作系统) 、支承整个系统的图形 软件，以及系统的开发工具，系统软件配置如下所示： 操作系统： w i n d o w s2 0 0 0 。 图形软件：a u t o c a d 2 0 0 4 ，f l a s hm x 2 0 0 4 ，3 d sm a x 5 ，c u l t 3 d 等等。 编程语言：基于a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术的v b a ，a s p 技术，v b s c r i p t j a v a s c r i p t ，h t m l 等等。 8 第二章基于w e b 的习题辅导系统的研制 第二章基于f f e b 的习题辅导系统的研制 在教学过程中，网络课件的引入给传统教学带来了巨大的影响，以其特有的 功能极大地丰富了教学内容，提高了教学效率；能够充分发挥计算机的修改方便、 运算变化速度快，图形显示多样化的特点，形象生动，激发学习兴趣，弥补了教 材内容所不能表现某些特性的缺点。它改善了教学管理过程，动态跟踪学生的知 识状态和学习背景，分析学生产生错误的原因，及时获得丰富的反馈信息，更好 地指导教学 8 “1 0 1 。总之，网络课件为提高课堂教学质量创造了有利的条件，这种 模式不但具有效率高、形象生动、趣味性强等特点，而且其内容易于更新、维护， 非常适合现代教学改革的需要。它不仅允许学习者在他们方便的时问学习，而且 对他们的学习策略做出诊断和及时的反应，而且可以教给学生更适合于信息时代 新的思维和新的解决问题的方式。特别是工程图学的网络课件，具有集文本、图 形、动画、习题、讨论、提问于一体的多种教学内容，可以更好地辅助教学，使 学生快速地学好制图课程”“j 。 2 1 网络课件的特点和模式 网络课件作为一种全新的教学方法，具有其它教学手段不能取代的功能和优 势。它主要有以下j l 个方面的特点2 地l ： 1 人机充分交互方式 网络课件通过学生与计算机的交互，从计算机的反馈信息中获得结果，使学 生在学习中得到指导和帮助。教师与计算机交互，可掌握学生的学习情况，进行 有重点的指导和教学，这种交互活动使学生与计算机，教师与计算机，教师与学 生得以充分的交流，加深了学生对教学内容的理解，形成了一种开放的教学环境。 2 学习效率高 网络课件作为学生的教师和朋友可提供丰富的教学方式，如动态演示，交互 练习，学习效果检测等等。这种形象直观，重复性强，适用范围广的特点，大大 地提高了教学质量。 3 学习环境科学性 网络课件克服了在教学过程中个别内容难以再现或讲述的困难，增强了学习 环境的科学性。 4 自主性 网络课件借助因特网为桥梁，跨越教师和学生在时间和空间上的距离，突破 9 华南理工大学硕士学位论文 传统面对面教学方式的限制，将授课课堂由教室和实验室，延伸到因特网所覆盖 的任何一个场所的一种新的教学模式。它将使更多的人接受教育。 本课件是集指导、模拟、对话、问题解答和调查分析于一体，采用指导型的 方式，学生在做完作业及时自动批改后，通过使用本课件，可以对照发现的错误， 及时纠j f ，这样，既可以减轻教师辅导的工作量，同时，又可以让学生切实了解 自己的实际情况，根据作业中出现的问题，对相关内容进行深入学习。对于自己 困难的地方，有相应的提示、三维模型互动、解题过程等查询。而且可以在做题 时，即时参与网上讨论，提问，老师可以根据学生网上的问题，及时了解学生的 学习情况，并对他们存在的问题采取相应的教学手段，如对于学生普遍存在的问 题在网上发布并加以分析指导，并且及时作出教学调整，以适应学生的不同需要。 2 2 习题网络辅导系统的教学辅助设计 研制开发面向学生自主学习的“建筑制图”网络课件既要遵循建筑制图的教 学规律，又要体现计算机网络及多媒体技术的鲜明特色。以“图”作导学的教学 设计应成为研制开发课件的指导思想，页面设计是关键，素材制作是核心i l “。 每个页面都以图形、功能按钮以及适量的文字说明学习内容，对重点难点的习题 用三维模型辅助说明，对作图过程用二维动画进行模拟，对较复杂的图形如施工 图习题答案用放大、移动的技术表现局部细节。既要有习题辅导内容，又要有学 生之间、学生与老师之间的信息交流，真正做到开放性，多样性。 2 2 1 课件内容组织 本网络课件内容采用模块化的组织方法，模块的划分具有相对的独立性。课 件内容的组织是以有良好导航结构的w e b 页面，链接到解题辅导、常见错误、 讨论区等等内容的相应页面。课件内容根据每道习题的情况采用文本、图像、二 维动画和三维互动等多种表现形式。在疑难问题上提供多种形式和多层次的学习 内容。根据不同的学习层次设置不同的知识单元体系结构。 模块组织结构具有开放性和可扩充性，课件结构为动态层次结构，而且建立 起相关内容的关联，确保用户在学习或教学过程中可根据需要跳转【l 。 本系统除了具有解题过程的提示、三维动画、题解过程和学生自主练习以外， 还包括用于学生之间，学生与教师之间的讨论等教学交流控制。同时教师可查询 学生情况，与学生进行交流。回答学生提出的问题等。课件内容组织结构图如图 2 1 所示： 1 0 第二章基丁| w e b 的习题辅导系统的研制 警懈喳 解答l 下载ll 讨论犀 区l区lff 学生i 首页界面 提问与ji 布置】j 常见错 疑难解1i 作业【l 误分析 答区11 区il 1 訇囱l 割剧菡苗南囱圉匮 图2 1网络课件组织结构图 f i g ，2 - 1 s t r u c t u r eo fn e t w o r kc o u r s e w a r e 图中整个习题网络辅导课件的最主要部分是习题解答区，此部分是针对习题 集上从第三章投影的基本知识到第十八章机械图总共3 0 1 道习题制作课件：至少 应包含有3 0 1 个解题过程f l a s h 动画、4 7 个三维互动、4 9 8 个网页，内容非常多， 规模非常庞大。下面首先介绍习题解答这部分的制作过程。 2 2 2 题解主界面的设计 用h t m l 与j a v a s c r i p t 、c s s 结合，可以做出精致漂亮。动感十足的动态网 页，而且不需要服务器也能运行。本系统的习题解答部分的主界面就是用h t m l 与j a v a s c r i p t 、c s s 相结合而制作的，该界面设计时注意保持风格统一，简洁明 快直观，学生在没有指导和帮助的情况下可以轻而易举地操作，不需要花很多时 间熟悉界面，可以迅速地打开所要观看的某章节的题目，如图2 2 所示，是习 题解答部分的主界面，整个页面采用上下结构设计，页面的上端是标题，以及首 页、在线讨论、常见错误、疑难解答等等链接模块，下端又采用了上下结构设计， 左边是可折叠的导航菜单，学习者可以任意选择所要打开的题目，这部分也是本 界面的一个重要的部分，右边是题目内容及功能按钮，每道题目的知识点、三维 互动、题解过程都在这里展示，是整个冠解的重点部分，因此设计成比较大的显 示区域以便学生能够观看清楚。整个界面既简洁明了又主题突出。 巫。匿 丽磊 华南理l ：大学硕士学位论文 2 2 3 课件内容导航 2 2 习题解答主界面 f i g 2 - 2m a i ni n t e r f a c eo fa n s w e r i n g 鉴于网络课件信息量巨大，内部信息之间的关系较复杂。因此除了要求在信 息结构上要合理设计外，对信息的导航策略要求也十分重要。要求导航设计要清 晰、明确、简单，符合学生认知心理，否则，学生容易迷失方向【1 4 。 在研制本课件的习题辅导时，遵循了课件导航清晰、明确、简单的要求。设 计好每个页面的构图布局。一个知识点尽量占用一个页面，页面中做到图文并茂， 以适当的文字说明图形所要传递的信息。在结构上：为了满足网页长度不宜太长， 一般不宜超过三屏，在8 0 0 6 0 0 屏幕分辨率下不应横向滚屏的要求。采用了网 页中嵌套网页的技术，尽可能少用滚动条进行滚动翻页。在打开每题页面中根据 学生的不同需要和题目的特点安排了“知识点”、“三维互动”、“解题过程”等按 钮( 链接) 。点击不同的按钮，将会链接到相应的网页中去，这样也可使网页打 开的速度相对快些，同时也使使用者可阻根据自己的情况自由选择。学生也可以 从“知识点”、“三维动画”、“解题步骤”等任意页面中点击“返回”而回到该 题的首页，或者直接点击导航菜单的任意一个章节的题目来选择下一题，也可以 直接点击页面中的其他链接到本课件的讨论区、常见问题区、疑难解答区、下载 区或评价系统区等等。控制功能、操作方法符合常规习惯。表现形式生动活泼、 色彩和谐、页面布局美观。系统题解部分导航图如图2 - 3 所示： 第二章基于w e b 的习题辅导系统的研制 图2 3 题解导航图 f i 9 2 3n a v i g a t i o no fa n s w e rt oe x e r c i s e s 2 2 ，4 二维动画的制作 f l a s hm x 2 0 0 4 给开发人员带来了稳定而强大的应用程序开发环境，该软件 支持动画、声音以及交互功能，具有强大的多媒体编辑能力，它集成了业界标准 的设计工具和高级的控制，使设计人员能充分表现自己创意，创建丰富的多媒体 内容。开发人员可以使用高级脚本和调试工具、内置代码参考和预定义组件等， 加快w e b 丰富应用程序的开发和使用，而且用f l a s h 制作的文件很小，非常适合 在网络上使用 t 7 - 1 9 。本网络课件的习题解答部分对每一道习题的解题过程都制 作成了f l a s h 动画，整个习题解答部分共需要制作3 0 0 多个f l a s h 动画。每个动 画都由作图步骤动画、作图步骤文字和互动按钮组成。使学生在学习过程中能根 据自己的需要自由选择。图2 4 用二维动画展示了题目的解题过程。 在二维动画具体的开发过程中，首先注意了描述性文字的精炼、准确。背景 颜色柔和，以便减少在屏幕上阅读的疲劳。构图合理美观，色彩分明、悦目，注 意了使图形和文字有足够的清晰度，保证了动画播放流畅。 1 3 华南理工大学硕士学位论文 图2 4 解题过程动画演示 作图辅助线与投影线采用了不同的颜色，投影线用鲜明的蓝色显示，而作图 辅助线用红色显示，对于习题集上的点、直线、平面、立体等章节的题目，由于 学生刚接触本课程的学习，解题作图难以规范，按照这部分解题要求，作图辅助 线采用缓慢延伸的动画线显示出来，使解题过程一目了然；而对于组合体及剖面 这部分内容的习题，由于图形较复杂，这时对各步骤该添加或减少的图线在该步 骤中用鲜明的红色线的闪动来演示解题过程；对于施工图等习题，由于图形非常 复杂，这时只能用图形的放大和平移来显示题解。这样做到主题突出，使辅导内 容形象地展示在学习者面前。 在课件内容的设计上尽量加入交互方式，激发学生在学习过程中主动参与和 积极思考。使学生能够深刻体会，从而有利于培养学生获取知识的能力和创新能 力 1 5 1 。 采用二维动画演示解题过程，帮助学生理解和掌握解题方法，特别是在补画 组合体第三视图这部分内容，学生普遍感觉有些困难，针对这一问题，在制作本 课件的过程中，充分利用各种图线的闪动来演示组合体的各个基本形体在叠加、 切割、穿孔等形式的组合过程后的投影，而且在画每一基本形体时都先在已知的 两视图中用比较鲜明的红色的线条将相应的部分先闪现出来，再来补画该部分的 第三视图，以帮助学生理解和掌握这部分内容，从而弥补老师在课堂讲解中的不 足；在习题解答过程中，动画的制作是分步完成的，为了表现作图的步骤，设计 按钮如“下一步”、“上一步”、“暂停与继续”、“连续播放”等等来供学生根据自 己的具体情况自由选择观看动画，同时采用适当的文字说明解题步骤。画法几何 部分动画的具体的结构如图2 5 所示： 1 4 望三童茎王! ：! 盟翌墨塑量墨篁塑窭型 图2 - 5 画法几何部分动画的具体的结构 f i g 。2 5a n i m a t es t r u c t u r eo fd e s c r i p t i v eg e o m e t r y 其中，互动按钮的功能如下：“下一步按钮”先动态显示下一步的作图步 骤文字，然后演示该步的作图过程；“上一步按钮” 为重复前一步的作图步骤 文字，然后演示该步的作图过程；“暂停与继续按钮”在现在所在的任意位 置停【l 正在演示的动画或继续播放动画；“连续播放按钮”从起始位置连续演 示动画。其中，各按钮功能的实现是这