（计算机应用技术专业论文）多功能网络教学平台的设计与实现.pdf

中文摘要 随着现代教育技术和网络技术的发展与结合，构建一个打破传统、不受地域 和时间限制的继续教育与终身学习新模式，已经成为摆在我们面前的重要课题。 而基于i n t e m e t 的现代远程教育通过构建一个开放性的网络教学平台环境，克服 了传统教育在时间、空间上的限制，对于有效地发挥现有各种教育的资源优势， 实现资源的合理配置，发展教育事业起着非常重要的作用，也为解决这一课题提 供了有效的方法。 本文在对国内外网络教学平台现状进行充分调研的基础上，应用建构主义和 c s c w 等理论为指导，提出了利用u m l 语言实现基于i n t e m e t 的网络教学平台 设计的系统建模方案，并应用j 2 e e 技术对上述设想进行了初步的实现设计 了一个多功能网络教学平台实例。 本文应用面向对象的方法并结合软件工程理论，使用u m l 语言及其建模工 具对系统进行了可视化描述，并给出了系统的用例图、静态结构模型、动态结构 模型、物理模型等模型图。 本文设计的网络平台实例采用基于j 2 e e 的四层结构。通过客户层提供简洁 的人机交互界面，通过w e b 层响应用户请求，由应用服务层完成计算和逻辑处 理，由数据层提供数据的存储服务。在多层结构的基础上对一些特定模块进行了 组件的设计和开发，保证了系统的可扩展性和可维护性。 本文还阐述了该系统实现过程中采用的一些重要技术：如组件技术、x m l 技术等，并且以部分模块为例介绍了具体的设计内容与结果。 最后本文还对网络教学技术的发展提出了展望。 关键词：网络教学平台，u m l ，j 2 e e ，建构主义，c s c w 。 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dc o m b i n a t i o no fm o r d e mi n s t r u c t i o n a la n d n e t w o r kt e c h n o l o g y ， a ni m p o r t a n tt a s kw h i c hn e e d st os o l v eu r g e n t l yi st oc o n s t r u c t an e wm o d eo fc o n t i n u i n ge d u c t i o na n ds t u d y i n gf o rl i f e ，w h i c hi su n t r a d i t i o n a la n d n o tl i m i t e dt ot h er e g i o na n dt i m e b yb u i l d i n ga r lo p e nn e t w o r kt e a c h i n gp l a t f o r m e n v i r o n m e n t ，m o d e r nd i s t a n c ee d u c t i o n ，w h i c hi sb a s e do ni n t e r n e t ，o v e r c o m e s r e s t r a i n t sf r o mt i m ea n ds p a c ei nt r a d i t i o n a le d u c t i o n t h r o u g hi n t e r n e t ，p l e n t yo f a v a i l a b l et e a c h i n gr e s o u r c e sa r ew e l lc o n f i g u r e ds oa st ot a k ef u l la d v a n t a g eo ft h e m s ow ec a n s a yt h a ti tp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nm o d e m e d u c a t i o ns y s t e ma n da l s o p r o v i d e sa ne f f e c t u a lw a y t os o l v et h et a s k b a s e do nt h er e s e a r c ho ft h es t a t u so fn e t w o r kt e a c h i n gp l a t f o r mi nh o m ea n d a b r o a d ，g u i d e db yc o n s t r u c t i v i s mt h e o r y , c s c wt h e o r ye t c ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r da m e t h o do f c o n s t r u c t i n gt h es o f ts y s t e mo fn e t w o r kt e a c h i n gp l a t f o r mb a s e do ni n t e r n e t ， a n dd e s i g n sa n di m p l e m e n t san e t w o r kt e a c h i n gp l a t f o r mo nj 2 e ea sa ne x a m p l e l i n k e dt h eo b j e c t - o r i e n t e dt h e o r ya n ds o f t w a r ee n g i n e e r i n gt h e o r y , t h i sp a p e r u s e su m la n di t sm o d e l i n gt o o lr a t i o n a lr o s et ov i s u a l l yd e s c r i b et h i ss y s t e ma n di t s u s ec a s ed i a g r a m ，s t a t i cs t r u c t u r em o d e l ，d y n a m i ca c t i o nm o d e l ，p h y s i c a lm o d e l ，e t c t h ep a p e ra d o p t st h ef o u r - t i e rs t r u c t u r eo nj 2 e ef o rd e s i g n i n gt h es y s t e m t h e c l i e n tl e v e lp r o v i d e st h es u c c i n c th u m a n - m a c h i n ei n t e r a c t i v ei n t e r f a c e t h ew e b s e r v e rr e s p o n d st ot h e u s e r s r e q u e s t s t h ea p p l i c a t i o ns e r v e rc o m p l e t e st h e c o m p u t a t i o na n dl o g i c a lp r o c e s s i n g a n dt h ed b m sp r o v i d e st h es t o r a g es e r v i c e f u r t h e r ，t h ep a p e rd e s i g n sa n dd e v e l o p ss o m ec o m p o n e n t sf o rs o m es p e c i f i cm o d u l e i tg u a r a n t e e st h ee x p a n d a b i l i t ya n d m a i n t a i n a b i l i t yo f t h es y s t e m t h i sp a p e ri l l u s t r a t e st h ei m p o r t a n tt e c h n o l o g yi nt h er e a l i z a t i o n p r o c e s s ： c o m p o n e n tt e c h n o l o g y , x m lt e c h n o l o g y , e t c ，a n di n t r o d u c e st h ed e t a i lr e a l i z a t i o n p r o c e s sf o rs o m ef u n c t i o nm o d e l a tl a s tt h i sp a p e rl o o k sf o r w a r dt ot h e d e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e a c h i n g t e c h n o l o g y k e yw o r d s ：n e t w o r kt e a c h i n gp l a t f o r m ，u m l ，j 2 e e ，e o n s t r u c t i v i s m ，c s c w 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞蠢堂或其他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己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 一躲鬈蛑蝴期： 多卯歹 | 学位论文版权使用授权书 l| 年7 月“日 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨盗盘茔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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：百荧 庳 签字嗡岬年月“日 导师签名： 彩翻日 ， 签字日期：沙_ 7 年月0 日 第一章绪论 1 1 教学的现代化 第一章绪论 教育的本质是人的发展，其总目标是以较快的速度、较少的投入、培养大批 知识新、适应面广、能力强，符合现代化要求的人才。随着社会经济的不断发展 和科学技术的日益进步，一方面社会经济的持续发展需要大批与之相适应的人才 投入；另一方面，社会的进步和现代化是以教育机会均等，施行多样化教育和人 人都可接受终身教育为其主要特征的。这样的教育需求必然对教育的现代化提出 更为迫切的要求，如果仅仅依靠传统的教育思想、教育体制、教育方式和方法是 难以同时满足以上两方面要求的，因此人们一直在试图采用更先进的教学手段， 为一切愿意学习的人提供一切学习的机会，提供具有个别化学习特点的教育，施 行多样化教育和终生教育，以充分利用教育资源，达到资源共享、办好教育、加 快教育现代化的步伐。 1 2 远程教育的产生与发展 传统教育模式在时间和空间方面有着固有的限制，人们一直试图对传统教 育模式进行变革，在这种情况下，便产生了远程教育。 1 2 1 远程教育的含义 “远程教育( d i s t a n c ee d u c a t i o n ) 也称为“远程学习( d i s t a n c e l e a r n i n g ) ，过去常被人叫做“远距离教育”。按照远程教育的本意讲，它并非是 一种新的教育现象，至少有百余年的历史，可以追溯至1 1 9 世纪中后期，欧美邮政 服务大力发展的时期。 远程教育是与传统的面对面式教育迥然不同的一种教育方式。从字面上理 解，远程教育就是指学习者和教师不在同一地点，相互之间有一定地理距离，必 须采用多种媒体和手段来传播学习内容。因此，美国马里兰大学系统学院对远程 教育的定义为：“远程教育是一种多样性教育模式，通常指教师与部分或全体学 生不在同一地点。爱荷华州立大学远程教育指南则明确地讲：“远程教育 指的是教师与学生分离时所采用的技术 。 第一章绪论 1 2 2 远程教育发展的三个历史阶段 国际上通常认为，远程教育的发展经历了承前启后的三个历史阶段。 第一代远程教育是函授教育。它起源于1 9 世纪的英国，主要是采用邮局邮寄 的方式进行函授、刊授教学。它至今仍在成人教育中发挥着作用。 第二代远程教育是广播电视教育。起源于2 0 世纪初，教育者将无线电、电视、 电话机、录音磁带等结合形成教材和学习指南给远程学生提供教育。 第三代远程教育是建立在互联网基础上的远程教育。从某种意义上讲，它就 是“网络教育”的同义语。2 0 世纪8 0 年代以来，随着信息技术的迅速兴起和i n t e r n e t 的广泛使用，远程教育无论从内容还是形式上都发生了巨大的变化。基于w e b 技术的计算机网络教学以i n t e m e t 为载体进行传播，对现代远程教育产生了巨大 的影响；w e b 技术是一个跨平台，可实现多媒体信息发布和浏览的技术，并可 以实现用户之间的动态交互，使开展形象生动、内容丰富的多媒体教学成为可能； 由于学生的学习进度和方式可以自己掌握，学生统计信息容易获得以及由于w e b 技术的交互作用，使基于w e b 的远程网络教学很容易地实现向以学生为中心的教 学模式的转移。正因为如此，在i n t e r n e t 与远程教育相结合之后，远程网络教学 这种现代远程教学模式得到了迅猛的发展，并逐步成为了现代远程教育的主要存 在形式。 1 3 网络教学的优势 与传统的教学相比，网络教学除了不受时间、空间的约束外，还具有一些其 它方面的优势。 l 、从理论上说，网络教学更符合当代建构主义学习理论。 ( 1 ) 网络教学能为学习者建构知识提供更充足的信息。建构主义认为，学 习不是一个被动的记录外界信息的过程，而是一个主动建构的过程。传统课堂所 提供的信息有限，经过学习者筛选后信息量进一步减少，不利于学习者建构自己 的知识系统。网络教学利用网络给学习者提供丰富的信息，使学习者可以自由建 构知识。 ( 2 ) 网络教学更能满足学习者的个性化要求。由于学习者在建构知识体系 时有其独特的方式，如在外语学习中，有的学生倾向于语法翻译教学方式，有的 喜欢听说法，有的则更喜欢视听法。传统的课堂教学不可能同时提供多种教学方 式，因而不利于优化学习者的学习方式。网络教学给与学习者更大的自主权，学 习者可以按照自己的方式去学习，从而优化建构过程。 第一章绪论 ( 3 ) 网络教学为合作学习创造了更大的可能性。建构主义者认为，学习者 以自己的方式建构对事物的理解，从而不同的入看到的是事物的不同方面，不存 在唯一的标准的理解，通过学习者的合作可以使理解更加丰富和全面。研究表明， 合作学习是利用网络学习最成功的策略之一。与传统课堂相比，网络教学为合作 创造了更大的可能性。传统课堂教学的某一特定教学方式，会影响学习者理解事 物的方式，限制学习者看事物的角色，而网络教学则留给学习者更大的思考空间。 网络信息和资源的共享，使得学习者思考更深入，从而有利于学习者从多个方面 积极的学习，有利于发掘事物的不同方面。并且，由于理解的不确定性，网络教 学加大了学习者对合作学习的需求，从而使合作学习更有意义。 2 、从实践的角度来说，网络教学的教学方式更加灵活多样。 ( 1 ) 网络教学有助于强化学习者尝试过程，加深学习者的长期记忆。学习 指的是经历给一个人带来的变化。一方面，网络教学以其生动活泼的多媒体教学 提高学习者的兴趣，使学习者乐于去经历。另一方面，人有正面子即被喜欢或崇 拜的需要和负面子即独处，不受人命令的需要。在传统的课堂上，一旦有交互活 动发生学习者便会碰到丢面子的事情，而在网上学习时，学习者大多数时间面对 的是机器，可以不断尝试而不用担心“丢面子 ，多次尝试有利于强化学习。 ( 2 ) 网络教学的交互性给学习者提供了强有力的支持。学习者在学习过程 中需要得到不断的支持，当得不到支持时便很容易放弃学习。网络教学能及时迅 速的给学生反馈，解决学生的疑问，使学生更容易坚持学习。 ( 3 ) 网络教学可以节约和优化社会资源。表现在：a 、网络教学可以打破时 空的限制，学校不必为学生安排教师，更不必为学生解决住宿等问题，同时学生 用于交通的时间和费用可大大减少。教学活动摆脱地域限制后，可以延伸到全国 乃至世界各地，从而实现教育资源的共享及优化。b 、由于网上的教学信息是以 电子形式存在的，信息的复制既简单迅速又经济，与以印刷为主要传播媒介的传 统教学相比，网上教学可以节约学生用于书本的开支，同时，电子信息更改容易， 因而网上教学内容易于更新。 1 4网络教学平台的发展现状与存在的问题 网络教学平台是真正基于i n t e m e t 开展现代远程教育的支撑平台，为远程教 学的学习者和教育者双方提供了授课、学习、答疑、讨论以及作业处理等教学过 程的支持工具，它采用支持共享、具备互操作性、能提供质量保证并符合统一开 放性的标准，它是开展现代远程教育必备的教学支撑环境。 类似的平台最先产生在信息基础设施比较发达、信息化程度较高的国家，欧 美国家在这一方面走在了世界的最前线。目前在市场上大多数产品均能提供相对 第一章绪论 完整的解决方案，如英属哥伦比亚大学计算机科学系开发的w e b c t ( w e bc o u r s e t o o l s ) 、加拿大s i m o nf r a s e r 大学开发的v i r t u a l u 、l o t u s 公司的l e a r n i n gs p a c e 以及s m a r f f o r c e 、d i g i t a l t h i n k 、b i a c k b o a r d 、s y b a 等。这些产品支持自 主学习、实时学习，大多具有课程发布能力以及跟踪和管理能力，部分产品还具 有集成的课程内容与编创工具，使教师能专注于编著教学内容，也为使用者提供 了灵活丰富的学习体验。但是，大多数这类产品是针对国外的教育体制和教学模 式来设计的，它们并不能完全适应国内的教育实际，因此直接将它们搬到国内来 使用是行不通的；这类产品中的少部分产品采用了与国内联合开发的策略，可是 除了增加汉化的功能外，却极少在其原有基础上做进一步开发，基本上成了国外 产品的汉化版；此外，这些产品的价格往往也较昂贵。 有鉴于此，国内许多公司与大专院校也已经开发或正在开发适合我国使用的 类似软件，如v c l a s s 、育得优、安博、飞鱼、网梯、w i s b a n k 、校际通、t c l 、 科建等。这些产品各具特色，有些较为完善，但功能繁复，系统庞大；有一些产 品功能较弱，另外还有一部分产品只支持同步教学方式，俨然成了网络版的“电 视大学”。总的来说，大部分产品或多或少地存在以下一些问题： 1 、教学环境的动态交互功能不强。交互包括两个方面的内容：一是用户与 系统之间的交互，即学生、教师及系统维护人员与系统之间的交互；二是用户与 用户之间的交互。有些系统也采用了图形、动画、声音等多种媒体技术实施教学， 但交互功能有限。学生只是被动地接受电子书籍的内容，很难实际参与到系统中 进行发现式学习、创造性学习。 2 、缺乏对多学科体系的支持。现有平台大多数只支持文科类型课程的学习 和交互，对于学习中的另一类型理科类型，特别是对于有学科公式的数学、 物理、化学等课程的支持很小，有的也只是在页面显示这些内容而已，而不能使 用公式和其他人进行交互。 3 、网上测试系统的功能不强。现有平台的网上测试系统虽然有些达到了根 据用户的需要动态地选题组卷，但多数是在题库中利用随机函数毫无目的地组 卷，很少能提供根据教学需要灵活进行组卷的功能，这样就难以保证随机组出的 试卷真正满足教学要求，也很难保证试卷在题目风格上的一致性。 4 、智能性较低或没有智能。一方面，在学生学习过程中，系统难以根据学 生当前的情况提供有效的帮助，难以提供智能型的、友好的交互界面以提高学生 的学习效率：另一方面，系统很少根据学生的学习效果有效地进行推理，不能根 据学生的具体情况提出学习建议、引导学生的进一步学习，实现因材施教。 5 、对网络协作的支持不够。 协作学习是一种为了促进学习，由学习者协作完成某个给定学习目标的教学 第一章绪论 和学习方法。它是随着学习理论研究的深入而发展起来的，强调学习者积极主动 参与，与他人交流、合作，在共享思想和信息的过程中建构知识，这对于培养学 习者的创造能力、批判思维、探索发现精神、与学习伙伴的合作共处能力非常重 要。而且，协作学习有利于培养具有合作精神的创新人才。在协作学习过程中， 学习者在发问者、解释者、协助者、评价者等角色之间不断地进行变换，在角色 变换和磨合中训练其有效的协作技巧、沟通能力。学习者之间以融洽的关系、相 互信任的态度共享信息和资源、共担学习责任，让他们对团体产生参与感、认同 感和归属感。这些需要与同伴相互合作才能够产生的心理需求，是传统课堂教学、 独自的个别化学习环境中所缺乏的。 另外，在基于i n t e m e t 的协作环境下，学习者不仅可以锻炼与他人合作的社会 能力，还可以通过与他人合作主动探索知识、解决问题，培养学习者的创新能力， 而现有的许多网络教学平台对于上述这些方面的实现还远远不够。 1 5 本文提出的改进方案 针对当前网络教学平台普遍存在的问题，本文依据当代教学理论和计算机技 术的理论与实践，提出如下改进方案： 1 、针对现有教学环境交互不强的状况，增加了一些交互功能模块，不仅能 实现最基本的师生交互，而且还实现了灵活的学生之间、教师之间、学生、教师 与管理员之间等多种交互，而且学生除了接受平台所现有教学内容之外，还可在 教学内容之间加入自己的内容，实现资源的增值。 2 、针对现有教学平台对学科支持不够的现状，利用x m l 语言中的m a t h m l ( 数学标记语言) 等标记语言，不仅实现了专业符号的显示，而且还实现了专业 符号的在线书写、编辑等，真正体现了对专业学科体系的支持性。 3 、针对现有网上测试系统功能不强的局面，依据教学理论，对现有的测试 系统进行了改进，实现了测试依据知识点比例、难度系数、题型比例等多种指标 科学地进行自动或手动出题，并对测试结果进行客观评价、分析，以此来客观判 断学生的知识水平。 4 、提出了多种多样的协作方式，加强了平台中的学习者协作。除了聊天、 讨论等平常的协作交流工具外，还提出了小组中心、调查、实时交流等其他协作 方式，而且支持一种基于流动资源信息增值原理的异步协作方式，学习者在浏览 教学内容时，可以选择不同的路径，浏览的不同组合的资源视图，而且还可以在 平台中增加教学内容，对资源产生信息的附加值。从而更好地促进学习者之间的 协作。 第一章绪论 1 6 作者的工作与本文的结构安排 针对目前网络教学平台设计中普遍存在的问题，作者提出了一个利用u m l 语言进行基于i n t e m e t 的多功能网络教学平台的系统建模方案，并在j 2 e e 平台 上对此方案进行了初步的设计与实现，设计了一个多功能网络教学平台实例。 本文的主要安排如下：第二章阐述了指导网络教学平台设计的理论基础 建构主义及c s c w 、w e bc l 理论。第三章介绍了系统设计与实现过程中使用的 两种主要技术工具一m 和j 2 e e 。第四章介绍了如何利用u m l 语言对网络 教学平台进行系统建模。第五章阐述了网络教学平台的具体实现及设计过程中使 用的一些重要技术方法。第六章是工作总结与展望。 第二章网络教学平台设计的理论基础 第二章网络教学平台设计的理论基础 2 1 与w e bc l 相关的概念分析 2 1 1 协作学习( c oi ia b o r a tiv el e a r nin g 简称c l ) 协作学习是学习者以小组形式参与，为达到共同的学习目标，在一定的激励 机制下为获得最大化个人和小组学习成果而合作的一切相关行为。学生学习的组 织形式通常有三种：一种是竞争，学习者之间互相对立，一方的成功是建立在另 一方的失败之上，因此称为“你沉我浮”；第二种是个别化学习，学习者各自进行 学习，各自的成功失败互不相干，因此称为“沉浮无关”；第三种就是协作，在这 种学习的组织形式中，学习者之间协同工作并共同分享学习目标，取得成功的条 件是参与协作的每一个人都取得成功，故称为“同沉同浮”。 学习是获取知识的过程。建构主义学习理论认为，知识不是通过教师传授得 到的，而是学习者在一定的情景即社会文化背景下，借助其他人( 包括教师和学 习伙伴) 的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。 由于学习是一个意义建构的过程，因此为学习者创设有利于意义建构的情境 尤其重要。在以上三种学习组织形式中，竞争学习把同学当作敌人，个别化学习 无视周围同学的存在，都没有很好发挥情境创设的作用。只有协作学习的组织形 式，把同学当成学习的一种资源，为学习者创设了良好的学习情境，最能体现现 代建构主义学习理论的思想。 协作学习包含正互赖性、面对面的促进性互动、个体职责、社交技能和小组 自加工等五个基本要素。 2 1 。2 计算机支持的协同工作( c s c w ) 计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 是研究地域 分散的一个群体如何借助计算机及其网络技术支持，共同协调与协作来完成一项 任务的技术领域。c s c w 技术的出现和发展是在计算机技术及网络、通信技术发 展的基础上而发展起来的。由于这些技术的发展，人们不再局限于单机单用户的 完成一项工作，而由于技术的发展，导致社会分工越来越明确，越来越细，协作 的需要越来越迫切，需要多用户在多台计算机上，突破时间和空间的限制，同步 的或异步的完成同一个工作项目。因此，计算机协同技术产生了，它带来了人们 第二章网络教学平台设计的理论基础 协作方式的变革，提高了人们协同工作的整体效率。计算机协同工作应用系统的 发展和推广，将会极大地改善人们交流信息、进行协作的方式。如今c s c w 系统 被广泛应用到电子商务、远程教育、g d s s 、协同编著、现代企业管理等众多领 域当中。c s c w 系统的基本特点是分布的群体、处于网络环境、凭借多媒体信息、 交互方式、围绕具有共同目标的任务而协同工作。 2 1 3 计算机支持的协作学习( c s c l ) 计算机支持的协作学习( c o m p u t e r - s u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v el e a r n i n g ) 是 指利用计算机技术( 尤其是多媒体和网络技术) 来辅助和支持的协作学习。它是 c s c w 在教学上的应用。传统的教室环境是在集体讲授模式下建立起来的，学生 只是以集体形式接受学习，也就是说传统教室环境并不是为协作学习服务的。而 c s c l 发生在协作理论与计算机相关技术交融的环境之中，自然能够充分发挥协 作学习的优势，更能够实现传统教室环境下无法开展的协作学习方式，与传统的 c l 相比，c s c l 突破了传统学校教育的各类分隔屏障，实现了时间和空间上的 连续，同时，交互变得更加容易控制，学习者的角色也可以进行隐藏，教师的角 色发生了根本转变，他们要掌握的不仅仅是教学内容的逻辑序列和目标的合理安 排，更多的是学生的协作情况，学习过程的规划设计。 2 1 4 基于w e b 的协作学习( w e bc l ) 基于w e b 的协作学习( w e b b a s e dc o l l a b o r a t i v el e a r n i n g ) 是指利用网络技 术来支持的协作学习。从这个意义上说，w e bc l 是c s c l 的一个子集，但从另 一个角度来看，目前的网络的学习发展势头更猛，而单机版的课件大有被冷落之 感，因此，可以把w e bc l 看作是对传统c s c l 模式的发展，是协作学习发展史 上的又一个新阶段。 2 2 建构主义概述 2 2 1 建构主义的基本观点 建构主义心理学家皮亚杰认为，个体是在与周围环境相互作用的过程中，逐 步建构起来关于外部世界的知识，从而使自身认知结构得到发展的。个体与环境 的相互作用涉及到两个基本过程：“同化 与“顺应 。同化是个体把外界刺激 整合到自己的认知结构内的过程；顺应是在外部环境的变化不能被已有的认知结 第二章网络教学平台设计的理论基础 构同化时所引起的个体认知结构发生改变的过程。认知个体就是通过同化与顺应 这两种形式来达到与周围环境的平衡。当认知个体能用现有的图式去同化新信息 时，他是处于一种平衡的认知状态，当现有图式不能同化新信息时，平衡即被破 坏，而修改或创造新图式的过程就是寻找新的平衡的过程。个体的认知结构就是 通过同化与顺应过程逐步建构起来，并在“平衡一不平衡一新的平衡 的无限循 环中得到不断的丰富、提高和发展，这就是建构主义的基本观点。 2 2 2 建构主义的学习理论 l 、建构主义对学习的解释 建构主义认为，学习是学习者在与环境交互作用的过程中主动地建构内部心 理表征的过程。知识不是通过教师讲授得到，而是学习者在一定情景即社会文化 背景下，借助其他辅助手段( 包括教师和学习伙伴以及其它学习工具) ，利用必 要的学习材料，通过意义建构的方式而获得的。因此，建构主义学习理论认为“情 景”、“协作”、“会话”和“意义建构”是建构主义学习环境中的四大要素： ( 1 ) “情景 ：学习环境中情景必须有利于学生对所学知识的意义建构。 在建构主义学习环境下，教学设计不仅要考虑教学目标分析，还要考虑如何设有 利于学生建构意义的情景。 ( 2 ) “协作一：协作应该发生在学习过程的始终。协作对一些较难理解的 概念或易于引起歧义的内容以及需要合作解决的问题有重要意义。 ( 3 ) “会话：会话是协作过程中不可缺少的环节。学习小组成员之间必 须通过会话商讨如何完成规定的学习任务计划、会话是达到意义建构的重要手段 之一。 ( 4 ) “意义建构”：这是整个学习过程的最终目标。所要建构的意义是指 事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。在学习过程中帮助学生建构意义就 是帮助学生对当前学习内容所反映事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间 的内在联系达到较深刻的理解，即形成正确的图式。由于意义的建构是在一定的 情境下完成的，所形成的认知图式是有背景的，因此意义的建构要加强知识的抽 象性和概括性，形成结构化知识，这才容易完成知识的迁移。 2 、基于建构主义的学习方祛 建构主义提倡在教师指导下的以学习者为中心的学习，既强调学习者的主动 性，又不忽视教师的主导作用。在这里教师是学生学习的引导者、帮助者和促进 者，而不是知识的提供者和灌输者：学生是学习的主体，是意义的主动建构者， 而不是知识的被接受者和被灌输的对象。 建构主义认为，学生要成为意义的主动建构者就必须在学习过程中从以下几 第二章网络教学平台设计的理论基础 个方面发挥主体作用： ( 1 ) 要用探索法、发现法去建构知识的意义。 ( 2 ) 在建构知识意义的过程中主动地去搜索并分析有关的数据和资料，对 所学习的问题要提出各种假设并努力加以验证。 ( 3 ) 要把当前学习内容所反映的事物尽量和自己己经知道的事物相联系， 并对这种联系加以认真的思考( 如比较其异同、总结其中的规律等等) 。在学习 过程中学习者同学习伙伴讨论、协商将有助于提高意义建构的效率和质量。 2 。2 。3 建构主义的教学模式 与建构主义学习理论以及建构主义学习环境相适应的教学模式可以概括为： 以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的 作用。利用情景、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和 首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构目的。 在教学过程中，教师要成为学生建构意义的帮助者，就要从以下几个方面发 挥指导作用： l 、激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机。 2 、通过创设符合教学内容要求的情景，帮助学生形成新旧知识之间的联系 以有助于对新知识的意义建构。 3 、组织学习者之间的协作式学习，控制学习者之间的讨论，将学习者对知 识的理解引向深入。 4 、要启发引导学生自己发现规律，自己去纠正错误和补充片面的认识。 5 、将控制调度学习过程的职能逐步地、精心地移交给学习者自己，以利于 培养和提高学习者的认知技能。 2 3c s c w 概述 2 3 1c s c w 的概念 材计算机支持的协同工作”( c o m p u t e r - s u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v ew o r k ) 可 以定义为：在计算机技术支持的环境中( h p c s ) ，一个群件协同工作完成一项共 同的任务( f l p c w ) 。它的目标是要设计各种各样的协同工作的应用系统。 c s c w 的形成和发展有一定必然性。首先，在现代的信息社会中，人的生活 方式和劳动方式具有群体性、交互性、分布性和协作性等特点。其次，计算机技 第二章网络教学平台设计的理论基础 术( 包括并行及分布处理技术、多媒体技术、数据库技术和认知科学等等) 、通 信及计算机网络技术的飞速发展，构成了c s c w 实现的技术基础。另外并行工程 这一概念的提出也起到了重要的作用。并行工程是集成、并行设计产品及相关过 程的系统方法，它强调t e a mw o r k ( 组工作) ，而对t e a mw o r k 的技术支持是和 c s c w 的研究密切相关的。因此可以说c s c w 是在现代社会中，以人们协同工作 方式为背景，以计算机和通信技术的发展和融合为基础，具有广泛的应用领域为 前提条件而自然形成的。它涉及到众多的学科领域，如计算机、管理学、通信、 分布系统、人工智能、社会学、心理学、组织理论等等。 2 3 2c s c w 的三要素 c s c w 的目的就是在计算机环境下提供对人们群体工作的支持，因此说，通 信、合作、协调是c s c w 的三要素。 c s c w 的基础是通信。自然的组通信发生在地理上是分布的用户之间( 本地 通信可以认为是分布系统的特例) ，因此网络通信是至关重要的，并且在合作环 境中处理多媒体文件传输和数据控制是很复杂的。而基于计算机的或者以计算机 为媒体的通信，并没有完全和其他的通信形式相结合。把计算机处理技术和通信 技术结合起来可以帮助解决这个问题。 c s c w 的形式是合作。与通信相似，合作是小组活动的重要内容，在群体活 动中，任意一项活动都必须是多人合作完成。有效的合作要求人们必须共享信息。 但是当前的信息系统尤其是数据库系统在很多情况下把人们互相隔离开。 c s c w 的关键是协调。如果一个组的活动是协调的，那么它的通信和合作将 会大大得到加强。一个不能很好的进行协调的工作小组它的成员之间势必会经常 发生冲突和重复劳动。当几个部分共同完成一个任务时，协调本身被看作是一个 必不可少的活动，当前的数据库应用提供了对共享对象的访问，然而大多数软件 工具只提供对单用户的支持，对支持小组的协调这一重要功能所做的却很少。 2 3 3c s c w 的分类 根据人们日常的经验可以将c s c w 按照时间和空间的概念分类，体现c s c w 的两个最积极基本特征的是交互合作方式和合作者的地域分布，交互合作方式是 指同步或是异步，合作者地域分布是指远程或是本地。另外，还有更细致的划分 方法。远程又被分成两种：像在电子邮件中一样，参加者分布在几个己知的点； 或者像消息邮寄给一个网络新闻组一样，一些参加者的地点是己知的，一些参加 者的地点是未知的。异步活动也分为两种：异步执行，但是要严格在预定的或限 第二章网络教学平台设计的理论基础 定的时间内，比如向一个同事发送信件并期待他在当天阅读；或者可以不限定时 间，合作成员之问可以自由问答。 2 3 4c s c w 的应用领域 在现代计算机及网络环境条件下，c s c w 的应用领域非常广泛。从原理上讲， 共享信息并且协同完成任务的应用系统都属于c s c w 的范畴，而在下列领域中 c s c w 的应用尤为明显： l 、远程教育领域。在计算机辅助教学( c a i ) 中，越来越多的人从事面向 远程教育的c s c w 系统的开发。c s c w 的理论和技术，为计算机辅助教学真正地、 适当地模拟师生之间相互协作地完成教学任务提供了切合实际的模型。而基于 c s c w 的远程教学系统将提供一种新型的教学方式最 c s c l 教学方式，借助于计 算机支持教师与学生之间以及学生与学生之间的协同工作和信息交流过程，将大 大提高教学过程中相互协作和信息交换的质量。这一系统不仅打破了时空对教学 的限制，而且改变了传统的教学模式，实现学生和教师之间的协作式的学习，从 而有力地提高了教学质量。 2 、办公自动化领域管理信息领域。c s c w 对办公自动化( o f f i c ea u t o m a t i o n ) 领域的研究人员特别具有吸引力，因为办公室是协作工作最为频繁的场所之一。 如果办公自动化和多媒体技术相结合，并在网络环境下进行协同工作和决策，就 大大提高了办公自动化的效率和质量。同办公自动化相类似，如果在管理信息系 统中，应用多媒体技术及网络技术，进行面向管理信息系统的c s c w 的研究和开 发，将实现管理信息领域的智能化。 3 、合作科学领域。面向c s c w 的合作写作系统，共同编辑系统及电子会议 系统为不同学科的科学家提供了有效的合作手段。随着现代科学技术的发展，科 学工作者经常进行多学科的交叉研究，协作工作越来越重要，而在分布式网络环 境下，人们可以跨越地理位置的限制而共享资源，共同从事科研工作。 4 、工业领域。在计算机集成制造系统( c i m s ) 基础上发展起来的面向制 造的c s c w 是新一代的c s c w ，可提高质量并且降低成本。 5 、医疗领域。在医疗领域，人们已认识到应用计算机进行医疗的重要性， 通过计算机网络实现的远程医疗不仅能及时而有效地抢救患者，而且能使边远地 区的病人获得和大城市相同的医疗条件，从而有效地利用已有的医疗条件，提高 医疗效果。 第二章网络教学平台设计的理论基础 2 4 基于w e b 的协作学习( w e bc l ) 基于w e b 的协作学习就是指利用互联网络，让在不同时空的学习者，通过进 行协作对话( c o l l a b o r a t i v ed i a l o g ) 方式完成特定的学习任务的一种网络计算机 辅助远程教学系统。协作对话包含有两种基本模式： l 、异步模式 即在不同时间和不同地点进行同一任务的协作活动。在这种异步学习模式 中，系统用户之间的交互是单向的、异步的，用户可以查询己经存在的信息或者 提供数据，如在i n t e m e t 中的b b s 、e m a i l 等方式。 2 、同步模式 即在同一时间在不同地点进行同一任务的协作活动，如视频会议、群体决策 等。对于这种同步学习模式，系统最重要的是要提供一种有效的双向信息机制让 用户共享实时分布的信息。 协作对话的工作方式包括： ( 1 ) 连接请求和连接响应 某学习者试图加入到一个正在进行的协作工作环境中，或试图与别的学习者 共同创建新的协作工作环境时，用户必须首先向系统发出连接请求，当对方同意 连接时，发出同意的响应信息，如不同意，则发出拒绝信息。当请求得到同意后， 用户即可通过工作服务器，在本地工作站中建立个人工作区并把对方的相关信息 储存在本地工作区中。 ( 2 ) 构造共享环境 连接成功后，系统为参与协作活动的各地工作站构造一个协作空间，对每个 工作站分别建立共享工作区，并为个人工作区与共享工作区建立信息交换区。 ( 3 ) 协调共享工作 要完成上述协作对话过程，则这种对话系统必须具备如下功能： ( 1 ) 任务分解 使得在不同时空的学习者，以最高的效率获得并理解同一任务。 ( 2 ) 具有发表意见的共享空间 使不同时空的学习者便于发表不同的意见并能互相观看。 ( 3 ) 学习资源和数据的提供 供学习者作为协作的依据。 ( 4 ) 专家经验 有利于指导学习者群体协作完成任务并实现对协作活动的操控。 第三章网络教学平台设计的应用技术基础 第三章网络教学平台设计的应用技术基础 3 1 计算机软件系统的建模及其原则 3 1 1 软件系统建模的必要性 从软件工程学角度来看，软件系统是产品，开发者和使用者是不同群体，对 于一个复杂的软件系统，开发必须由多个方面人员参与、合作共同完成，它必须 有完整的从分析到实现、使用和维护的文档。正因为如此，软件系统必须像传统 工业产品一样建模，把一个复杂的系统按问题的不同方面以一种约定好的、为大 家共同接受的描述方式分别进行全面而详尽的描述。在试图交流、理解一个系统 时，可根据人们所关心的某一方面的问题，查阅对应的系统模型，从而得到对此 问题的理解。另外，如果整个系统的功能、原理和结构没有一个全面而详细的记 载的话，将会对些软件产品的开发、维护和升级产生不利的后果。 3 1 2 软件系统建模的目的 软件建模基本目的有四点：规范( s p e c i f y i n g ) 、可视化( v i s u a l i z i n g ) 、建造 ( c o n s t r u c t i n g ) 和建档( d o c u m e n t a t i o n ) 。 l 、规范。在分析和设计阶段为软件系统的各个组成部分规定其功能、结构 和对外接口。 2 、可视化。有助于软件规范的表达和交流。 3 、建造。完整定义的软件规范可以实现通过模型向源代码的映射，支持软 件系统的建造。 4 、建档。完整定义的软件模型是反映软件系统的结构和实现的重要技术资 料，可以作为技术档案保存，以便后续产品或相关产品能有效地重用其中的成熟 技术。 3 1 3 建模的原则 建模的原则是：准确、分层、分治、标准。 l 、准确的原则 模型必须准确地反映软件系统的真实情况。 第三章网络教学平台设计的应用技术基础 2 、分层的原则 软件系统的建模需要不同的模型以反映系统的不同侧面。 3 、分治的原则 需要把问题分解为不同的子模型，分别处理这些模型。子模型相对独立但又 互相联系，综合起来构成一个完整的模型。 4 、标准的原则 模型必须在某种程度上是通用的。 3 2