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东北大学硕士学位论文摘要 工科类网络课程支撑平台及共轭曲面原理网络课程 软件的研制与开发 摘要 远程教学作为一种新型的教育方式越来越受到人们关注。远程教育是以开放 的、灵活的、终身的教育发展为目标，它是传统教育的延续发展，同时也打破了 传统教育的局限，具有传统教育所不可比拟的优点。 本文所开发的网络课程支撑平台及共轭曲面原理网络课程软件，主要使授课 教师和学生在准分离的状态下，模拟教学中的各环节。为教师学生提供一个教学 平台，包括教师的备课，网络课堂，作业系统，答疑系统等活动都是在互联网上 完成的。网络课堂模拟教室的功能，教师学生按照预先约定时间，在不同的地方 进入授课站点，通过发言板交流授课信息，实现课堂上的时时交流。作业系统分 为布置作业、批改作业、完成作业、查看完成作业子系统，它提供机构图编辑功 能、公式编辑功能及上传功能，使用户方便快捷的编辑丰富的信息内容，学生可 以不受时间和空间的限制，随时浏览站点上内容并完成作业。教师备课系统编辑 环境下可以编辑机构图、文字、公式，可以有选择的上传备课内容供学生用户浏 览。 网络课程支撑平台及共轭曲面原理网络课程软件采用了两层客户n 务器模式 结构设计思想，服务器成为支持a s p 的h t t ps e r v e r ( 接入i n t e m e t ) 。服务器、客户 机接入i n t e m e t ，应用程序的处理是分布式。客户端负责接收来自用户的输入，p c 服务器负责执行事务，保证数据的完整性。本软件通过a s p 、h t m l 、a d o 技术 实现基于w e b 的数据库编程。客户端定义了大量的对象：内鼹浏览器( b r o w s e 对 象) 、信息编辑( e d i t 对象) 、机构图编辑、公式编辑、上传、教师备课对象，并使用 了组件，这些对象的实现为本软件提供强大的功能和更友好方便的用户界面。 关键词共轭曲面原理网络课程支撑平台软件开发c s 模式 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o n s u p p o r t i n g f l a to f e n g i n e e r i n g n e t w o r kc o u r s ea n d c o n j u g a t es u r f a c e s t h e o r y n e t w o r kl e s s o n a b s t r a c t m o d e m c o m p u t e rr e m o t ee d u c a t i o n ，a sak i n do f n e we d u c a t i o nm o d ei sp a i dm o r e a n dm o r ea t t e n t i o nb yp e o p l e r e m o t ee d u c a t i o nt r e a t s o p e n ，f l e x i b l e ，a n dl i f e l o n g e d u c a t i o n d e v e l o p m e n t a s t a r g e t ，i t i st h e d e v e l o p m e n t o ft r a d i t i o n a le d u c a t i o n s i m u l t a n e i t y , i ta l s oi st h eg r e a tc h a n g e st ot h et r a d i t i o n a le d u c a t i o n ，w h i c hb r e a k st h e 1 i m i to f t r a d i t i o n a le d u c a t i o na n dh a sm o r ev i r t u e s t 蝴st h e s i so nr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o n e n g i n e e r i n g c o u r s en e t w o r kl e s s o n s u p p o g i n g f l a ta n dc o n j u g a t es u r f a c e st h e o r yn e t w o r kl e s s o ni so n eo fg r a d u a t e l e s s o ni nm e c h a n i c a lb a s i cs t a f t r o o m i tf i n i s h e st e a c h i n gi nas e g r e g a t e ds i t u a t i o n b e t w e e nt e a c h e ra n ds t u d e n t s ，w h i c hs i m u l a t e sa l la c t i o n si nt e a c h i n g i tp r o v i d e sa t e a c h i n gf l a tf o rt e a c h e ra n ds t u d e n t ，w h i c hi n c l u d e s t e a c h e r p r e p a r i n g f o rl e s s o n s ， n e t w o r kc l a s s ，h o m e w o r k s y s t e m ，a n da n s w e r i n gs y s t e m a n ds oo n a l lt h i sa c t i o n s f i n i s ho nn e t w o r k i ts i m u l a t e sf u n c t i o no fc l a s s r o o mi nn e t w o r kc l a s s t e a c h e ra n d s t u d e n t sm a ye n t e rt h es c h o o lt e a c h i n gs i t ea c c o r d i n gt ot h es t i p u l a t i o nt i m e u s e r s c o m m u n i c a t e s c h o o l t e a c h i n gi n f o r m a t i o nt h r o u g h t h es p e a k i n gb o a r da n dr e a l i z et h e t i m e t o - t i m ec o m m u n i c a t i o ni nc l a s s h o m e w o r ks y s t e mi n c l u d e sd i s p o s i n g h o m e w o r k ，m o d i l y i n gh o m e w o r k ，f i n i s h i n gh o m e w o r k a n db r o w s i n gh o m e w o r k i tw i t h t h ef u n c t i o n so f d r a w i n g m a c h i n ea n de d i t i n gf o r m u l ac a nu p l o a df i l e s ，w h i c hm a k e s u s e r se d i t i n gal a r g ed e a lo fi n f o r m a t i o nc o n v e n i e n t l ya n dr a p i d l y s t u d e n t sm a yb r o w s e i n f o r m a t i o no nt h es i t ea n df i n j s hh o m e w o r kw i t h o u tl i m i t e dt i m ea n ds p a c e i nt e a c h e r p r e p a r i n g f o rl e s s o n s ，u s e rm a ye d i tm a c h i n e ，c h a r a c t e ra n df o r m u l aa n du p l o a d p r e p a r i n gf o rl e s i o n si n f o r m a t i o n t os t u d e n t sb r o w s e t h i ss o f l w a r ea d o p t st w a i nl a y e rc sm o d ec o n s t r u c td e s i g ni d e a ，w h i c hs e r v e r b e c o m e sh 1 v r ps e r v e rs u p p o r t i n ga s rs e r v e ra n dc l i e n tp cl i n kw i t hi n t e m e t ，s o a p p l i c a t i o np r o g r a mi sd i s t r i b u t i n g c l i e n tp ct a k e sc h a r g eo fi n p u t t i n gt h e n u m b e r s e r v e rp ct a k e sc h a r g eo fc o n d u c ta f f a i ra n dk e e p sd a t ai n t e g r a l i t y 1 1 1 i s s o f t w a r e r e a l i z e sd a t a b a s ep r o g r a mb a s e do nw 曲b ya s p , h t m l a n da d o i td e f i n e sm a n y i i i 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t o b j e c t s i nc l i e n t i n c l u d i n g i n n e rb r o w s e o b j e c t ，e d i t i n f o r m a t i o n o b j e c t ，d r a w i n g m a c h i n eo b j e c t ，e d i t i n gf o r m u l a ，u p l o a d i n go b j e c t ，a n dt e a c h i n gp r e p a r i n gf o rl e s s o n s o b j e c t u s i n gs o m ec o m a n do b j e c t sp r o v i d em o r ef r i e n d l ym o r es t r o n gf u n c t i o na n d u if o r u s e l k e y w o r d s c o n j u g a t es u r f a c e st h e o r y , s u p p o r t i n gf l 砒，n e t w o r kl e s s o n ，e sm o d e ， d e v e l o p m e n t s o f t w a r e 。 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 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说明 并表示谢意。 本人签名： 日期： 东北大学硕士学位论丈第一章绪论 第一章绪论 1 1 教育信息化的目的和意义 信息化是将信息作为构成某一系统、某一领域的基本要素，并对该系统、该领 域中信息的生成、分析、处理、传递和利用所进行的有意义活动的总称。其中称 对信息的生成、分析、处理、传递和利用为信息技术。 信息化包含两层含义。一层是对信息重要性的认识，将信息作为一种基本的 构成要素。因此，信息化的过程中，首先应对系统进行信息化分析，它是信息化 的基础。另一层是信息技术的广泛应用。信息技术的广泛应用是在系统信息分析 的基础上进行的。没有对系统深入地信息分析，就不可实现信息技术在系统中的 有效应用。教育信息化是教育面向信息社会的要求和必然结剽0 3 1 。教育信息化对 教育的发展具有重要的意义，它表现在： ( 1 ) 是实现教育现代化的重要步骤。教育信息化是教育现代化的重要内容，是 实现教育现代化的重要步骤。没有教育的信息化，就不可能实现教育的现代化。 教育信息化促进了教育现代化的进程。 ( 2 ) 有利于全体国民素质的提高。教育信息化的实施、以现代信息技术建构的 开放式远程教育网络的实现，使受教育者的学习不受时问、空间的限制，改变了 以学校教育为中心的教育体系，这种开放式的教育网络也为人们实现终身学习提 供了保障。教育信息化为全体国民提供了更多的接受教育的机会，对全体国民素 质的提高具有重要的意义。 ( 3 ) 促进创新人才的培养。教育信息化为素质教育、创新教育提供了环境、条 件和保障。学生利用教育信息化的环境，通过检索信息、收集信息、处理信息、 创造信息，实现发现问题、解决问题，实现知识的探索和发现，这对创新人才的 培养具有重要的意义。 ( 4 ) 促进教育理论的发展。教育信息化的过程是信息科学在教育中不断应用的 过程，在这个过程中出现的许多问题，许多现象往往需要用信息科学的理论、方 法才能进行解决，才能予以深刻的认识。在这个过程中将孕育着- - i 1 新兴的学科 教育信息科学的发展。 ( 5 ) 促进教育信息产业的发展。教育信息化的过程是种信息技术、信息机器 在教育中广泛应用的过程，在这个过程中必将极大地推动教育信息产业的发展。 全国有6 0 多万所学校有上亿的学生，在这些学校全面地实施教育信息化，对我 国的信息产业，对我国的经济发展孕育着一个极大的商机，提供了一个很大的发 东北大学硕士学位论文第一章绪论 展机遇【4 】。 1 2 远程教学概念及发展状况 1 2 1 远程教学概念 在当今社会，经济的全球化导致竞争全球化，终身学习教育是国家未来发展 的前提，也是个人发展前途的关键，在发达的西方社会，终身学习、学习组织、 学习社会的思想已经得到广泛的接受。江泽民同志指出“终身学习是当今社会发 展的必然趋势”，强调“要以远程教育网络为依托，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”。 所谓远程教育并不是才出现的新生事物，西方学者泰勒认为远程教育已经历 了五个阶段并指出其技术应用特征：第一个阶段是函授模式，以印刷教材为主； 第二个阶段是多媒体模式，采用印刷材料、录音、录像，基于计算机和交互录像 等技术进行学习；第三个阶段是电子远程模式，采用音频会议、视频会议、声波 通信、广播电视收音机和电话会议等技术进行学习；第四个阶段是更为灵活的学 习模式，采用交互式多媒体，基于因特网存取万维网资料、电脑传递通信等技术 作为教育的媒介。第五个阶段，其重点是建立网上自动应答系统这时的远程教 育者关注的重点是成本效益和教学质量垆8 j 。远程教育是以师生的准永久性分离为 基本特征，以技术性的教育手段教育方法，开放性的教育内容教育形式和后现代 性的教育目的教育观念为本质特征，开展教与学的过程的后现代教育形式。它的 发展顺应了信息时代、知识经济和学习社会的发展趋势【9 j 。 2 l 世纪的远程教育是以开放的、灵活的、终身的教育发展为目标，它是传统 教育的延续发展，同时，也是对传统教育的巨大变革，打破了传统教育的局限， 具有传统教育所不可比拟的优点： ( 1 ) 开放性。所谓开放，是指目标开放即学校向学习的对象开放；教育资源即 教学课程开放：教育方式即管理的方式开放；教育场所和时间开放。在远程教育 中，教育教学制度上同传统教育不同，更加注重创新才能的培养，在保证受教育 者具备基本学习能力的前提下，采取“宽迸严出”的方针，教育质量的把关不是 放在入口上，而是放在出口上；在教学管理中，没有采取优胜劣汰的方针，而是 在保证基本教育质量的基础上，为尽可能多的人提供尽可能多的受教育的机会； 在教育方式上，要照顾不同职业背景和工作时间的在职人员的实际，提供可供选 择的教育服务，尤其要优化组合各种教育资源为受教育者服务1 1 o 】。由此可见，远 2 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 程教育对任何阶段、任何层次的学员开放，结束了我国由于九年制义务教育后传 统教育规模和资源设施的限制，成千上万的青少年滞留社会，不能享受高等教育 的局面。同时，它又为走上工作岗位，想继续“充电”成人创造了继续教育的机 会。 ( 2 ) 灵活性。远程教育的灵活表现在：一、能满足受教育者个性化的要求，给 受教育者以更大的自主权，受教育者可以根据自己选择的方式去学习以提高学习 效率从而使被动的学习变成主动的接受。在远程教育中，受教育者对个人的学习 进度负责，学习评价着眼于学习的进展而不是论其考试成绩的成败，受教育者的 学习要求受教育者、教师的配合，以便学习的内容符合工作的要求。受教育者的 学习以自主的学习为主。学校更多的是提供学习的条件和服务，传统以“教师为 中心”、“以课堂为中心”逐步为“以学生为中心”、“以自主学习为中心”所替代。 二、远程教育覆盖面广、传播手段灵活多样，教育资源和学习不受时空限制，可 以随时、随地为受教育者提供教育服务。第三，远程教育可以实现多家高等教育 单位的多种形式的合作，实现优势互补，充分发挥高等教育的作用。 ( 3 ) 大众普及性。这个优点是建立在前两个优点的基础上的，正是因为远程教 育的开放性，爿有可能为不同基础、不同经历的受教育者提供受教育的机会；同 时，亦是由于远程教育的灵活性，才能为不同背景、不同职业的受教育者接受继 续教育提供了可能。因此远程教育具有大众普及性的特点。加拿大不列颠哥伦比 亚大学教授托尼贝茨博士认为政府、学校和个人可以提出很多开办远程教育的理 由，但主要原因是为那些因为各种原因而无法进入正规学校、学院或大学的人提 供受教育的机会。远程教育的服务范围广泛，不仅为穷人和处境不利的人服务， 也为在边远地区工作的忙碌的商人和优秀的工程师服务。但更多的是为那些无法 离开家庭进入城市的贫苦农民服务。 ( 4 ) 学习的终身性。知识本身是需要即时更新的，掌握知识的人的知识也是需 要即时更新的，从而使学习成为一个贯穿终身的持续性的活动。在当今社会，为 适应市场经济的运行要求，在职人员必须适应资源社会化、配置市场化和使用价 值化的要求，“创新人才是资本”成为一种基本的观念，新知识、新技术在当今社 会环境中扩散速度很快，快速的扩散必然导致对知识、技术的更新要求也加快， 从而又促使新的东西产生。由于知识的更新速度的加快、半衰期的缩短，在职人 员必须不断的为自己补充新的知识，接受新的信息，才能赶上职业要求的变化， 西方学者d h a n a r a j a n 认为，现代化的教育必须训练人们的创造力，能够适应迅速 变化的工作环境，教育机构将根据社会需要、学习者的要求和本地的实际情况提 供灵活多样的课程。远程教育利用网络实现了这方面的要求。 3 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 5 ) 社会资源共享性。教育部部长陈至立在面向2 l 世纪教育振兴计划一 文中指出：“现代远程教育工程”是在我国的教育资源短缺的条件下办好大教育的 战略措施。虚拟“北大”、虚拟“清华”让全国各地学子与北大、清华的学子一 样聆听名师的指导、感受专家教授的风范；在高考场上失去了高分，并不等于失 去了进名校的机会，并不等于失去了未来，通过远程教育，名校对一切人敞开了 大门。同时，远程教育利用网络给学习者提供了丰富的信息，使学习由被动的记 录外界信息的过程变成学习者主动选择信息的过程。从物质上讲，网上学习打破 了时空限制，学校不必为学生安排教室，更不必为学生解决食宿等问题，学生用 于交通的时间和费用也可大大减少，教学活动摆脱地域限制，延伸至全国乃至世 界，实现教育资源的共享和优化。另外，由于网上教学的信息是以电子邮件的形 式存在的，信息的复制既简单、迅速又经济，节省了大量的书本开支14 1 。 1 2 2 远程教育的国外发展概况 远程教学可以追溯到二十世纪初期，它的发展经历了四代：在二十世纪初期 和中期，远程教育技术( 如收音机和电视) 的特征是单向传输，这种传递模式没 能起到学生之间沟通的作用，仅实现了师生之间有限的交流。第一代传输技术还 受到时间的限制，( 例如，学生们收听收音机和收看电视节目的时间是预先安排好 的) 。第二代技术出现在1 9 6 0 年，大大改进了第一代技术对时间的依赖性。录像 机和有线电视的出现，使远程教育不受时间的限制，将录制好的课程内容的录像 带发给学生使它们可以随时观看，然而学生之间，师生之间的交流几乎不存在。 二十世纪八十年代中期，远程教育开始使用个人计算机技术，不久又出现了双向 视频会议，第三代远程教育技术同以前相比，教员可以传送大量更加复杂的信息 给学生，使学生之间，师生之间可以通过电子邮件，聊天室和电子公告牌进行交 流。c a i ，计算机模拟，以及其它通过计算机磁盘，光盘和i n t e r a c t 等途径的电子 资源，进一步表现出这一代远程教育的特色。第四代远程教育技术更加先进。学 生之间，师生之间的交流得到加强，进行交换的信息的数量和种类显著增加，所 需时间变得更短。事实上，这些进步更加减少了远程教育对时间和空间的依赖性， 实现真正意义上的虚拟大学正在成为可能。现代的远程教育结合了第二、三、四 代技术。目前，世界上有很多标准化( 学术) 组织正在致力于基于网络的教育资 源标准化的研究，并起草了一些相应规范，其中影响较大的有：i m s 的l e a r n i n g s t a n d a r d sc o m m i t t e e ，学习技术标准委员会) 的l o m ( l e a r n i n go b j e c tm e t a d a t a ：学 习对象元数据模型) ，o c l b ( o n l i n e c o m p u t e r l i b r a r y c e n t e r ) d u b l i n c o r e 的d u b l i n 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 c o r e 元数据标准等等。该标准包括学习内容的元数据规范。同样是在1 9 9 7 年， n i s t ( n a t i o n a li n s t i t u t ef o rs t a n d a r d sa n dt e c h n o l o g y ) 的一个工作小组和i e e e p 。1 4 8 4 小组开始投入这项研究，1 9 9 8 年，i m s 和a r i a d n e 向联合i e e e 提交了关于教 育资源的元数据规范和建议，这个建议就是目前的i e e e 的学习对象模型( l e a r n i n g o b j e c tm e t a d a t a ，l o m ) 的基本原型，它是i e e el o m 规范的前身。1 9 9 9 年，i m s 通过它在美国，英国，欧洲，澳大利亚和新加坡的组织，发布了i e e e 的l o m 规 范的草稿，并收集了大量的反馈信息，这些反馈信息很多将反映在未来的正式规 范中。l t s c 是i e e e 下的一个专门对教育软件、教育资源、教育信息系统开发管 理和维护进行规范的标准化组织，l o m 是他们的一个重要标准。d u b l i nc o r e 是一 个致力于规范i n t e m e t 资源体系结构的国际性联合组织，它定义了一个所有w e b 资源都必须遵循的通用的核心标准，标准内容较少，但是却与远程教学内容直接 相关。另外，有很多国家特别是美国在把远程教学理论运用于实践中作了很多工 作，加利福尼亚的9 5 所大学和学院在1 9 9 8 一1 9 9 9 年期间总共开了1 6 0 0 个在线班级， 其中较知名的有加利福尼亚大学和p e p p e e r d i n e 大学。斯坦福大学建立了一个称作 g l o b a ls e m i n a r 的远程学习实验教学，实验教学的材料是文本和图形，并选用了音 频。来自l l o 多个国家登记i n t e m e t 接入的学生达2 0 0 0 人。虚拟教学是通过电子 手段将现存大学联合成一种结构更灵活、拥有许多相对自治节点的新型的网络巨 型大学。美国西部州长大学( w e s t e r ng o v e r n o r su n i v e r s i t y ) 就是力图使学生可以 同时学习美国西部各州所有加盟的大学的课程，就好像那是一所单一的院校那样。 全美虚拟大学( a m e r i c a nv i r t u a lu n i v e r s i t y ) 和非洲虚拟大学( a f r i c a nv i r t u a l u n i v e r s i t y ) 的方案都起因于相似的理念、沿着同一路线制订的。筹建中的英国虚 拟工业大学则是一所网络大学。贝茨认为构成虚拟教学或虚拟大学的基本要素是： 师生分离、可以在任何地点和任何时间学习、通过技术特别是应用网络技术进行 学习( 1 9 9 9 ) 。其更将虚拟教学描述为“远程面对面教学( f a c e - t o - f a c et e a c h i n g a t a d i s t a n c e ) ”，并论述了从面授教学( f a c e t o - f a c e t e a c h i n g ) 到远程教学( t e a c h i n g a tad i s t a n c e ) 再到虚拟教学的历史发展( 1 9 9 6 c ) 。在构建虚拟教学的概念中，强 调“眼光接触( e y e t o u c h ) ”或“眼球对眼球教学( e y e b a l l t o - e y e b a l l t e a c h i n g ) ”， 即强调通过现代电子通信技术手段实现师生和同学之间的眼光接触、眼球对眼球 的沟通，从而真正达成信息、思想、情感的交流和交互作用。 1 2 3 国内远程教学发展概况 虽然我国远程教学起步比较晚，但随着信息产业的高速发展，我国的远程教学 5 东北大学硕士学位论文第一章绪论 工程发展迅速。国内许多公司和学校都在致力于各类远程教学的支撑平台的开发。 如广东省邮电部门已计划在近期内与广东省高教厅合作，在各高校内建设多媒体 远程教育中心，在省内各地建设多媒体教室，北京邮电大学和中国电信决定联合 共同建立远程教育网，在网上开展成人学历教育，经教育部批准，1 9 9 8 年在广东、 辽宁、北京和天津招收计算机工程和通讯工程专业的1 0 0 0 名网上学生，并招收1 5 0 名研究生。到目前为止，香港公开大学已发展4 0 多门网络课程，教育部先后批准 清华，中央广播电视大学等3 0 多所高校作为现代远程教育试点，招收网上学生六 月名，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的展开。但是我国远程教学呈现明 显的不足，如网络教育只是传统课堂教育在远程教育的简单延伸，在网上的教学 内容是教师在课堂上的讲义，授课的形式由在同一教室的老师讲，学生听，变成 在不同地方教师讲，学生听( 同步远程教育) ，或是教师准备讲义，学生阅读( 异步 远程教育) 。学生在授课中的被动接受地位没有改变，不能充分发挥网络所具有的 协作性，交互性，探索性等优良特色。我国的远程教学工程还需要长期的发展和 完善。我国的网上教学虽然比国外起步晚了几年，但是在地球村日益缩小的今天， 借助于互联网络，新技术新产品传播得很快。 目前为了贯彻第三次全教会精神，抓紧落实面向2 l 世纪教育振兴行动计划， 加快现代远程教育工程资源建设步伐，教育部高等教育司支持若干所大学建设网 络教育学院，开展现代远程教育试点；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，决定实施新世纪网络课程建设工程。新世 纪网络课程建设工程是现代远程教育工程的主要内容，是推动我国现代远程教育 工程发展的重要举措 1 5 - 2 2 。 1 2 4 远程教学的网络支撑平台的现状及发展 一个完整地支持基于w e b 教学的支撑平台应该由三个系统组成：网上课程开 发系统、网上教学支持系统和网上教学管理系统，分别完成w e b 课程开发、w e b 教学实施和w 曲教学管理的功能。现在市场上的许多产品都是从这三方面的某一 方面发展起来的，经过多年的积累和扩展成为可以支持w e b 上课程开发、教学传 递和管理的综合平台1 6 j 。比如a u t h o r w a r e 和t o o l b o o k 都是很著名的多媒体开发工 具，m a c r o m e d i a 公司的a u t h o r w a r e 4 o ( h t t p ：w w w m a c r o m e d i a c o m s o f t w a r e a u t h o r w a r e ) 已经可以开发网上课程，与该公司的p a t h w a r e 软件配合实现网上教 学。另外一类远程教学支撑平台是从网页开发工具和网站建设工具角度出发，如 6 东北大学硕士学位论文第一章绪论 m a d d u c k 技术公司开发w 曲c o u r s ei na b o x ( h t t p ：w w w m a d d u c k c o m i n d e x h t m l ) ： 还有一类远程教学支撑平台从网上测试工具发展而来，如a l l e nc o m m u n i c a t i o ni n c 的q u e s t n e t + ，与该公司的d e s i g n e r se d g e 软件配合可以进行深入的课程设计和分 析( h t t p ：w w w a l l e n c o m m c o m ) o 一后两类平台一般要比第一类平台更强调无须学习 编程，无需掌握h t m l 就可以开发出所需要的课程，可以满足网上教学的常规要 求，只是所开发的课程有结构雷同、个性不强、发挥余地有限的缺点。w e b 作为 教学媒体，其优势不仅在于它是很好的内容载体，可以随时随地地访问，还在于 它提供了很多交流渠道，可以促进师生之间、学生之间的充分讨论，这对于提高 教学质量、促进学生高级认知能力的开发是十分重要的。所以，也有一些远程教 学平台就是在远程会议系统之上增加了教育管理功能，并逐步向全面支持网上教 学发展1 2 3 - 3 2 】。 网上教学支撑平台在未来几年会向下面几个方向发展： ( 1 ) 加强教学辅助功能，提高教学支持系统的智能性。比如在教学支持系统中 运用智能代理技术，以帮助老师更轻松地教、学生更好地学习。 ( 2 ) 提供开发交互性网上课程的工具和设施。现在的网上课程还都是基于 h t m l ，很快地网上课程都将基于x m l 。 ( 3 ) 加强网上教学系统的安全性，特别是引进电子商务的成熟技术，真正实现 虚拟学校的完整运作。 ( 4 ) 提供课程内容的资源库管理方式，以便有效地组织和利用多门课程的资源。 ( 5 ) 提供多种体现教育思想的课程开发设施和课程讲授工具，特别是协作学习 组织工具，以充分利用w e b 优势，保证网上课程的教育质量。 ( 6 ) 语音、视频将会用于远程教学，相对于语音来说，文字交流过于慢，教育 中运用语音进行交流，必将是远程教学的发展趋势。另外周视频相结合，使人身 临其境的感觉，如在真实的教室里一样听课，效果会更加。 ( 7 ) 虚拟现实技术将引入远程教学之中，虚拟现实技术( v r v i r t u a lr e a l i t y ) 是用 计算机技术生成的一个逼真的视、听、嗅等感觉世界。1 9 8 9 年由美国v l p 研究公 司提出，是一种逼真地模拟人在自然环境中三维的视、昕、动作等行为的人机界 面技术，它利用多媒体技术综合处理图像，声音和文字等信息，加上特定的辅助 手段可起到代替实际系统的目的。用户可以用人体的自然技能，借助数字头盔， 立体显示技术、数据手套、数据衣服等工具，对虚拟的感觉世界进行交互作用。 7 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 工科类网络课程的特点及国内外研究现状 1 3 1 工科类网络课程的特点 从内容上看，早期网络课程中以文科类课程内容或计算机方面的课程内容居 多，它们共同特点都是以文字为主，从总体上来看，国内早期的网络课件多数是 在把制作好的多媒体课件嵌入h t m l 页面中而生成的，学生只能简单的浏览放在 网站上的课程内，只起到书本的作用，并没有实现真正的交互，现在已经落伍了。 工科类网络课程内容以公式、图片为主，目前国内并没有软件可提供工科类 网络课程的教学的功能，而通过网络实现师生分离的在线教学的新型教学方式才 刚刚发展，网络教学中的在线编辑功能是网络课程的发展的必然趋势，国内并没 有出现此功能的软件。 1 3 2 工科类网络课程国内外研究现状 自从计算机远程教学系统的问世以来，远程教学在人才教育中的地位不断增 强。由于计算机的图形动画等网络上广泛使用的技术适合课程教学的特点，随着 计算机硬件技术和网络带宽的飞速发展，市场土众多的商业性远程教学系统的出 现，网络教学课件层出不穷。1 9 9 3 年以来，由东北大学开发的机械原理网络多媒 体课件在同类课程中处于国内领先地位。由于计算机硬件的不断完善和网络带宽 的飞速提升，众多开发工具的出现，高一档次的已有开发成功的。例如，由清华 大学牵头，东北大学积极参与开发的“机械原理网络多媒体c a i ”国家“九五” 重点攻关课题就是一个非常好的，集成各种先进技术的网络多媒体教学系统，但 是，这种网络多媒体课件基本上还停留在被动浏览阶段，交互只能按照软件预先 设定的几种情况进行，适时交互为零，与现实的教学情形相去甚远。直到1 9 9 9 年 1 0 月，无锡轻工大学的钱维莹，孙力撰写了基于w e b 的网上教学系统开发研 究基本上靠近了远程教学的目前规范，但此系统还只是停留在书面状态。在国 外也有许多大学对机械原理远程教学有所研究，2 0 0 1 年4 月，日本的某些高校， 研究机构和商业部门联合把机械原理远程教学代入了实用的阶段田。j 。2 0 0 1 年9 月由王淑仁教授指导的机械原理网络课程多媒体软件突破了网络教学原有的 限制，在线课堂，在线答疑等平台真正的实现了教学环节的交互性、开放性，但 是作为一个教学系统还不甚完善。 ，8 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 4 共轭曲面原理远程教学的意义及内容 1 4 1 共轭曲面原理远程教学的研究意义 共轭曲面原理是机械类专业硕士研究生的主要课程之一。共轭曲面原理是研 究在机械加工和机械传动条件下，成对几何图形与成对运动间的内在联系和相互 转换规律的一种理论，它是一门跨越运动学、微分几何学、机构学等学科的基础 性新兴技术科学。把共轭曲面原理课程同网络相结合所开发出的网络课件具有很 重要的意义。 由于目前教学规模不断扩大，各高校学生人数不断增多，而教学设施条件如 教室相对滞后及师资队伍紧缺的情况下，这种矛盾成为当前迫切需要解决的问题。 本着这个原因，可通过本课题针对在校研究生实验设备电脑的普及以及学校局域 网的便利优势，可以避免传统教学的不便，为学生自学和教师辅导提供环境。另 外本课题的教学内容是不断发展的学科，其完善和发展过程的周期曰益缩短，而 作为传统教材的书本在快速发展的科学面前显得缓慢而落后。本网络课程克服了 出版教材的长周期性的缺点，通过修改课程内容，及时发布到网络页面，学生则 能够第一时间了解更新的知识。这是传统的教学模式的一次重大改革。 针对硕士研究生的教学，把共轭曲面原理课程同网络相结合，形成远程教育 网络教学支撑平台。在此平台上，教师和学生之间的交流是相互的，开放的。远 程教育是当代社会最富于前途的教育形式，它的出现代表了整个世界教育发展的 趋势和方向。 1 4 2 共轭曲面原理远程教学的主要内容 一个网络教学平台的性能的好坏，同开发者所选择的开发工具是密不可分得。 因适应不同的需求而应采用不同的网络开发工具。对于安全性能要求高的网络程 序则需要如j a v a 语言来开发以确保其安全性能。但是j a v a 的a p p l e t 小程序方式， 大量的计算都在服务器端进行，加重了服务器的负担，不利于多用户的情况。a s p 技术，可以实现大量的交互，还可以与数据库联合工作，有利于大数据量的处理， 而且，在编程时，只是把a s p 代码加入普通的h t m l 页面中，编程大大简化，利 用w e b 超媒体技术和a s p 技术从理论上可以有效地达到远程教学的目的。对于客 户端程序，要实现复杂的功能模块需要利用各种语言的优势。如v c + + 、c 、v b 等语言都能实现功能强大的计算分析能力。 9 东北大学硕士学位论文第一章绪论 共轭曲面原理网络课程模拟了现实中的各个教学环节，其内容如下： ( 1 ) 网络课堂。在网上实现了一个教师和多个学生时时交互的环境。根据学校 授课的课程安排，预先约定授课时间，使教师和学生在不同地点，同一时间上课。 模拟现实的课堂，含有网络教程并以书本的形式展示给所有的在线用户。在这里 学生和老师都可以自由地发言，并马上传到服务器，更新所有用户的页面，使大 家通过网络实现课堂上的交流。 ( 2 ) 作业系统。用户根据身份的不同可以运用不同的功能，教师可以在线布置 作业，批改作业。学生可以完成作业并查看作业批改情况。用户可以在作业系统 中编辑公式和机构图。 ( 3 ) 答疑系统。提供学生与老师在线交流，模拟答疑课的子系统，本系统中， 按照约定时间，学生可以向老师提出问题包括公式、机构图，老师可以在线回答。 用户可以查看在近期的答疑内容用来复习。 ( 4 ) 教师备课系统。只有正确注册的教师身份的用户可以进入此系统，在该系 统中，教师可以设计教案内容，并存储于本机地址中，更新知识。 ( s ) 用户管理。接受用户的注册，登录，注销区分识别教师与学生的身份。 ( 6 ) 共轭曲面网络教程。提供本课程的课程内容。 ( 7 ) 齿轮啮合分析软件。该软件是配合麸轭曲面教材而开发，包括平面啮合分 析和空间啮合分析。 ( 8 ) 齿轮动画。提供齿轮机构运动仿真模型。 1 5 本文主要工作 工科类网络课程支撑平台及共轭曲面网原理络课程软件是针对研究生课程开 发的，模拟了教学过程的各环节。开发软件过程需要做以下工作： ( 1 ) 根据网络课程教学做出需求和分析； ( 2 ) 系统设计将本系统分解成客户和服务器端子系统： ( 3 ) 将两端系统逐渐细分解成可定义的对象，以及定义出对象和对象，对象和 子系统，子系统和子系统之间的关系； ( 4 ) 通过使用a s p 、v b 、h t m l 等开发工具实现基于w e b 数据库开发及对象 实现，完成网络课程教学软件的开发并成功调试。 1 0 东北大学硕士学位论文第二章共轭曲面原理网络课程需求扣分析 第二章共轭曲面原理网络课程需求和分析 2 1 软件工程活动过程 一个项目由许多活动组成，其目的在于开发一个软件系统。每个活动依次有许 多任务组成。一个任务消耗资源并产生一个工作产品。其开发活动包括：需求提 出、分析、系统设计、对想设计、实现。 需求提出阶段，客户和开发人员定义系统的目标。这个活动的结果是一个用 执行者和用例的术语给出的系统描述。需求是系统必须有的特点，功能性需求是 系统必须支持的功能区，而非功能性需求则是系统操作的约束。 分析阶段，开发人员旨在构造一个正确、完整、一致、无歧义、现实的并且 是可验证的系统模型。开发人员将需求阶段产生的用例转变为完全表述系统的对 象模型。在这个活动中，开发人员发现与客户确定的用例模型中的二义性和不一 致性。分析的结果是个用属性、操作、关系来注解的对象模型。 系统设计阶段，开发人员定义项目的设计目标，并把系统分解成能被单个小 组实现的子系统。开发人员也要选择构件系统的策略，如系统运行的硬件软件平 台、持续的数据管理策略、全局控制流、访问控制策略，以及边界条件的处理。 系统设计的结果是一份清楚的描述，说明所选择的每条策略、予系统分解。以及 表示系统软硬件映射的配置图。 对象设计阶段，开发人员定义定制的对象，因为分析模型与系统设计是定义 的硬件软件平台间的差距。 实现阶段，开发人员将对象模型转换为源代码，语言对设计决策只有一定程 度的影响，但设计的最后决策并不依赖于程序设计语言。这个实现阶段是非常重 要的，这包括实现每个对象的属性和方法集成所有的对象以使之成为一个单独的 系统。实现活动跨越了详细的对象设计模型跟完整的可集中编译的源代码文件之 间的差距i j ”。 网络课程支撑平台及共轭曲面原理网络课程软件开发贯穿攘个软件工程开发 的所有活动。 2 2 网络课程支撑平台及共轭曲面网络课程需求提出 进行网络课程支撑平台及共轭曲面网络课程软件开发主要用于东北大学研究 东北大学硕士学位论文第二章共轭曲面原理网络课程需求和分析 生课程改革设置的新型教学模式。可通过本课题针对在校研究生实验设备电脑的 普及与学校局域网的便利优势，可以避免传统教学的不便，为学生自学和教师辅 导提供环境。另外本课题的教学内容是一门不断发展的学科，其完善和发展过程 的周期日益缩短，而作为传统教材的书本在快速发展的科学面前显得缓慢而落后。 本网络课程克服了出版教材的长周期性的缺点，通过修改课程内容，及时发布到 网络页面，学生则能够第一时间了解更新的知识。这是传统的教学模式的一次重 大改革。 简单地说，工科类教学支撑平台与共轭曲面网络课程软件总体功能需求是在 网络上模拟一个近似于现实的教学环境，使得学生和教师在分离的情况下，所有 教学活动在网上实现，本软件具体需求功能如下。 2 2 1 功能性需求 功