（计算机应用技术专业论文）bs课件关键技术研究.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 摘要 b s 课件是多媒体课件与w e b 技术的结合，它将成为网络教学的主要形式。本 文立足于以学习者为中心，在充分体现学习者的主体性和教学方法现代化的基础 上，以培养和帮助学习者提高自主学习及生存发展能力和创新意识为目标。结合 实例，对b s 课件开发中知识单元的树结构、数据存取及压缩解压、智能答疑系 统、题库设计与试卷组织策略等关键技术进行研究。 在知识单元的树结构中，着重于从知识点的关系模型出发，选择决策树方法 作为分析方法，对知识单元的设计及决策树进行了研究。对知识单元的设计主要 从设计思想、数据库的设计、后台系统、前台系统、资源选择等方面进行。r s 课件在设计中是按照传统的教学方式组织教学内容的，即按知识单元组纵教学。 课件设计的基本方法是：将教学内容划分成不同类型的知识点，每个知识点埘魔 网络课件的一个节点。所用的结构形式有线性和非线性两种。 数据压缩技术是b s 课件研制中的核心技术。如何将课件数据库表同步更新， 以及将视频、音频及图像等这样大容量的素材， 在不影响质量的情况下，尽量将 素材的数据量压缩，解决方法是利用s q l s e r v e r 7 0 编写存储过程，利用分形压缩 解决数据的存储和传输。 建立智能化的答疑系统，是保证教学质量的一个重要环节。智能答疑系统是 根据学习者提出问题的相似性这原理进行设计开发，涉及f 勺关键技术是舱p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 技术及其f a q 查询算法。 题库方案设计在参照国家教育资源建设技术的基础上，主要考虑以。 盘点： 能准确、清晰地反映出题目内容；题型应以客观题为主；便于分类管理和使用： 应包含评分所需的相关信息；能处理一些特殊信息，如数学公式、英语听力等。 组卷方案设计主要是对课程、范围、难度、题型、题目数量等内容进行设计，并 能够检查根据这些条件提取题目时，题库内容能否满足要求，若不能满足要求， 应提示修改组卷方案。 关键词：b s 课件知识单元数据压缩智能答疑题库设计 湖北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a sam a j o rf o m lo fe - l e a r n i n g ，b sc o u r s e w a r ei sac o m b i n a t i o no fm u l t i m e d i a c o u r s e w a r ea n dw e bt e c h n i q u e b a s e do nl e a r n e r c e n t e r e dm o d e l ，t h i sd i s s e r t a t i o n i l l u s t r a t e st h ei m p o r t a n c eo fl e a r n e r s s u b j e c t i v e i n i t i a t i v ea n dt h en e c e s s i t yo f m o d e r n i z i n gt e a c h i n ga p p r o a c hi no r d e rt oc u l t i v a t es e l f - l e a m e r s s u r v i v a la b i l i t ya n d i n n o v a t i o na w a r e n e s s d e m o n s t r a t i n gw i t he x a m p l e s ，t h ea u t h o rr e s p e c t i v e l ya n a l y z e s k e y t e c h n i q u eo fp r o g r a m m i n gb sc o u r s e w a r e ，s u c ha ss t r u c t u r et r e eo fk n o w l e d g e u n i t ，d a t ai n p u t o u t p u t ，d a t ac o m p r e s s i o n r e l e a s e ，i n t e l l i g e n tp r o b l e m - s o l v i n gs y s t e m ， d e s i g no f e x a m i n a t i o nq u e s t i o nb a n ka n do r g a n i z a t i o ns t r a t e g yo f q u e s t i o np a p e r w h e nd i s c u s s i n gs t r u c t u r et r e eo fk n o w l e d g eu n i t ，t h ed i s s e r t a t i o nc h o o s e s d e c i s i o nt r e ea sa n a l y z i n gm e t h o d ，i tp r o c e e d sf r o mr e l a t i o nm o d e lo fl a n g u a g ep o i n t s t ok n o w l e d g eu n i t sd e s i g na n ds o l u t i o nt r e e c o n c e r n i n gt ot h ed e s i g no fk n o w l e d g e u n i t ，t h ep a p e ri n v o l v e sd e s i g no fg u i d i n gi d e a s ，d a t eb a n k ，b a c k - s t a g es y s t e m ， f r o n t - s t a g es y s t e m ，a n dr e c o u r s es e l e c t i o n b sc o u r s e w a r ea r r a n g e si t st e a c h i n gc o n t e n t i nt r a d i t i o n a lw a y 一t oo r g a n i z ec o n t e n tc o r r e s p o n d i n gt ok n o w l e d g eu n i t t h eb a s i c d e s i g n i n gm e a n so fb sc o u r s e w a r ei st od i v i d et e a c h i n gc o n t e n ti n t od i f f e r e n tt y p eo f l a n g u a g ep o i n t ，e a c hl a n g u a g ep o i n tr e s p o n d i n gt oi t sr e l a t i v ec o u r s e w a r ek n o t m o r e o v e r ，e a c hs t r u c t u r i n gf o r mi se i t h e rl i n e a ro rn o n l i n e a r , d a t ac o m p r e s s i o ni sac r i t i c a ls t e pi np r o g r a m m i n gb sc o u r s e w a r e t h e nh o wt o r e n e wt h ed a t eb a n kt i m e l ya n dh o wt oc o n d e n s el a r g ev o l u m ed a t a ，s u c ha sv i d e o f r e q u e n c y , a u d i of r e q u e n c ya n ds t e r e op i c t u r ew i t h o u ta f f e c t i n gq u a l i t y ? t h es o l u t i o nt o t h e s ep r o b l e m sl i e s i ns q l s e r v e r 7 9 ，w h i c ha d o p t s s h a p e - d i v i d ec o n d e n s et os t o r e | c o n v e yd a t a a sap r i m a r yg u a r a n t e eo fh i g h - q u a l i t ye d u c a t i o n ，i n t e l l i g e n tp r o b l e m - s o l v i n g s y s t e mi sc l o s e l yr e l a t e dw i t ha c t i v e s e r v e rp a g e sa n df a q ，t h ei d e ao fe s t a b l i s h i n g s u c hs y s t e mi se n l i 曲t e n e db yt h ep h e n o m e n o nt h a tl e a r n e r sr a i s es i m i l a rq u e s t i o n s d u r i n gt h e i rs t u d yp r o c e s s c o n s u l t i n g n a t i o n a l t e a c h i n g r e s o u r c e e x p l o i t i n gt e c h n i q u e ，w h e nd e s i g n i n g e x a m i n a t i o np a p e rb a n k ，t h ea u t h o rt a k e sf i v ea s p e c t si n t oc o n s i d e r a t i o n ，w h i c ha r e a c c u r a c y , c l e a r n e s s ，w i t hm u l t i p l e c h o i c ea st h em a j o rf o r mo fq u e s t i o n ，e a s yt ob e m a n a g e da n da p p l i e d s t a n d a r d so fg r a d i n ga n dc a p a b i l i t yo fd e a l i n g 、i ms p e c i a l i n f o r m a t i o n ( s u c ha sm a t h e m a t i cf o r m u l a s ，e n g l i s hl i s t e n i n gc o m p r e h e n s i o n ) w h i l e p r o g r a m m i n ge x a m i n a t i o np a p e r sc o n t e n t ，w es h o u l dt a k ec o u r s e ，c u r r i c u l a rr a n g e ， d e g r e eo fd i f f i c u l t y , t y p ea n dq u a n t i t yo fe x a m i n a t i o np r o b l e m si n t oc o n s i d e r a t i o n i t s b e t t e rt h a tt h ec o n t e n to fe x a m i n a t i o np a p e rb a n kc a nf u l f i l lt h o s em e n t i o n e d r e q u i r e m e n t s i f n o t m o d i f i c a t i o no f t h ep r o g r a mi sn e e d e d k e yw o r d s ：b sc o u r s e w o d ：ek n o w l e d g eu n i t d a t ac o m p r e s s i o n n t e l l i g e n tp r o b l e m s o l v i n g t e s tf i l e d e s i g n i n g 湖北工业大学硕士学位论文 湖北工业大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本 人承担。 签名： 年月 日 湖北工业大学硕士学位论文 学位论文版权使用授权书 本人完全了解湖北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规 定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子 版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年月日 湖北工业大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 课题的来源、目的及意义 本课题来源于湖北工业大学2 0 0 4 年教学研究项目，项目编号：校2 0 0 4 0 1 0 。 随着信息技术的发展，网络教学逐渐显示出其独特优势，它不仅克服了传统 课堂教学受时间、空间的限制，同时又为学习者提供了个性化的学习环境，逐步 发展成为现代教育的重要组成部分。网络教学作为一种新型教学手段，用来改造 传统教学模式，可解决目前大学教育中遇到的很多问题，归纳如下： ( 1 ) 教师备课、，制作课件难：传统的教学方式是教师用笔备课、用粉笔讲课。 在现代化的教学环境中，教师通过多媒体计算机网络系统授课，因此必须制作电 子讲义和多媒体课件。而现阶段由于缺乏有效的手段和技术支持，教师备课素材 少、环境差，教师难以做出高质量的电子讲义和课件，造成大量低水平重复。 ( 2 ) 高水平教师和热门课程师资利用率不高：为了培养学生的学习主动性，高 校纷纷实行学分制。由于物理条件限制，学生很难选上热门课程，学分制受到很 大限制，造成师资浪费和学生求知欲不能满足。 ( 3 ) 传统教学方式师生交流不方便：传统的师生交流多采用面对面的答疑形式， 效率很低；而师生交流的另一个途径是布置与批改作业，传统交作业本的方式使 教师批改作业很不方便，尤其是需要上机处理的作业，收发作业本繁琐、浪费时 f 日j 。 ( 4 ) 学生自主学习条件差：受资源的限制，到图书馆借参考书为主的自学方式， 难以满足当今学生学习的需要，如能够提供丰富的c a t 课件，特别是网络交互式 的精品课件，将极大地改善学生的自学条件。 ( 5 ) 传统考试方式不适应新的教学方式：随着新的教学模式的开展，传统的笔 试费时费力，并且很难及时掌握学生的学习效果。 网络教学，可在网络上为教师提供丰富的、有条理的教学素材，方便于教师 备课；可以使用虚拟网络课堂，解除热门课程教室资源的限制：通过网上讨论、 作业、自测，可使教师能够随时掌握学生的学习状况，实施个性化教学指导。 网络教学系统，是利用信息技术提供一种可行的解决方案，使在教师指导下 学生自主式学习的新型教学模式能够高效率、高质量地开展。另外，在校园内开 展网络教学，将极大地补充网上教学资源，提高教师运用多媒体网络教学的能力， 湖北工业大学硕士学位论文 这对蓬勃发展的远程教育来说将有积极的推动作用。中国的网络教学前景乐观， 网络教学未来的市场潜力巨大。中国的网络教学应该为我国的继续教育事业做出 更多贡献这也是社会各界所期盼的。要真正发挥网络教学的优势，应具有优质 的网络课件。传统类型的课件或者投资成本大( 如基于编程为主的整体式课件) ，或 者升级更新困难( 如基于c d r o m 的多媒体课件) ，己不能满足发展的需要。 w e b 技术的发展，为c a i 提供了新的发展机遇。w e b 的全称为w o r l dw i d ew e b ， 简称为w e b 、讪w w 或3 w ，它实际上是i n t e m e t 上的信息资源，w e b 技术的主要内 容包括w e b 服务器、h t m l 和w e b 浏览器。w e b 本身具有统一的协议标准，良好的 跨平台特性和前所未有的广泛的覆盖性的优点，在其上开发出来的软件有着统一 的良好的g u l 界面，能够支持多种多媒体格式，可提供高度的交互性，与其他的 应用程序有着方便良好的接口，特别是本身便以超链接作为组织形式，因此非常 适合作为课件开发平台。另一方面，用以开发、维护基于w e b 的软件的工具大多 可以免费获得，基于w e b 的课件对运行的软硬件平台也没有什么很高的特殊要求， 这使得基于w e b 的c a i 课件的开发维护费用相对低廉；目前种种“所见即所得”的 全图形化的丌发和维护工具也使得对开发维护人员的技术水平要求相对降低；由 于各网页之间相对独立，因此可以十分容易的对课件进行升级更新。另外在网络 教学中，基于w e b 页的课件可以以网页为单位在网络中传输，具有较快的传输速 度，在目前较低的带宽下仍具有较好的应用前景。1 3 s 模式是一种新型的数据库 信息系统的设计模式，这种基于w e b 的模式是通过a s p 技术，利用a d o 对象来 访问数据库的，它把传统的c s 模式的服务器分解成一个数据库服务器和一个 w e b 服务器。基于b s 模式的系统不需要安装专用的前端应用程序，各种平台上 的用户只需通过浏览器便可访问并处理相应信息，操作更简单。 b s 课件就是建立在基于w e b 的浏览器月务器( b s ) 模式体系结构基础上的， 因此b s 课件具有很好的应用前景，而且随着网络教学的不断发展，b s 课件将越 来越显示出其独特优势。 1 2b s 课件开发现状概述 1 2 1b s 模式的定义、内容与特点 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 模式，即浏览器服务器模式，是一种从传统的二层 湖北工业大学硕士学位论文 c s ( c t i e n t s e r v e r ) 模式发展起来的新的w e b 结构模式。在b s 体系结构系统中，终 端通过浏览器即可使用网络，终端通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出 请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将终端所需信息返回到浏览器。而作为 通用软件的浏览器几乎不存在什么升级维护的问题。统一的用户界面、统一的语 言格式，统一的传输协议，哪怕是非技术人员都可以完成w e b 服务器内容的制作。 由于b s 很好的亲合性，使学校各部门之间的信息交流更加便捷。b s 模式具有如 f 优点：它是有计算机技术以来最稳定的技术平台，业务扩展、系统升级简单方 便，它提供了异种机、异种网、异种应用服务的联机、联网、统一服务的最现实 的开放性基础。由于b s 模式的开放性远高于过去的c s 模式，又是建立在广域 网之上，面向的是不可知用户群，导致其对安全的控制能力相对较弱。但这并不代 表基于b s 模式的网络就不安全。系统可以通过系统管理员对不同的用户组与功 能组的设置，赋予其不同级别的权限。系统根据登录用户设置的权限范围，提供 相应的系统服务，超越权限的要求，将得不到执行，由此有效地保证网络的安全。 b s 模式的缺点是功能弱化，难以实现传统模式下特殊的功能要求、页面动态刷新 响应速度较低。 1 2 2b s 课件的概念及特点 b s 课件是基于b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器朋务器) 模式开发、能在i n t e m e t ( 互联网) 或i n t r a n e t ( 局域网) 上发布的c a i 课件，其本质是一种w e b 应用程序。b s 课件系 统采用b s 结构，教师通过w e b 方式，可随时随地完成课件的制作、浏览、查询、 管理、卜传等操作。与传统的多媒体课件相比，b s 课件有以下特点： ( 1 ) 网页的设计思想、方法更贴进教学。设计一个w e b 页跟教师设计一次黑板 书相差无几。 ( 2 ) b s 课件可以支持各种多媒体的运行。现代教学需要展示大量的非文字性材 料，如地图、示意图、统计图、照片、影像资料等，b s 课件可以充分运用各种多 媒体资源，真正实现多媒体教学。 ( 3 ) 课件制作容易、调试简单、维护方便，开发周期短，对开发者要求较低。 这是出w e b 页的“本质”决定的，写一个w e b 页就象你平时用计算机写一篇文 章一样简单，假如有课件所需的素材，一个简单的w e b 页，可以在几分钟内设计 好。除此之外，b s 课件运行在服务器上，客户只需用浏览器访问就行了，在客户 湖北工业大学硕士学位论文 端真正做到了“免安装、免维护”。 ( 4 ) 采用了超链接。超链接可以使学生方便灵活地控制自己的学习流程和进度， 提高学生学习的主动性和积极性，尤其是图像超链接可以使课件界面灵活且富有 情趣，从而大大提高了学生的兴趣。 ( 5 ) 实现了超媒体结构。超媒体是基于超文本支持的多媒体，多媒体的表现可 使超文本的交互界面更为丰富，由多媒体和超文本结合发展而成的超媒体系统目 | j 已成为一种理想的知识组织结构和管理方式，采用超媒体结构既方便了教师操 作，又可以使教师根据实际教学情况自由选择和重新组织教学内容。 ( 6 ) 实时交互性强，信息反馈快。b s 课件不但简单直观，利用j a v a s c r i p t 、c g i 、 p h p 、a s p 等网页编程也可以实现十分复杂的运算，可以做出与用c 语言编程做 出的软件相媲美的交互性。在功能上强调交互性，并且通过“课件编辑器”来实 现教学内容重组，教师可以根据自己的特长选择教学内容，或重组或下载，还可 以利用系统提供的自制课件平台将各种素材合成，创造出自己的课件。 ( 7 ) 体积小，传输速度快，功能强大。 ( 8 ) 信息量大，资源共享。 ( 9 ) 高度模块化，灵活性强。b s 课件模块化设计，可以使教师灵活地组织教学， 使学生灵活地选择学习，与“教无定法，学无定法”的教学规律相适应，是推进 素质教育现代化的教学辅助工具。 1 2 3 存在的问题 网络教学发展力度的不足，是目前网络教学所面对的一个新问题。在国内， 网络教学还没有可充分借鉴的经验：国外欧美等发达国家，同样也处在网络教学 的探索时期。网络教学作为一种新型教学模式，需要有新的教育学理论作为指导， 更需要有成熟网络技术作保障。然而，目前除了缺乏定型的网络教育理论外，最 关键的是缺乏成熟的网络教学技术，这是制约网络教学优势体现的瓶颈。 b s 课件作为网络教学技术的主要形式，其开发的现状和水平越来越受到广泛 的关注，成为网络应用与开发的热点问题。但是，从目前国内外研究的状况来看， 已完成的优质、实用的b s 课件还很少，对此类课件的开发模型，开发工具，开 发技术等的研究也很少。现有的b s 课件，一方面由于目前w e b 技术发展的局限 性，使基于w e b 的课件方案也存在一些不足，主要是面临网络带宽、网络传输速 湖北工业大学硕士学位论文 度、平台兼容性等问题的困扰；另一方面由于w e b 是一种全新的开发平台，而w e b 技术发展又非常的快，所以课件设计中的一些关键技术如知识单元的树结构、数 据存储及压缩、专家答疑系统、主题交流框架、题库策略库等便成为突出的技术 难点，还有待进一步研究。 1 3 本文主要研究的内容 具体要研究以下几个方面的内容： ( 1 ) 知识单元的树结构：主要解决网络课件中知识结构模型设计问题，让教师 根据课程及知识点的特征在固定模式中自由补充教学内容。 ( 2 ) 数据存取及压缩解压：主要解决网络课件的数据存取及压缩解压速度过慢 的问题。 ( 3 ) 智能答疑系统：主要解决网络课件的自动答疑功能中专家知识库自动补充 问题。 ( 4 ) 题库策略库：主要解决题库更新问题，方便教师更新题库，丽又无须与复 杂的编程系统打交道。 湖北工业大学硕士学位论文 第2 章知识单元树结构 目前，个性化教育已成为网络课件开发的热点问题，其根本就是尊重用户， 研究用户的行为习惯和兴趣等，为用户选择需要的资源。它体现师生互动和教与 学规律，包括个性化教学和个性化学习两个方面。教案有效组织工具是国家“网 络教育关键技术与示范工程”的一个重要组成项目，它体现教与学的个性化，该 工具既可面向教师组织成授课型课件，又可面向学生组成自学型课件，即教师在 编辑某一知识点时，系统能根据知识点之间的关系和学生群体的实际情况，调用 将要编辑的知识点的资源素材；学生在学习某门课程时，可根据自己的知识结构 和学习行为( 如学习偏好、已有的考核成绩、学科专业特点等) 从教学资源库中选择 适合自己的素材组织成课件供自己学习。这样既提高了教师制作课件的效率，又 提高学生的学习效率，使教师的教学与学生的学习具有更强的针对性和适用性。 传统的课件只是针对具体的某一课内容制作的，很多门类的多门课程要制作 很多的课件。一方面造成重复劳动，且不能实现各个知识点问的联系，另一方面， 并不是所有的教师都熟悉开发工具。因此开发设计课件模板，成为当前b s 课件 丌发设计任务之中的当务之急，也是一项关键技术。本章从知识点的关系模型出 发，对知识单元的设计及决策树进行了研究。 2 1 知识点与知识单元 教师对教学内容按照本人的理解或教材的提示进行梳理，将课程内容整理成 为“多点”内容然后一点一点的介绍给学生。所以教师上课时讲的是这些“点” 以及这些“点”内容的组合。我们可以称这些点为“知识点”，知识单元是这些知 识点的组织形式。 在构建知识单元结构模型之前，我们首先必须了解知识点之间的关系。知识 点之问的关系通常有平行并列、逐层递进、兼有并列递进、相互关联等几种i ”。 ( 1 ) 平行并列，见图2 1 。 图2 - 1 ：平行并列图 湖北工业大学硕士学位论文 ( 2 ) 逐层递进，见图2 - 2 。 卧酗 图2 2 ：逐层递进图 ( 3 ) 兼有并列、递进，见图2 3 。 一 ( 4 ) 相互关联，见图2 - 4 。 图2 - 4 ：相互关联图 从图2 1 至图2 - 4 所表示的知识点之间关系我们可以知道，在课件制作中，知 识单元的结构模型可采用横向型、纵向型、树状型，也可以是这几种形式的综合。 湖北工业大学硕士学位论文 2 2 知识单元设计 主要从设计思想、数据库的设计、后台系统、前台系统、资源选择几个方面 介绍知识单元设计方法 2 2 1 设计思想 f 1 1 按知识单元组织教学 传统的教学方式是按照章节( 即知识单元) 讲解教学内容的。b s 课件在设计中 也是采用传统的教学方式组织教学内容的。 ( 2 ) 9 1 1 1 识点和知识点重组 知识点是一门课程内容的重点，知识点是离散的重点知识，是教师课堂上要 重点讲解的内容。 教师在组织知识点时，要针对课程内容，根据自己对课程的理解，对所教授 内容进行知识点分解和重组。知识点覆盖的内容范围原则上越小越好。 课件的设计，按知识点组织教学内容，使学生在进行网络辅助学习的过程中， 能够按照本人的需要，进行“个性化”学习。在学习某项内容时，涉及许多关联 知识，通过知识点就可以将这些关联知识按照学生本人的需要，快速、方便地“调 i f ”知识点内容。知识点可以与讲课内容、例题、习题( 作业) 和实验等教学内容结 合起来，建立一种认知和联想的学习环境。 ( 3 ) 网络课件文档设计思路 在设计课件时，我们将各知识点单独设计和组织为一个独立的w e b 文档( 页) 。 每个知识点有一个独立w e b 文档解释该知识点，它们之间是一对一关系；但一个 w e b 文档可能有多个关联知识点。如果有条件，还可以载入声音文件，真正做到 图文并茂，形象生动。 2 2 2 设计的基本方法 首先将教学内容划分成不同类型的知识点，每个知识点对应网络课件的一个 节点。网络课件常用的结构形式有线性和非线性两种，线性结构是将知识点按一 定的顺序串连起来形成的，非线性结构是通过联想、相关等方式将知识点关联起 湖北工业大学硕士学位论文 来形成的。网络课件的整体结构的确定应服从教学设计的需要，传统教学设计采 用的是自下而上的设计方法，从基本子概念和子技能的学习入手，逐步深入到高 级知识和技能的学习。教学设计首先应进行任务分析，逐级找到需要掌握的基础 知识，然后根据学习者现有的知识结构确定合适的起点及传递知识的策略。建构 主义的认知灵活性理论将学习分为初级和高级两阶段，学习基本概念、建立基本 知识结构是初级阶段的主要任务。发现知识的复杂性、多维性，建构自己的知识 结构是高级阶段的主要任务。为适应初级阶段学习的需要，设计网络课件时，可 以按照传统教学设计自下而上的设计路线，形成线性知识结构。首先将学习内容 划分成基本知识点和基本知识结构模型，制作时可将基本知识点根据基本知识结 构模型的顺序连接起来，形成一种有固定次序的流程结构。网络课件发布后，学 习者可以按照预先设置的知识呈现顺序进行学习。为适应高级阶段学习的需要， 网络课件的设计必须考虑应用引导的方法，使学习过程朝着有利于意义建构的方 向发展，可以按照建构主义教学设计自上而下的设计路线，形成非线性知识结构。 首先提出问题或呈现整体任务，并提供相关的概念和有助于问题解决的相关链接， 让学习者尝试解决问题，并在此过程中发现完成整体任务和必须首先完成的子任 务，以及完成各级任务所需的各种知识的技能，引导学习者进行有目的的探索， 其现有意义的知识建构。 2 2 3 知识点数据库设计1 知识单元设计前提是必须建立知识点数据库。一个比较全面的知识点数据库 应包含知识点表、章序表、节序表、知识点关联表、练习题表及总体关联图。数 据库的约束应包括三个方面：实体完整性、参照完整性和自定义的完整性。下面 具体介绍以上几个表及关联图的建立要求。 ( i ) 知识点表 提供每门课程知识点的情况，k i d 为主键，唯一确定每个知识点，维护此表 的实体完整性。c i d 和s i d 为外键，是与章节表和节序表联系的关键字。如表2 - l 所示： 湖北工业大学硕士学位论文 表2 - 1 ：知识点表 字段字段说明类型长度索引 k l d知识点编码 c h a r4k i d k n a m e知识点名称c h a r5 0 c i d章序号c h a r 2 c i d - s i d s l d 节序号 c h a r2 k d o c n a m e知识点文件名称 c h a t4 0 k v o i c e n a m e知识点卢音文件名称 c h a t4 0 k d e g r e e 知识点重要程度c h a r 1 k 1 4 u m o f c a l l知识点被调用次数 n u m e r i c ( 长整形) ( 2 ) 章序表 顾名思义，此表是课程章的各个关键字的集合。c i d 为主键，维护此表的实 体完整性。同时也作为与知识点表联系的关键字。如表2 2 所示 表2 2 ：章序表 字段字段说明 类型长度索引 c l d章序号 c h a r2c i d c n a m e章名称 c h a r4 0 c a b s t r a c t概述m e m o c s u m m a r y 小结m e m o ( 3 ) 节序表 此表是每一节的各个关键字的集合，c i d 和s i d 为主键，维护s e c t i o n 表的实 体完整性，c i d 为与章序表联系的外键，实现参照完整性。如表2 3 所示： 表2 - 3 ：节序表 字段字段说明类型长度索引 c i d 章序号 c h a r2c i d s i d节序号c h a r2c l d - s l d s n a m e 节名称 c h a r4 0 湖北工业大学硕士学位论文 ( 4 ) 知识点关联表 这是实现知识点相关的关键表，提供了各个知识点之间的关联。k i d 是此表 关键字，实现实体完整性。如表2 - 4 所示： 表2 - 4 ：知识点关联表 字段字段说明类型长度索引 k 1 d 知识点编码 c h a t4k l d r e f e r k l d相关知识点c h a t 4 k i dr e f e r k i d ( 5 ) 练习题表 将练习题与知识相关联，e i d 是此表关键字，维护它的实体完整性。如表2 5 所示： 表2 - 5 ：练习题表 字段字段说明类型长度索引 e i d 习题编码 c h a t4e i d c i d 章序码 c h a r2c i d - s i d s i d i ：! 序码 c h a t2 k i d相关知识点 c h a r4 k i d e c a t e g o r y 习题类型 c h a rl e c o n t e l ) l习题内容备注 e d o c n a m e 习题内容文档名称 c h a r4 0 e c h o j c e 选择题备选项备注 e a n s w e r 答案内容 备注 e a n s w e r d o c n a m e答案文档名称c h a r4 0 e h i n t 提示备注 e d e g r e e难度级别 c h a rl e n u f i q o f c a l l该题被调用次数n u m e r i c ( 6 ) 总体关联图 总体关联图反映了数据库各表之间键值的关系。在调取数据库内容时，主要 依靠各个表之间的联系，通过主键与外键的相对应实现各个知识点按章节有层次 的显示在页面之中。 湖北工业大学硕士学位论文 2 2 4 后台系统 后台系统包括章序号、章名称、章小结、节序、节名称输入、知识点输入、 练习题输入，这样所有的内容就写到了上面建立好数据库表中，为浏览、修改更 正界面做好了准备。 2 2 5 前台系统 按章节把知识点展示出来。包括四个模块： ( 1 ) 注册模块 主要用于用户注册、登陆。凭用户名和密码，可以查询教师课程内容。 ( 2 ) 留占板模块：用于帐号申请，或者学生提问留言。 ( 3 ) 在线管理模块：系统管理员和教师使用，用于删除、修改、上传文件和建 立文件夹。 ( 4 ) 查询模块：这是最主要的一个模块，用于知识点查询、知识点搜索、频率 统计、提供知识点关联等等。组织结构如下图2 s ： 誊： 。口节 l 。口知识点 。口知识点名称 。口与之相关的知识点1 ，2 n 图2 5 ：浏览课程内容的组织结构 2 2 6 资源选择 网络课件内容丰富、结构庞大，课件的组织通常以知识点为对象，从资源库 中搜索有关此知识点的资源可能有很多个，如何选择适合学生学习的资源，是我 们需要解决的问题，也是知识单元设计中的核心问题。 目前我国己制定出教育资源建设技术规范信息模型 4 1 ，它以学习对象元数 湖北工业大学硕士学位论文 据模型( l o m ) 为核心，并针对教育资源的特征建立了扩展集。每个教育资源都有相 应的属性来描述该资源的相关特征，属性的取值由规范定义的词汇表提供。教育 资源大都采用关系数据库结构，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，横向 为字段字段为教育资源属性，纵向为记录，记录为教育资源。从大量学生学习 历史数据挖掘出资源选择的规律一个很好的方法是分类。在分类技术的发展过程 中，常用方法有贝叶斯分类、神经网络、遗传算法和决策树等。与神经网络和贝 叶斯分类相比，决策树方法更容易被人理解，计算量相对来说较少，还表现了很 好的分类精度，特别适合离散属性的处理，而对连续属性较难预测。决策树生成 算法除了包含在训练数据中的信息外，不要求其它的信息，如领域知识等。为此， 本文选择决策树方法作为教育资源选择规律的分析方法。 至今，人们已提出了多种决策树构造算法，c l s ，i d 3 ，c 4 5 ，c a r t , s l i q ，s p r i n t 等，这些决策树生成算法中大多数据由建树和剪枝两个阶段组成。第一阶段为建 树阶段，选取部分受训数据建立决策树，决策树是按广度优先递归算法建立直到 每个叶子节点属于同一个类为止。第二阶段为剪枝阶段，它是用剩余的数据对生 成的决策树进行检验，对不正确的问题进行调整，对决策树进行剪枝和增加节点， 直到建立一个正确的决策树。 试验表明】，在建树阶段完成后进行剪枝，此时的决策树大部分节点在剪枝阶 段被剪掉，建树阶段用于建立在剪枝阶段将被剪去的那部分决策树上的花费是浪 费的。p u b l i c 算法将“建树”和“剪枝”为一体，它把第二阶段的剪枝结合到第 一阶段的建树中去。它类似普通的建树算法，唯一的区别是每隔一定的时间或一 定数量的节点被划分后，建立的部分决策树被剪枝。p u b l i c 剪枝算法的核心是对 子树虽小代价的计算上，节点为n 的子树节最小代价为l 的p u b l i c ( i ) 算法的剪 枝算法p u b l i c p r u n e l 如下：1 6 p r o c e d u r ep u b l i c p r u n e l ( n o d en ) ； s 为n 的个数据集+ l f ( n 仍是将被扩展的叶节点) r e t u r n ( 1 ) if ( n 是已被剪或者是不可扩展的叶节点) r e t u m ( c ( s ) + 1 ) ，n 1 、n 2 是n 的子节点+ m i n c o s t l ：= p u b li c p r u n e l ( n 1 ) ： 湖北工业大学硕士学位论文 m in c o s t 2 ：= p u b l i c p r u n e l ( n 2 ) ： m i n c o s t n ：= m j n c ( s ) + 1 ，c s p l i t ( n ) + l + m i n c o s t l + m i n c o s t 2 i fm i n c o s t n ：= c ( s ) 十l 删除n 的子节点： 标记n ； r e t u r n ( m in c o s t n ) 如果教师在组织教案时能够充分考虑到以前学生对该知识点的掌握情况，就 可得到所调用素材是否合适。利用学生的学习历史记录，运用决策树方法，找出 具有相同特征的同学选择教育资源的规律，为给某一类同学组织个性化教案提供 决策参考。其实，要组织适合学生学习的个性化课件，不仅要根据学生学习历史 记录，还要考虑到知识点的关联关系、学生学习行为、知识结构、教学规律等等， 这正是我们今后要研究的内容和方向。 湖北工业大学硕士学位论文 第3 章数据存储及压缩技术 多媒体信息数据量大，种类多，各种媒体之间又有相互联系，而且在b i s 课 件中，需要使用像视频、音频及图像等这样大容量的素材，这些素材在计算机中 将要占用很大的数据量，并且若要将这些素材数据在计算机间或互联网上进行传 输交换，则需要花费较长时间、占用较宽的网络通道带宽。如何使这些大容量的 素材数据在不影响质量的情况下，尽量将素材的数据量压缩，方便用户在计算机 上进行数据上传下载，这就是本章需要解决的问题。 3 1 存储与压缩技术简介 3 1 1 数据存储技术 多媒体数据存储技术主要是指c d r o m ( c o m p a c td i s k r e a do n l ym e m o r y ) 技 术。目前，多媒体计算机系统的大容量存储设备，一般都采用c d r o m 或者 c d w o r m ( c o m p a c td i s k - w r i t eo n c er e a dm a n y ) 技术。网络环境下的多媒体系统 的视频服务器的大容量存储设备，一般都采用r a i d ( r e d u n d a n ta r r a y so f i n e x p e n s i v ed i s k s ) 技术，亦即磁盘阵列技术。 3 1 2 数据压缩技术 多媒体数据压缩技术是b s 课件研制中最为关键的核心技术。多媒体数据压 缩技术的发展一直伴随着计算机的发展，但直到2 0 世纪8 0 年代，压缩技术才有 了较大的突破，各公司不断推出各种应用场合的编码和压缩算法，这些算法运用 到实际，推动了多媒体技术的发展，多媒体技术才逐步成熟起来。 数据压缩处理一般由两个过程组成：一是编码过程，即将原始数据经过编码 进行压缩，以便存储和传输；二是解码过程，对编码数据进行解码，还原为可以 使用的数据。根据解码后的数据与原始数据是否完全一致，数据压缩方法分为无 损压缩和有损压缩两类，无损压缩是可逆的，即从压缩后的数据可以完全恢复出 原来的图像，没有任何信息损失；而有损压缩是不可逆的，信息有一定的损失， 从压缩后的数掘只可能近似恢复出原来的图像。通常情况下有损压缩的压缩效率 湖北工业大学硕士学位论文 比无损压缩的压缩效率要高得多。衡量一种压缩技术的好坏，主要有3 个指标： 是压缩比要大；二是算法要简单，压缩，解压缩速度陕，以满足实时性的要求； 三是压缩损失要少，即解压缩恢复的效果好。当三者不能兼得时，要综合考虑三 方面的需求。 3 2 解决方案 3 2 1 利用s q l s e r v e r 7 0 编写存储过程 b s 课件涉及的数据库表很多，而且是在网上使用，用户很多，可能并发操作， 存在同步更新问题，如果仅仅用a s p 技术很难解决，我们使用了s q ls e r v e r 7 0 编 写了一些存储过程，存储过程可以使得对数据库的管理、以及显示关于数据库及 其用户信息的工作容易得多。它是s q l 语句和可选控制流语句的预编译集合，以 一个名称存储并作为一