（计算机科学与技术专业论文）网络积件系统关键技术研究与实现.pdf

摘要 本论文是结合陕西省2 l 世纪初高等教育教学改革工程项目( 0 2 0 4 0 1 4 ) “基 于积件的网络多媒体课件的开发与应用实践研究”展开的。文中结合网络化积件 系统的设计及实现过程列积件思想、积件系统的开发方法及关键技术进行了深入 地探讨。 积件思想是为了解决计算机辅助教学的第代软件课件所存在的问题而 提出的，积件思想源于搭积木的游戏，将教学内容分成许多的小模块，使用者只 需要通过简单的组合，便可构造出一个满足教学需要的教学软件。 本论文在分析目前课件存在的问题的基础上，首先介绍了积件思想的引入、 积件的概念、特点、组成及其与课件的关系，然后指出了目前在积件系统开发过 程中存在的问题，并针对这些问题展丌了深入地研究，最后提出了解决问题的方 案并实现了该系统。 主要研究工作包括以下几个方面： ( 1 ) 按, 熙4 c e l t s x 寸积件资源进行元数据描述和内容包装，以实现资源的共 享与重用。 ( 2 ) 研究了利用模板实现灵活运用教学策略的方法。 ( 3 ) 研究了积件素材表现效果的实现方法。 ( 4 ) 研究了在积件演示过程中动态调整积件资源位嚣的方法。 ( 5 ) 研究了利用文件管理与关系数据库相结合实现对积件资源管理酗! 方法 在系统的实现过程中，主要运用了x m l 和a s p n e t 技术。将x m l 技术应 用 二网上教学领域，开发区别于传统多媒体课件的基于x m l 的积件式谋件，将 有利于实现课件资源的共享与重用，有利于实现课件内容的多种显示与表达，还 有利于使用者与课件之间更有效的交互。系统开发采用了n e t 作为开发平台，c # 作为丌发语言。n e t 开发环境对x m i 。提供专门的接口，利用c # 允许x m l 数 据直接映射为结构数据类型以代替类的特点，提高了系统的灵活性。 壤后，对本文的研究及开发工作进行了总结，并对积件系统的发展以及下一 步的丌发工作进行了阐述。 关键词：谍件，积件，c e ，l i s ，x m l 。a s p n e t a b s t r a c t f h i st h e s i si sb a s e d0 1 1t h er e s e a r c ho ft h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h e i n t c g r a b l e w a r e b a s e dn e t w o r km u l t i m e d i ac o u r s e w a r e ，w h i c hi s s u p p o r t e db y s h a a n x lp r o v i n c i a li n n o v a t i o np r o j e c to ft h e21 s tc e n t u r yf o rh i g h e re d u c a t i o na n d t e a c h i n g ( 0 2 0 4 0 1 4 ) i ti sap e n e t r a t i n gs t u d yo ft h ei d e ao fi n t e g r a b l ew a r ea n dt h e m e t h o da n dk e yt e c h n o l o g yo fb u i l d i n gac o m b i n a t i o n e dp l a t f o r mb a s e do nt h e i n t e g r a b l ew a r et h e o r yi nt h ec o u r s eo f t h ed e s i g na n da c c o m p l i s h m e n to f t h es y s t e m i no r d e rt os o l v et h eq u e s t i o no ft h ef i r s tg e n e r a t i o nc a it e a c h i n gt o o l ，t h e t h e o r yo fi n t e g r a b l ew a r ew a sr e s e a r c h e dt h ei d e ao fi n t e g r a b l ew a r ec o m e so f b u i l d i n gb l o c k i no r d e rt od e v e l o p et h et e a c h i n gs o f t w a r e ，w en e e do n l yd o i n gs o m e s i m p l ya s s e m b l i n gw o r k s o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h eq u e s t i o n so fc o u r s e w a r e ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h e c o n c e p t ，c h a r a c t e r i s t i c so fi n t e g r a b l ew a r ea n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n t e g r a b l e w a r ea n dc o u r s e w a r et h ea u t h o ra l s op o i n t so u tt h eq u e s t i o n so ft h ed e v e l o p m e n to f i n t e g r a b l ew a r es y s t e m 。a tl a s tt h ep a p e rg i v e st h ew a yo fs o l v i n gt h o s eq u e s t i o n s t h r o u g hr e s e a r c h i n g t h ea u t h o r sm a i nr e s e a r c h e si n c l u d et h ef o l l o w i n gw o r k s ： ( 1 ) i no r d e rt or e a l i z et h el e a r n i n gr e s o u r c e s s h a r ea n dr e u s e ，t h ea u t h o rs t u d i e s t h ew a yo fd e s c r i b i n gt h er e s o u r c eo fi n t e g r a b l ew a r eb ym e t a d a t aa n dc o n t e n t p a c k a g i n go fc e i 1 s ( 2 ) t h ea u t h o rr e s e a r c h e st h ew a yo fh o wt ou s et h et e a c h i n g ss t r a t e g yf r e e l yb y u s i n gt e m p l a t e ( 3 ) t h ea u t h o rr e s e a r c h e st h ew a yo fh o wt od e v e l o pt h er e s o u c e e f r e c t ( 4 ) 7 f h ea u t h o ra l s or e s e a r c h e st h ew a yo fh o wt oa d j u s tt h er e s o u e e p o s i t i o n w h e nt h ei n t e g r a b l ew a r ei sp l a y i n g ( 5 ) a tl a s tt h ea u t h o rs t u d i e st h em e t h o do fd a t am a n a g e m e n tw i t ht h e f i l e m a n a g e m e n ts y s t e ma n dr e l a t i o n a ld a t a b a s em a n a g e m e n t i nt h ec o u r s eo ft h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e g r a b l ew a r es y s t e m ，w em a i n l yu s e d t h ex m la n da s pn e tt e c h n o l o g y i tw i l lb eg o o df o rc o u r s e w a r ea u t h o r st os h a r eo r r e u s ec o u r s e w a r er e s o u r c e sa n dp r e s e n tc o u r s e w a r ec o n t e n ti nv a r i o u ss t y l e sw h e n t h e ya p p l yx m lt e c h n o l o g yi nn e t w o r ke d u c a t i o nt od e v e l o pn e t w o r ki n t e g r a b l e 、= # a r e u s e r ew i l la l s ob e n e f i tf r o mm o r ee f f e c t i v ei n t e r a c t i o nw i t ht h ec o u r s c w a r eb a s e do n x m l f h es y s t e mw a sd e v e l o p e du n d e rm i c r o s o f t n e t t h ep l a t f o r mi t s e l fi s p r o g r a m m e db yc # n e t ，c # i su s e dt om a px m l d a t ai n t os t r u c t u r e dd a t ad i r e c t l y ， i m p r o v i n gt h ef l e x i b i l i t yo fx m l f i l e s ， 1 1 a tl a s tt h cw o r ko ft h er e s e a r c h ( sa n dd e v e l o p m e n ti ss 1 - m m a ： i z e d t h ea u t h o r a l s og i v e ss o m es u g g e s t i o n sa b o u tt h ed e v e l o p m e mo f i n t e g r a b l 、w a r ea n dt h ew o r k i nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：c o u r s e w a r e ，i n t e g r a b l ew a r e ，c e l t s ，x m l ，a s pn e t 西北工业大学业 学位论文知识产权声明书 本人完企了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文= r ：作 的知识产权单位属川q j 匕1 。业人学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件平电子版。本人允许论文被赍阅和借阅。学校_ 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_ l = | 影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 同时本人保证，毕业i 彳结合学位论文研究课题雨撰写的文章一律注明作者单位为西- i l ： 2 、l l 一产。 保密论文待解密后适川本卢明。 学。市论文作者签名喜乞羡 指导教师签名 上咿口7 年；月罗口”9 年3 月箩目 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风羊【优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的学位论文是本 人在导师的指导下进行研究1 ：作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容 利敛谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成 果，不包含本人或其他已中请宁位或其他川途使川过的成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人丰集体均己在文中以明确方式表明。 本入学位论文与资料若有a i 实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位沦文作者签名垃 如7 年3j = j ，日 第一学埔论 第一章绪论 1 1 本课题的来源及研究背景 本论文是结合陕西省2 1 世纪初高等教育教学改革工程项目( 0 2 0 4 0 1 4 ) “基 于积件的网络多媒体课件的开发与应用实践研究”展开的，研究的目标是通过对 积件理论和相关支撑技术的研究，探索构建基于网络的方便实用的积件组合平台 的方法，为我国第二代c a i 教学课件建设提供技术支持和实践经验。 作为现代远程教育核心内容的多媒体课件，是在一定的学习理论指导下，根 掘教学目标设计的，反映某种教学策略和教学内容的计算机软件。优秀的课件能 够按照某种学习理论和教学策略达到教学目的，在教师和学生的教与学活动中起 到较大的作用。作为计算机辅助教学的第一代软件，课件曾经在课举教学中发挥 了重要作用，有力地推动了多媒体计算机技术在教学中的应用。但随着计算机辅 助教学特别是远程教学的大规模丌展，课件存在的问题r 益突出，主要表现丸野 定性、特定性、封闭性。课件一旦制作完成，修改甚为麻烦，不利于教师根掘课 堂教学环境进行构造重组，甚至无法体现任课教师的教学思想 x l 。 为了克服课件存在的弊端，就有必要丌辟c a i 研究新途径。在当胁，先进 的教学手段足以积件代替传统课件，它的主要思想是以教学者为核心，以编辑系 统为引线，以积件为基石，构筑满足不同需求的课件。积件思想是计算机辅助教 学发展的新思维，它改变了教学软件的设计、开发与使用相互割裂的局面，使教 师能利用计算机这一有力工具，自觉运用教学策略和学习理论，自己制作适合各 种教学情景的教学软件，真正做到以不变( 积件) 应力变( 教学实际) 。积件式课件 在教学领域罩的应用，已逐渐成为计算机辅助教学的趋势和主流。 从课件到积件：我国学校课堂计算机辅助教学的新发展一文中对积件作 了如下定义：“积件( i n t e g r a b l ew a r e ) 是由教师和学生根据教学需要自己组合运 用的教学信息和教学处理策略库与工作平台。积件由积件库和组合平台构 成。”2 0 0 4 年，电化教育研究第1 3 3 期中一篇名为重新认识积件理论的 文章，对传统的积件定义提出质疑，认为：从原始定义束看，积件被定义成了一 个教学软件系统，它由“积件平台”和“积件库”构成。而实际上“积件库”应 该是“积件”的集合。积件和积件库的含义存在冲突，很容易引起理解上的混乱。 本文中作者采用了如下定义：“积件是构成课件的基本教学元件，它是基于某一 知识点的微教学单元、教学素材或教学策略等，人们能根据教学需要对它们进行 编排、组合和运用，生成具有一定教学功能的多媒体教学程序。由积件构成的积 笋一亭绪硷 件库以及对积件进行丌发、管理、组合、生成、使用、处理的软件环境( 即原“积 件组合平台”) 统称为积件系统。” 积件系统不只是在技术上把教学资源素材库和多媒体组合平台简单叠加，而 是积件库( 包括多媒体教学资料库、微教学单元库、虚拟积件资源库、资料呈现 方式库和教与学策略库) 与积件组合平台的有机结合。利用积件系统可以在需要 的时候，方便地将素材元素组合，开发出符合自己风格的，适合于不同教师、不 同教学情景的多媒体c a i 课件，因此，有利于教师和学生的个性与刨造性的发挥。 1 2 问题的提出 积件系统的丌发可分为积件组合平台的丌发与积件库的丌发两部分。目前教 育软件丌发平台主要有a u t h o r w a r e 、洪图、p o w e r p o i n t ，方正奥思等软件，这些 多媒体编著系统或多或少地涉及到了积件思想，但还不能称为我们所说的积件组 合平台，甚至可以说目的还没有比较成熟的方便实用的网络化的多媒体积件丌发 平台。由此看来，积件式课件教学手段应用于教学领域，其理论虽然被普遍接受， 但就目前开发的系统来说，还存在以下诸多方面的问题： ( 1 ) 积件的标准化有待进行研究 目前，课件存在的问题主要表现为“固定性、特定性、封闭性，课件一旦制 作完成，修改甚为麻烦，不利于教师根据课堂教学环境进行构造重组”，这一问 题也是研究者提出积件系统的主要原因。因此，作为积件系统的丌发应首先考虑 如何实现数掘或资源的交换与共享，也就是数据或资源的标准化问题。数据不标 准、不规范将导致数据孤岛、数据坟墓的产生，这样一方面给数掘的共享、交换 与更新带来了极大的不便，同时也造成了资源的重复性建设，浪费了大量的人力、 物力和财力1 1 2 1 。 目前，在远程教育资源的标准化方面的研究已经有了阶段性的成果，如 a i c c 、d u b l i n c o r e 、i m s 、s c o r m 提出的标准和微软公司的l r n 2 0 标准等。 我国也从2 0 0 1 年丌始启动了中国网络教育技术标准( c e l t s ) 研究项目，该项目 以国际国内网络教育的大发展与大竞争为背景，以促进和保护我国网络教育的发 展为出发点，以实现资源共享、支持系统互操作、保障网络教育服务质量为目标， 通过跟踪国际标准研究工作和引进相关国际标准，并根掘我国教育的实际情况修 订与创建各项标准，最终形成了具有中国特色的网络教育技术标准体系( c h i n e s e e l e a m i n g t e c h n o l o g ys t a n d a r d s ，简称c e l t s ) 。但目前咳体系还仅仅是资源描 述方面的一个大的统一原则，具体的应用以及如何在积件系统中应用还有待进一 步的研究。 2 第一章绢，2 ( 2 ) 教与学策略库的建设有待进一步研究 课件与教学目标、教学策略、学习理论密切相关，但目前大多数系统不能具 体体现编制者的教育思想与教学方法。在积件系统中提出了教与学策略库建设， 它是将不同的策略方式如讲述方式、问答方式、习题演练方式、记忆背诵方式、 动手操作方式等设计成可填充重组的框架，以简单明了的图标表示。这样，让教 师在教学中根掘自己的需要将不同的素材、微教学单元与不同的资料呈现方式和 相应的教学策略方式相结合，将产生“组合爆炸”式的效果，灵活地应付各种教学 情况；让学生在学习中根据自己的需要将不同的素材、微教学单元与不同的资料 呈现方式和学习策略方式相结合，帮助学生发挥主观能动性，进行积极探索和认 知学习。由于各个教师在对教学内容的理解、对教学内容的时问安排以及对教案 的编写风格的不同，再加上学生学习过程中的不同偏好，因此在积件的组合过程 中要大量地使用不同的教与学策略。但如何更为合适地对不同的教与学策略进行 分类，供教师和学生方便地使用，还有待进一步的研究和完善。 ( 3 ) 资料呈现方式问题有待进一步研究 前期丌发的积件系统在屏幕显示时还仅能做到按照程序设计时约定的顺序 将各种素材按照素材的原有格式进行显示，无法做到按照使用者的要求调整素材 的位置和显示方式。例如还缺少各种强调的方式和引导学生注意的方式，还无法 实现对屏幕上的图形和文字进行移动，使其呈现变大变小、闪烁等效果。 ( 4 ) 无法实现多种媒体同时显示 目前利用前期丌发的积件组合平台制作的课件只仅仅做到了对各种媒体按 顺序使用，比如，先演示w o r d 文档，然后演示图片，再演示视频。但为了使耕 作的课件更为生动，越来越多地要求将各种素材进行混排，以增强教学效果。 ( 5 ) 素材的存放 高效、方便的积件资源管理是积件系统丌发的基础，由于在积件式课件丌发 过程中要大量调用本地或远程的素材资源，而且这些资源还都是声音、图片、动 画、影片、文档等非结构化数据，所以利用现有的比较成熟的关系数掘库管理系 统还不能很好地实现高效管理，因此，资源的存储方式也待进一步的研究。 1 3 本课题的研究内容及目的 本论文的目标就是在研究积件的概念和特点以及上述各种问题的基础上，深 入研究积件库的设计与实现方法，并重点研究积件系统的标准化问题、教学策略 库和资料呈现方式库的丌发和应用、动态版面调整等问题，并利用x m l 技术和 a s pn e t 、j a v a 等技术实现积件组合平台的设计与开发。 曲。| = f 业人学硕十“文 筇一荜线论 ( 1 ) 研究目的远程教育中网络课件存在的突出问题和积件的概念、特点及 利用积件思想开发网络课件的优势，研究目前积件系统的开发和使用现状及在丌 发过程中存在的不足和亟待解决的主要问题。 ( 2 ) 研究国内外关于远程教育标准方面的相关体系，尤其是对i m s 和我国 网络教育技术杯准体系( c e l t s ) 进彳亍深入研究，并重点研究其在积件系统的应 用与实现。 ( 3 ) 研究资料呈现方式库的设计与实现方法 认真分析和归纳供教师选用的各种教学素材的表达方式和计算机辅助教学 的信息呈现方式，最后设计成可供教师容易调用和赋值的图标，并运用于积件组 合平台。 ( 4 ) 研究教与学策略库的设计与实现方法 教与学的模式和方法非常多，因此首先要对可能存在的教与学的模式和方法 进行详细的研究和归纳，并设计成可供教师容易调用和赋值的图标，并运用于积 件组合平台。 ( 5 ) 研究积件资源的存储方式，探讨关系数据库和文件管理系统的优缺点， 利用二者帽结合的方式实现积件资源的管理。 ( 6 ) 学 - ja s p n e t 、x m l 和j a v a 技术，尤其对利用x m l 按照c e l t s 描述 积件资源和积件式课件、利用j a v a 技术实现各种素 才呈现效果、利用a s p n e t 技术实现课件和积件的树形结构等技术进行重点研究。 1 4 本课题的技术优势及特点 本课题的技术优势有以下几点： 一 ( 1 ) 设计上允许采用包括几乎所有目前流行的多媒体文件类型的文件作为 积件式课件的元件素材，同时在课件的编写上可以根掘需要随意调整和安排课件 顺序。 ( 2 ) 系统采用了i m s 和c e l t s 教育资源描述标准，使得课件制作和资源 存储均采用统一的标准，因此易于实现资源的共享和交换，同时使得制作的课件 易于扩展。 ( 3 ) 系统采用了x m l 文件格式作为积件式课件的存储格式：这是因为x m l 自身的树形结构的特性符合用户的操作习惯；另外，x m l 易于在网上浏览与发 布；更为重要的是由于x m l 数据描述与数掘表示分离的特性，使用户能够将丌 发课件的精力主要集中在积件元件资源内容的设计上，不同用户可以根据自己的 喜好，使喟不同的形式来显示课件。 4 第一章绪仑 ( 4 ) 为了易于在课佴的开发过程中实现复杂的课件显示效果，系统根据各 种教学策略提供了相应的系统模板和各种素材表现效果。 ( 5 ) 在传统的课件制作过程中，各种素材在设计好后其位置就不可更改， 在本系统中实现了各种素材位置的动态调整，即素材可以用鼠标在任意位置进行 拖动，使得课件表现形式更具生动性和灵活性。 ( 6 ) 在资源管理上，系统利用了数据库系统管理的完善快捷以及文件管理 的优势，采用两者相结合的方式。在表结构设计上对网络运行环境加以考虑，增 加了相应的管理内容，同时为系统以后的扩展做了考虑。 ( 7 ) 开发平台上，采用n e t 技术，以x m l 文件作为积件式课件的存储形 式，x s l t 作为其显示格式，具有高度的灵活性和可自定义性。 ( 8 ) 系统界面友好直观，使用方便。可以方便地实现上传元件和课件、制 作课件和浏览课件等功能。 1 5 论文的主要内容及组织结构 本论文主要围绕网络化积件系统的设计、开发展开研究工作： 第一章是绪论。本章简单介绍了本论文的研究背景、研究意义、研究内容和 目标等。 第二章为网络化的积件系统概述。主要介绍了目前远程教育的概况和相关理 论及其存在的突出问题，然后对积件思想引入的原因、积件系统的特点和组成， 积件与课件的关系、目前在积件系统的研究与开发中存在的主要问题等进行了解 述。 第三章分析了网络积件系统的开发环境。本章主要介绍了网络远程教育的相 关标准及其描述规范和系统开发所应用的相关技术和工具。重点研究了x m l 和 a s p n e t 技术。 第四章探讨了网络化积件系统的设计过程，尤其对其功能设计、积件资源的 标准化、资源的存储与管理方式等进行了重点阐述。 一 第五章介绍了网络化积件系统的实现过程，尤其对目录树的实现、积件及微 教学单元编辑的实现、各种素材表现效果的实现和积件素材管理的实现进行了详 细说明。 第六章为总结与展望。对本文的研究及系统丌发工作进行了总结，指出了本 系统的特点和存在的问题，并对积件系统的发展和下一步的工作进行了展望。 r i h 北l 、k 人学n 论之 第一章 手铣捂i 鲞 2 1 现代远程教育 2 1 1 远程教育概述 第二章积件系统概述 现代远程教育是利用网络技术、多媒体技术等现代信息技术手段丌展起来的 新型教育形式，发展现代远程教育是扩大教育规模、提高教育质量、增强办学效 益、建立终身教育体系、办好大教育的重大战略措施。 远程教育的发展经过函授教育、广播电视教育和现代远程教育三个历史阶 段。计算机技术、多媒体技术、通信技术的发展，特别是因特网( i m e m e t ) 的迅猛 发展，使远程教育的手段有了质的飞跃，成为高新技术条件下的远程教育。现代 远程教育是以现代远程教育手段为主，容面授、函授和自学等教学形式，多种媒 体优化、有机组合的教育方式。现代远程教育可以有效地发挥各种教育资源的优 势，可以为各类教育提高教育质量提供有力支持，可以为各种社会成员学习提供 方便和广泛的教育服务。 现代远程教育手段的主要特点是教师和学生能够跨越空间进行实时或非实“ 时的交互。这也是现代远程教育与传统教育方式最显著的区别，也是它的优势所 在。 ( 1 ) 现代远程教育的实施，将变有限空问的传统课堂为无限空间的虚拟课 堂。这是由网络技术创造出的教师与学生的互动空间，这些空间被当作所谓的课 堂，教师可以在其中讲课，学生可进行学习和讨论。虚拟课堂中有一种类似教师 办公时间的交流结构，师生可以得到单独的交流。软件还有能力处理学生的考试 或作业，可以收集也可以判分。相比传统课堂而占，虚拟课堂无疑具有明显的优 势。 优势之一是课堂中的互动，传统课堂中多数互动活动是通过教师讲、学生听、 说、读、写进行的，而在虚拟课堂中，有关课程的讨论与交流，成了一项持续不 断的活动，因为在这种学习环境中教师的讲授、师生的交流、学生的讨论等活动 随时可进行，而这一点在面对面环境里也是很难做到的。 优势之二，虚拟课堂的无处不在性所具有的优势。这一优势对于成人学生来 说尤其重要。因此成人学生肩挑着工作与家庭的担子，在市场经济情况下的工学 矛盾又是那样的尖锐，因些，能不能根据自己的时间来修读课程，将会决定他是 学业有成还是半途而废。现代远程教育可以使学生在任何时候、任何地方学习他 j 一章积f j 夏冼慨进 所需要学习的任何东西，使传统教育尤其是成人教育所难以解孜的各种矛盾都可 迎刃而解了。 ( 2 ) 现代远程敦育所需的教学课件，改变了传统教育以课掌的教学内容、 教材、教师的经验以及学生的接受和理解等为主的方式，它可使优秀教师高超的 教学水平和现代化教学手段相结合，学生在学习过程中的信息反馈和学习资源帽 充实，教师和教材一体化。这种课件使优秀的教学资源得到充分利用：具有文字、 实物图像，声音、三维动画等多媒体信息，带来的直观、形象的教学效果；内容 包含众多信息，尤其是新工艺、新技术的信息，更新内容迅速，便于学生及时吸 收新知识。这种教学课件彻底改变了原教材古板、枯燥、单一文字的教学课本， 显示了无与伦比的优势。 ( 3 ) 现代远程教育的一个重要目标，那就是真正使学生( 而不是教育机构 或教师) 成为远程教育的中心，这是一个全新的概念。现代远程教育以学生的个 性化教育为核心，学生可以根据自己的需要和可能，自主决定学习计划，他可以 超越时空、跨越地域随机学习，对不同课程可根据情况确定不同的学习时间，在 学习中学生又可通过网上课件进行自我考试，测定成绩，它将激发学生的学习兴 趣。现代远程教育又将实施学分制管理，学生根据需要学满规定学分就可以毕业， 为实现因材施教和教育个性化提供了可能。 ( 4 ) 现代远程教育要求教学管理的观念和手段发生根本的变革，它要把管 理胃于信息的收集、处理，传播之上，管理的核心是实施以课程管理学分化为中 心的目标管理，也包括对各种教学资源的管理和学生网上学习信息的管理，即将 传统教学管理中的教务、考务、学务管理均以网上计算机管理所代替，根本改变 了传统教育管理模式手段落后，效率低下的状况。 在工业经济时代，教育的模式是学生走进教室，而在信息经济时代教育的模 式是教室通向学生。随着现代远程教育发展，未来的教育思想、教育内容、教育 模式和教育结构都将发生重大变化。发展远程教育可以为更多的人提供各级各类 的受教育的机会。发展现代远程教育，能够有效地发挥现有各种教育资源的优势， 实现资源的合理配置，提高全民族的科学文化素质，是我国经济、社会、文化发 展的现实要求。 发展现代远程教育作为一种新型的教育方式，作为构筑2 l 世纪终身学习体 系的主要手段，作为在我国教育资源短缺的条件下办好大教育的战略措施，作为 国家重要的基础设施来加大建设力度。确定科学合理的远程教学模式，是我国高 等教育丌展远程教学的核心之一，需长期的更深层次的研究 2 1 0 1 。 j ，q ，7 el p 人0 一ap 论文 第一章积f ，| 系统栅盎 2 ，1 2 远程教育理论 网络远程教育是由计算机辅助教学和传统远程教育在i n t e r n e t 发展后出现 的新的教育方式，其理论基础也随计算机辅助教学和i n t e m e t 技术的发展而经历 了行为主义学习理论、认知主义学习理论和建构主义学习理论的三次大的演变。 行为主义学习理论认为，一切学习都是通过条件作用，在刺激s 和反应r 之间建立直接联结的过程。该理论认为学习就是通过强化建立刺激与反应之i 日j 的 联结；教育的目标在于传递和再现客观世界的知识，学习者的目标是教学过程中 达到教师所预定的目标，得到与教师完全相同的理解。行为主义者不重视在教育 传递过程中学生的理解及心理过程。 与行为主义不同，认知学习理论认为，学习是主动地在头脑内部构造认知结 构：是通过顿悟与理解获得期待；有机体当前的学习依赖于从记忆中抽取的认知 结构和当前的刺激情境，学习受主体的预期所引导，而不是受习惯所支配。认知 主义强调学习者的内部认知结构，认为教育的目标在于帮助学习者习得由信息所 构成的事物及其特征，使外界客观事物内化为内部的认知结构。 建构主义学习理论是认知主义学习理论的最新发展，它与行为主义和认知主 义理论模式有很大的区别。强调以学生为中心，不仅要求学生由外部刺激的被动 者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者；而且夏塞 教师要由知识的传授者、灌输者转变成为学生主动建构意义的帮助者、促进者。 网络远程教育的以学生为中心、以学为主、利于交流和丰富的学习资源环境 等特征十分符合建构主义的理论，它使“以学习者为主体，以学习为中心”这乙， 建构主义学习理论的核心问题在实际教学中有了实现的可能。因此，使丌发的网 络教学课件符合建构主义学习理论是网络远程教育平台应有的重要功能。一 基于建构主义的教学模式，目前比较成熟的教学方法有“支架式”、“抛锚式”、 “随机进入式”等。在网络教育环境下，充分利用对建构主义所需的学习环境的支 持，可以结合网络的特点，将以上教学方法运用于网络课件的设计上。在这方面， 已有一定的研究成果。 由于大部分教师对使用计算机并不十分熟悉，对建构主义的理论在网络教育 方面如何应用更不清楚。所以，为了方便教师迅速、简便地设计出符合建构主义 学习理论的网络课件，有必要为教师提供基于建构主义理论教学策略的网络课件 设计模板。本系统就根据建构主义理论和对它的教学策略最新研究，总结了基于 网络的建构主义教学策略模扳，以方便课件设计者 4 1 。 2 2 积件的引入 2 2 1 积件思想的提出 乍一章影i 州趸j l m 述 网络课件是网络教育的重要组成部分，是教学信息的主要载体。它是在一定 的学习理论指导下，根据教学目标设计的，反映某种教学策略和教学内容的计算 机软件。优秀的课件能够按照某种学习理论和教学策略达到教学的目的，在教师 和学生的教学活动中起到一定的作用，但由于课件自身的基本特性，决定了在教 学活动中使用范围很窄，有很大局限性【i 】。作为计算机辅助教学的第一代软件， 课件曾经在课掌教学中发挥了重要作用，有力地推动了多媒体计算及技术在教学 中的应用。但随着计算机辅助教学特别是远程教学的大规模开展，课件存在的问 题同益突出，表现为固定性、特定性、封闭性。课件一旦制作完成，修改甚为麻 烦，不利于教师根掘课章教学环境进行构造重组，甚至无法体现任课教师的教学 思想。 为了克服课件存在的弊端，计算机辅助教学需要从课件思想向一种更加灵活 的，能适应于不同教师、不同教学情景的方向发展，当前先进的教学手段是以积 件代替传统课件，积件是由教师根据教学需要、学生特点自己组合多媒体教学信 息资源的新型教学软件系统。 积件是我国计算机多媒体辅助教学领域对历史经验和存在问题进行长期的 探讨与反思后提出的，是发展国内计算机辅助教学的新思路m 。 2 2 2 积件的定义 积件是师生根掘教学需要，自己组合运用教学信息库、教学处理信息库 以及工作平台的过程表明积件是一个过程； 积件是由教师和学生根据教学需要，自己组合运用多媒体教学信息资源 的教学软件系统表明积件是一个软件系统； 积件是针对课件的局限性而发展起来的新的教学软件模式和新的教材 建设思想表明积件是一种教学模式，是一种思想【”。 无论是过程，还是软件平台，都贯穿了一种思想，一种运用和变化的思想内 核。因此，积件首先应该是一种思想，其次积件也是一种教学软件，一种课件。 从课件结构类型划分，属于生成型课件。 积件思想源于搭积木的游戏，积木由许多的小模块组成，通过一系列人为的 组合，简单组合便可得到一定的结果，我们的课件模仿搭积木的形式，将教学内 容分成许多的小模块，使用者只需要通过简单的组合，便可构造出一个满足教学 需要的教学软件，称为积件式课件，也称为积件。 l o 加i ef 。、世j 学项f 论文 第一章积r 系。哪述 积件以知识点为分类线索，将教学信息资源与教学思想、教法、学习理论分 离，将过去课件设计者从事的教学设计回归到教师、学生的手中，成为教师和学 生进行教学活动的工具，因而具有高度的灵活性和可重组性，能较好地适应教材 课程体系的变化或教材版本的变化，体现了尊重人、以人为本的教育思想。教学 设计和学习理论的运用，不是在课件开发之初，而是由师生在教学活动中进行， 人是教学活动的主体，这是积件思想的核心。只要确立了积件的信息标准、入库 规范，积件在教学活动中就具有了可积性、丌放性和灵活性。 积件思想不只在技术上把教学资源素材库和多媒体组合平台简单叠加，而是 积件库( 包括多媒体教学资料库、微教学单元库、虚拟积件资源库、资料呈现方 式库和教与学策略库) 与积佴组合平台的有机结合。利用积件系统可以在需要的 时候，方便地将素材元素组合，开发出符合自己风格的，适合于不同教师、不同 教学情景的多媒体c a i 课件，因此，有利于教师和学生的个性与创造性的发挥。 2 2 3 积件与课件的关系 传统意义上的课件是指针对某一门课程特别编制的计算机辅助教学软件或 者直接是课本内容的完全照搬。这种课件通常形式比较单一、内容呆板，模式固 定，而我们的课章教学环境是千变万化的，不同的教师又有着不同的教学风格， 所以，传统意义上的课件很难被线教师接受，一直没有真币地在课掌上推广起 来。随着计算机工具化和多媒体的发展，学校教育技术现代化成为必须面对的现 实问题，人们开始重新思考过去对计算机辅助教学的理解，提出了积件的思想。 积件思想作为一种关于c a i 发展的系统思路，是对于多媒体教学信息资源 和教学过程进行准备、检索、设计、组合、使用、管理、评价的理论与实践。它 不仪仅是在技术上把教学资源素材库和多媒体著作平台的简单叠加，而是从课件 的经验中发展出来的现代教材建设的重要观念转变，是继第一代教学软件( 课件) 之后的新一代教学软件系统和教学媒体理论。 积件与课件的关系是继承与发展的关系，积件包含了课件的特殊性，课件是 积件的特例。对于个别化教学、学生自学、教师讲解某一特定问题、家庭教育、 网络上的学习等，课件是比较适宜的教学软件。它们的不同点是课件适用于某一 具体的教学环境，积件适用于任何变化的教学环境，移件更适宜于以教师学生相 互交流为主的课掌教学环境。课件经过适当加工( 去除冗余部分) ，就可纳入积件 的微教学单元库，为其他教师所使用：积件经某教师组合运用到具体的教学环境 中，也就构成了一个临时的课件。可见，课件与积件具有互相转化，相互组合， 相互包含的灵活性【8 j 。 西1 业人学呵 绝交 第二章“5 系一牺；盎 2 2 4 引入积件思想的意义 积竹系统适用面广，能发挥人的主体性，而且积件资料相互独立，能将网络 上的资源作为积件库资源，另外随着当前全球网络化的发展，一个学校、一个地 区，乃至全囤、全球的教学信息资源都可以由师生在课堂教学中通过网络进行检 索、重组，灵活地结合当f i 教学需要加以运用，还可以把两个或以上关联性很强 的积件重新组合成一个大的积件存放到积件库中运用。积件还具有与教材版本无 关的特性，再加上积件的素材来源广泛，取材手段多样等优点，因此随着计算机 技术的发展和更多的教育工作者和学生的参与，积件的发展规模和速度将与日俱 增，以积件式课件替代原有课件形式成为教学的主流手段也必将是现代教学系统 的发展趋势一j 。 2 3 积件系统的组成与特点 2 3 1 积件系统的组成 按照“积件系统是由教师和学生根掘教学需要自己组合运用多媒体教学信息 资源的教学软件系统”的定义，积件系统主要由两部分组成：积件组合平台和积 件库。 积件组合平台是用柬检索、集成、组合积件库中的积件素材，生成一个完整 的积件式课件的制作平台。产生的积件式课件可以直接作为课件使用，也可以作 为积件素材保存在微教学单元库中以便于以后使用。 积件库是教学资料和表达方式的集合，可将大量的知识信息素材提供给教师 和学生在课堂教学中自由使用。积件库是以知识点为基础的，每一知识点是一个 基元，与此同理，积件库的其他各部分也都各是一个基元。积件元件自身原则上 是固定的、独立的，可以是一段文字、一幅图片、一段声音或者一节视频等，也 可以是一段已经制作好的积件式课件，在实际教学时可以相互引用，像搭积木似 的灵活组合。可以根掘积件元件的类型、功能、服务的科目等特性划分积件库资 源，上海师范大学的黎加厚教授将积件库具体分成五类： ( 1 ) 多媒体教学资料库 以知识点为基础、按一定检索和分类规则组织的素材资料，包括图形、表格、 公式、曲线、文字、声音、动画、视频等多维信息的素材资源库。 ( 2 ) 微教学单元库 以帮助教师讲授某个教学难点，或帮助学生学习某个知识技能点为目的，或 为创设学习环境而设计的“小课件”和“微世界”。它的设计丌发方，去与原束的课件 l ! l i 北f 业人? 硕十论文 女一章积f 1 系统m 述 类似，不同的是微教学单元是供教师或学生在教学中重组使用而准备的资源，所 以它一般不需要封面设计，也不需要多余的背景、多余的解说配音等，它短小精 悍，符合“积件”组合平台要求的接口格式。 ( 3 ) 虚拟积件资源库 是由师生在课章教学中通过网络进行检索、重组、灵活地结合当前教学需要 建立的教学资源库。 ( 4 ) 资料呈现方式库 供师生选用的各种教学素材的表达方式。例如，屏幕上的图形和文字的移动、 变大变小、反白、闪烁、声音开关等等。将多种多样的资料呈现方式进行归纳分 类，设计成供教师容易调用与赋值的图标，就形成了教学资料呈现方式库。 ( 5 ) 教与学策略库 课堂教学的摸式、方法与策略成千上万，各种各样。如讲述方式、问答方式、 习题演练方式、记忆背诵方式、动手操作方式等。将不同的策略方式设计成可填 充重组的框架，以简单明了的图标表示，让师生根据自己的需要将不同的素材、 微教学单元与不同的资料呈现方式和教学策略方式相结合，将产生“组合爆炸” 式的效果，可灵活地应付各种教与学的情况。更能帮助学生发挥主观能动性，从 而进行积极探索和认知学习。 其中，多媒体教学资料库和微教学单元库是具体的教学知识内容库，又被称二 作实库，后三者是知识获取与表达运用的形式，又被称作虚库 i o l 。 积件系统的结构示意图如图2 - 1 所示： 图2 一l 积件系统结构图 积件组合平台和积件库，二者相辅相成，不可分割。没有积件库中丰富的资 料，积件组合平台就等于无料可裁，没有一个灵活方便的积件组合平台，积件库 中的素材也就无法发挥其作用。 帮穆4f 。记彤迦 2 3 2 积件系统刍勺特点 积件系统具有以下几个特点： ( 1 ) 基元性。将学科内容以知识点为单元，分类存放于素材库中，使用时 可方便地从索引中查到它的位置。“单元”可以是一页文字，一节视频，一张f 或 一组) 图片，一段声音或一组动画。这种类型的教学元件可以独立地被用户按自 己的需要反复组合和使用。 ( 2 ) 可积性。“可积”有两重含义：教师和学生可根据自己教和学的需要， 利用积件组合平台，将所需素材进行任意组合，构建成自己的教学课件、教案或 学习讨论稿；另外，积件库中的“单元”可以由外界获得补充，不断积累，而不影 响原有材料的使用，因此，也成为积件具有可拆性和重组性。 ( 3 ) 灵活性：很显然，独立型课件使用范围非常有限，而积件则不同，教 师上课前，根掘教学需要可以从本校或其他学校的积件库中进行检索，查到与本 课程相关得知识点和积件，先选择出最符合自己教学要求的积件。然后，再进行 下一步操作，这里可以有三种使