网络多媒体教学资源构件库与组装平台.doc

网络多媒体教学资源构件库与组装平台Instructive Resource Component Base and Assemble Platform on Network本文首先介绍了网络多媒体教学资源构件库与组装平台的研究背景与设计目标，然后讨论了网络多媒体教学资源构件库的设计与实现，重点围绕教学构件的组成和三级结构的网络教学资源构件库设计模型展开讨论，三级结构使设计层次清晰，教学资源管理和维护变得相对简单。第三部分对知识点构件组装平台快捷备课系统的功能设计、知识点构件的可视化超链接与动态导航设计作以简单介绍。最后对教育应用工程发展前景进行了展望。关键字 教学构件 构件组装平台 可视化超链接 The research background and design object of Instructive Resource Component Base on network are introduced in this paper. Then the designing and realizing of the system is discussed, a model of three-layers organization is emphasized. The third section, the functions of the knowledge point component platform, visual dynamic hyperlink of the knowledge points and designing of navigation strategy of the instructive components are introduced simply. Finally, development foreground of education application engineering is looked forward.Key words：Instruction component,Component assemble platform,Visual hyper-Link1 前言信息技术及其相关领域的迅速发展，使现代教育技术发生很大的变化，特别是计算机辅助教学的模式和课件开发方法正在迅速更新。受软件工程影响，课件制作也从手工作坊式的编程设计步入创作工具开发的工程化轨道。随着多媒体技术和网络技术在教育领域的应用，国际教育信息化潮流对教育系统的高要求促成了基于知识构件的网络教育信息技术问世。软件行业工业化的趋势导致了软件构件（Software Component）的产生,目的是能够像硬件系统那样,将部分软件组合起来构建软件系统1。和软件系统一样,教育形势的要求,市场的竞争都迫切需要增加课件数量、提高质量、缩短课件开发时间。由教学设计预先决定内容，教学程序、教学模式固定的封闭式课件，因其在教学应用过程中难以修改，无法根据实际需要重组和改造之，可重用性差而应用受限。 因此， 将软件工程的构件技术和可重用技术尽快用于课件开发，研发教学资源构件库和灵活方便的教学构件组装平台，是当前信息教育技术重要的研究课题之一。我们近年的研究工作就是围绕着集软件复用、分布式对象计算、教学资源构件库、构件组装平台和超媒体系统等技术为一体的“基于构件的超媒体课件开发环境”进行的。先后完成了以知识点构件库为核心，以可复用教学知识点构件为组装预制块，开放超媒体链接,支持组装式课件复用的“超媒体积件创作系统HIAS”2、“超媒体积件学习系统HILS”3和基于多媒体素材库和知识点库的的快捷备课系统4,目前正在研制基于知识点的网络课程教学资源构件库及以构件组装平台为核心的教学支持环境,虚拟教室、教学代理研发也在进行中。本文主要介绍教学资源构件库及构件组装平台的设计与实现.2 网络多媒体教学资源构件库的设计与实现2.1教学构件的类型与组成教育构件可以象软件构件一样从多个侧面进行分类：根据教育构件的使用范围分为：通用构件和专用构件。根据教育构件粒度大小分为：小型构件(基本结构构件)，如素材、按钮、菜单等；中型构件(功能构件)，如知识点、网页等；大型构件(子系统构件)，如堂件、课件、实验系统、考试系统等。根据功能用途分为：系统构件，在整个构件集成环境和运行环境都使用的构件；支撑构件，在构件集成环境、构件库管理系统中使用的构件；领域构件，为专用领域开发的构件。根据构件的结构分为：原子构件，构成其它的构件的基础；组合构件，使用其它构件集成的构件。根据构件重用时状态分为：动态构件，运行时可动态装卸的构件；静态构件，设计时装入的构件。目前已实现的教育构件的组成除有各种媒体素材、知识点及习题三种基本原子构件外，还有堂件、教件、学件、课件，学科专业辅助构件（图纸、符号等）组合构件库，其中, 堂件、教件、学件、课件是在重用时可动态装卸的动态构件。2.2 网络多媒体教学构件库设计模型用户服务层 教/学平台构件组装平台虚拟教室安全机制超级链接动态导航构件管理客户机登录Web专用服务器教学资源构件库-应用服务层数据库服务器层图1 三级结构模型本系统教学资源构件库采用三级结构模型，即在客户机用户服务层和后端数据库服务器层中间增加一级应用服务层5，参见图1。客户机用户服务层 -客户机上只需要安装用户应用程序，它负责处理与师生的交互和与应用服务层的交互，面向师生和教学管理人员。功能完善的多媒体教学构件创作编辑系统安置在该层。-应用服务层 应用服务层负责处理应用逻辑， 应用服务层对各种客户机提供统一的应用服务接口,即协同式教学/学习支持环境。应用服务器中只有动态数据，因此可以动态扩充以适应不断变化的服务要求。在本系统应用服务层中提供教学构件组装与超媒体动态连接、多种导航机制、虚拟教室、学生学习纪录与考试管理等功能，同时设计了构件库多级管理、文档格式转换及有关安全机制。数据库服务器 数据库服务器根据应用服务层发送的请求进行数据库操作，并将操作的结果返回。利用存储的教学构件和相关教学信息资源，提供教学策略，进行教学事务处理。本系统设计的网络数据库主要包括教学资源构件库、实时交流数据库、学生日志习库、教学资源文献素材库等。用三层结构模型建立网络教学构件库不仅使系统设计层次非常清晰，课件开发和管理工作向服务器方转移，而且使得分布数据处理成为可能，教学资源管理和维护变得相对简单。2.3. 多媒体教学构件库的设计与实现构件库采用Visual C+设计。系统设计采用快速原型设计已完成教学构件资源库的三级分层管理。编写Windows环境下C+数据库应用程序所需要的组件中最重要的是开放数据库系统应用程序接口规范ODBC（Open Database Connectivity，）和OLE DB。有两种使用ODBC技术进行编程的方法：一种是直接调用ODBC API函数，实现对数据库的访问，另一种是利用MFC中的数据库类进行数据库编程6，本设计采用了后一种方法。OLE DB是提供一种与数据源类型无关的访问数据方法，可以成为访问文档、电子邮件系统、文件系统、电子表格、COM组件以及关系数据库的桥梁。2.4 构件的表示和检索目前有很多构件分类和检索方法。从构件表示出发可以分为人工智能方法、超文本方法和信息科学方法三类，而根据复杂度和检索效果的不同则可以分为基于文本的、基于词法描述的和基于规约的编码和检索。本系统采用超文本可视化、基于关键词分层检索及模糊检索等方法。 构件扩展和可重用性也已解决。 拟采用对象总线技术和基于开放分布式处理的对象技术规范（CORBA）进一步解决构件相互协调、相互通信和跨平台的透明的操作问题。3 构件组装平台及可视化超级连接3.1 知识点构件组装平台快捷备课系统功能构件组装技术以构件模型、构架描述和开放系统技术为基础。知识点构件组装平台快捷备课系统是以教学策略或教学路径为蓝图，通过素材、知识点、习题等构件组装得到最终应用系统-教件或学件的。它不仅使教件具有开放性、继承性、自繁殖性，而且实现了与教学方法、教材版本的无关性。快捷备课系统中的主要功能如下：1、 编辑生成以主页形式存在的知识点构件，知识点构件中的媒体素材可以灵活编辑、处理；2、 可以插入表格及HTML源代码，方便用户使用及功能扩充；3、 可在主页中生成图象映射图，还可以插入十多种页面切换效果及50多种特殊效果；4、 提供使用方便的媒体素材库，且与知识点编辑平台实现无缝链接；5、 课件运行导航图由可视化知识点链接平台自动生成。3.2 知识点构件的组装-可视化动态超链接快捷备课系统中的知识点构件的组装是通过可视化动态超链接实现的。超链接操作简单，使教师能按照教学需要，只用鼠标就可自由链接构造教学知识网络，然后系统自动生成超媒体课件。3.3 开放超媒体结构与导航知识点构件组装平台的核心技术是实现知识点之间的超文本链接，系统超链接的开放性表现在： 系统采用数据库与链库分离方法，不同的链接对应不同的教学路径和策略，链文件单独列表管理； 提供了通用工具的集成环境，数据属性对系统平台不形成依赖，资源构件可复用性强； 备课、授课在本环境内进行，但创作完成的课件也可独立运行，与平台无关； 教学资源处理可跨网分布，任何一位教师和学生都可成为一个超媒体课件的分布合著者； 构件组装平台扩充容易，新功能模块可方便地插入系统。由于超链接关系复杂，有效的“导航”策略很关键7。本系统采用的导航策略有如下几种：导航图导航-系统中利用系统提供超媒体链接的知识点网络图进行有效的动态导航，很有特色。用户可通过浏览导航图，确定自己当前面对的节点位置，并且很方便地直接进入要去的下个节点。检索导航。系统提供检索机制供师生查询，通过系统提供的信息网结构，用户逐步跟踪相关节点，缩小检索范围，直到查到所需信息。其中检索节点可用课程名、标题、知识点名等多种方式设置。 快速按钮导航。系统提供多种按钮，快速转到当前节点的任意父节点或子节点。浏览历史记录：记录在超媒体知识空间所经历的历史路径，可随时快速跳转到以前浏览过的页面。4 结论基于对象的构件软件体系结构十年来虽然取得了巨大发展，但由于时间短，它在某些方面还有待进一步提高。首先，要制订统一的构件软件技术规范,和提供构件互操作机制。其次，用于开发和管理构件的工具十分缺乏，不利于构件技术的广泛普及。第三，需要建立一套构件软件体系结构、质量保证和维护体系，使构件的生产走上标准化的道路。这些同样是教育构件面临的问题。根据IDG和Gartner等组织的预测， 2000年以后构件技术逐渐成熟,将有超过半数的新应用开发是基于构件的。因此，围绕教学资源构件的制作、管理和应用技术的教育应用工程必将迅速发展。目前采用构件思想的课件开发工具还不多，应用教育构件开展教学和学习正在起步。当务之急是要建立可共享的学科、课程等教学资源构件库。在信息技术飞速发展的今天，课件制作必需迅速转向工程化制作，并制定标准规范，以提高效率与质量。为使教育与国际接轨，我们现在就应提倡在提供各类课件的同时提供知识资源库和多媒体教材素材库，增强课件的开放性以利于推广。教学资源构件库的研究除开放性、可重用性外，具有与异构数据库的同构性和可移植性以及动态更新，也是要解决的技术难点之一。参考文献1 李强 王正志 构件与构件开发系统 计算机世界98光盘B盘专题报告2Liu Ganna ,Design and Implementation of Net Hypermedia Integrableware Authoring/Learning system,Proceedings of ICCE99,东京，日本 (1999.11)