基于Web的工程制图协同学习系统的实现

基于Web的工程制图协同学习系统的实现徐建成宗士增司相凯（南京理工大学机械工程学院南京210094）摘要通过传统教学方式和基于网络学习的方式的分析和比较，得到基于网络协同学习的诸多优点，提出了一种基于Web的工程制图网络协同教学的模型，并对各个模块进行分析。经过试验验证此系统取得了较理想的效果。关键词基于Web，协同学习，多媒体，工程制图TheRealizationofWeb-BasedEngineeringGraphicsCollaborativeStudingSystemSIXiang-KaiXUJian-ChengZONGShi-Zeng(InstitueofMechanicalEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094)AbstractThetraditionalwayofstudyandtheWeb-basedstudyareanalyzed.MuchWeb-basedstudy’sstrongpointshavebeengot.AmodelofWeb-basedengineeringgraphicscollaboreativestudingarepresented.Eachmoduleisanalyzed.Thissystemgiveusasatisfyaingresult.KeywordWeb-based,collaboration,multimedia,VR.1引言随着计算机网络的普及，新的软件、硬件和用户数据通信界面开始逐渐改变人们获取信息的方式。人们开始从被动的接受信息变为主动获取，进而变为主动制造、提供信息。Internet的出现和Web技术的发展，更有力的支持了电子信息服务和大众信息媒体的传播。在教育方面，Web汇集了各种各样的网络资源和交互式多媒体信息，它的多平台交互和多媒体功能为教师提供了新的教学环境和教学手段。人们的工作方式具有群体性、协作性、交互性和分布性等特征，学习也是如此，仅仅强调个别化是不行的。基于Web的协同学习研究以提高教学效率和质量为目标；老师和学生可以在网上学习、讨论，充分体现以人为本、团结协作的思想，最终实现教学质量的整体水平的提高。在我国，长期以来传统的教育方式以教师、课堂、书本为中心，老师讲、学生听，使学习的主体——学生长期处于被动地位，学习效率低。90年代后，在新技术带动下教学改革如火如荼的开展开了，其中比较有代表性的便是CAI——计算机辅助教学。多媒体技术给课堂教学引入了图形、文字、影象、声音、动画和视讯等多种媒体，提高了教学效率，也激发了学生的创造性思维。但是，CAI不能体现出协同学习的优势，在学习过程中学生是被动的，教师与学生间无法交流，在教学过程中需要教师针对性的指出学生错误，交互的交流指导，协同学习可以产生群体气氛，通过共同讨论，建构，弥补个别化学习的不足。2Internet网络教学的实现形式目前来看，Internet网络教学主要有以下几种方式：⒈用浏览器开展简单的网络教学。（全球信息网）是Internet中的超文本超媒体信息查询系统，使用超文本传输协议（HTTP）传送，上不同站点的信息进行有机组合，并按相关程度链接起来，提供了快速导航的手段。可能利用中的丰富教学资源，为学习者提供大量的教学信息，开展网络教学。这种方式比较适合于学生课后查阅与教师课堂教学内容相关的背景资料，有利于扩大学生的知识面。⒉利用HTML建立网上教学系统。借助于诸如HTML、ASP等网络语言，在Internet上建立自己的Web网站，从而使相关的多媒体教育信息能在网上发布，学生通过浏览器访问，可以使学生在因特网上按教师的意图或教师指定的内容进行学习。另外，教师还可以借助HTML语言在网络上发布学生成绩、评选优秀学员，通过E-mail、交互软件等实现网络教学交互答疑，开辟网上教学论坛供师生探讨共同感兴趣的话题等等，从而使学习效率提高，教学方式更多样化。⒊通过Java实现实时交互教学。利用Java语言实现网上教学已经成为世界教育技术研究重点，因为它可以很好的满足教学对交互的实时、灵活的要求。鉴于目前我国许多高校已建立了连通Internet的校园网，Java语言为我们提供了难得的机遇。应该高度重视用Java开发网上教学信息，满足实际教学需要。虚拟现实建模语言是描述基于通过Internet的多个参加者的交互仿真环境语言。利用VRML，虚拟世界的显示、交互和互连等所有方面都可在Internet网上实现，把Internet带入全新的三维空间，并能通过Java的Applet实现与三维空间的对象进行多用户的实时交互；利用VRML，用户可以在虚拟的教室里漫步，翻阅一本虚拟的书籍，甚至填写一些虚拟的卡片目录。VRML象HTML一样，用ASCII文本格式来描述境界和链接。在保证在各种平台上通用的同时，也降低了数据量，从而在低宽带的网络上也可实现。而且Java和VRML可以很好的交互，因入VRML可以使网络学习变得更加生动。3基于Web的工程制图协同学习系统的特点协同教学允许存在时间和空间地域上的分布，他们之间的交互既可以同步发生，也可以异步发生。随着Internet在学校应用的广泛深入，异地方式的协同教学更受欢迎，它具有以下的特点：学生和教师，学生和学生，在任何连网的计算机上都能进行学习、交流，不受地点的限制。真正可以实现任何人、任何地点、以多种网络交互的方式与老师、同学交流和讨论。对某个学习内容的讨论可以持续进行，任何人都可以加入，提高了讨论的深度和广度。参加学习讨论的都是对问题感兴趣的人，能平等的参与，积极主动的交流讨论。基于Web的协同学习的优点还有：能产生一种群体气氛，充分发挥群体动力和集体协同合作的协作效应。有利于实现与高级认知技能、人际交流技能以及情感态度有关的教学目标，以补充个别化教学的不足。真正把因材施教与扩大教学规模统一起来，有效解决个别化教学与班级教学的矛盾。能把现代技术、教育理论和传统的班级教学优势很好的结合起来。使远程教学更加有效和更有吸引力。智能化的学习系统，可以人性化引导学生学习，并能指导学生的不足，以弥补网络教学存在的不足。4基于Web的工程制图协同学习系统模型基于Web的机械制图协同教学采用TCP/IP协议实现远程交互式教学；同时，应用数据库将学生的信息保存起来，通过智能化模块，对一些共性的问题系统统一指导，消除个体间的差异，是学生能较好的掌握这门课程。系统的主要功能有交互性——通过网络及时的了解学生情况和演示教学内容，并加以指导；智能性——系统可以保存学生的所有信息，能在一定情况下有针对性的指导学生，并可给出学生一些智能化的提示及导航；管理化——系统对学生信息、学习测验及交删除系统状态监视互信息进行管理。图1系统建立在Web协议的基础上。总体结构模型如图1所示，其中：学生数据库用于记录学生的基本信息，如姓名、登录密码等，同时也记录了学生的学习状况；课件库中存放了工程制图的多媒体课件，模型及其动画等供指导授课程序调用，同时学生也可以根据自己的兴趣自由调用；而课程信息库记录了这门课的信息，如授课内容、知识点；教学规则库中存放了教学规则，如当学生在做一些基本概念题或低难度的题时，提示学生重温习相关内容。试题库是每个章节的相关试题，也供指导授课程序调用，调用时是随机调用，比如从10道题目中随机的调用5题。学生通过Desktop完成登录，并根据网络环境进行交互式协同学习，指导授课程序引导学生学习，并智能化的指导学生的不足，根据学生的学习状况更新数据库的内容。学习评价程序通过数据库中学生的各方面资料，给学生一个总体评价。教师也从Desktop等录，实时的指导学生的学习，解答学生提问，给出谈论主题或者提出有代表性的问题等，并能通过在线BBS，聊天室，NetMeeting等和学生实时交互指导。教学管理也是由Desktop实现的，教学管理者可以以专有的身份对服务器的程序和数据库进行修改，更新。系统的各个主要模块的功能如图2所示。教学规则库课件库课程信息库试题库指导授课程序学习评价程序LAN或Internet学生数据库Server2Server1学生教师教学管理协同教学系统学生模块教师模块测试模块登录界面学习界面信息交互录入查询修改查看学生学习疑难问题解答题库取题自动批改信息提示教学管理图2系统的功能模块图5基于Web的工程制图协同学习系统的实现方法实现此系统的主要的软件是InternetExplore5.0以上版本、Microsoft的InternetInformationServer（IIS）和NetMeeting等。学生通过登录界面登录，服务器将提交的用户信息与数据库里的信息如用户名密码进行比较分析，使的学生能登录到学习界面。系统会把每一个学生的交互信息自动添加到数据库，其中包括学生的学习时间，测验情况，学习进度等。在系统的指导下，学生可以完成各个章节的学习，伴着生动的网页和形象直观的动画学生可以高效率的学习工程制图这门课程。在没有教师的情况下，系统还可以智能化的指导学生的不足。比如弹出提示窗口，指出问题和解决的方案。教师以教师身份登录，可以监视系统的状态，查看学生的学习情况，并能解答一些疑难问题，交互的和学生交流。教师可以在适当的时候通过NetMeeting和同学们召开网络会议。每学完一个章节，学生会有一次测验，测试模块就可以随机的从试题库调出题目让学生解答，并进行打分评测。对学生学习的整体情况，系统的学习评价程序会根据学生的学习时间、测验结果、交互状况及其学习进度按照学习评价算法进行评测，给出每一个学生一个总体评价。学生可以通过在线BBS、主题聊天室、留言板、NetMeeting等进行交流与协作,如图3主学习界面和图4BBS在线论坛界面。主学习界面由标题、导航条、和主浏览界面组成。如图所示，学生点击导航条上的内容就可以进入聊天室、在线BBS等交互界面，主浏览界面由章节目录和图文框组成，学生点击做变得每节的超链接标题就可以在右边的的图文框里浏览学习内容了，图文框里嵌入了动画插件，可以点击浏览动画。在线BBS论坛界面，由三部分组成。最上面的工具条可以让学生查看在线人员和新发表文章，学生可以给在线或者不在线的老师同学留言。左下区域是文章目录区域，点击可以在右边阅读文章，右边的表单区域可以供学生撰写文章和留言，也通过个区域查看文章和留言。在线BBS是师生进行协同学习的一个重要手段。图3主学习界面6结束语计算机网络技术的发展给网络教学注入了新的活力，本文提出了一种工程制登录界面图的网络协同教学系统，建立了一种工程制图网络协同教学的模型。充分利用了网络的优势，弥补了传统教学方式的不足。通过试验该系统取得了较理想的效果。在实验模型中我们对许多因素做了简化，比如，模块中的指导授课程序虽然已经能够智能化的指导学生的学习，但是它仍然只是该领域一个初步的探索，学习评价程序里的学习评价算法，也有待更深一步的研究，总之，许多方面还有待于进一步的完善。图4BBS在线论坛界面参考文献1郭幕思.多媒体教学应用研究.电脑信息与技术，1999，No.2：13～152孟宪虎，潘俠.综合多媒体校园教学网络的功能实现.计算机工程与应用，2001，41～433曹健等.CSCW下协同设计的多版本问题及其管理策略.计算机工程与应用，No.11：32～344赵联宁.网上教育的实现.微型电脑应用，16（1）：7～95蒋丹等.工程制图CAI远程集成教学系统的实现.工程图学学报，No.1：101～1066周勤.计算机辅助教学的新发展.计算机与现代化，No.5：36～397KazuoWatase,MattiHamalanier.AnInternetBasedCollabrativeDistanceLearningSystem.ComputerandEducation,24(3)8JianFeng,ZongkaiLin.AHuman-HumanIn