基于積件課件的輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

司玉杰，時(shí)振濤，張仕林，劉夢(mèng)潔

（太原科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西 太原030024）

從目前高校的教育方式看，使用課件進(jìn)行授課已然成為一種重要的途徑，課件作為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的第一代軟件，大幅度提高了教師的教學(xué)效率，同時(shí)也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)在課堂教學(xué)的廣泛應(yīng)用。但隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)過程中發(fā)揮著越來越重要的作用，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式已經(jīng)不適配校園網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展程度和進(jìn)步速度，傳統(tǒng)教學(xué)中的課件也越來越暴露出它的問題，即都具有固定性、特定性和封閉性的現(xiàn)象。這主要是因?yàn)榇蟛糠终n件的制作都是以特定的課程為基礎(chǔ)，其是和教學(xué)任務(wù)相匹配的，所針對(duì)的教學(xué)環(huán)境和對(duì)象也是特定的，所以只適用于相配套的教材。也正因?yàn)樯鲜鲈?，課件一旦制作完成，教師很難對(duì)其進(jìn)行更改，教師的教學(xué)思想又不能充分地融入進(jìn)去，學(xué)生的創(chuàng)造性和主動(dòng)性也受到了遏制，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了反作用，學(xué)生難以對(duì)知識(shí)點(diǎn)有全面的認(rèn)識(shí)，這不利于教學(xué)質(zhì)量的提高。為了提高課件的共享性和重用性，并將教師從復(fù)雜的教學(xué)軟件設(shè)計(jì)工作中解脫出來，積木課件（Integarable Ware，簡(jiǎn)稱“積件”）思想應(yīng)運(yùn)而生。

本文針對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，通過積木思想將各個(gè)學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容分割成一個(gè)個(gè)的知識(shí)點(diǎn)，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞降贸鲆环N“碎片化課件”的解決方法，設(shè)計(jì)一種基于積件課件的教學(xué)輔助系統(tǒng)。本系統(tǒng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和實(shí)際需要，以知識(shí)點(diǎn)為單元構(gòu)建教學(xué)資源。教師可以根據(jù)教學(xué)需求設(shè)計(jì)出可重組、可積、具有良好互動(dòng)性的積木課件，這些以知識(shí)點(diǎn)為單元的積件可以像積木一樣，可聚可散，可積可拆。教師能夠調(diào)用資源庫里的內(nèi)容，重新組裝一個(gè)符合自己教學(xué)需求的課程課件。同時(shí)，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需要，自由組合自己的學(xué)習(xí)資源，以提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。該系統(tǒng)在一定程度上降低了課件開發(fā)的難度，減少了軟件設(shè)計(jì)的工作量，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的重復(fù)利用和學(xué)科內(nèi)教學(xué)資源的共享，使計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)向更靈活，適應(yīng)不同教師、不同教學(xué)情境的方向發(fā)展。

1 系統(tǒng)分析

基于積件課件的輔助教學(xué)系統(tǒng)以CELTS 教育資源分類體系為指導(dǎo)，對(duì)教學(xué)資源庫中的積件所屬概念對(duì)象進(jìn)行細(xì)分。該系統(tǒng)以B/S 結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)主體，采用JSP 語言實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊。網(wǎng)絡(luò)通信方面，采用當(dāng)前相對(duì)安全和便捷的Http，然后在服務(wù)器上進(jìn)行Tomcat 的部署和MySql 的搭建。積木課件系統(tǒng)主要包括遠(yuǎn)程應(yīng)用服務(wù)器端、瀏覽器端和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫三部分。遠(yuǎn)程應(yīng)用服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)瀏覽器端上所有用戶操作，瀏覽器端只需要將初始的數(shù)據(jù)通過瀏覽器發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)器，服務(wù)器就會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理過的結(jié)果反饋回瀏覽器端的用戶，這樣的結(jié)構(gòu)能夠極大減輕用戶端的運(yùn)行負(fù)荷。使用MySql 數(shù)據(jù)庫，能夠加快數(shù)據(jù)的訪問速度，也容易查詢滿足條件的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

該系統(tǒng)以知識(shí)點(diǎn)為基本元素，實(shí)現(xiàn)積件上傳、積件下載、積件預(yù)覽、積件庫管理、用戶管理等功能。教師可以對(duì)資源進(jìn)行引用，像搭積木一樣組建一個(gè)全新的課件進(jìn)行上傳，學(xué)生可以對(duì)課件或積件進(jìn)行預(yù)覽和購買。管理員全局管理教師、學(xué)生、課程和訂單等信息。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是低成本開發(fā)、低成本維護(hù)和高效率使用，能夠給用戶一種即時(shí)性、交互性的課件管理服務(wù)，以滿足高校教育中使用課件進(jìn)行輔助教學(xué)的需求。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

基于積木的輔助教學(xué)系統(tǒng)主要分為兩個(gè)子系統(tǒng)：教學(xué)資源子系統(tǒng)和積木課件子系統(tǒng)。教學(xué)資源子系統(tǒng)主要向?qū)W生級(jí)用戶提供可供使用的積件資源以及簡(jiǎn)便的查詢課件功能，使學(xué)生可以檢索出滿足教學(xué)和學(xué)習(xí)需求的課件，通過充值功能，有償將需要的教學(xué)資源下載保存到本地，以便進(jìn)行學(xué)習(xí)。積木課件子系統(tǒng)主要提供給教師級(jí)用戶課件制作功能，是一個(gè)開發(fā)積件和組合課件的平臺(tái)。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

教學(xué)資源子系統(tǒng)包含的功能模塊有：①用戶信息管理模塊。系統(tǒng)對(duì)用戶進(jìn)行身份驗(yàn)證，從而保證安全登錄，并且支持用戶注冊(cè)，還提供了用戶信息顯示與編輯功能。②積件/課件查詢模塊。用戶根據(jù)其學(xué)習(xí)需求查詢課件或者積件，本系統(tǒng)提供的查詢方式有快速查找和根據(jù)課件類別進(jìn)行分類查找。③購買資源模塊。用戶瀏覽課件或積件基本介紹后，可以選擇購買②③④⑤⑥課件或積件，費(fèi)用從自己的賬戶中扣除。④預(yù)覽和下載功能。用戶根據(jù)自己的需求查詢積件和課件，了解所需資源的相關(guān)介紹。購買后可以下載已經(jīng)購買了的課件，并對(duì)這些課件進(jìn)行全預(yù)覽，實(shí)現(xiàn)線上學(xué)習(xí)。⑤賬戶管理模塊。用戶可以“監(jiān)督”自己的“網(wǎng)上錢包”，通過在本系統(tǒng)充值，然后可以查看當(dāng)前賬戶的余額信息。在進(jìn)行了購買操作后，余額會(huì)扣除相應(yīng)的金額。⑥訂單管理。用戶選擇要購買的積件和課件后會(huì)生成訂單，付款前，用戶和管理員均可以對(duì)訂單進(jìn)行管理。

積木課件子系統(tǒng)包含的功能模塊有：①積件管理模塊。教師根據(jù)課程大綱中的知識(shí)點(diǎn)，以知識(shí)點(diǎn)為基本元素創(chuàng)建課程積件，并對(duì)積件進(jìn)行相應(yīng)的管理。管理員也可以對(duì)積件進(jìn)行查詢操作。②課件管理模塊。教師可以根據(jù)課程需求創(chuàng)建某門課程的課件，該課件利用已經(jīng)存在的積件進(jìn)行組合而成。教師可以對(duì)已經(jīng)存在的課件進(jìn)行管理，也可以拆分課件中的積件，實(shí)現(xiàn)課件的靈活制作、積件的重復(fù)使用，提高積件的使用效率。③課程管理模塊。教師和管理員均可以創(chuàng)建一門課程，管理員負(fù)責(zé)指定課程負(fù)責(zé)教師。課程的具體大綱及相關(guān)內(nèi)容由負(fù)責(zé)教師來制定。每個(gè)教師都可以查看課程相關(guān)內(nèi)容。④教師信息管理模塊。管理員對(duì)注冊(cè)教師進(jìn)行身份驗(yàn)證，從而確保教師的真實(shí)性和系統(tǒng)的安全性。教師可以編輯個(gè)人信息。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

積木輔助教學(xué)系統(tǒng)使用MySql 數(shù)據(jù)庫作為存儲(chǔ)，利用PD 創(chuàng)建概念數(shù)據(jù)模型（CDM），從而將積件與課件、課程、知識(shí)點(diǎn)等建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于靈活制作課件，完成課程輔助教學(xué)系統(tǒng)。本系統(tǒng)有8 個(gè)數(shù)據(jù)庫表：管理員、教師、學(xué)生、課程、積件、課件、賬戶和訂單，系統(tǒng)的CDM 模型如圖3所示。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

2.3.1 查詢功能

查詢包含快速查詢、高級(jí)查詢、分類查詢。實(shí)現(xiàn)的查詢功能既可以選擇主題、關(guān)鍵字、作者、作者單位等幾種查詢選項(xiàng)之一來進(jìn)行快速查詢，也可以選擇幾種選項(xiàng)按照“與”或者“或”的關(guān)系組合在一起對(duì)課程或知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行高級(jí)查詢。或者是基于課程或知識(shí)點(diǎn)，用戶選擇按照課程類或?qū)W科類來分類查詢，這種查詢采用兩種查詢方式，一種是模糊檢索，可以將屬于某一個(gè)學(xué)科或課程類的所有課程或知識(shí)點(diǎn)全部檢索出來；另一種是精確檢索，通過輸入課程名或知識(shí)點(diǎn)名來精確地檢索符合條件的課程或知識(shí)點(diǎn)，從而大大提高數(shù)據(jù)檢索的精確度。

2.3.2 積件課件的管理

積件的類型種類比較多，存儲(chǔ)時(shí)要針對(duì)不同類型采用不同的存儲(chǔ)方式。如文本類結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，目的在于方便查找和檢閱，而位圖圖像、聲音文件、視訊、Flash 等，這些都是無結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，考慮到它們的數(shù)據(jù)類型，這些無結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)主要以文件的形式進(jìn)行存儲(chǔ)；相比較于文本類結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對(duì)于無結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的訪問比較復(fù)雜，一般采用間接的方法進(jìn)行訪問，即通過查找數(shù)據(jù)庫中的資源無數(shù)信息來間接實(shí)現(xiàn)。

圖3 輔助教學(xué)系統(tǒng)的CDM 模型

2.3.3 積件引用組合

積件是以知識(shí)點(diǎn)為基本單位存在，因此，一門課程需要課件時(shí)，應(yīng)當(dāng)將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的的課件組合在一起形成一門完整的課件。另外，用戶購買課件時(shí)也是以積件為單位進(jìn)行購買，當(dāng)用戶購買完所需積件后，如有需求，也要將購買積件進(jìn)行組合，形成完整的課件。這其中的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何組合積件。本項(xiàng)目采用的解決方法是，在組合積件時(shí)，按照積件所屬的學(xué)科分類以及積件本身的關(guān)鍵字進(jìn)行組合，如果不屬于同種類的學(xué)科，積件是無法組合在一起，如果積件屬于同一學(xué)科，但所涉及的內(nèi)容不一致，同樣也無法進(jìn)行組合。這就需要組合的積件必須是同種類型，即積件所屬學(xué)科相同，所授內(nèi)容屬于同一種課程，而且積件的內(nèi)容不可以有太多重復(fù)，達(dá)到這個(gè)要求主要是通過對(duì)積件的類型以及積件的關(guān)鍵字進(jìn)行匹配來判斷。

3 系統(tǒng)測(cè)試

基于積件課件的輔助教學(xué)系統(tǒng)基于B/S 模式三層架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，共分為兩個(gè)角色登錄，即教師登錄和管理員登錄，兩個(gè)角色都是通過輸入自己的用戶名及密碼，通過form 表單傳入Servlet 調(diào)用Service，最終使用DAO 層的方法將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)取出進(jìn)行匹配，匹配成功后進(jìn)入對(duì)應(yīng)主頁。管理員和教師登錄后的界面如圖4 所示。

教師在課件部分可以創(chuàng)建積件單元，并將本地基于知識(shí)點(diǎn)的積件上傳平臺(tái)。也可以創(chuàng)建某課程，引用平臺(tái)相關(guān)積件進(jìn)行組合，形成該課程的課件。創(chuàng)建積件課件如圖5 所示。積件課件的引用如圖6 所示。用戶可以直接使用數(shù)據(jù)庫中已有的課件，將其引用至自己新建的課程中。用戶也可以對(duì)一門課程中的積件進(jìn)行刪除和更新，管理課程引用積件的運(yùn)行界面如圖7 所示。

圖4 管理員和教師登錄后的界面

圖5 創(chuàng)建積件課件

圖6 積件課件的引用

圖7 積件管理運(yùn)行界面

學(xué)生用戶想要購買課件時(shí)，首先需要賬戶余額有足夠的積分購買課件，本系統(tǒng)提供微信支付充值，充值以后通過計(jì)費(fèi)功能購買課件。用戶在購買前只能預(yù)覽課件三頁內(nèi)容，購買后可以下載并瀏覽課件所有內(nèi)容。用戶充值運(yùn)行界面如圖8 所示，預(yù)覽部分課件內(nèi)容界面如圖9 所示。

圖8 用戶充值運(yùn)行界面

圖9 預(yù)覽課件運(yùn)行界面

用戶在購買課件以后，可以在后臺(tái)看見自己的購買訂單記錄，訂單里面包括了所購買的課件名稱、課件價(jià)格和購買時(shí)間。購買訂單運(yùn)行界面如圖10 所示。

4 結(jié)束語

基于積件課件的輔助教學(xué)系統(tǒng)根據(jù)積木思想將課程的知識(shí)內(nèi)容分割成一個(gè)個(gè)的知識(shí)點(diǎn)，以知識(shí)點(diǎn)為基準(zhǔn)創(chuàng)建積件課件，并將這些積件單元存儲(chǔ)在平臺(tái)，供所有相關(guān)課程共享該積件內(nèi)容。這些積件像拼積木一樣，可聚可散，可積可拆。教師通過引用積件課件，重新組裝一個(gè)符合自己教學(xué)需求的課件。同時(shí)學(xué)習(xí)者也可以根據(jù)自己學(xué)習(xí)需求，購買各個(gè)積件，組建符合自己學(xué)習(xí)特點(diǎn)的課件。本系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)方面本著簡(jiǎn)易、高效的設(shè)計(jì)理念，采用Http 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端與客戶端的快速通信。整個(gè)系統(tǒng)基于Web Server+MySql 的B/S系統(tǒng)框架來進(jìn)行開發(fā)，服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)中所有功能的后臺(tái)數(shù)據(jù)處理與交互；而客戶端在瀏覽器中進(jìn)行使用，用戶在任意終端機(jī)的瀏覽器中通過訪問IP 進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行操作?；诜e件課件的輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既提高了課件的使用率，也實(shí)現(xiàn)了課件資源的共享，減少了教師設(shè)計(jì)教學(xué)課件的工作量，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性。接下來本系統(tǒng)將會(huì)繼續(xù)在功能和操作方面進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化系統(tǒng)界面，提高用戶的交互性，拓寬科目類別，使積件系統(tǒng)更加完善。

圖10 訂單列表界面