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多媒体“工程制图”协同学习系统设计与开发 宗士增 徐建成 吴欣 （南京理工大学制造工程学院，南京210094） 摘 要：根据工程制图的教学特点，设计并开发一个多媒体“工程制图”协同学习系统。文中首先根据协同学习的特点制定了系统的设计目标，选用了基于客户/服务器模式一种协同学习模型；然后对系统的结构和开发过程进行了描述。 关键词：多媒体；协同学习；工程制图 分类号：TP399 引言 “工程制图”课程教学要培养学生具有用图样表达工程设计结果的能力。教学中注重学生空间想象力的培养，强调由空间到平面、由平面到空间的思维过程，要涉及大量的图形表达。传统的教学中，这些必须依靠大量的模型、挂图来完成，效率低，且受到各种条件的限制。现代计算机技术、通信技术、网络技术、多媒体技术的发展，为“工程制图”教育手段的现代化提供了绝好的机遇。 “工程制图”教学与多媒体计算机技术结合产生了多媒体“工程制图”演示型和自学型计算机辅助教学系统[1][2] ，我们将其称为“工程制图”教育手段现代化的初级阶段。在此基础上，计算机网络与协同机理的引入产生了多媒体“工程制图”协同学习系统，使“工程制图”教育手段现代化进入高级阶段。 1 系统目标 计算机支持的协同学习系统是由计算机支持的协同工作与合作学习理论结合而成的一种新的学习方法；是在计算机支持的协同工作环境中，教师提出一个明确的任务，多个学习者对同一问题用多种不同观点进行观察、比较、分析、综合等交互活动。这些交互活动是深化问题理解和获得高级认知能力的外部条件。在教学活动中，教师观测学习的进行过程，并组织小组的交流，相互帮助与竞争，保证教学目标的实现；学生利用计算机环境解决问题、学习有关知识，培养协同处理问题的能力,积累协同工作的经验。 计算机支持的协同学习系统与演示型和自学型计算机辅助教学系统相比，具有如下优势： 有利于实现与高级认知技能、人际交往技能以及情感态度有关的教学目标。 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。 真正把因材施教与扩大教学规模统一起来。 能更好地适应现有的教学传统和学习传统，能把现代教育技术的强大功能与传统班级教学的优势很好地结合起来。 依据协同学习的特点及教育理论，开发多媒体《工程制图》协同学习系统应该具有如下目标。 教学目标方面 在认知领域，提高学生对知识的领会、运用、分析、综合和评价能力；在情感领域，激发学生的学习兴趣、转变学习态度；在动作技能领域，开发学生的动手能力和组织能力。 教学组织方式方面 应用个性化教学，采用独立学习、协同学习相结合的方式，注重学生和学生之间、教师和学生之间的交互。运用智能化软件，使教学过程具有自适应性，安排并鼓励学生按自身能力选择学习进度。 教学质量控制方面 考虑到学生人数的增加将对协同学习产生压力，应根据学习内容的难度、通信的容量、教师的指导能力等因素控制学生的注册人数，保证教学质量。另一方面，建立一个好的跟踪评价体系，使教师随时了解学生的学习情况，及时提出建议，控制教学进度和质量。 2 系统模型 协同学习对系统结构的要求首先是有很大的灵活性，应包括易于组装、扩充、剪裁和软件复用等特点；其次，系统应有很高的运行效率，特别是应尽可能发挥分布式并行处理的能力。目前，系统结构的实现方式有集中式和分散式两大类。集中式方法是遵循客户/服务器模式，服务器集中负责整个系统的管理、控制和调度。分散式方法是遵循每个程序模块均处于同等地位，没有主从之分，每个Agent均能自治地、并发地工作。 根据硬件条件和多媒体“工程制图”协同学习方式的特点，本系统采用基于客户/服务器模式一种协同学习模型[3]（如图1）。 在这个模型中，利用系统结构所提供的通信服务，可以实现教师与学生、学生与学生的通信、交流等活动。同时利用EDBMS（面向对象的工程数据库管理系统）提供支持教师与学生协同学习的协作处理，完善了协同学习系统。在系统中通过EDBMS管理的协同规则库、学生状态信息库可以制定学生学习策略及所需要的协同学习类型，同时通过课件库及试题库提供学生学习、评测的基本素材。在协同学习过程中，教师还可以根据情况，通过EDBMS动态地改变每个学生在协同学习中的地位及学习的方式、内容，控制整个协同学习过程。 3 系统结构 根据上述目标和协同学习模型，设计了如图2的多媒体“工程制图”协同学习系统体系结构。 由图可知，多媒体“工程制图”协同学习系统主要由课件库、学生信息库和教师模块、学生模块组成。教师模块主要功能是登录后进行学生状态监控，并根据协同规则组织学生协同学习；学生模块主要功能是登录后调用课件开始学习，并根据学生进行的相关内容测试给出评价信息，通过学生信息库传送给教师模块。 4 系统实现方法 将系统中的课件库和学生信息库作为服务器端的多媒体数据库进行管理，将教