張欣 徐進(jìn)杰 陸月 渠繼東

摘要:該文介紹利用Visual Studio 2010和Authorware 7.02制作的ICAI在船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)上的應(yīng)用,分別從制作背景，設(shè)計(jì)思路,利用到的技術(shù)工具,處理手段和與其他技術(shù)的融合應(yīng)用前景來(lái)論述。

關(guān)鍵詞：ICAI；船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)；Visual Studio

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)16-3917-04

Visual Studio船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是船舶與海洋工程必修的一門課程，該課程圖表較多，計(jì)算量很大且與材料力學(xué)，船體結(jié)構(gòu)力學(xué)等多個(gè)課程關(guān)聯(lián)很大，采用傳統(tǒng)教學(xué)很難達(dá)到滿意的教學(xué)效果。通過(guò)傳統(tǒng)的CAI（Computer Assisted Instruction,即計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)）只能使學(xué)生通過(guò)文字、圖片對(duì)概念知識(shí)有簡(jiǎn)單了解,缺乏交互性。

1現(xiàn)狀與概況

CAI的生命力在于交互性，現(xiàn)在的CAI交互性不足，在更新技術(shù)的支持下，CAI應(yīng)該具有更強(qiáng)的交互性,學(xué)生在與計(jì)算機(jī)詢問(wèn)和回答的交互中學(xué)習(xí)。ICAI(Intelligent Computer Assisted Instruction System，即智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)）成為現(xiàn)在輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究和發(fā)展方向。ICAI將教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)策略分開，當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí),通過(guò)智能診斷機(jī)制判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，分析學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因，生成實(shí)時(shí)的學(xué)生模型，向?qū)W生提出更改建議、以及進(jìn)一步需要學(xué)習(xí)內(nèi)容的建議；通過(guò)對(duì)學(xué)生資料庫(kù)中學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤分布的統(tǒng)計(jì)，向教師反饋教學(xué)重點(diǎn)的建議。同時(shí)，通過(guò)教師界面為教師提供友好的教學(xué)內(nèi)容界面，可以隨時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。

因此，我們將船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步開發(fā)成ICAI，是該課程可以采用更靈活、更具交互性的方式來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，開展教學(xué)工作。

2選用的開發(fā)工具

2.1 Authorware

Authorware是采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想,基于圖標(biāo)和流線的多媒體制作軟件。Authorware提供了龐大的功能函數(shù)，其支持11種交互作用響應(yīng)類型，每種響應(yīng)都實(shí)現(xiàn)不同的功能，包括文本輸人響應(yīng)、熱區(qū)響應(yīng)、熱對(duì)象響應(yīng)、按鈕響應(yīng)、條件響應(yīng)、事件響應(yīng)。這些函數(shù)和交互作用響應(yīng)類型使得不具有編程能力的用戶也能創(chuàng)作出一些高水平的多媒體作品，而且能夠與多種多媒體制作軟件結(jié)合，共同實(shí)現(xiàn)多媒體的功能等特點(diǎn)。在Authorware中實(shí)現(xiàn)交互設(shè)計(jì)的技術(shù)是該軟件強(qiáng)大功能的集中體現(xiàn)。

2.2 Visual Studio 2010

Visual Studio 2010是微軟公司推出的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境，是目前最流行的Windows平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，提供了用于解決常見(jiàn)編程任務(wù)的構(gòu)建基塊（預(yù)制的軟件），從而能夠進(jìn)行可視化的編程，借助于Visual C++可以快速構(gòu)造具有出色的應(yīng)用程序,方便地進(jìn)行多媒體軟件的編輯,各種功能的實(shí)現(xiàn)。

3 ICAI系統(tǒng)

3.1 ICAI的開發(fā)思想

Authorware的編輯制作過(guò)程首先用系統(tǒng)提供的圖標(biāo)建立應(yīng)用程序的流程圖，然后通過(guò)逐個(gè)編輯圖標(biāo)，添加教學(xué)內(nèi)容。這種流程圖式的程序結(jié)構(gòu)能直觀地表達(dá)教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)教學(xué)思想，反映教學(xué)過(guò)程。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)和各章節(jié)之間不同聯(lián)系和要求，采用不同的內(nèi)容關(guān)聯(lián)安排方式：

1）樹型結(jié)構(gòu)。在主操作目錄下采用樹型結(jié)構(gòu)，即每一章節(jié)作為一個(gè)樹枝，作點(diǎn)擊鼠標(biāo)就進(jìn)入這一章節(jié)，系統(tǒng)隨即進(jìn)入所選章節(jié)。該部分主要采用交互圖標(biāo)、文件跳轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)按鈕技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

2）線型結(jié)構(gòu)。在每一章節(jié)的內(nèi)容大多數(shù)是按照線性進(jìn)行排列的，章節(jié)內(nèi)容較多且需要多個(gè)頁(yè)面展示，因此采用線性結(jié)構(gòu)，依照以線性順序逐個(gè)介紹知識(shí)點(diǎn)為主，用戶進(jìn)入某一頁(yè)面后，即可按順序一頁(yè)一頁(yè)向后翻，同時(shí)采用導(dǎo)航目錄實(shí)現(xiàn)與各個(gè)目錄間的鏈接轉(zhuǎn)換。如圖1。

3）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該課程的許多內(nèi)容相互交叉，同時(shí)由于其他學(xué)科存在相互聯(lián)系，它們之間的相互聯(lián)系就需要通過(guò)非線形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)展示內(nèi)容較多且需要參考的知識(shí)較多時(shí)，如果采用線型結(jié)構(gòu)，會(huì)出現(xiàn)要想從當(dāng)前頁(yè)要進(jìn)入其他相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，只能要先返回目錄界面，再進(jìn)入另一節(jié)，出現(xiàn)頁(yè)面間頻繁切換，操作繁瑣。因此，在需要多次連接的地方采用非線型網(wǎng)狀鏈接，同時(shí)兼顧采用交互圖標(biāo)，超文本結(jié)構(gòu)，熱對(duì)象方式。

3.2教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)容介紹

為了給用戶提供一個(gè)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、操作方便、交互友好的界面，應(yīng)用界面采用了Windows的窗口形式,多層結(jié)構(gòu)顯示，各層均由子系統(tǒng)菜單操作按鈕、返回上層按鈕與相應(yīng)學(xué)習(xí)內(nèi)容構(gòu)成。教學(xué)系統(tǒng)上方為主菜單，在主菜單中設(shè)置有章節(jié)目錄按鈕、教學(xué)視頻、測(cè)試作業(yè)，輔助工具和幫助按鈕。當(dāng)開始學(xué)習(xí)時(shí)，點(diǎn)擊主菜單中的任意章節(jié)進(jìn)入二級(jí)菜單。在界面布置上，項(xiàng)目標(biāo)題和節(jié)標(biāo)題明確內(nèi)容主題，將占據(jù)醒目位置的設(shè)置為頁(yè)面內(nèi)容，作為界面的主體，通過(guò)文字、聲音、動(dòng)畫、視頻等多媒體手段實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的；使整個(gè)頁(yè)面信息清晰明了，主題突出。見(jiàn)圖2。

圖2

該系統(tǒng)在內(nèi)容設(shè)置上分為教師界面和學(xué)生界面，教師界面?zhèn)戎赜谝远嗝襟w的形式展示書本上的知識(shí)；學(xué)生界面是側(cè)重于知識(shí)點(diǎn)的分類提醒，測(cè)驗(yàn)總結(jié)。3.2.1教師界面

主要是用于老師上課時(shí)課本知識(shí)主干講解，因此該部分的內(nèi)容是課本的主干知識(shí)，依托圖片和flash動(dòng)畫，讓單純的課堂上的文字轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗝襟w的輸出。如圖3。3.2.2學(xué)生界面

該內(nèi)容分為課本教學(xué)和課后測(cè)試。課本教學(xué)主要是將課本的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了分類，分為重點(diǎn)，掌握，拓展三類,這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候就能夠有所側(cè)重,在每一章開始的第一頁(yè)上是該整的重點(diǎn)分類，在頁(yè)面的右上角有，當(dāng)講述重點(diǎn)的頁(yè)面上有課堂講述的錄像，結(jié)合文字和視頻能加深學(xué)習(xí)的印象。在學(xué)習(xí)的每一個(gè)頁(yè)面上，右側(cè)有一個(gè)可以彈出的區(qū)域，用來(lái)記錄在這一頁(yè)面的學(xué)習(xí)的時(shí)候的感想，或是不足。

調(diào)用視頻播放的代碼如下：

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該課程所涉及到的基礎(chǔ)知識(shí)分布面廣，公式概念多，處理方法多，而且課程內(nèi)容與船體實(shí)際結(jié)構(gòu)緊密相聯(lián)。這就可以借助于在每一頁(yè)上都有輔助提醒，當(dāng)忘記或是不確定的時(shí)候，可以點(diǎn)擊調(diào)出相關(guān)的數(shù)學(xué)或是材料力學(xué)的公式。該輔助工具的公式功能是首先通過(guò)Word程序編寫RTF格式的幫助文該文件,然后通過(guò)notepad編寫幫助的項(xiàng)目文件(HPJ格式),并用VB中的幫助編譯器HC.EXE進(jìn)行編譯,最后應(yīng)用Winhelp函數(shù)進(jìn)行調(diào)用；此外，還可以調(diào)用系統(tǒng)的計(jì)算器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。

一般來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)的時(shí)間和學(xué)生所學(xué)知識(shí)的理解程度呈正相關(guān)。學(xué)生學(xué)習(xí)每一頁(yè)面的時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的記錄每一頁(yè)的停留時(shí)間，并在每一章結(jié)束的時(shí)候，計(jì)算出停留在每一頁(yè)面的平均時(shí)間，將大于平均時(shí)間20%的頁(yè)面挑選出來(lái)，自動(dòng)的生成一個(gè)有待加強(qiáng)學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)列表。

課后測(cè)驗(yàn)：

每一章節(jié)之后就會(huì)有隨堂練習(xí)，這些習(xí)題是歷年對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)和考試用的習(xí)題以及從網(wǎng)絡(luò)上獲得的其他院校的相關(guān)習(xí)題。按答題的方式分為3種習(xí)題類型:即單選題、判斷題和計(jì)算題。測(cè)試題與答案模塊使用QL server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)制作，用戶在使用過(guò)程中可以隨時(shí)對(duì)習(xí)題庫(kù)進(jìn)行增加、刪除和修改.

以選擇題為例，全部習(xí)題和答案由Excel輸入,將其導(dǎo)入到SQL server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)中。在習(xí)題的頁(yè)面窗口中，在題干的下邊給出4個(gè)選擇答案,窗口的最下邊是習(xí)題的導(dǎo)航按鈕，包括翻頁(yè)按鈕、返回目錄按鈕和退出按鈕。做單選題時(shí),用鼠標(biāo)單機(jī)認(rèn)為正確的答案，將所有的題目做完之后，點(diǎn)擊檢查按鈕，系統(tǒng)就會(huì)判斷所做題的正誤,錯(cuò)誤的答案會(huì)以紅色的叉號(hào)表示出來(lái)。同時(shí)，在每一題后上面都有一個(gè)五角星，當(dāng)你在做這道題的時(shí)候，拿不準(zhǔn)或是做錯(cuò)了，可以點(diǎn)擊一下五角星，這樣當(dāng)學(xué)生做完之后，再加上學(xué)習(xí)時(shí)有待加強(qiáng)學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)列表，系統(tǒng)會(huì)生成一份需要鞏固的知識(shí)點(diǎn)表格和試題集，以備以后復(fù)習(xí)的時(shí)候使用。如圖4

4系統(tǒng)主要特點(diǎn)

該系統(tǒng)充分運(yùn)用了Authorware和Visual Studio 2010平臺(tái)下的Visual C++各自的特點(diǎn)，利用了Authorware方便的層次設(shè)計(jì)的功能和Visual Studio 2010強(qiáng)大的可視化編程功能，使設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)可以減輕工作量，并且系統(tǒng)具有很好的可移植性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)還具有以下的特點(diǎn)：

1)各種層次和結(jié)構(gòu)的課程安排，可以使教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)清晰明了，教學(xué)節(jié)奏便于控制。教師在批改作業(yè)、輔導(dǎo)答疑等教學(xué)活動(dòng)中,常常有許多重復(fù)性工作,可以將這些內(nèi)容編制成教學(xué)軟件,交由計(jì)算機(jī)完成。并能通過(guò)開發(fā)課件,可以集中許多優(yōu)秀教師的智慧,在某種程度上,將有利于解決優(yōu)秀教師來(lái)源與數(shù)量問(wèn)題,使教師的工作更加簡(jiǎn)易。

2)模擬系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)充性，可以不斷在系統(tǒng)中更新學(xué)習(xí)資料,讓學(xué)生盡早了解和掌握本學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài)和最新技術(shù)。以點(diǎn)帶線，以線帶面，激發(fā)。

3)選用Authorware軟件作為基礎(chǔ)的開發(fā)平臺(tái)，對(duì)程序進(jìn)行Web化打包，在網(wǎng)頁(yè)中添加支持代碼，配置服務(wù)器，就可以在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，擴(kuò)展成為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的資源。以該系統(tǒng)作為藍(lán)本，可以開發(fā)出用于其他課程的輔助教學(xué)和在線考試系統(tǒng)，再把這些單個(gè)科目的系統(tǒng)利用Visual Studio集成，就可以進(jìn)行課程CAI資源庫(kù)的建設(shè)。

4)增加課程的興趣性。整個(gè)系統(tǒng)是在圖形用戶界面下進(jìn)行,圖形用戶界面友好,操作簡(jiǎn)便，同時(shí)可以把抽象概念通過(guò)多媒體形象直觀地表現(xiàn)出來(lái),將傳統(tǒng)的計(jì)算、聲音、圖形、動(dòng)畫、視頻、文字融合在一起，能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

5結(jié)束語(yǔ)

我們開發(fā)的教學(xué)輔助系統(tǒng)已經(jīng)部分達(dá)到了ICAI的要求，借助Authorware強(qiáng)大的多媒體集成功能，把文字、圖像、聲音、動(dòng)畫、影響等多媒體素材在時(shí)間和空間兩方面進(jìn)行集成,突破了傳統(tǒng)的多媒體方式各種表達(dá)方式的相對(duì)獨(dú)立,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；在學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中，賦予交互特性，記錄每個(gè)學(xué)生原有的知識(shí)水平和學(xué)習(xí)能力。其依據(jù)為學(xué)生與系統(tǒng)之間的交互問(wèn)答歷史，并對(duì)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)步情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，能診斷學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的錯(cuò)誤，并分析錯(cuò)誤原因和給出解決方案，在此基礎(chǔ)上逐漸積累"經(jīng)驗(yàn)"，從而具備糾錯(cuò)能力；掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、水平和能力，以此為依據(jù)為不同的學(xué)生制定學(xué)習(xí)計(jì)劃，有針對(duì)性地進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中根據(jù)學(xué)生進(jìn)度自動(dòng)調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而具有適應(yīng)能力；教師根據(jù)學(xué)生模塊情況做出智能化的教學(xué)決策，評(píng)判學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提出改進(jìn)方法和意見(jiàn)等；在未來(lái)還可以大大拓寬了ICAI的模式，例如建立虛擬教室、智能導(dǎo)師系統(tǒng)、教學(xué)模擬等，具有更多的創(chuàng)造能力。

ICAI要徹底改變傳統(tǒng)的多媒體單向表達(dá)方式，對(duì)于每個(gè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，智能化的計(jì)算機(jī)可以充當(dāng)學(xué)習(xí)上的伙伴，老師等角色，全方位的記錄學(xué)習(xí)過(guò)程，在以后的改進(jìn)中添加智能接口，能夠理解自然語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)更普遍意義上的人機(jī)對(duì)話，對(duì)帶有學(xué)生個(gè)性特點(diǎn)的問(wèn)題做出解答；對(duì)整個(gè)教學(xué)來(lái)說(shuō)，由點(diǎn)到面的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，即可以減輕教學(xué)強(qiáng)度，又可以因人而異的針對(duì)性的教學(xué)，提高教學(xué)效果。

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