呂寶華

(長(zhǎng)春建筑學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130607)

工程制圖數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)*

呂寶華*

(長(zhǎng)春建筑學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130607)

針對(duì)工程制圖的現(xiàn)代化教學(xué)需求研究設(shè)計(jì)具有可行性的數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)，總結(jié)平臺(tái)的理論基礎(chǔ)及應(yīng)用前景，分析平臺(tái)的應(yīng)用需求，并借助B/S結(jié)構(gòu)、J2EE架構(gòu)和Spring框架體系等進(jìn)行成員組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì).在此基礎(chǔ)上融合“自主式學(xué)習(xí)”和“協(xié)作式學(xué)習(xí)”理念，設(shè)計(jì)平臺(tái)的成員管理模塊、平臺(tái)服務(wù)模塊以及平臺(tái)個(gè)性模塊，提高工程制圖數(shù)字化平臺(tái)的應(yīng)用實(shí)效，為師生提供具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái).

工程制圖；學(xué)習(xí)平臺(tái)；數(shù)字化；J2EE

教改的逐步深入和教學(xué)手法的不斷更新，推動(dòng)了教學(xué)理念的進(jìn)一步發(fā)展.“自主式學(xué)習(xí)”和“協(xié)作式學(xué)習(xí)”作為被教育界廣泛認(rèn)可的積極型學(xué)習(xí)方法，在教學(xué)中逐漸得到了發(fā)展和應(yīng)用，成為現(xiàn)代創(chuàng)新型人才培育的重要途徑.同時(shí)，如何選擇和兼顧這兩種學(xué)習(xí)方法，成了工程制圖教學(xué)的一個(gè)難題[1].而數(shù)字化平臺(tái)的研發(fā)和應(yīng)用則很好地融合了“自主式學(xué)習(xí)”和“協(xié)作式學(xué)習(xí)”的優(yōu)勢(shì)，為教師和學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)情境.該平臺(tái)應(yīng)用了“互動(dòng)傳播”的設(shè)計(jì)理論和現(xiàn)代化技術(shù)手段，其平臺(tái)服務(wù)模塊能讓學(xué)生進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，提高小組間的協(xié)作和互動(dòng)，而個(gè)性模塊則提供了自主學(xué)習(xí)的空間，使得學(xué)生能夠更好地學(xué)習(xí)工程制圖課程的內(nèi)容，提高知識(shí)掌握、應(yīng)用程度.

1 系統(tǒng)需求分析及相關(guān)技術(shù)

進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)周期整體運(yùn)行的首要步驟是對(duì)用戶進(jìn)行真實(shí)、有效、準(zhǔn)確地描述.目前在對(duì)象分析法中“用例(Ues Case)”主要用來(lái)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)的需要及技術(shù)，而以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)的工程制圖數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)則主要使用“主導(dǎo)-主體結(jié)合”教學(xué)設(shè)計(jì)法來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)支撐平臺(tái).此平臺(tái)更為關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知水平和個(gè)性，尤其重視學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的本體性，關(guān)注教師的引導(dǎo)，充分體現(xiàn)出學(xué)生的積極性、主導(dǎo)性和創(chuàng)造性，教師的監(jiān)控、啟發(fā)和引導(dǎo)作用[2].為此，平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下需求：一是操作簡(jiǎn)便，師生能夠快速登錄學(xué)習(xí)平臺(tái)，提升師生應(yīng)用效率.二是呈現(xiàn)豐富的平臺(tái)資源，靈活整合、呈現(xiàn)師生所需的各類(lèi)課程資源，包括視頻音頻信息、考試資料等，滿足不同人群的學(xué)習(xí)需求.三是具備有效的導(dǎo)航，讓?xiě)?yīng)用者能夠通過(guò)導(dǎo)航在浩瀚復(fù)雜的平臺(tái)資源快速找到自己的所需資源，提高平臺(tái)資源的利用效率.四是實(shí)現(xiàn)因材施教，設(shè)立個(gè)性模塊和資源，促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展.

為了滿足上述的需求，工程制圖數(shù)字化平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)用了當(dāng)前較為先進(jìn)的主流技術(shù)，其中主要包括以下幾種：

(1) B/S架構(gòu).B/S指的是瀏覽器及服務(wù)器結(jié)構(gòu)，隨Internet興起而出現(xiàn)，主要用于對(duì)C/S架構(gòu)應(yīng)用的延展.B/S架構(gòu)的運(yùn)用以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)，按照HTTP傳輸協(xié)議的要求，借助瀏覽器滿足客戶訪問(wèn)Web服務(wù)器及與服務(wù)器相連的后臺(tái)體系和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的要求，因此包含Web服務(wù)器、瀏覽器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三部分.Web瀏覽器是實(shí)現(xiàn)B/S用戶工作界面的主要方式，相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯在服務(wù)器端被實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)升級(jí)或維護(hù)時(shí)只需要對(duì)服務(wù)器進(jìn)行維護(hù)即可，因此升級(jí)的工作量不受用戶規(guī)模大小的限制，以瀏覽器作為用戶的客戶端，無(wú)需任何軟件或維護(hù).隨著Ajax的發(fā)展，B/S架構(gòu)中的不足逐漸得到改善，進(jìn)而成為當(dāng)前Wed應(yīng)用的主流架構(gòu)[3].

(2) 輕量級(jí)的J2EE架構(gòu).工程制圖數(shù)字化平臺(tái)將傳統(tǒng)的J2EE架構(gòu)拓展為五層體系，在充分利用其分布式處理、構(gòu)件定位和安全服務(wù)等優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，提高數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)效率，并降低單元開(kāi)發(fā)和測(cè)試的難度，實(shí)現(xiàn)對(duì)象和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之間的透明轉(zhuǎn)換，提高數(shù)字化平臺(tái)應(yīng)用和維護(hù)的實(shí)效.

(3) Ajax技術(shù).Ajax即異步JavaScript和XML，綜合了XHTML、DOM、XML等技術(shù)，為Wed應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)異步的HTTP請(qǐng)求處理和快捷響應(yīng)功能，不僅能把一部分應(yīng)用邏輯轉(zhuǎn)移到瀏覽器端，減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)，而且可以使用戶交互更加流暢，進(jìn)一步優(yōu)化工程制圖數(shù)字化平臺(tái)的用戶體驗(yàn)[4].

(4) Spring框架體系.Spring具有一定的業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)，包括業(yè)務(wù)邏輯可快速移植、允許程序員對(duì)橫切點(diǎn)關(guān)注進(jìn)行模塊化、提供容器功能等.Spring的使用能夠有效地組織平臺(tái)的中間層對(duì)象，避免單例模式過(guò)度使用所帶來(lái)的弊端.同時(shí)，基于Spring的應(yīng)用程序?qū)PI的依賴程度較小，且方便開(kāi)發(fā)者進(jìn)行測(cè)試，加之框架本身已具備了應(yīng)用程序所需的很多功能，因而免去了開(kāi)發(fā)者的很多工作，提高了開(kāi)發(fā)效率[5].

2 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

2.1 成員組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

教學(xué)者、學(xué)習(xí)者和管理員構(gòu)成了工程制圖平臺(tái)成員的分類(lèi)，其中助學(xué)者主要是教師，學(xué)習(xí)者為學(xué)生，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，現(xiàn)實(shí)中的學(xué)生也可以通過(guò)助學(xué)者的身份來(lái)幫助平臺(tái)內(nèi)其他學(xué)習(xí)者解惑，同樣教師作為管理者需要對(duì)平臺(tái)內(nèi)的學(xué)習(xí)資源和學(xué)生進(jìn)行管理.為了幫助教學(xué)，進(jìn)行教學(xué)的啟發(fā)、引導(dǎo)、監(jiān)控和組織，在管理平臺(tái)的要求下，平臺(tái)成員的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)成如圖1所示.平臺(tái)主要由不同的班級(jí)構(gòu)成，每個(gè)教師與每個(gè)班級(jí)一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)班級(jí)又包含不同的學(xué)習(xí)小組.這能進(jìn)一步明確教師的管理權(quán)限，提高工程制圖數(shù)字化平臺(tái)成員組織的條理性和學(xué)生管理的有效性.

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

工程制圖數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)采用了Ajax+Hibernate+Spring方式，以實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)J2EE架構(gòu)的構(gòu)建.其中，Ajax可以實(shí)現(xiàn)表示層，有效促進(jìn)更為友好的和更為清晰的人機(jī)交互及體系結(jié)構(gòu).Spring技術(shù)開(kāi)源JZEE框架依靠Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯層、持久層、領(lǐng)域?qū)樱鳫ibernate中間件在持久層中得以運(yùn)用，在保障數(shù)據(jù)存取的便捷性的同時(shí)，也符合了OOA/OOP的標(biāo)準(zhǔn)[6].這能使系統(tǒng)部署更高效，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的成本.系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示.

2.3 平臺(tái)學(xué)習(xí)規(guī)則設(shè)計(jì)

為了提高學(xué)生登錄、運(yùn)用工程制圖數(shù)字化平臺(tái)的積極性，平臺(tái)根據(jù)學(xué)生對(duì)資源的應(yīng)用、共享程度制訂了積分制，如表1所示.

表1 工程制圖數(shù)字化平臺(tái)積分規(guī)則

在制訂積分制的同時(shí)，平臺(tái)針對(duì)不同積分層次的學(xué)生設(shè)計(jì)了三大等級(jí)，包括儒生(少于300分)、智者(300～800分)、奇才(800～1 500分)、天才(1 500分以上).除了以積分定稱(chēng)號(hào)外，教師還根據(jù)平臺(tái)的積分層次開(kāi)展有針對(duì)性的實(shí)踐學(xué)習(xí)和小組互動(dòng)，讓每一層次的學(xué)生都能得到自己所需的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，提高對(duì)工程制圖的學(xué)習(xí)效率.此外，教師還能以學(xué)生的積分?jǐn)?shù)量作為學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)情況的參考和評(píng)價(jià)，落實(shí)工程制圖教學(xué)的過(guò)程性評(píng)價(jià).

3 平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

3.1 成員管理模塊

平臺(tái)成員登錄、注冊(cè)、注銷(xiāo)被納入到成員管理模塊中，注冊(cè)模塊主要用作對(duì)學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力和個(gè)性的收集，而登陸及注冊(cè)子模塊的使用主要是對(duì)用戶所輸入信息，包含客戶端、服務(wù)端的認(rèn)證的驗(yàn)證.DWR和JavaScrip主要在客戶端用來(lái)驗(yàn)證如用戶名存在與否等，以便促進(jìn)交互體驗(yàn)的供應(yīng).

3.2 平臺(tái)服務(wù)模塊

教學(xué)設(shè)計(jì)在建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)環(huán)境下，不僅要考慮學(xué)習(xí)者在建構(gòu)意義情景的創(chuàng)設(shè)，還要考慮教學(xué)目標(biāo)的分析，情景創(chuàng)設(shè)應(yīng)該作為教學(xué)設(shè)計(jì)的重要組成部分[7].平臺(tái)服務(wù)模塊借助對(duì)現(xiàn)有的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行優(yōu)化和整合，主要為現(xiàn)有平臺(tái)成員供給各類(lèi)服務(wù)，以便于學(xué)習(xí)者建構(gòu)學(xué)習(xí)知識(shí).在平臺(tái)服務(wù)模型中，如何將參數(shù)化虛擬實(shí)驗(yàn)、教學(xué)視頻、電子模型、電子學(xué)習(xí)課件等學(xué)習(xí)資源進(jìn)行優(yōu)化和整合，打破簡(jiǎn)單粗暴的堆砌，以此來(lái)為學(xué)習(xí)者提供便利是當(dāng)前平臺(tái)服務(wù)模塊的重點(diǎn)工作之一，對(duì)不同學(xué)習(xí)資料的運(yùn)用均需要從不同的角度或者不同的方式對(duì)某一個(gè)、某幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行闡述，知識(shí)點(diǎn)之間具有關(guān)聯(lián)性，由此，以知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行知識(shí)的串聯(lián)，并對(duì)不同學(xué)習(xí)資料的難度進(jìn)行梳理是構(gòu)建學(xué)習(xí)資料橫向關(guān)系的基礎(chǔ).目前，平臺(tái)服務(wù)模塊的種類(lèi)有三種：

(1) 在線課堂.此種模式以知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)將所有網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)課件和教學(xué)錄像整合起來(lái)組合成平臺(tái)服務(wù)模塊，以此為不同層次和不同需求的學(xué)習(xí)者提供便捷的個(gè)性化服務(wù).相比較以往的學(xué)習(xí)資料形式更便于知識(shí)構(gòu)建.

(2) 聊天室.工程制圖虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)以聊天室為協(xié)作學(xué)習(xí)的交互方式，綜合平臺(tái)內(nèi)包含“在線課堂”在內(nèi)的其他模塊，以便于學(xué)習(xí)者之間交流和探討，同樣也是教師對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行指導(dǎo)的一種方式.此種聊天室克服傳統(tǒng)形式帶來(lái)的刷屏?xí)r的屏幕閃爍和每次都需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新獲取的障礙，方便快捷的同時(shí)也促進(jìn)了運(yùn)行效率的提升.

(3) 消息欄.主要運(yùn)用作對(duì)平臺(tái)新聞和教師通知、公告等的發(fā)布.此類(lèi)信息分公共信息、私有信息、學(xué)習(xí)者呼應(yīng)教師而發(fā)出的信息三類(lèi)，可以對(duì)私有信息單獨(dú)地列出，以便于獲取教師及時(shí)的指導(dǎo)和建議.

3.3 平臺(tái)個(gè)性模塊

工程制圖虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)在促進(jìn)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)的同時(shí)，也為學(xué)生提供了獨(dú)立、自主學(xué)習(xí)的空間.“自主式學(xué)習(xí)”是一種現(xiàn)代型的與傳統(tǒng)型接受學(xué)習(xí)相反的學(xué)習(xí)方式，主要以學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)的進(jìn)行創(chuàng)造、獨(dú)立分析、實(shí)踐、探索、質(zhì)疑等方式來(lái)完成學(xué)習(xí)目標(biāo).近些年來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極自主的學(xué)習(xí)已經(jīng)成為一種比較流行的方式.工程制圖虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)利用成熟的技術(shù)進(jìn)行普通功能的個(gè)性化開(kāi)拓，以提高用戶體驗(yàn)度.主要使用Blog技術(shù)進(jìn)行如個(gè)人博客功能的“日志系統(tǒng)”的改造，以此為使用者建立私人空間，并進(jìn)行個(gè)性化的展示和對(duì)信息、個(gè)性化數(shù)據(jù)的記錄.“我的課堂”按照用戶的認(rèn)知層次和學(xué)習(xí)習(xí)慣對(duì)符合用戶個(gè)性的材料進(jìn)行展示，基本符合因材施教的要求.個(gè)性模塊具體如下：

(1) 學(xué)習(xí)日志.類(lèi)似Blog，可構(gòu)建私人空間的功能.用于記錄在平臺(tái)學(xué)習(xí)期間的體會(huì)、總結(jié)、感想等，也可以借助日志記錄的功能將感想發(fā)布到論壇的“共享日志”版用于向指導(dǎo)教師請(qǐng)教或豐富學(xué)習(xí)資源庫(kù).此模塊是學(xué)習(xí)者登陸時(shí)包含平臺(tái)導(dǎo)航的默認(rèn)首頁(yè)，因此可以隨時(shí)進(jìn)入平臺(tái)的其他模塊.

(2) 我的課堂.按照不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)偏好，“我的課堂”模塊可以向?qū)W習(xí)者主動(dòng)展示符合其學(xué)習(xí)偏好的學(xué)習(xí)材料，確保平臺(tái)的個(gè)性化和人性化.“我的課堂”中包含個(gè)性化推薦系統(tǒng)的功能，可按照學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力來(lái)為其構(gòu)建合理的學(xué)習(xí)途徑，以完成因材施教的要求.

(3) 我的課程.在滿足學(xué)生個(gè)性化應(yīng)用的同時(shí)，平臺(tái)也設(shè)“我的課程”等模塊，為教師提供進(jìn)入平臺(tái)的專(zhuān)用界面.在“我的課程”中，教師可進(jìn)行班級(jí)管理、學(xué)生管理等，如解答學(xué)生的提問(wèn)、上存課程學(xué)習(xí)資料、批復(fù)學(xué)生的請(qǐng)假條、發(fā)布教學(xué)信息等.

4 結(jié) 語(yǔ)

開(kāi)放式的工程制圖數(shù)字化平臺(tái)結(jié)合了B/S結(jié)構(gòu)、J2EE架構(gòu)和Spring框架體系等技術(shù)，滿足資源豐富、導(dǎo)航便捷和因材施教等需求.通過(guò)打破傳統(tǒng)教育和學(xué)習(xí)的禁錮，將“獨(dú)學(xué)”轉(zhuǎn)化成為“群學(xué)”，學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)打破“封閉”桎梏轉(zhuǎn)為“開(kāi)放”，同時(shí)借助個(gè)性化模塊保留學(xué)生自學(xué)空間，促進(jìn)因材施教和個(gè)性化發(fā)展.這種“學(xué)習(xí)即生活”的理想化模式逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，而學(xué)習(xí)的社會(huì)化和終身化在此種模式下逐漸成真.在此種學(xué)習(xí)環(huán)境中，處在虛擬學(xué)習(xí)空間內(nèi)的成員，在統(tǒng)一的目標(biāo)和利益下，不僅有權(quán)限有義務(wù)的參與到平臺(tái)的維護(hù)和創(chuàng)建過(guò)程中來(lái)，每一個(gè)平臺(tái)成員還可以借助平臺(tái)完成信息共享、資源共享、想法探討等，為共同探索、共同進(jìn)步創(chuàng)造了良好的條件.

[1] 穆飛虎,戴本林,朱安峰.化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)“工程制圖與CAD”課程教改實(shí)踐[J].化學(xué)工程與裝備,2014(8):255-256.

[2] 黃萬(wàn)亮,文廣,王文健,等.《工程制圖》輔助教學(xué)軟件設(shè)計(jì)[J].機(jī)械, 2014(7):38-42.

[3] 張純,張敬周,宋俊典.基于本體的軟件密集型系統(tǒng)架構(gòu)知識(shí)管理研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2011,32(6):2 050-2 053.

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責(zé)任編輯：龍順潮

Design of Digital Learning Platform of Engineering Drawing

LVBao-hua*

(School of Architecture in Changchun, Changchun 130607 China)

According the modern design of engineering drawing teaching needs to design the feasibility of a digital learning platform, summarize the platform of the theoretical basis and application prospects, analysis the application requirement, and using B/S structure, J2EE and Spring to design the members of the organization structure and system architecture. On the basis of those to integrate "autonomous learning" and "cooperative learning", design the member management module, platform service module and platform personality module of the platform, improve the effect of the digital platform of engineering drawing, provide digital learning platform with superior technical for teachers and students.

engineering drawing; learning platform; digital; J2EE

2014-01-12

吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目 (2014621)

呂寶華(1980— ),男，吉林 大安人，講師.E-mail:lbhxs@126.com

TP391.6

A

1000-5900(2015)01-0111-04