徐銳銳　劉燕　鄒妍　秦曉薇

摘 要：為了滿足網(wǎng)絡(luò)課堂學(xué)習(xí)的組織與管理，以教學(xué)模式、知識(shí)組織、學(xué)生學(xué)習(xí)管理為核心模塊，采用可視化的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)網(wǎng)上教學(xué)資源管理與學(xué)習(xí)平臺(tái)，該平臺(tái)可以指導(dǎo)學(xué)生選擇合適的學(xué)習(xí)方法，動(dòng)態(tài)組織學(xué)習(xí)內(nèi)容，規(guī)劃有效的學(xué)習(xí)路徑，完成高質(zhì)量的學(xué)習(xí)活動(dòng)；教師可以方便地對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行維護(hù)，并對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式；知識(shí)組織；學(xué)生管理

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨和教育教學(xué)模式的深化改革，優(yōu)秀的教學(xué)資源遠(yuǎn)程共享成為一種對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的顛覆手段，為用戶提供在線學(xué)習(xí)的服務(wù)，用以滿足其不斷學(xué)習(xí)、更新知識(shí)的需要[1]。該平臺(tái)能夠?qū)I(yè)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行組織和結(jié)構(gòu)化，按照某種教學(xué)原則和教學(xué)方法把知識(shí)分成大小合適、滿足內(nèi)在聯(lián)系或邏輯聯(lián)系的知識(shí)塊，知識(shí)塊之間進(jìn)行必要的鏈接，建立起一個(gè)由節(jié)點(diǎn)（或頁(yè)面）和鏈接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源平臺(tái)，并用恰當(dāng)?shù)姆绞桨阉@示出來，供學(xué)習(xí)者使用；系統(tǒng)管理員能夠方便的對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行維護(hù)，建立學(xué)生學(xué)習(xí)檔案，監(jiān)控學(xué)習(xí)過程。

2 平臺(tái)的主要設(shè)計(jì)工作（Major design work of the

platform）

2.1 平臺(tái)的主要任務(wù)

該平臺(tái)可以支持管理員或教師方便快捷的把教學(xué)資源如：課件、教案、大綱、案例、試題等錄入系統(tǒng)并進(jìn)行管理；提供給用戶進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和效果。用戶可以按照個(gè)人的需要選擇學(xué)習(xí)主題、學(xué)習(xí)方法；系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩粢?guī)劃學(xué)習(xí)路徑，提供測(cè)試，成績(jī)?cè)u(píng)定級(jí)存儲(chǔ)；進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)。

2.2 開發(fā)工具選擇

該系統(tǒng)采用B/S的模式，操作系統(tǒng)采用Windows 7，開發(fā)工具為Visual Basic，VB是開發(fā)Windows應(yīng)用程序比較方便和有效的工具，具有強(qiáng)大的多媒體支持功能，還可以調(diào)用其他外部應(yīng)用程序及調(diào)用Windows API函數(shù)，具有各種數(shù)據(jù)庫(kù)訪問功能，便于學(xué)習(xí)和掌握。后臺(tái)選用Access數(shù)據(jù)庫(kù)，選擇MVC作為開發(fā)編程模式，更符合軟件工程的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)理念。

3 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)（The general design of the

system）

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路[2]以如下五個(gè)主題為核心，即教學(xué)模式設(shè)計(jì)、知識(shí)組織設(shè)計(jì)、反饋導(dǎo)航設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)及數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)。教學(xué)模式?jīng)Q定著系統(tǒng)的知識(shí)組織結(jié)構(gòu)，而不同的知識(shí)組織結(jié)構(gòu)又必須有合適的教學(xué)模式支持；知識(shí)組織結(jié)構(gòu)又決定著學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，導(dǎo)航功能將跟蹤用戶的學(xué)習(xí)過程，對(duì)于每個(gè)知識(shí)點(diǎn)給予認(rèn)知策略的指導(dǎo)，為用戶提供在線的幫助。本平臺(tái)有管理員、教師和學(xué)生三類用戶，學(xué)生和教師要實(shí)現(xiàn)的主要工作分別如圖1和圖2所示。

圖1 學(xué)生管理模塊圖

Fig.1 The student management module diagram

3.1 學(xué)生管理

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)選擇合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為其規(guī)劃出學(xué)習(xí)任務(wù)的序列，完成知識(shí)點(diǎn)之間的動(dòng)態(tài)鏈接并展現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。其中導(dǎo)航控制和認(rèn)知策略管理是有效學(xué)習(xí)的保證。測(cè)試是系統(tǒng)給學(xué)生提供的同步練習(xí)，能夠給出準(zhǔn)確的解題指導(dǎo)，對(duì)成績(jī)進(jìn)行評(píng)定、存儲(chǔ)和分析。

其中，環(huán)境設(shè)置是學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好設(shè)置學(xué)習(xí)界面的顏色、字體、字號(hào)、背景音樂等；規(guī)劃是系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生選擇的學(xué)習(xí)內(nèi)容和成績(jī)庫(kù)中對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的記錄，為學(xué)生規(guī)劃矯正學(xué)習(xí)路徑，以便對(duì)沒能達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)要求的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行二次學(xué)習(xí)；筆記本為電子讀書筆記，把學(xué)生認(rèn)為重要的內(nèi)容進(jìn)行編輯備份，以便滿足個(gè)人的不同需求。

3.2 教師管理

主要完成對(duì)課程庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、習(xí)題庫(kù)的管理與維護(hù)，同時(shí)對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和管理，既便于計(jì)算機(jī)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行控制，又便于教師對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行監(jiān)控和評(píng)價(jià)，并采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

圖2 教師管理模塊圖

Fig.2 The teacher management module diagram

4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)（Database design）

4.1 知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)向?qū)W生呈現(xiàn)的知識(shí)應(yīng)該是高度聯(lián)系的、具有前后邏輯性的知識(shí)的整體。所以本系統(tǒng)的知識(shí)組織方式為：將教學(xué)內(nèi)容按課程、章、節(jié)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)及元知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行劃分為四層，目標(biāo)點(diǎn)中的文本內(nèi)容將說明該部分內(nèi)容的教學(xué)策略及下屬分支的組織關(guān)系，方便學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的、方法，并有效地動(dòng)態(tài)地組織學(xué)習(xí)內(nèi)容；而元知識(shí)點(diǎn)又是由各種媒體對(duì)象、熱鍵對(duì)象、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)對(duì)象組成的集合，便于呈現(xiàn)具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容。這一自上而下的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)體現(xiàn)了知識(shí)的樹狀線性結(jié)構(gòu)；另一方面，由于本系統(tǒng)中知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系可以動(dòng)態(tài)改變，用戶可以按某種需要打破這種線性關(guān)系，故本系統(tǒng)提供的知識(shí)組織結(jié)構(gòu)是以線性結(jié)構(gòu)為主、非線性結(jié)構(gòu)為輔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

（1）課程表（Kck）=<課程編號(hào)（Kcid），課程名稱（Kcmc），課程屬性（Kcsx），教學(xué)大綱，教師編號(hào)（Jsid），教師姓名（Jxm）>。

（2）知識(shí)庫(kù)表（Zsk）=<知識(shí)編號(hào)（Zsid），關(guān)鍵字（Gjz），教案（Jan），課件（Kj），案例（Anl）配音（Pym），背景音樂（Yym），影像（Yxm），前驅(qū)知識(shí)點(diǎn)（Qqzsbh），后繼知識(shí)點(diǎn)（Hjzsbh），擴(kuò)展知識(shí)（Xgzsd），外部程序（Wbcx），知識(shí)類型（Zslx）>。

其中知識(shí)編號(hào)可以體現(xiàn)出課程、章、節(jié)和知識(shí)點(diǎn)層次關(guān)系；教案、課件、外部程序等都是相應(yīng)文件的主名。前驅(qū)知識(shí)點(diǎn)、后繼知識(shí)點(diǎn)、擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn)反映的是知識(shí)之間的泛化關(guān)系，用以實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)之間的動(dòng)態(tài)鏈接。

4.2 習(xí)題庫(kù)設(shè)計(jì)

習(xí)題庫(kù)表（Stk）=<試題編號(hào)（Stid），難度級(jí)別（Ndjb），試題內(nèi)容（Stnr），標(biāo)準(zhǔn)答案（Bzda），反饋信息（Fkxx），圖形（Tx），演示（Ys）>。

說明：試題編號(hào)共11位整數(shù)，1-8位與知識(shí)編號(hào)相同，第9位表示題型。10-11位表示題號(hào)。與其他系統(tǒng)不同的是，字段“演示”是本系統(tǒng)在習(xí)題庫(kù)中加上的與習(xí)題內(nèi)容相關(guān)的動(dòng)態(tài)演示，促進(jìn)學(xué)生對(duì)問題的理解。試題庫(kù)中針對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)加入練習(xí)題，做到每單元點(diǎn)有練習(xí)、每節(jié)有復(fù)習(xí)、每章有綜合練習(xí)、每課有總體練習(xí)，依此分為A、B、C、D四類。

4.3 學(xué)生模型設(shè)計(jì)

學(xué)生模型是該平臺(tái)中一個(gè)重要組成部分，它和教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)是緊密相連的，反映學(xué)生基本情況和對(duì)知識(shí)的掌握情況、學(xué)習(xí)過程、知識(shí)結(jié)構(gòu)等。本系統(tǒng)提供的學(xué)生模型由兩個(gè)模塊組成。

（1）學(xué)生特征模型（Gxtzmx）=<學(xué)號(hào)（Xh），姓名（xm），密碼（mm），書簽（zsbh），記憶能力（Jynl），理解能力（Ljnl），運(yùn)用能力（Yynl），綜合能力（zhnl），筆記本名（bjbm）>。

說明：書簽為當(dāng)前學(xué)習(xí)的斷點(diǎn)；5—8項(xiàng)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和認(rèn)知特征，是系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理后得出的，使學(xué)生對(duì)自己的實(shí)際情況，能力欠缺有所了解，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的個(gè)別化教學(xué)提供依據(jù)。筆記本名與學(xué)號(hào)相同，是供學(xué)生使用自建構(gòu)知識(shí)的工具—文本文件名。

（2）學(xué)習(xí)成績(jī)模型（xscjk）=<學(xué)號(hào)（Xh），成績(jī)（Cj），知識(shí)編號(hào)（Zshh），知識(shí)類型（Zslx）>。

學(xué)生進(jìn)行同步練習(xí)時(shí)，應(yīng)給予確認(rèn)性應(yīng)答和解釋究因與重新定位學(xué)習(xí)內(nèi)容的指導(dǎo)，適合學(xué)練結(jié)合的強(qiáng)化學(xué)習(xí)方式，這項(xiàng)功能也是系統(tǒng)的導(dǎo)航策略，由習(xí)題庫(kù)中的“解題指導(dǎo)”實(shí)現(xiàn)。累計(jì)成績(jī)庫(kù)中不同類型的知識(shí)點(diǎn)成績(jī)，并取其平均分，可以得出有關(guān)各種學(xué)習(xí)能力的反饋信息，提醒學(xué)生應(yīng)加強(qiáng)那方面的訓(xùn)練。

5 系統(tǒng)重要功能的具體實(shí)現(xiàn)（The concrete realization

of the important function of the system）

系統(tǒng)在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，從宏觀到微觀共分用戶層、數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)層三個(gè)層次。

5.1 知識(shí)點(diǎn)之間的動(dòng)態(tài)鏈接

在學(xué)習(xí)界面的“學(xué)習(xí)方式”主菜單中，有四個(gè)菜單項(xiàng)，分別代表“書簽”（上次學(xué)習(xí)的斷點(diǎn)順序）“擴(kuò)展”“隨機(jī)”學(xué)習(xí)方式，它們和主菜單“同步練習(xí)”“筆記本”一起組成系統(tǒng)支持的五種學(xué)習(xí)方式。學(xué)生可以從書簽開始進(jìn)行順序?qū)W習(xí)，也可以從新選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行跳轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)。例如單擊學(xué)習(xí)方式菜單中的“擴(kuò)展”選項(xiàng)，則系統(tǒng)將在知識(shí)庫(kù)中檢查當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)的“擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn)”字段，若其值為“無”或空，則彈出一個(gè)對(duì)話框，給出“當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)無擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn)”的反饋信息；反之，則可以把相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接，獲取擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn)編號(hào)，顯示其擴(kuò)展內(nèi)容的程序段如下：

xg=mid（zsds.xgesd，8*num+1，8）

zsds.MoveFirst

flag=False

Do While（net flag）and（not zsds.EOF）

If（zsds.zsbh=xg）Then

num=n+1：flag=True：顯示教學(xué)內(nèi)容

Else zsds.MoveNext

End If

Loop

If（not flag）and（xg<>””）Then MsgBox“知識(shí)庫(kù)中無該知識(shí)點(diǎn)，請(qǐng)繼續(xù)”

If（xg=””）Then MsgBox“擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容已全部學(xué)完，你可以繼續(xù)原來的學(xué)習(xí)”

5.2 文件播放

本系統(tǒng)采用Windows API函數(shù)播放各類文件，其特點(diǎn)是加載速度快，在VB中使用Windows API函數(shù)必須先聲明，以聲音文件為例，本系統(tǒng)在模塊中對(duì)其聲明如下：

Declare Function sndPlaySound Lib "winmm.dll" Alias "sndPlaySoundA"（ByVal lpszSoundName As String，ByVal uFlags As Long）As Long

該函數(shù)要求系統(tǒng)配置聲卡及其驅(qū)動(dòng)程序。如果正在播放聲音，函數(shù)的返回值為1，否則，返回值為0。LpszSoundName是播放的.wav的文件名。播放.wav文件的控制如下：

If Check2.Value=1 Then

ac=sndPlaySound（App.Path+"＼zs＼"+zsds.pym+".wav"，1）

Else

ac=sndPlaySound（""，1）

End If

5.3 同步練習(xí)及成績(jī)?cè)u(píng)定

如何在一個(gè)規(guī)模龐大的知識(shí)庫(kù)中，找到與某知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的練習(xí)題呢？其具體實(shí)現(xiàn)時(shí)采用了數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)化查詢（SQL）技術(shù)，主要程序代碼如下：

Set st1ds=xsdb.OpenRecordset（"select*from stk where stbh like'"&zsds.zsbh&"*'"）

If st1ds.BOF And st1ds.EOF Then

MsgBox（"該知識(shí)點(diǎn)沒有同步練習(xí)題！"）

Exit Sub

Else

Load lianxi

lianxi.Show

End If

由于學(xué)生在進(jìn)行測(cè)試是可以自己設(shè)定題目數(shù)量，所以建試題庫(kù)時(shí)沒有設(shè)立每題的分值，根據(jù)學(xué)生的選題數(shù)量、題型、難度系數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出每個(gè)題的分值并進(jìn)行評(píng)分。系統(tǒng)為了提醒學(xué)生注意答題的對(duì)與錯(cuò)，除了在練習(xí)界面給予文字提示以外，還配備了警鈴聲音提示。該功能是由Windows API 函數(shù)MessageBeep（）實(shí)現(xiàn)的，其聲明如下：

Declare Sub MessageBeep Lib”user 32”（ByVal BeepType&）

其中，BeepType代表Windows 中的各種警鈴聲音。

6 結(jié)論（Conclusion）

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的、非線性的知識(shí)組織形式，有效的支持多種教學(xué)模式，真實(shí)反映了教學(xué)過程，符合人類的認(rèn)識(shí)規(guī)律，滿足了不同的使用對(duì)象的需要。系統(tǒng)可以適時(shí)地用系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)（學(xué)習(xí)成績(jī)）對(duì)學(xué)生的個(gè)性學(xué)習(xí)特征做出評(píng)價(jià)，嵌入的認(rèn)知策略管理功能可以幫助學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)能力方面存在的不足，規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑[3，4]，有效提高學(xué)習(xí)效率。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 鐘勇.以知識(shí)點(diǎn)為特征的學(xué)習(xí)系統(tǒng)導(dǎo)航關(guān)系分析與設(shè)計(jì)[J].計(jì) 算機(jī)工程與應(yīng)用，1999，（11）：102-104.

[2] 祝智庭.CAI的教學(xué)策略設(shè)計(jì)[J].電化教育研究，1998，（1）： 37-40.

[3] 劉燕.基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的ICAI系統(tǒng)教學(xué)模式優(yōu)化與調(diào)度[J].計(jì)算 機(jī)工程，2008，34（7）：275-277.

[4] YanLiu，Xiaowei Qin，YanZou.Application of Multivariable Sequential Patterns Mining in Teaching Effect Evaluation.IEEE Computer Society，2013，（5）：369-372.

作者簡(jiǎn)介：

徐銳銳（1990-），男 ，本科，教授.研究領(lǐng)域：數(shù)據(jù)挖掘，算法 設(shè)計(jì).

鄒 妍（1983-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用技術(shù) 研究.

秦曉薇（1981-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：數(shù)據(jù)挖掘.