徐銳銳　劉燕　鄒妍　秦曉薇

摘 要：為了滿足網(wǎng)絡(luò)課堂學習的組織與管理，以教學模式、知識組織、學生學習管理為核心模塊，采用可視化的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)了一個網(wǎng)上教學資源管理與學習平臺，該平臺可以指導學生選擇合適的學習方法，動態(tài)組織學習內(nèi)容，規(guī)劃有效的學習路徑，完成高質(zhì)量的學習活動；教師可以方便地對教學資源進行維護，并對學習結(jié)果進行監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：教學模式；知識組織；學生管理

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

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

2 平臺的主要設(shè)計工作（Major design work of the

platform）

2.1 平臺的主要任務(wù)

該平臺可以支持管理員或教師方便快捷的把教學資源如：課件、教案、大綱、案例、試題等錄入系統(tǒng)并進行管理；提供給用戶進行在線學習，監(jiān)督學生的學習過程和效果。用戶可以按照個人的需要選擇學習主題、學習方法；系統(tǒng)能夠為用戶規(guī)劃學習路徑，提供測試，成績評定級存儲；進行數(shù)據(jù)維護。

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)庫訪問功能，便于學習和掌握。后臺選用Access數(shù)據(jù)庫，選擇MVC作為開發(fā)編程模式，更符合軟件工程的設(shè)計和實現(xiàn)理念。

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

system）

系統(tǒng)的設(shè)計思路[2]以如下五個主題為核心，即教學模式設(shè)計、知識組織設(shè)計、反饋導航設(shè)計、學習效果評價及數(shù)據(jù)庫維護。教學模式?jīng)Q定著系統(tǒng)的知識組織結(jié)構(gòu)，而不同的知識組織結(jié)構(gòu)又必須有合適的教學模式支持；知識組織結(jié)構(gòu)又決定著學生學習成績數(shù)據(jù)庫的建立，導航功能將跟蹤用戶的學習過程，對于每個知識點給予認知策略的指導，為用戶提供在線的幫助。本平臺有管理員、教師和學生三類用戶，學生和教師要實現(xiàn)的主要工作分別如圖1和圖2所示。

圖1 學生管理模塊圖

Fig.1 The student management module diagram

3.1 學生管理

根據(jù)教學目標選擇合適的學習內(nèi)容和學習方法，系統(tǒng)會自動為其規(guī)劃出學習任務(wù)的序列，完成知識點之間的動態(tài)鏈接并展現(xiàn)學習內(nèi)容。其中導航控制和認知策略管理是有效學習的保證。測試是系統(tǒng)給學生提供的同步練習，能夠給出準確的解題指導，對成績進行評定、存儲和分析。

其中，環(huán)境設(shè)置是學生可以根據(jù)自己的愛好設(shè)置學習界面的顏色、字體、字號、背景音樂等；規(guī)劃是系統(tǒng)根據(jù)學生選擇的學習內(nèi)容和成績庫中對學生學習情況的記錄，為學生規(guī)劃矯正學習路徑，以便對沒能達到學習目標要求的知識點進行二次學習；筆記本為電子讀書筆記，把學生認為重要的內(nèi)容進行編輯備份，以便滿足個人的不同需求。

3.2 教師管理

主要完成對課程庫、知識庫、習題庫的管理與維護，同時對學習結(jié)果的數(shù)據(jù)進行收集和管理，既便于計算機對學生的學習進行控制，又便于教師對學習效果進行監(jiān)控和評價，并采取相應(yīng)的補救措施。

圖2 教師管理模塊圖

Fig.2 The teacher management module diagram

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計（Database design）

4.1 知識庫設(shè)計

系統(tǒng)向?qū)W生呈現(xiàn)的知識應(yīng)該是高度聯(lián)系的、具有前后邏輯性的知識的整體。所以本系統(tǒng)的知識組織方式為：將教學內(nèi)容按課程、章、節(jié)目標知識點及元知識點進行劃分為四層，目標點中的文本內(nèi)容將說明該部分內(nèi)容的教學策略及下屬分支的組織關(guān)系，方便學生明確學習目的、方法，并有效地動態(tài)地組織學習內(nèi)容；而元知識點又是由各種媒體對象、熱鍵對象、相關(guān)知識點對象組成的集合，便于呈現(xiàn)具體的學習內(nèi)容。這一自上而下的結(jié)構(gòu)特點體現(xiàn)了知識的樹狀線性結(jié)構(gòu)；另一方面，由于本系統(tǒng)中知識點之間的關(guān)系可以動態(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（Kcid），課程名稱（Kcmc），課程屬性（Kcsx），教學大綱，教師編號（Jsid），教師姓名（Jxm）>。

（2）知識庫表（Zsk）=<知識編號（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)知識點（Qqzsbh），后繼知識點（Hjzsbh），擴展知識（Xgzsd），外部程序（Wbcx），知識類型（Zslx）>。

其中知識編號可以體現(xiàn)出課程、章、節(jié)和知識點層次關(guān)系；教案、課件、外部程序等都是相應(yīng)文件的主名。前驅(qū)知識點、后繼知識點、擴展知識點反映的是知識之間的泛化關(guān)系，用以實現(xiàn)知識點之間的動態(tài)鏈接。

4.2 習題庫設(shè)計

習題庫表（Stk）=<試題編號（Stid），難度級別（Ndjb），試題內(nèi)容（Stnr），標準答案（Bzda），反饋信息（Fkxx），圖形（Tx），演示（Ys）>。

說明：試題編號共11位整數(shù)，1-8位與知識編號相同，第9位表示題型。10-11位表示題號。與其他系統(tǒng)不同的是，字段“演示”是本系統(tǒng)在習題庫中加上的與習題內(nèi)容相關(guān)的動態(tài)演示，促進學生對問題的理解。試題庫中針對每個節(jié)點加入練習題，做到每單元點有練習、每節(jié)有復習、每章有綜合練習、每課有總體練習，依此分為A、B、C、D四類。

4.3 學生模型設(shè)計

學生模型是該平臺中一個重要組成部分，它和教學目標、教學活動是緊密相連的，反映學生基本情況和對知識的掌握情況、學習過程、知識結(jié)構(gòu)等。本系統(tǒng)提供的學生模型由兩個模塊組成。

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

說明：書簽為當前學習的斷點；5—8項反映學生的學習能力和認知特征，是系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理后得出的，使學生對自己的實際情況，能力欠缺有所了解，為實現(xiàn)系統(tǒng)的個別化教學提供依據(jù)。筆記本名與學號相同，是供學生使用自建構(gòu)知識的工具—文本文件名。

（2）學習成績模型（xscjk）=<學號（Xh），成績（Cj），知識編號（Zshh），知識類型（Zslx）>。

學生進行同步練習時，應(yīng)給予確認性應(yīng)答和解釋究因與重新定位學習內(nèi)容的指導，適合學練結(jié)合的強化學習方式，這項功能也是系統(tǒng)的導航策略，由習題庫中的“解題指導”實現(xiàn)。累計成績庫中不同類型的知識點成績，并取其平均分，可以得出有關(guān)各種學習能力的反饋信息，提醒學生應(yīng)加強那方面的訓練。

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

of the important function of the system）

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

5.1 知識點之間的動態(tài)鏈接

在學習界面的“學習方式”主菜單中，有四個菜單項，分別代表“書簽”（上次學習的斷點順序）“擴展”“隨機”學習方式，它們和主菜單“同步練習”“筆記本”一起組成系統(tǒng)支持的五種學習方式。學生可以從書簽開始進行順序?qū)W習，也可以從新選擇學習內(nèi)容進行跳轉(zhuǎn)學習。例如單擊學習方式菜單中的“擴展”選項，則系統(tǒng)將在知識庫中檢查當前知識點的“擴展知識點”字段，若其值為“無”或空，則彈出一個對話框，給出“當前知識點無擴展知識點”的反饋信息；反之，則可以把相關(guān)知識點進行動態(tài)鏈接，獲取擴展知識點編號，顯示其擴展內(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：顯示教學內(nèi)容

Else zsds.MoveNext

End If

Loop

If（not flag）and（xg<>””）Then MsgBox“知識庫中無該知識點，請繼續(xù)”

If（xg=””）Then MsgBox“擴展知識點的內(nèi)容已全部學完，你可以繼續(xù)原來的學習”

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 同步練習及成績評定

如何在一個規(guī)模龐大的知識庫中，找到與某知識點對應(yīng)的練習題呢？其具體實現(xiàn)時采用了數(shù)據(jù)庫的結(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（"該知識點沒有同步練習題！"）

Exit Sub

Else

Load lianxi

lianxi.Show

End If

由于學生在進行測試是可以自己設(shè)定題目數(shù)量，所以建試題庫時沒有設(shè)立每題的分值，根據(jù)學生的選題數(shù)量、題型、難度系數(shù)，系統(tǒng)自動計算出每個題的分值并進行評分。系統(tǒng)為了提醒學生注意答題的對與錯，除了在練習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)實現(xiàn)了動態(tài)的、非線性的知識組織形式，有效的支持多種教學模式，真實反映了教學過程，符合人類的認識規(guī)律，滿足了不同的使用對象的需要。系統(tǒng)可以適時地用系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)（學習成績）對學生的個性學習特征做出評價，嵌入的認知策略管理功能可以幫助學習者發(fā)現(xiàn)自己學習能力方面存在的不足，規(guī)劃學習路徑[3，4]，有效提高學習效率。

參考文獻（References）

[1] 鐘勇.以知識點為特征的學習系統(tǒng)導航關(guān)系分析與設(shè)計[J].計 算機工程與應(yīng)用，1999，（11）：102-104.

[2] 祝智庭.CAI的教學策略設(shè)計[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)教學模式優(yōu)化與調(diào)度[J].計算 機工程，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.

鄒 妍（1983-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：數(shù)據(jù)庫應(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.