基于积件课件的辅助教学系统设计＊

司玉杰，时振涛，张仕林，刘梦洁

（太原科技大学 计算机科学与技术学院，山西 太原030024）

从目前高校的教育方式看，使用课件进行授课已然成为一种重要的途径，课件作为计算机辅助教学的第一代软件，大幅度提高了教师的教学效率，同时也促进了计算机技术在课堂教学的广泛应用。但随着社会的不断进步，计算机网络技术在教学过程中发挥着越来越重要的作用，传统的计算机辅助教学模式已经不适配校园网络的发展程度和进步速度，传统教学中的课件也越来越暴露出它的问题，即都具有固定性、特定性和封闭性的现象。这主要是因为大部分课件的制作都是以特定的课程为基础，其是和教学任务相匹配的，所针对的教学环境和对象也是特定的，所以只适用于相配套的教材。也正因为上述原因，课件一旦制作完成，教师很难对其进行更改，教师的教学思想又不能充分地融入进去，学生的创造性和主动性也受到了遏制，对学生的学习起到了反作用，学生难以对知识点有全面的认识，这不利于教学质量的提高。为了提高课件的共享性和重用性，并将教师从复杂的教学软件设计工作中解脱出来，积木课件（Integarable Ware，简称“积件”）思想应运而生。

本文针对传统计算机辅助教学系统的缺点，通过积木思想将各个学科的知识内容分割成一个个的知识点，并结合网络传输的方式得出一种“碎片化课件”的解决方法，设计一种基于积件课件的教学辅助系统。本系统根据教学目标和实际需要，以知识点为单元构建教学资源。教师可以根据教学需求设计出可重组、可积、具有良好互动性的积木课件，这些以知识点为单元的积件可以像积木一样，可聚可散，可积可拆。教师能够调用资源库里的内容，重新组装一个符合自己教学需求的课程课件。同时，学习者可以根据自己的学习需要，自由组合自己的学习资源，以提高学习者的学习兴趣。该系统在一定程度上降低了课件开发的难度，减少了软件设计的工作量，真正实现教学资源的重复利用和学科内教学资源的共享，使计算机辅助教学向更灵活，适应不同教师、不同教学情境的方向发展。

1 系统分析

基于积件课件的辅助教学系统以CELTS 教育资源分类体系为指导，对教学资源库中的积件所属概念对象进行细分。该系统以B/S 结构为设计主体，采用JSP 语言实现各个功能模块。网络通信方面，采用当前相对安全和便捷的Http，然后在服务器上进行Tomcat 的部署和MySql 的搭建。积木课件系统主要包括远程应用服务器端、浏览器端和后台数据库三部分。远程应用服务器端实现浏览器端上所有用户操作，浏览器端只需要将初始的数据通过浏览器发送给远程服务器，服务器就会进行数据处理，并将处理过的结果反馈回浏览器端的用户，这样的结构能够极大减轻用户端的运行负荷。使用MySql 数据库，能够加快数据的访问速度，也容易查询满足条件的数据。系统整体结构如图1 所示。

该系统以知识点为基本元素，实现积件上传、积件下载、积件预览、积件库管理、用户管理等功能。教师可以对资源进行引用，像搭积木一样组建一个全新的课件进行上传，学生可以对课件或积件进行预览和购买。管理员全局管理教师、学生、课程和订单等信息。该系统的特点是低成本开发、低成本维护和高效率使用，能够给用户一种即时性、交互性的课件管理服务，以满足高校教育中使用课件进行辅助教学的需求。

图1 系统总体架构图

2 系统的总体设计

2.1 系统功能结构

基于积木的辅助教学系统主要分为两个子系统：教学资源子系统和积木课件子系统。教学资源子系统主要向学生级用户提供可供使用的积件资源以及简便的查询课件功能，使学生可以检索出满足教学和学习需求的课件，通过充值功能，有偿将需要的教学资源下载保存到本地，以便进行学习。积木课件子系统主要提供给教师级用户课件制作功能，是一个开发积件和组合课件的平台。系统功能结构如图2 所示。

图2 系统功能结构图

教学资源子系统包含的功能模块有：①用户信息管理模块。系统对用户进行身份验证，从而保证安全登录，并且支持用户注册，还提供了用户信息显示与编辑功能。②积件/课件查询模块。用户根据其学习需求查询课件或者积件，本系统提供的查询方式有快速查找和根据课件类别进行分类查找。③购买资源模块。用户浏览课件或积件基本介绍后，可以选择购买②③④⑤⑥课件或积件，费用从自己的账户中扣除。④预览和下载功能。用户根据自己的需求查询积件和课件，了解所需资源的相关介绍。购买后可以下载已经购买了的课件，并对这些课件进行全预览，实现线上学习。⑤账户管理模块。用户可以“监督”自己的“网上钱包”，通过在本系统充值，然后可以查看当前账户的余额信息。在进行了购买操作后，余额会扣除相应的金额。⑥订单管理。用户选择要购买的积件和课件后会生成订单，付款前，用户和管理员均可以对订单进行管理。

积木课件子系统包含的功能模块有：①积件管理模块。教师根据课程大纲中的知识点，以知识点为基本元素创建课程积件，并对积件进行相应的管理。管理员也可以对积件进行查询操作。②课件管理模块。教师可以根据课程需求创建某门课程的课件，该课件利用已经存在的积件进行组合而成。教师可以对已经存在的课件进行管理，也可以拆分课件中的积件，实现课件的灵活制作、积件的重复使用，提高积件的使用效率。③课程管理模块。教师和管理员均可以创建一门课程，管理员负责指定课程负责教师。课程的具体大纲及相关内容由负责教师来制定。每个教师都可以查看课程相关内容。④教师信息管理模块。管理员对注册教师进行身份验证，从而确保教师的真实性和系统的安全性。教师可以编辑个人信息。

2.2 数据库设计

积木辅助教学系统使用MySql 数据库作为存储，利用PD 创建概念数据模型（CDM），从而将积件与课件、课程、知识点等建立对应关系，便于灵活制作课件，完成课程辅助教学系统。本系统有8 个数据库表：管理员、教师、学生、课程、积件、课件、账户和订单，系统的CDM 模型如图3所示。

2.3 系统设计思想

2.3.1 查询功能

查询包含快速查询、高级查询、分类查询。实现的查询功能既可以选择主题、关键字、作者、作者单位等几种查询选项之一来进行快速查询，也可以选择几种选项按照“与”或者“或”的关系组合在一起对课程或知识点进行高级查询。或者是基于课程或知识点，用户选择按照课程类或学科类来分类查询，这种查询采用两种查询方式，一种是模糊检索，可以将属于某一个学科或课程类的所有课程或知识点全部检索出来；另一种是精确检索，通过输入课程名或知识点名来精确地检索符合条件的课程或知识点，从而大大提高数据检索的精确度。

2.3.2 积件课件的管理

积件的类型种类比较多，存储时要针对不同类型采用不同的存储方式。如文本类结构化数据直接存储在数据库中，目的在于方便查找和检阅，而位图图像、声音文件、视讯、Flash 等，这些都是无结构化的数据，考虑到它们的数据类型，这些无结构化的数据主要以文件的形式进行存储；相比较于文本类结构化数据，对于无结构化数据的访问比较复杂，一般采用间接的方法进行访问，即通过查找数据库中的资源无数信息来间接实现。

图3 辅助教学系统的CDM 模型

2.3.3 积件引用组合

积件是以知识点为基本单位存在，因此，一门课程需要课件时，应当将各个知识点的的课件组合在一起形成一门完整的课件。另外，用户购买课件时也是以积件为单位进行购买，当用户购买完所需积件后，如有需求，也要将购买积件进行组合，形成完整的课件。这其中的关键点在于如何组合积件。本项目采用的解决方法是，在组合积件时，按照积件所属的学科分类以及积件本身的关键字进行组合，如果不属于同种类的学科，积件是无法组合在一起，如果积件属于同一学科，但所涉及的内容不一致，同样也无法进行组合。这就需要组合的积件必须是同种类型，即积件所属学科相同，所授内容属于同一种课程，而且积件的内容不可以有太多重复，达到这个要求主要是通过对积件的类型以及积件的关键字进行匹配来判断。

3 系统测试

基于积件课件的辅助教学系统基于B/S 模式三层架构实现，共分为两个角色登录，即教师登录和管理员登录，两个角色都是通过输入自己的用户名及密码，通过form 表单传入Servlet 调用Service，最终使用DAO 层的方法将数据库中的数据取出进行匹配，匹配成功后进入对应主页。管理员和教师登录后的界面如图4 所示。

教师在课件部分可以创建积件单元，并将本地基于知识点的积件上传平台。也可以创建某课程，引用平台相关积件进行组合，形成该课程的课件。创建积件课件如图5 所示。积件课件的引用如图6 所示。用户可以直接使用数据库中已有的课件，将其引用至自己新建的课程中。用户也可以对一门课程中的积件进行删除和更新，管理课程引用积件的运行界面如图7 所示。

图4 管理员和教师登录后的界面

图5 创建积件课件

图6 积件课件的引用

图7 积件管理运行界面

学生用户想要购买课件时，首先需要账户余额有足够的积分购买课件，本系统提供微信支付充值，充值以后通过计费功能购买课件。用户在购买前只能预览课件三页内容，购买后可以下载并浏览课件所有内容。用户充值运行界面如图8 所示，预览部分课件内容界面如图9 所示。

图8 用户充值运行界面

图9 预览课件运行界面

用户在购买课件以后，可以在后台看见自己的购买订单记录，订单里面包括了所购买的课件名称、课件价格和购买时间。购买订单运行界面如图10 所示。

4 结束语

基于积件课件的辅助教学系统根据积木思想将课程的知识内容分割成一个个的知识点，以知识点为基准创建积件课件，并将这些积件单元存储在平台，供所有相关课程共享该积件内容。这些积件像拼积木一样，可聚可散，可积可拆。教师通过引用积件课件，重新组装一个符合自己教学需求的课件。同时学习者也可以根据自己学习需求，购买各个积件，组建符合自己学习特点的课件。本系统在实现方面本着简易、高效的设计理念，采用Http 通信协议实现服务器端与客户端的快速通信。整个系统基于Web Server+MySql 的B/S系统框架来进行开发，服务器端实现该系统中所有功能的后台数据处理与交互；而客户端在浏览器中进行使用，用户在任意终端机的浏览器中通过访问IP 进入系统进行操作。基于积件课件的辅助教学系统的设计既提高了课件的使用率，也实现了课件资源的共享，减少了教师设计教学课件的工作量，提高了学生学习的兴趣和主动性。接下来本系统将会继续在功能和操作方面进行改进，优化系统界面，提高用户的交互性，拓宽科目类别，使积件系统更加完善。

图10 订单列表界面