计算机辅助教学系统的积件库设计

摘要：本文通过分析积件理论及积件组织平台的体系结构，提出积件库的UML模型并用于计算机辅助教学系统CAI的设计。结合计算机文化基础课程的教学实践发现，与传统教学系统相比，积件辅助教学系统具有形式灵活，可继承，易于扩展的特点。

关键词：计算机辅助教学；积件；课件

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)11-20300-03

1 引言

我国计算机辅助教学系统的发展经历了两次重要的变化，以“课件”作为教学方式的第一代辅助教学系统和以“积件”作为教学方式的第三代的辅助教学系统[1]。课件（Course Ware）是指在某种学习理论、教学方法的指导下，根据教学目标，采取某些教学策略组织教学内容的计算机辅助教学系统。这种教学方式制作简单，易于控制，因而得到了师生的广泛使用。相关统计资料表明，目前全国90%以上辅助教学软件仍是以课件作为最主要的表现形式。但是课件完成后，教师不易根据教学内容按照自己的教学思想重新组织教学课件以适应特定的教学环境和教学对象，课件内容和形式相对固定，因此不利于教师与学生之间个性的发挥，不利于交互式教学的运用。

积件（Integrable Ware）是指由教师或学生根据教学需要自行运用多媒体教学信息资源的教学软件系统，积件包括积件库与积件组合平台两个部分。近年来积件技术得到了迅速发展，成为CAI发展新方向。与课件式教学相比，积件教学形式多样，内容丰富，极大提高了课件的教学质量，因此得到了人们普遍的关注[2]。

本文通过分析积件理论及其体系结构，采用UML建模[3]设计积件库，基于积件库设计辅助教学系统。结合计算机文化基础课程的教学实践发现，与传统课件式教学系统相比，积件辅助教学系统具有形式灵活，可继承，易扩展的特点。

2 积件教学软件的系统结构

积件是由教师和学生根据教学需要自己组合运用多媒体教学信息资源的教学软件系统。积件教学对教学资源和教学过程进行准备、检索、设计、组合、使用、管理、评价的理论与实践，是从课件的经验中发展出来的现代教材建设的教学理论[4]。积件系统由积件库和积件组合平台两个部分构成。

2.1 积件库

积件库是教学资料和教学表达方式的集合，积件库包括多媒体（教学）素材库、微教学单元库、 资料呈现方式库、教与学策略库、网上环境资源库。

2.2 积件组合平台

积件组合平台是用来组织积件库并供教师和学生使用的教学软件环境。积件组合平台是连接五个积件子库的关键部分，也是教师和学生选取、加工教学资源信息、进行教学活动的操作平台，如图1所示，积件组合平台管理积件库的多媒体素材库和微教学单元库两个领域知识库，并通过网络访问网上的共享资料库，结合教与学的教学策略采用多种呈现方式生成教学所使用的教学课件。

根据领域知识点和存储方法的性质，把积件库分为实积件库、虚积件库和网上资源库。实积件库是指知识点的集合，包括多媒体教学素材库、微教学单元库，它们的共同特征是为教学提供素材。教学素材库包括文本、图形、图象、声音、动画、视频等与领域知识相关的所有形式，微教学单元库指由教师（或学生）对教学素材重新组织成新的教学资料。虚积件库由资料呈现方式和教与学策略组成，虚积件库并不构成实际知识，而是指教学所使用的思想、方法、方式、策略、技巧等。因此虚积件库的设计完全不同于实积件库的设计，不能简单采用数据库的设计方法。网上资源库是指分布在网络上的实积件库与虚积库总称。

3 实积件库设计

实积件库又称为领域知识库[5]，在领域知识库中把知识点分为元知识点和复合知识点。元知识点是构成知识点的基本元素，复合知识点由元知识点或复合知识点通过相互之间的关系结合在一起。因此按照领域知识库的设计方法，把最基体的教学素材设计成元知识点，而将其它教学素材和微教学单元设计成复合知识点，

采用上述构造方法，我们可以把积件库中教学资料库和微教学单元库统一成一种知识点结构，采用UML建模方法设计知识点结构，如图2（具体UML建模方法参考文献3）。通过SID链表属性，一个知识点可以关联多个知识点，便构成知识点的树型结构，当SID链表为空时表示此知识点为一个元知识点，因此知识点结构形式统一，具有可继承，可扩展的特点。

4 虚积件库设计

把不包含领域知识点的积件子库统称为虚积件库，因此虚积件库是指教学过程中使用的教学思想和教学方法。它们主要是通过教学过程中对知识的组织、讲解来实现。虚积件库包括资料呈现方式库和教学策略库。资料呈现方式是指各种教学资料在计算机辅助教学中的表现的方式；教学策略主要是指教学的方法、模式与策略，包括讲授法、演示法、讨论法等。

因此可以将虚积件库设计为名称索引和方式实现两个部分。名称索引保存资料呈现方法和教学策略名称及其调用方法，其结构如表1（只列出主要部分）。

方式实现是指具体的教学方式和策略的计算机实现方式，把方式实现设计统一在积件的平台开发中。定义一个控制基类并设计基类的调用接口，如图3。采用虚函数定义，控制均由基类派生，因此呈现方式统一为一种基类的调用接口。

Control Base Class

Name //名称

ID //Key

Property //属性结构

……

//呈现方式

Virtual Move()

Virtual Show()

Virtual Play()

……

5 积件库计算机辅助教学系统的实现

积件库及积件平台采用面向对象的方法设计，结合PowerPoint的OLE动态连接库技术采用C#软件开发完成。教师可以通过系统按照自己习惯的教学方法和教学策略组织安排教学内容，系统可以边制作边展示。为了便于教学上课使用，系统设计有课件导出功能，教师可以通过导出功能生成上课所使用的PPT电子课件（PowerPoint文件）。与传统教学软件相比，课件内容和组织形式更加灵活。

6 结束语

积件技术把教学的资源素材与师生之间的教与学灵活结合，充分发挥计算机辅助教学形式灵活，展示多样的特点。尽管积件技术发展才刚刚开始，采用积件技术制作的课件并不多，但是相对于传统的课件技术，积件技术具有非常明显的优势，因此基于积件技术的计算机辅助教学系统的设计必然会成为CAI发展的一个新方向。

参考文献：

[1] 施农,冷静,等.一个基于积件思想的新一代多媒体辅助教学系统的设计与实现[J].计算机应用研究,2001(4):108-111.

[2] 王世龙,秦维佳,孟艳红.基于积件理论的CAI课件制作软件的设计与实现[J].沈阳工业大学学报,2006.2(28):98-101.

[3] 张韬,应时. 基于统一建模语言的面向服务体系结构的描述[J].计算机工程,2006(16):89-91.

[4] 孟宪飞,申永胜,等. 基于积件思想的智能化计算机辅助教学系统的设计[J].计算机应用,2003(5):71-73.

[5] 王卉.基于学科领域知识库的远程教学服务系统[J].电脑知识与技术,2005(29):85-87.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文