ICAI在船體強度與結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)上的初步應(yīng)用

張欣 徐進杰 陸月 渠繼東

摘要:該文介紹利用Visual Studio 2010和Authorware 7.02制作的ICAI在船體強度與結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)上的應(yīng)用,分別從制作背景，設(shè)計思路,利用到的技術(shù)工具,處理手段和與其他技術(shù)的融合應(yīng)用前景來論述。

關(guān)鍵詞：ICAI；船體強度與結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)；Visual Studio

中圖分類號：TP319文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)16-3917-04

Visual Studio船體強度與結(jié)構(gòu)設(shè)計是船舶與海洋工程必修的一門課程，該課程圖表較多，計算量很大且與材料力學(xué)，船體結(jié)構(gòu)力學(xué)等多個課程關(guān)聯(lián)很大，采用傳統(tǒng)教學(xué)很難達到滿意的教學(xué)效果。通過傳統(tǒng)的CAI（Computer Assisted Instruction,即計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)）只能使學(xué)生通過文字、圖片對概念知識有簡單了解,缺乏交互性。

1現(xiàn)狀與概況

CAI的生命力在于交互性，現(xiàn)在的CAI交互性不足，在更新技術(shù)的支持下，CAI應(yīng)該具有更強的交互性,學(xué)生在與計算機詢問和回答的交互中學(xué)習(xí)。ICAI(Intelligent Computer Assisted Instruction System，即智能計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)）成為現(xiàn)在輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究和發(fā)展方向。ICAI將教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)策略分開，當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)時,通過智能診斷機制判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，分析學(xué)生產(chǎn)生錯誤的原因，生成實時的學(xué)生模型，向?qū)W生提出更改建議、以及進一步需要學(xué)習(xí)內(nèi)容的建議；通過對學(xué)生資料庫中學(xué)生出現(xiàn)錯誤分布的統(tǒng)計，向教師反饋教學(xué)重點的建議。同時，通過教師界面為教師提供友好的教學(xué)內(nèi)容界面，可以隨時調(diào)整教學(xué)策略。

因此，我們將船體強度與結(jié)構(gòu)設(shè)計初步開發(fā)成ICAI，是該課程可以采用更靈活、更具交互性的方式來調(diào)動學(xué)生的積極性，開展教學(xué)工作。

2選用的開發(fā)工具

2.1 Authorware

Authorware是采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想,基于圖標(biāo)和流線的多媒體制作軟件。Authorware提供了龐大的功能函數(shù)，其支持11種交互作用響應(yīng)類型，每種響應(yīng)都實現(xiàn)不同的功能，包括文本輸人響應(yīng)、熱區(qū)響應(yīng)、熱對象響應(yīng)、按鈕響應(yīng)、條件響應(yīng)、事件響應(yīng)。這些函數(shù)和交互作用響應(yīng)類型使得不具有編程能力的用戶也能創(chuàng)作出一些高水平的多媒體作品，而且能夠與多種多媒體制作軟件結(jié)合，共同實現(xiàn)多媒體的功能等特點。在Authorware中實現(xiàn)交互設(shè)計的技術(shù)是該軟件強大功能的集中體現(xiàn)。

2.2 Visual Studio 2010

Visual Studio 2010是微軟公司推出的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境，是目前最流行的Windows平臺應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，提供了用于解決常見編程任務(wù)的構(gòu)建基塊（預(yù)制的軟件），從而能夠進行可視化的編程，借助于Visual C++可以快速構(gòu)造具有出色的應(yīng)用程序,方便地進行多媒體軟件的編輯,各種功能的實現(xiàn)。

3 ICAI系統(tǒng)

3.1 ICAI的開發(fā)思想

Authorware的編輯制作過程首先用系統(tǒng)提供的圖標(biāo)建立應(yīng)用程序的流程圖，然后通過逐個編輯圖標(biāo)，添加教學(xué)內(nèi)容。這種流程圖式的程序結(jié)構(gòu)能直觀地表達教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)教學(xué)思想，反映教學(xué)過程。根據(jù)知識點和各章節(jié)之間不同聯(lián)系和要求，采用不同的內(nèi)容關(guān)聯(lián)安排方式：

1）樹型結(jié)構(gòu)。在主操作目錄下采用樹型結(jié)構(gòu)，即每一章節(jié)作為一個樹枝，作點擊鼠標(biāo)就進入這一章節(jié)，系統(tǒng)隨即進入所選章節(jié)。該部分主要采用交互圖標(biāo)、文件跳轉(zhuǎn)和動態(tài)按鈕技術(shù)實現(xiàn)。

2）線型結(jié)構(gòu)。在每一章節(jié)的內(nèi)容大多數(shù)是按照線性進行排列的，章節(jié)內(nèi)容較多且需要多個頁面展示，因此采用線性結(jié)構(gòu)，依照以線性順序逐個介紹知識點為主，用戶進入某一頁面后，即可按順序一頁一頁向后翻，同時采用導(dǎo)航目錄實現(xiàn)與各個目錄間的鏈接轉(zhuǎn)換。如圖1。

3）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該課程的許多內(nèi)容相互交叉，同時由于其他學(xué)科存在相互聯(lián)系，它們之間的相互聯(lián)系就需要通過非線形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。當(dāng)展示內(nèi)容較多且需要參考的知識較多時，如果采用線型結(jié)構(gòu)，會出現(xiàn)要想從當(dāng)前頁要進入其他相關(guān)知識點時，只能要先返回目錄界面，再進入另一節(jié)，出現(xiàn)頁面間頻繁切換，操作繁瑣。因此，在需要多次連接的地方采用非線型網(wǎng)狀鏈接，同時兼顧采用交互圖標(biāo)，超文本結(jié)構(gòu)，熱對象方式。

3.2教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)容介紹

為了給用戶提供一個結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、操作方便、交互友好的界面，應(yīng)用界面采用了Windows的窗口形式,多層結(jié)構(gòu)顯示，各層均由子系統(tǒng)菜單操作按鈕、返回上層按鈕與相應(yīng)學(xué)習(xí)內(nèi)容構(gòu)成。教學(xué)系統(tǒng)上方為主菜單，在主菜單中設(shè)置有章節(jié)目錄按鈕、教學(xué)視頻、測試作業(yè)，輔助工具和幫助按鈕。當(dāng)開始學(xué)習(xí)時，點擊主菜單中的任意章節(jié)進入二級菜單。在界面布置上，項目標(biāo)題和節(jié)標(biāo)題明確內(nèi)容主題，將占據(jù)醒目位置的設(shè)置為頁面內(nèi)容，作為界面的主體，通過文字、聲音、動畫、視頻等多媒體手段實現(xiàn)教學(xué)目的；使整個頁面信息清晰明了，主題突出。見圖2。

圖2

該系統(tǒng)在內(nèi)容設(shè)置上分為教師界面和學(xué)生界面，教師界面?zhèn)戎赜谝远嗝襟w的形式展示書本上的知識；學(xué)生界面是側(cè)重于知識點的分類提醒，測驗總結(jié)。3.2.1教師界面

主要是用于老師上課時課本知識主干講解，因此該部分的內(nèi)容是課本的主干知識，依托圖片和flash動畫，讓單純的課堂上的文字轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗝襟w的輸出。如圖3。3.2.2學(xué)生界面

該內(nèi)容分為課本教學(xué)和課后測試。課本教學(xué)主要是將課本的知識點進行了分類，分為重點，掌握，拓展三類,這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候就能夠有所側(cè)重,在每一章開始的第一頁上是該整的重點分類，在頁面的右上角有，當(dāng)講述重點的頁面上有課堂講述的錄像，結(jié)合文字和視頻能加深學(xué)習(xí)的印象。在學(xué)習(xí)的每一個頁面上，右側(cè)有一個可以彈出的區(qū)域，用來記錄在這一頁面的學(xué)習(xí)的時候的感想，或是不足。

調(diào)用視頻播放的代碼如下：

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該課程所涉及到的基礎(chǔ)知識分布面廣，公式概念多，處理方法多，而且課程內(nèi)容與船體實際結(jié)構(gòu)緊密相聯(lián)。這就可以借助于在每一頁上都有輔助提醒，當(dāng)忘記或是不確定的時候，可以點擊調(diào)出相關(guān)的數(shù)學(xué)或是材料力學(xué)的公式。該輔助工具的公式功能是首先通過Word程序編寫RTF格式的幫助文該文件,然后通過notepad編寫幫助的項目文件(HPJ格式),并用VB中的幫助編譯器HC.EXE進行編譯,最后應(yīng)用Winhelp函數(shù)進行調(diào)用；此外，還可以調(diào)用系統(tǒng)的計算器進行數(shù)學(xué)運算。

一般來說，學(xué)習(xí)的時間和學(xué)生所學(xué)知識的理解程度呈正相關(guān)。學(xué)生學(xué)習(xí)每一頁面的時，系統(tǒng)會自動的記錄每一頁的停留時間，并在每一章結(jié)束的時候，計算出停留在每一頁面的平均時間，將大于平均時間20%的頁面挑選出來，自動的生成一個有待加強學(xué)習(xí)的知識點列表。

課后測驗：

每一章節(jié)之后就會有隨堂練習(xí)，這些習(xí)題是歷年對學(xué)生進行輔導(dǎo)和考試用的習(xí)題以及從網(wǎng)絡(luò)上獲得的其他院校的相關(guān)習(xí)題。按答題的方式分為3種習(xí)題類型:即單選題、判斷題和計算題。測試題與答案模塊使用QL server 2008數(shù)據(jù)庫制作，用戶在使用過程中可以隨時對習(xí)題庫進行增加、刪除和修改.

以選擇題為例，全部習(xí)題和答案由Excel輸入,將其導(dǎo)入到SQL server 2008數(shù)據(jù)庫中。在習(xí)題的頁面窗口中，在題干的下邊給出4個選擇答案,窗口的最下邊是習(xí)題的導(dǎo)航按鈕，包括翻頁按鈕、返回目錄按鈕和退出按鈕。做單選題時,用鼠標(biāo)單機認為正確的答案，將所有的題目做完之后，點擊檢查按鈕，系統(tǒng)就會判斷所做題的正誤,錯誤的答案會以紅色的叉號表示出來。同時，在每一題后上面都有一個五角星，當(dāng)你在做這道題的時候，拿不準或是做錯了，可以點擊一下五角星，這樣當(dāng)學(xué)生做完之后，再加上學(xué)習(xí)時有待加強學(xué)習(xí)的知識點列表，系統(tǒng)會生成一份需要鞏固的知識點表格和試題集，以備以后復(fù)習(xí)的時候使用。如圖4

4系統(tǒng)主要特點

該系統(tǒng)充分運用了Authorware和Visual Studio 2010平臺下的Visual C++各自的特點，利用了Authorware方便的層次設(shè)計的功能和Visual Studio 2010強大的可視化編程功能，使設(shè)計系統(tǒng)時可以減輕工作量，并且系統(tǒng)具有很好的可移植性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)還具有以下的特點：

1)各種層次和結(jié)構(gòu)的課程安排，可以使教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點清晰明了，教學(xué)節(jié)奏便于控制。教師在批改作業(yè)、輔導(dǎo)答疑等教學(xué)活動中,常常有許多重復(fù)性工作,可以將這些內(nèi)容編制成教學(xué)軟件,交由計算機完成。并能通過開發(fā)課件,可以集中許多優(yōu)秀教師的智慧,在某種程度上,將有利于解決優(yōu)秀教師來源與數(shù)量問題,使教師的工作更加簡易。

2)模擬系統(tǒng)具有良好的可擴充性，可以不斷在系統(tǒng)中更新學(xué)習(xí)資料,讓學(xué)生盡早了解和掌握本學(xué)科的前沿動態(tài)和最新技術(shù)。以點帶線，以線帶面，激發(fā)。

3)選用Authorware軟件作為基礎(chǔ)的開發(fā)平臺，對程序進行Web化打包，在網(wǎng)頁中添加支持代碼，配置服務(wù)器，就可以在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，擴展成為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的資源。以該系統(tǒng)作為藍本，可以開發(fā)出用于其他課程的輔助教學(xué)和在線考試系統(tǒng)，再把這些單個科目的系統(tǒng)利用Visual Studio集成，就可以進行課程CAI資源庫的建設(shè)。

4)增加課程的興趣性。整個系統(tǒng)是在圖形用戶界面下進行,圖形用戶界面友好,操作簡便，同時可以把抽象概念通過多媒體形象直觀地表現(xiàn)出來,將傳統(tǒng)的計算、聲音、圖形、動畫、視頻、文字融合在一起，能調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

5結(jié)束語

我們開發(fā)的教學(xué)輔助系統(tǒng)已經(jīng)部分達到了ICAI的要求，借助Authorware強大的多媒體集成功能，把文字、圖像、聲音、動畫、影響等多媒體素材在時間和空間兩方面進行集成,突破了傳統(tǒng)的多媒體方式各種表達方式的相對獨立,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中，賦予交互特性，記錄每個學(xué)生原有的知識水平和學(xué)習(xí)能力。其依據(jù)為學(xué)生與系統(tǒng)之間的交互問答歷史，并對每個學(xué)生的學(xué)習(xí)進步情況進行動態(tài)調(diào)整，能診斷學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的錯誤，并分析錯誤原因和給出解決方案，在此基礎(chǔ)上逐漸積累"經(jīng)驗"，從而具備糾錯能力；掌握每個學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、水平和能力，以此為依據(jù)為不同的學(xué)生制定學(xué)習(xí)計劃，有針對性地進行個別指導(dǎo)，并在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)學(xué)生進度自動調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而具有適應(yīng)能力；教師根據(jù)學(xué)生模塊情況做出智能化的教學(xué)決策，評判學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提出改進方法和意見等；在未來還可以大大拓寬了ICAI的模式，例如建立虛擬教室、智能導(dǎo)師系統(tǒng)、教學(xué)模擬等，具有更多的創(chuàng)造能力。

ICAI要徹底改變傳統(tǒng)的多媒體單向表達方式，對于每個學(xué)生來說，智能化的計算機可以充當(dāng)學(xué)習(xí)上的伙伴，老師等角色，全方位的記錄學(xué)習(xí)過程，在以后的改進中添加智能接口，能夠理解自然語言，實現(xiàn)更普遍意義上的人機對話，對帶有學(xué)生個性特點的問題做出解答；對整個教學(xué)來說，由點到面的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，即可以減輕教學(xué)強度，又可以因人而異的針對性的教學(xué)，提高教學(xué)效果。

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