呂寶華

(長春建筑學院，吉林 長春 130607)

工程制圖數(shù)字化學習平臺的設計*

呂寶華*

(長春建筑學院，吉林 長春 130607)

針對工程制圖的現(xiàn)代化教學需求研究設計具有可行性的數(shù)字化學習平臺，總結平臺的理論基礎及應用前景，分析平臺的應用需求，并借助B/S結構、J2EE架構和Spring框架體系等進行成員組織結構設計和系統(tǒng)架構設計.在此基礎上融合“自主式學習”和“協(xié)作式學習”理念，設計平臺的成員管理模塊、平臺服務模塊以及平臺個性模塊，提高工程制圖數(shù)字化平臺的應用實效，為師生提供具有技術優(yōu)勢的數(shù)字化學習平臺.

工程制圖；學習平臺；數(shù)字化；J2EE

教改的逐步深入和教學手法的不斷更新，推動了教學理念的進一步發(fā)展.“自主式學習”和“協(xié)作式學習”作為被教育界廣泛認可的積極型學習方法，在教學中逐漸得到了發(fā)展和應用，成為現(xiàn)代創(chuàng)新型人才培育的重要途徑.同時，如何選擇和兼顧這兩種學習方法，成了工程制圖教學的一個難題[1].而數(shù)字化平臺的研發(fā)和應用則很好地融合了“自主式學習”和“協(xié)作式學習”的優(yōu)勢，為教師和學生提供良好的學習情境.該平臺應用了“互動傳播”的設計理論和現(xiàn)代化技術手段，其平臺服務模塊能讓學生進行協(xié)作學習，提高小組間的協(xié)作和互動，而個性模塊則提供了自主學習的空間，使得學生能夠更好地學習工程制圖課程的內容，提高知識掌握、應用程度.

1 系統(tǒng)需求分析及相關技術

進行軟件開發(fā)周期整體運行的首要步驟是對用戶進行真實、有效、準確地描述.目前在對象分析法中“用例(Ues Case)”主要用來對軟件開發(fā)和維護的需要及技術，而以建構主義學習理論為基礎的工程制圖數(shù)字化學習平臺則主要使用“主導-主體結合”教學設計法來構建網(wǎng)絡學習支撐平臺.此平臺更為關注學生的認知水平和個性，尤其重視學生在學習過程中的本體性，關注教師的引導，充分體現(xiàn)出學生的積極性、主導性和創(chuàng)造性，教師的監(jiān)控、啟發(fā)和引導作用[2].為此，平臺的設計應滿足以下需求：一是操作簡便，師生能夠快速登錄學習平臺，提升師生應用效率.二是呈現(xiàn)豐富的平臺資源，靈活整合、呈現(xiàn)師生所需的各類課程資源，包括視頻音頻信息、考試資料等，滿足不同人群的學習需求.三是具備有效的導航，讓應用者能夠通過導航在浩瀚復雜的平臺資源快速找到自己的所需資源，提高平臺資源的利用效率.四是實現(xiàn)因材施教，設立個性模塊和資源，促進學生的個性化發(fā)展.

為了滿足上述的需求，工程制圖數(shù)字化平臺的設計應用了當前較為先進的主流技術，其中主要包括以下幾種：

(1) B/S架構.B/S指的是瀏覽器及服務器結構，隨Internet興起而出現(xiàn)，主要用于對C/S架構應用的延展.B/S架構的運用以TCP/IP協(xié)議為基礎，按照HTTP傳輸協(xié)議的要求，借助瀏覽器滿足客戶訪問Web服務器及與服務器相連的后臺體系和數(shù)據(jù)庫技術的要求，因此包含Web服務器、瀏覽器、數(shù)據(jù)庫服務器三部分.Web瀏覽器是實現(xiàn)B/S用戶工作界面的主要方式，相應的業(yè)務邏輯在服務器端被實現(xiàn)，系統(tǒng)升級或維護時只需要對服務器進行維護即可，因此升級的工作量不受用戶規(guī)模大小的限制，以瀏覽器作為用戶的客戶端，無需任何軟件或維護.隨著Ajax的發(fā)展，B/S架構中的不足逐漸得到改善，進而成為當前Wed應用的主流架構[3].

(2) 輕量級的J2EE架構.工程制圖數(shù)字化平臺將傳統(tǒng)的J2EE架構拓展為五層體系，在充分利用其分布式處理、構件定位和安全服務等優(yōu)勢的同時，提高數(shù)據(jù)庫訪問效率，并降低單元開發(fā)和測試的難度，實現(xiàn)對象和關系數(shù)據(jù)庫之間的透明轉換，提高數(shù)字化平臺應用和維護的實效.

(3) Ajax技術.Ajax即異步JavaScript和XML，綜合了XHTML、DOM、XML等技術，為Wed應用程序實現(xiàn)異步的HTTP請求處理和快捷響應功能，不僅能把一部分應用邏輯轉移到瀏覽器端，減輕服務器負擔，而且可以使用戶交互更加流暢，進一步優(yōu)化工程制圖數(shù)字化平臺的用戶體驗[4].

(4) Spring框架體系.Spring具有一定的業(yè)務優(yōu)勢，包括業(yè)務邏輯可快速移植、允許程序員對橫切點關注進行模塊化、提供容器功能等.Spring的使用能夠有效地組織平臺的中間層對象，避免單例模式過度使用所帶來的弊端.同時，基于Spring的應用程序對API的依賴程度較小，且方便開發(fā)者進行測試，加之框架本身已具備了應用程序所需的很多功能，因而免去了開發(fā)者的很多工作，提高了開發(fā)效率[5].

2 平臺總體設計

2.1 成員組織結構設計

教學者、學習者和管理員構成了工程制圖平臺成員的分類，其中助學者主要是教師，學習者為學生，在學習的過程中，現(xiàn)實中的學生也可以通過助學者的身份來幫助平臺內其他學習者解惑，同樣教師作為管理者需要對平臺內的學習資源和學生進行管理.為了幫助教學，進行教學的啟發(fā)、引導、監(jiān)控和組織，在管理平臺的要求下，平臺成員的組織結構設計構成如圖1所示.平臺主要由不同的班級構成，每個教師與每個班級一一對應，每個班級又包含不同的學習小組.這能進一步明確教師的管理權限，提高工程制圖數(shù)字化平臺成員組織的條理性和學生管理的有效性.

2.2 系統(tǒng)架構設計

工程制圖數(shù)字化學習平臺的系統(tǒng)架構設計采用了Ajax+Hibernate+Spring方式，以實現(xiàn)輕量級J2EE架構的構建.其中，Ajax可以實現(xiàn)表示層，有效促進更為友好的和更為清晰的人機交互及體系結構.Spring技術開源JZEE框架依靠Java語言實現(xiàn)了業(yè)務邏輯層、持久層、領域層，而Hibernate中間件在持久層中得以運用，在保障數(shù)據(jù)存取的便捷性的同時，也符合了OOA/OOP的標準[6].這能使系統(tǒng)部署更高效，降低系統(tǒng)設計和開發(fā)的成本.系統(tǒng)架構如圖2所示.

2.3 平臺學習規(guī)則設計

為了提高學生登錄、運用工程制圖數(shù)字化平臺的積極性，平臺根據(jù)學生對資源的應用、共享程度制訂了積分制，如表1所示.

表1 工程制圖數(shù)字化平臺積分規(guī)則

在制訂積分制的同時，平臺針對不同積分層次的學生設計了三大等級，包括儒生(少于300分)、智者(300～800分)、奇才(800～1 500分)、天才(1 500分以上).除了以積分定稱號外，教師還根據(jù)平臺的積分層次開展有針對性的實踐學習和小組互動，讓每一層次的學生都能得到自己所需的學習機會，提高對工程制圖的學習效率.此外，教師還能以學生的積分數(shù)量作為學生平時學習情況的參考和評價，落實工程制圖教學的過程性評價.

3 平臺功能模塊設計

3.1 成員管理模塊

平臺成員登錄、注冊、注銷被納入到成員管理模塊中，注冊模塊主要用作對學習者認知能力和個性的收集，而登陸及注冊子模塊的使用主要是對用戶所輸入信息，包含客戶端、服務端的認證的驗證.DWR和JavaScrip主要在客戶端用來驗證如用戶名存在與否等，以便促進交互體驗的供應.

3.2 平臺服務模塊

教學設計在建構主義的學習環(huán)境下，不僅要考慮學習者在建構意義情景的創(chuàng)設，還要考慮教學目標的分析，情景創(chuàng)設應該作為教學設計的重要組成部分[7].平臺服務模塊借助對現(xiàn)有的學習資源進行優(yōu)化和整合，主要為現(xiàn)有平臺成員供給各類服務，以便于學習者建構學習知識.在平臺服務模型中，如何將參數(shù)化虛擬實驗、教學視頻、電子模型、電子學習課件等學習資源進行優(yōu)化和整合，打破簡單粗暴的堆砌，以此來為學習者提供便利是當前平臺服務模塊的重點工作之一，對不同學習資料的運用均需要從不同的角度或者不同的方式對某一個、某幾個知識點進行闡述，知識點之間具有關聯(lián)性，由此，以知識點為基礎進行知識的串聯(lián)，并對不同學習資料的難度進行梳理是構建學習資料橫向關系的基礎.目前，平臺服務模塊的種類有三種：

(1) 在線課堂.此種模式以知識點為基礎將所有網(wǎng)絡學習課件和教學錄像整合起來組合成平臺服務模塊，以此為不同層次和不同需求的學習者提供便捷的個性化服務.相比較以往的學習資料形式更便于知識構建.

(2) 聊天室.工程制圖虛擬學習平臺以聊天室為協(xié)作學習的交互方式，綜合平臺內包含“在線課堂”在內的其他模塊，以便于學習者之間交流和探討，同樣也是教師對學習者進行指導的一種方式.此種聊天室克服傳統(tǒng)形式帶來的刷屏時的屏幕閃爍和每次都需要對數(shù)據(jù)進行重新獲取的障礙，方便快捷的同時也促進了運行效率的提升.

(3) 消息欄.主要運用作對平臺新聞和教師通知、公告等的發(fā)布.此類信息分公共信息、私有信息、學習者呼應教師而發(fā)出的信息三類，可以對私有信息單獨地列出，以便于獲取教師及時的指導和建議.

3.3 平臺個性模塊

工程制圖虛擬學習平臺在促進學生協(xié)作學習的同時，也為學生提供了獨立、自主學習的空間.“自主式學習”是一種現(xiàn)代型的與傳統(tǒng)型接受學習相反的學習方式，主要以學習者積極主動的進行創(chuàng)造、獨立分析、實踐、探索、質疑等方式來完成學習目標.近些年來，引導學生進行積極自主的學習已經(jīng)成為一種比較流行的方式.工程制圖虛擬學習平臺利用成熟的技術進行普通功能的個性化開拓，以提高用戶體驗度.主要使用Blog技術進行如個人博客功能的“日志系統(tǒng)”的改造，以此為使用者建立私人空間，并進行個性化的展示和對信息、個性化數(shù)據(jù)的記錄.“我的課堂”按照用戶的認知層次和學習習慣對符合用戶個性的材料進行展示，基本符合因材施教的要求.個性模塊具體如下：

(1) 學習日志.類似Blog，可構建私人空間的功能.用于記錄在平臺學習期間的體會、總結、感想等，也可以借助日志記錄的功能將感想發(fā)布到論壇的“共享日志”版用于向指導教師請教或豐富學習資源庫.此模塊是學習者登陸時包含平臺導航的默認首頁，因此可以隨時進入平臺的其他模塊.

(2) 我的課堂.按照不同學習者的學習偏好，“我的課堂”模塊可以向學習者主動展示符合其學習偏好的學習材料，確保平臺的個性化和人性化.“我的課堂”中包含個性化推薦系統(tǒng)的功能，可按照學習者認知能力來為其構建合理的學習途徑，以完成因材施教的要求.

(3) 我的課程.在滿足學生個性化應用的同時，平臺也設“我的課程”等模塊，為教師提供進入平臺的專用界面.在“我的課程”中，教師可進行班級管理、學生管理等，如解答學生的提問、上存課程學習資料、批復學生的請假條、發(fā)布教學信息等.

4 結 語

開放式的工程制圖數(shù)字化平臺結合了B/S結構、J2EE架構和Spring框架體系等技術，滿足資源豐富、導航便捷和因材施教等需求.通過打破傳統(tǒng)教育和學習的禁錮，將“獨學”轉化成為“群學”，學習結構打破“封閉”桎梏轉為“開放”，同時借助個性化模塊保留學生自學空間，促進因材施教和個性化發(fā)展.這種“學習即生活”的理想化模式逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實，而學習的社會化和終身化在此種模式下逐漸成真.在此種學習環(huán)境中，處在虛擬學習空間內的成員，在統(tǒng)一的目標和利益下，不僅有權限有義務的參與到平臺的維護和創(chuàng)建過程中來，每一個平臺成員還可以借助平臺完成信息共享、資源共享、想法探討等，為共同探索、共同進步創(chuàng)造了良好的條件.

[1] 穆飛虎,戴本林,朱安峰.化工類專業(yè)“工程制圖與CAD”課程教改實踐[J].化學工程與裝備,2014(8):255-256.

[2] 黃萬亮,文廣,王文健,等.《工程制圖》輔助教學軟件設計[J].機械, 2014(7):38-42.

[3] 張純,張敬周,宋俊典.基于本體的軟件密集型系統(tǒng)架構知識管理研究[J].計算機工程與設計,2011,32(6):2 050-2 053.

[4] 李霞婷,宋榮.一種基于Ajax和SVG技術的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)[J].煤炭技術,2013,32(3):110-111.

[5] 李霞婷,宋榮.基于Extjs+Spring MVC的Web系統(tǒng)框架及應用研究[J].云南大學學報(自然科學版),2013,35(S2):110-115.

[6] 張淑艷,雷光明,成彬,等.三維CAD輔助工程制圖教學的方法[J].圖學學報, 2014,35(3):464-468.

[7] 潘文芳,何小娟.工程制圖與AuToCAD的整合教學研究[J].設計,2014(4):151-152.

責任編輯：龍順潮

Design of Digital Learning Platform of Engineering Drawing

LVBao-hua*

(School of Architecture in Changchun, Changchun 130607 China)

According the modern design of engineering drawing teaching needs to design the feasibility of a digital learning platform, summarize the platform of the theoretical basis and application prospects, analysis the application requirement, and using B/S structure, J2EE and Spring to design the members of the organization structure and system architecture. On the basis of those to integrate "autonomous learning" and "cooperative learning", design the member management module, platform service module and platform personality module of the platform, improve the effect of the digital platform of engineering drawing, provide digital learning platform with superior technical for teachers and students.

engineering drawing; learning platform; digital; J2EE

2014-01-12

吉林省教育廳“十二五”科學技術研究項目 (2014621)

呂寶華(1980— ),男，吉林 大安人，講師.E-mail:lbhxs@126.com

TP391.6

A

1000-5900(2015)01-0111-04