基于web的《结构力学》网上多媒体教学课件的研究,建筑教育改革理论与实践 ，武汉工业大学出版社， 2004.154-158

基于web的《结构力学》网上多媒体教学课件研究

胡卫兵

（ 西安建筑科技大学 陕西 西安 710055 ）

　　摘 要：本文介绍了利用Internet （web） 技术，DREAMWEAVER等网页制作工具，3DMAX, photoshop等最流行的多媒体软件，制作《结构力学》网上多媒体教学课件（即CAI课件）。包括网上多媒体教学网站平台，以及结构组成规则及合理形式、内力图、位移计算、影响线、结构极限荷载、形成整体刚度矩阵、主振型及结构动力响应动画等。这一CAI课件不需任何修改，就能够在教学中直接应用。该网站平台可以很方便地用于其他任何课程。

　　 关键词 CAI web技术 ASP数据库 结构力学



一、 研制意义及目前国内的研制及使用情况

　　结构力学课程是土木类专业重要专业技术基础课，也是结构工程、防灾减灾工程和道桥工程硕士研究生入学考试必考课程。目前教学过程中的教学方法、教学内容和课程体系，在过去为人才培养起了重要作用，但21世纪科学技术的飞速发展、新技术、新学科和新材料的不断产生和应用，尤其是计算机的广泛应用，为结构力学开拓了许多新的应用领域。原有的教学内容和方法，已显然不能满足社会对人才知识结构的要求，其不适应性主要表现在以下几个方面：
　　1 课程内容重复、陈旧，缺乏专业针对性。
　　2 原有的教材内容与实际工程问题结合较差，工程应用薄弱，不能突出专业人才素质教育和能力培养的要求。
　　3 教学手段落后，现代化教学手段引入不够，对现代科技成果的应用更是严重滞后。
　　如何在缩减了的课堂教学时间内，既要完成规定的教学内容，更要向学生传授更多更新的知识和信息，以提高教学质量和效率。如何改善枯燥的传统授课模式，调动学生学习的灵活性、主动性和积极性是亟待解决的课题。
　　近年来,计算机多媒体技术发展得很快,它以丰富的图形界面、逼真的视频动画、生动的音响效果，增强了物体的立体感、动态性和表现力，也极大地调动了学生的好奇心、求知欲和主动性。以计算机多媒体技术为基础的计算机多媒体辅助教学使学生增加了对教学内容的感性思维和理性认识，极大地改善了学习效果，因此，它必将在不久的将来成为教学的主要辅助方式之一。

二、 研制内容

　　该课件研制是利用Internet （web） 技术，DREAMWEAVER等网页制作工具，3DMAX, photoshop等最流行的多媒体软件，制作《结构力学》网上多媒体教学课件（即CAI课件）。包括网上多媒体教学网站平台，以及组成规则及合理形式、内力图、位移计算、影响线、结构极限荷载、形成整体刚度矩阵、主振型及结构动力响应等。最终使这一CAI课件不需任何修改，就能够在教学中直接应用。该网站平台可以很方便地用于其他任何课程。在任何联网的计算机上只需键入网址就能进入该教学网站。这将会使课堂教学变得轻松，并且富有极强的吸引力，也便于老师和学生之间的交流。主要研制内容有：

1、课件内容的研究

　　1)精心选材、合理编排
　　采用CAI课件授课，课堂传授的信息量大了，更要注意突出重点，分清主次，精心选材，合理编排，对不同的内容设计出不同的表现形式。利用文字、线条、动画丰富多变的格式设置，来突出重点，加深学生的印象。
　　２）利用动化设置增强演示效果
　　利用动画模拟难于用语言描述的事物变化和动态现象（如利用动画来显示几何可变体系的运动现象、内力随荷载移动的变化规律、破坏机构的形成过程、振型的动态演示、单刚元素向总刚移置等）。利用图片介绍实际工程，增强学生的感性认识，有助于学生由直觉思维上升到形象思维和抽象思维，获得较好的教学效果。
　　３）保证多媒体教学过程的连贯性
　　充分利用多媒体技术中的覆盖及隐藏功能，将讲过后不再需要的内容遮盖起来或让它隐藏。腾出位置显示新内容。这样一来，就将一个完整的教学内容放在一个页面内连续显示出来，避免不必要的跳转，保证了教学进程的连贯性。
　　４）提高多媒体教学过程的应变能力
　　教师上课前要查阅大量的资料，写出讲稿，但上课时又不能将讲稿原样照搬给学生，而是时刻观察学生的接受能力和反应情况，及时调整教学节奏和教学内容。
　　５）交互利用多个程序，各取所长

2、CAI课件平台的各主要模块及其功能的研制

　　为了体现网络教学的方便和快捷，采用了框架结构左右分栏。左边导航条可以根据中间功能条的选择按钮而出现章节树型菜单（教学菜单）、搜索页、素材及后台管理、网上测试选择页、版权页等等。同时点击留言选择可以在右边出现留言板窗口。中间那个功能条包括了所有的功能，
　　1) 导航功能 在本课件中导航功能采用以下方案来实现。“伸缩式树形菜单目录”，它与教材目录相同，可用于辅助检索。树型导航目录为单独的一页，显示在左边的框内。一开始显示各章标题，单击章标题号后目录展开，显示这一章下面的节的标题，未展开的章标题及其前的标记为▲，展开后标记旋转180度，再次点击已展开的章标题后目录将恢复原样。整个目录还可扩展，在节标题目录下加入第三层，用以显示每一节下的各小节标题内容，树型导航部分中每个标题点击后都将在右侧框架中显示对应页的内容。
　　2) 查询功能 现在常见的兄弟院校在课件中的查询功能是用JavaScript实现的，它通过维护一个关键词及包含页面URL的对应词典表来实现查询，整个课件总页面数将在一千页左右，常用的关键词有几百个,在这种规模下这个查询程序的工作将是有效的，但效率很低。查询功能其实可以用FrontPage98内置的Search Form(检索表单)组件下的Active Elements来实现，其功能非常强大。这种技术是基于ASP的。而本CAI课件正是使用了这种技术
　　3) 留言功能 点击"留言按钮”后可以查看所有留言。如果想签写留言，点击动画条下面的“签写留言”就可以签上自己的留言。达到老师和学生交互的效果。老师可以在上面回复学生的提问，而且可以接收任何关心本软件的人提出的意见。还可以统计出拜访人次分布和留下拜访人相关信息。方便以后长期联系。
　　4) 后台管理功能 点击“管理”按钮后，可以在其中更改许多选项。主要修改的内容如下所述：字体加粗、字体颜色和大小、插入图片、插入多媒体动画、留言板界面等等。具体操作不作赘述，总之，界面简单明了。管理员一看即知。这样就便于内容的更新。
　　5) 网上测试功能模块 网上测试已经预留。需要建立一个题库，客观题可以在先给分，用于测试概念掌握的真实和准确度。
　　6) 在线实时交流模块 点击“在线查看和交流”后弹出窗口。可以了解现在在同时浏览网页的人所处的地址。选择一个人，可以实时交流可以查看在线人数和相关消息，可以选中在线用户发消息。

3、CAI素材的收集研究

　　由于多媒体ＣＡＩ突破了计算机与各种电教设备的界限,融各种电教设备功能于一体,综合处理文字、数据、图像、动画和视音频等多种教学信息,使得多媒体CAI软件制作与其他类型的软件制作有很大不同:在多媒体CAI的制作过程中,我们要收集大量的声音、图形、图像、视频影像等多媒体素材。图形、图像资料的收集图形、图像是多媒体CAI软件中的一个重要的组成要素。在本CAI课件的制作过程中，主要是使用3DMAX这一大型动画制作软件将书中难以理解的部分用动画的形式表现出来。另外，使用豪杰超级解霸2001对所做的AVI动画截图，存为JPG格式；使用扫描仪将书中的文字和公式扫入电脑，用尚书6.0OCR识别软件进行文字处理；用著名的HyprSnap抓图软件将书中的一些表格和图形抓下，存为JPG格式，（并不是所有的插图都有必要做成动画）；并用word2000进行排版和插图，然后存为网页格式进行发布。

4、CAI课件教学手段的实施效果研究

　　1） CAI课件教学，图、文、声、像并茂，能对学生感官提供多种刺激。对一些摸不着、看不见的抽象概念，复杂的空间关系，无法想象、难于用语言来描述的东西，可用多媒体手段生动、形象地演示出来，易懂、易学、易教。
　　2） 课件的文字、图形大，并且工整规范，示意清楚，有利于大班上课。
　　3） 扩大了课堂授课信息量，教学效率高，既压缩了课堂教学时数，又增加了一些新的教学内容。
　　4） 学生在课堂上只须集中精力听讲，不须做太多的笔记。
　　5） 在CAI课件经过内部测试后将进入一些学校进行实际的试用，并听取教师的意见，做好进一步改正的准备。

三、课件的特点

　　本CAI课件, 基于网络的远程教学的尝试。该系统具有以下特点:
　　(1)实时性　系统管理员可以通过后台程序的支持用浏览器方式把要更新的资料存放或更新到服务器中, 客户端通过浏览器可及时或即时收到更新的内容；
　　(2)易用性　客户端只需装上任何一种Web浏览器, 而不需要装上其他软件；使用者只要求熟悉Windows98/2000的基本操作, 不必掌握专业的电脑知识同时易用和方便快捷的界面布局完全可以让你自由和快速的找到你自己需要的信息；
　　(3)平台无关性 客户端无论用什么浏览器，什么操作系统，只要其可以连上互联网，那么都可以有效的支持其浏览请求和各种学习需要；
　　(4)方便的内容修改和更新 由于采用了数据库和ASP技术，所以后台管理和内容更新比较容易实现。加上留言板和搜索功能，教师和学生、学生和内容之间的互动效果比较好。
　　(5)跨地域性　网上远程教学不受地域限制, 在任何地方只要连上Internet就可实现。
　 （6）具备开放性、交互性、共享性、协作性、自主性。开放性是指网络课程的体系和内容能够让教师方便地进行调整和更换；交互性是指网络课程不仅要有人机交互，更重要的是教师与学生、学生与学生之间要通过网络实现人与人之间的教与学的交互；共享性是指网络课程要通过链接等多种方式引入丰富的动态学习资源；协作性是指网络课程可以让教师、学生通过讨论、合作、竞争等形式完成一个确定的学习任务；自主性是指网络课程能供学生在网上自主学习。
　 （7）规范性网 络课件制作要紧密结合教学改革，包括对教学思想、内容、体系、方法、手段的改革；符合教育部《现代远程教育资源建设技术规范（试行）》的要求。
　　该系统是基于网络环境的超媒体教学系统, 可提供多维图形界面, 具有处理静态的数据和其它媒体数据的能力, 能响应用户触发的事件, 能从一个图标或按钮跳转到另一个动作或一个相关的数据图像, 而且可链接其他的应用程序。

四、课件开发研制完成后达到以下水平

1)、教学
　　 1、教学内容水平
　　 符合本学科或课程教学要求，教学目标明确，取材合适，深度适宜，份量适度。符合学生认知规律，逻辑性强，富有启发性，便于学生学习，有利于学生能力培养。教学内容组织及其结构合理，学习路径明确，知识关联清晰。表述知识生动趣味，能引起和保持学习者的学习兴趣和注意力。
　　2、 交互反馈水平
　　人机交互性强，学习进度可控，学习路径可选，交互参数可设。习题和思考题质量高，题型适当，设计水平高，操作简便，具有较好的学习评价和反馈。
　　3、 媒体规范水平
　　文字表达规范，字体、字号和色彩适合阅读，图表清晰准确，符号、公式和计量符合国标。讲解、配音和对白的教学水平高，标准普通话播音，视频的制作符合电教片规范。

2)、软件
　　1、软件运行水平
　　软件安装方便、运行正常、可靠性高、兼容性强，退出或中断后恢复原系统状态。各功能正确无误，划分明确合理，响应速度快。软件对错误输入和错误操作的容忍性强。
　　2、软件操作水平
　　附有用户手册，内容完备，表述简明，便于使用。操作界面友好，步骤明确，使用简便。
　　3、辅助功能水平
　　求助功能强，具有一定的管理功能。教学软件的教学性价比高。具有较好的内容调整、组合、更新和补充等开放性和可扩展性功能。

3)、媒体
　　1、媒体质量水平
　　界面设计简明、布局合理、色彩协调、美观大方、重点突出。音效质量高，图片录像清晰，动画生动准确，技术指标高。
　　2、整体设计水平
　　根据教学内容优选图、文、声、像等媒体类型。高水平解决教学重点和难点的。多媒体教学设计做到水平高。
4)、 智能化水平
　　检索、学习记录和书签功能较强。具有较好的人工智能性和专家系统性。具有多种媒体的学习提示、交叉参考、导航和定位等辅助功能。

参考文献
　　1 魏建华，《Authorware5.1》,北京希望出版社，2001。
　　2 王荫长等，《结构力学》，冶金工业出版社，1998。
　　3 教育部远程教育标准化委员会，现代远程教育技术标准体系，2002。