工程制图数字化学习平台的设计*

吕宝华

(长春建筑学院，吉林 长春 130607)

工程制图数字化学习平台的设计*

吕宝华*

(长春建筑学院，吉林 长春 130607)

针对工程制图的现代化教学需求研究设计具有可行性的数字化学习平台，总结平台的理论基础及应用前景，分析平台的应用需求，并借助B/S结构、J2EE架构和Spring框架体系等进行成员组织结构设计和系统架构设计.在此基础上融合“自主式学习”和“协作式学习”理念，设计平台的成员管理模块、平台服务模块以及平台个性模块，提高工程制图数字化平台的应用实效，为师生提供具有技术优势的数字化学习平台.

工程制图；学习平台；数字化；J2EE

教改的逐步深入和教学手法的不断更新，推动了教学理念的进一步发展.“自主式学习”和“协作式学习”作为被教育界广泛认可的积极型学习方法，在教学中逐渐得到了发展和应用，成为现代创新型人才培育的重要途径.同时，如何选择和兼顾这两种学习方法，成了工程制图教学的一个难题[1].而数字化平台的研发和应用则很好地融合了“自主式学习”和“协作式学习”的优势，为教师和学生提供良好的学习情境.该平台应用了“互动传播”的设计理论和现代化技术手段，其平台服务模块能让学生进行协作学习，提高小组间的协作和互动，而个性模块则提供了自主学习的空间，使得学生能够更好地学习工程制图课程的内容，提高知识掌握、应用程度.

1 系统需求分析及相关技术

进行软件开发周期整体运行的首要步骤是对用户进行真实、有效、准确地描述.目前在对象分析法中“用例(Ues Case)”主要用来对软件开发和维护的需要及技术，而以建构主义学习理论为基础的工程制图数字化学习平台则主要使用“主导-主体结合”教学设计法来构建网络学习支撑平台.此平台更为关注学生的认知水平和个性，尤其重视学生在学习过程中的本体性，关注教师的引导，充分体现出学生的积极性、主导性和创造性，教师的监控、启发和引导作用[2].为此，平台的设计应满足以下需求：一是操作简便，师生能够快速登录学习平台，提升师生应用效率.二是呈现丰富的平台资源，灵活整合、呈现师生所需的各类课程资源，包括视频音频信息、考试资料等，满足不同人群的学习需求.三是具备有效的导航，让应用者能够通过导航在浩瀚复杂的平台资源快速找到自己的所需资源，提高平台资源的利用效率.四是实现因材施教，设立个性模块和资源，促进学生的个性化发展.

为了满足上述的需求，工程制图数字化平台的设计应用了当前较为先进的主流技术，其中主要包括以下几种：

(1) B/S架构.B/S指的是浏览器及服务器结构，随Internet兴起而出现，主要用于对C/S架构应用的延展.B/S架构的运用以TCP/IP协议为基础，按照HTTP传输协议的要求，借助浏览器满足客户访问Web服务器及与服务器相连的后台体系和数据库技术的要求，因此包含Web服务器、浏览器、数据库服务器三部分.Web浏览器是实现B/S用户工作界面的主要方式，相应的业务逻辑在服务器端被实现，系统升级或维护时只需要对服务器进行维护即可，因此升级的工作量不受用户规模大小的限制，以浏览器作为用户的客户端，无需任何软件或维护.随着Ajax的发展，B/S架构中的不足逐渐得到改善，进而成为当前Wed应用的主流架构[3].

(2) 轻量级的J2EE架构.工程制图数字化平台将传统的J2EE架构拓展为五层体系，在充分利用其分布式处理、构件定位和安全服务等优势的同时，提高数据库访问效率，并降低单元开发和测试的难度，实现对象和关系数据库之间的透明转换，提高数字化平台应用和维护的实效.

(3) Ajax技术.Ajax即异步JavaScript和XML，综合了XHTML、DOM、XML等技术，为Wed应用程序实现异步的HTTP请求处理和快捷响应功能，不仅能把一部分应用逻辑转移到浏览器端，减轻服务器负担，而且可以使用户交互更加流畅，进一步优化工程制图数字化平台的用户体验[4].

(4) Spring框架体系.Spring具有一定的业务优势，包括业务逻辑可快速移植、允许程序员对横切点关注进行模块化、提供容器功能等.Spring的使用能够有效地组织平台的中间层对象，避免单例模式过度使用所带来的弊端.同时，基于Spring的应用程序对API的依赖程度较小，且方便开发者进行测试，加之框架本身已具备了应用程序所需的很多功能，因而免去了开发者的很多工作，提高了开发效率[5].

2 平台总体设计

2.1 成员组织结构设计

教学者、学习者和管理员构成了工程制图平台成员的分类，其中助学者主要是教师，学习者为学生，在学习的过程中，现实中的学生也可以通过助学者的身份来帮助平台内其他学习者解惑，同样教师作为管理者需要对平台内的学习资源和学生进行管理.为了帮助教学，进行教学的启发、引导、监控和组织，在管理平台的要求下，平台成员的组织结构设计构成如图1所示.平台主要由不同的班级构成，每个教师与每个班级一一对应，每个班级又包含不同的学习小组.这能进一步明确教师的管理权限，提高工程制图数字化平台成员组织的条理性和学生管理的有效性.

2.2 系统架构设计

工程制图数字化学习平台的系统架构设计采用了Ajax+Hibernate+Spring方式，以实现轻量级J2EE架构的构建.其中，Ajax可以实现表示层，有效促进更为友好的和更为清晰的人机交互及体系结构.Spring技术开源JZEE框架依靠Java语言实现了业务逻辑层、持久层、领域层，而Hibernate中间件在持久层中得以运用，在保障数据存取的便捷性的同时，也符合了OOA/OOP的标准[6].这能使系统部署更高效，降低系统设计和开发的成本.系统架构如图2所示.

2.3 平台学习规则设计

为了提高学生登录、运用工程制图数字化平台的积极性，平台根据学生对资源的应用、共享程度制订了积分制，如表1所示.

表1 工程制图数字化平台积分规则

在制订积分制的同时，平台针对不同积分层次的学生设计了三大等级，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).除了以积分定称号外，教师还根据平台的积分层次开展有针对性的实践学习和小组互动，让每一层次的学生都能得到自己所需的学习机会，提高对工程制图的学习效率.此外，教师还能以学生的积分数量作为学生平时学习情况的参考和评价，落实工程制图教学的过程性评价.

3 平台功能模块设计

3.1 成员管理模块

平台成员登录、注册、注销被纳入到成员管理模块中，注册模块主要用作对学习者认知能力和个性的收集，而登陆及注册子模块的使用主要是对用户所输入信息，包含客户端、服务端的认证的验证.DWR和JavaScrip主要在客户端用来验证如用户名存在与否等，以便促进交互体验的供应.

3.2 平台服务模块

教学设计在建构主义的学习环境下，不仅要考虑学习者在建构意义情景的创设，还要考虑教学目标的分析，情景创设应该作为教学设计的重要组成部分[7].平台服务模块借助对现有的学习资源进行优化和整合，主要为现有平台成员供给各类服务，以便于学习者建构学习知识.在平台服务模型中，如何将参数化虚拟实验、教学视频、电子模型、电子学习课件等学习资源进行优化和整合，打破简单粗暴的堆砌，以此来为学习者提供便利是当前平台服务模块的重点工作之一，对不同学习资料的运用均需要从不同的角度或者不同的方式对某一个、某几个知识点进行阐述，知识点之间具有关联性，由此，以知识点为基础进行知识的串联，并对不同学习资料的难度进行梳理是构建学习资料横向关系的基础.目前，平台服务模块的种类有三种：

(1) 在线课堂.此种模式以知识点为基础将所有网络学习课件和教学录像整合起来组合成平台服务模块，以此为不同层次和不同需求的学习者提供便捷的个性化服务.相比较以往的学习资料形式更便于知识构建.

(2) 聊天室.工程制图虚拟学习平台以聊天室为协作学习的交互方式，综合平台内包含“在线课堂”在内的其他模块，以便于学习者之间交流和探讨，同样也是教师对学习者进行指导的一种方式.此种聊天室克服传统形式带来的刷屏时的屏幕闪烁和每次都需要对数据进行重新获取的障碍，方便快捷的同时也促进了运行效率的提升.

(3) 消息栏.主要运用作对平台新闻和教师通知、公告等的发布.此类信息分公共信息、私有信息、学习者呼应教师而发出的信息三类，可以对私有信息单独地列出，以便于获取教师及时的指导和建议.

3.3 平台个性模块

工程制图虚拟学习平台在促进学生协作学习的同时，也为学生提供了独立、自主学习的空间.“自主式学习”是一种现代型的与传统型接受学习相反的学习方式，主要以学习者积极主动的进行创造、独立分析、实践、探索、质疑等方式来完成学习目标.近些年来，引导学生进行积极自主的学习已经成为一种比较流行的方式.工程制图虚拟学习平台利用成熟的技术进行普通功能的个性化开拓，以提高用户体验度.主要使用Blog技术进行如个人博客功能的“日志系统”的改造，以此为使用者建立私人空间，并进行个性化的展示和对信息、个性化数据的记录.“我的课堂”按照用户的认知层次和学习习惯对符合用户个性的材料进行展示，基本符合因材施教的要求.个性模块具体如下：

(1) 学习日志.类似Blog，可构建私人空间的功能.用于记录在平台学习期间的体会、总结、感想等，也可以借助日志记录的功能将感想发布到论坛的“共享日志”版用于向指导教师请教或丰富学习资源库.此模块是学习者登陆时包含平台导航的默认首页，因此可以随时进入平台的其他模块.

(2) 我的课堂.按照不同学习者的学习偏好，“我的课堂”模块可以向学习者主动展示符合其学习偏好的学习材料，确保平台的个性化和人性化.“我的课堂”中包含个性化推荐系统的功能，可按照学习者认知能力来为其构建合理的学习途径，以完成因材施教的要求.

(3) 我的课程.在满足学生个性化应用的同时，平台也设“我的课程”等模块，为教师提供进入平台的专用界面.在“我的课程”中，教师可进行班级管理、学生管理等，如解答学生的提问、上存课程学习资料、批复学生的请假条、发布教学信息等.

4 结 语

开放式的工程制图数字化平台结合了B/S结构、J2EE架构和Spring框架体系等技术，满足资源丰富、导航便捷和因材施教等需求.通过打破传统教育和学习的禁锢，将“独学”转化成为“群学”，学习结构打破“封闭”桎梏转为“开放”，同时借助个性化模块保留学生自学空间，促进因材施教和个性化发展.这种“学习即生活”的理想化模式逐渐变为现实，而学习的社会化和终身化在此种模式下逐渐成真.在此种学习环境中，处在虚拟学习空间内的成员，在统一的目标和利益下，不仅有权限有义务的参与到平台的维护和创建过程中来，每一个平台成员还可以借助平台完成信息共享、资源共享、想法探讨等，为共同探索、共同进步创造了良好的条件.

[1] 穆飞虎,戴本林,朱安峰.化工类专业“工程制图与CAD”课程教改实践[J].化学工程与装备,2014(8):255-256.

[2] 黄万亮,文广,王文健,等.《工程制图》辅助教学软件设计[J].机械, 2014(7):38-42.

[3] 张纯,张敬周,宋俊典.基于本体的软件密集型系统架构知识管理研究[J].计算机工程与设计,2011,32(6):2 050-2 053.

[4] 李霞婷,宋荣.一种基于Ajax和SVG技术的煤矿安全监控系统[J].煤炭技术,2013,32(3):110-111.

[5] 李霞婷,宋荣.基于Extjs+Spring MVC的Web系统框架及应用研究[J].云南大学学报(自然科学版),2013,35(S2):110-115.

[6] 张淑艳,雷光明,成彬,等.三维CAD辅助工程制图教学的方法[J].图学学报, 2014,35(3):464-468.

[7] 潘文芳,何小娟.工程制图与AuToCAD的整合教学研究[J].设计,2014(4):151-152.

责任编辑：龙顺潮

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

吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目 (2014621)

吕宝华(1980— ),男，吉林 大安人，讲师.E-mail:lbhxs@126.com

TP391.6

A

1000-5900(2015)01-0111-04