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  1. 首頁
  2. 創(chuàng)新方法

TRIZ理論網(wǎng)絡(luò)教學平臺的設(shè)計開發(fā)

  為實現(xiàn)我國遠程教學“實施現(xiàn)代遠程教育工程形成開放式教育網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建終身學習體系,充分利用和優(yōu)化我國教育資源,普及與提高全民素質(zhì),降低教育成本,讓全民享有充分受教育權(quán)利”的總體目標,同時使技術(shù)創(chuàng)新理論(TRIZ)在全國范圍內(nèi)更好地推廣和普及,更加有效地解決工程實際問題,本文介紹基于XML與ASP技術(shù)開發(fā)的“技術(shù)創(chuàng)新理論與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教學平臺”。該平臺具備網(wǎng)絡(luò)課程學習、工程案例分析、習題與自測、課程媒體資源、互動空間與資料搜索等多種功能,能夠向?qū)W生演示和表達創(chuàng)新知識,輔助教師進行創(chuàng)新知識的傳授;幫助學生鞏固創(chuàng)新知識,誘導學生積極思考,發(fā)現(xiàn)探索創(chuàng)新知識,充分發(fā)揮學生的主觀能動作用;提供教師備課以及學生學習時的大量的學科素材,并提供準確、方便、快捷的檢索機制;為學生與教師的網(wǎng)絡(luò)互動提供了空間,使學生學習過程中的問題能及時解決。該平臺是網(wǎng)絡(luò)教學和課堂輔助教學的有利手段。

圖1  網(wǎng)絡(luò)教學平臺的總體架構(gòu)

  1.相關(guān)技術(shù)簡介
  XML可擴展標記語言(Extensible Markup Language)是一種數(shù)據(jù)描述技術(shù),是W3C 于 1998 年提出的數(shù)據(jù)文件格式標準,是標準通用標記語言 SGML(Standard Generalized Markup Language)的一個簡化的子集,它略去了 SGML 中使用頻率低的一些內(nèi)容,重新定義了一些 SGML 的內(nèi)部值和參數(shù),并刪去了大量繁雜的、不常用的使編程復雜的特征,從而使得編程簡化,易于在 Web 上傳輸和交互。XML 的元語言特性及其本身良好的結(jié)構(gòu)性使它已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)環(huán)境中各種不同類型和不同領(lǐng)域數(shù)據(jù)互交換的開放標準。
  ASP.NET是微軟整個.NET Framework 戰(zhàn)略中一個重要的組成部分,具有開發(fā)效率高,平臺無關(guān)性、安全性等方面的優(yōu)勢,廣泛用于創(chuàng)建動態(tài) Web 站點和基于 Web的分布式應(yīng)用。作為.NET Framework平臺的一部分,ASP.NET 是建立在.NET Framework豐富的類庫和CLR上的編程框架,.NET Framework強大的后盾使ASP.NET 與以前的 Web 開發(fā)平臺相比,性能有著顯著的提升。
  2.網(wǎng)絡(luò)平臺架構(gòu)
  技術(shù)創(chuàng)新理論與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教學平臺由首頁和課程學習兩大模塊構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。首頁模塊包括課程簡介、教學大綱、相關(guān)資源以及關(guān)于和幫助。課程學習模塊由課程學習、案例分析、習題與試題、課程資源界面、互動平臺與資源搜索組成。其中課程學習框架、案例分析框架和習題與試題框架的結(jié)構(gòu)與使用大體類似,由目錄框架和內(nèi)容框架組成。目錄框架又由目錄工具欄和目錄組成,內(nèi)容框架由內(nèi)容工具欄和內(nèi)容頁面組成,學生通過點擊目錄中的章節(jié)便可以在內(nèi)容框架中顯示相對應(yīng)的內(nèi)容,這部分基于XML相關(guān)技術(shù)與XSL轉(zhuǎn)換文檔技術(shù)進行開發(fā)。而資源搜索框架和互動平臺為網(wǎng)站互動環(huán)節(jié),是具備網(wǎng)絡(luò)交互能力的動態(tài)頁面,采用ASP與Acess數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)實時交互與資源搜索功能。
  3.網(wǎng)絡(luò)平臺的開發(fā)
  3.1首頁模塊
  首頁模塊的界面如圖2所示,其主要包括:課程簡介(對課程內(nèi)容與應(yīng)用環(huán)境的簡單介紹);教學大綱(課程的知識點、重點難點以及學時安排);相關(guān)資源(提供瀏覽本網(wǎng)站需要的相關(guān)軟件下載以及相關(guān)參考網(wǎng)站鏈接);關(guān)于(版權(quán)聲明與發(fā)行單位的情況說明);幫助(本網(wǎng)站使用的幫助信息)。首頁部分采用div通過導航條控制課程簡介、教學大綱、相關(guān)資源、關(guān)于、幫助內(nèi)容的消隱,通過按鈕選擇進入課程學習或離開本站,同時首頁部分可對本課程所涉及的優(yōu)秀圖片進行滾動播放。
  3.2基于XML的課程學習模塊
  課程學習部分的界面如圖3所示。課程學習部分由課程學習、案例分析、習題與試題、課程資源、搜索和互動平臺組成。其中課程框架、案例分析框架和習題與試題框架的結(jié)構(gòu)大體類似,由目錄框架和內(nèi)容框架組成。目錄框架又由目錄工具欄和目錄組成,內(nèi)容框架由內(nèi)容工具欄和內(nèi)容頁面組成。這一部分由于是知識的介紹故采用靜態(tài)頁面進行設(shè)計,應(yīng)用javascript腳本語言和xml技術(shù)對xml文件進行調(diào)用。

圖2 網(wǎng)站首頁部分

圖3 課程學習模塊頁面

  這里舉例說明XML 文件的設(shè)計方法:
 ?。?)網(wǎng)絡(luò)平臺XML 文件的設(shè)計
  根據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺架構(gòu)的需求,課程相關(guān)章節(jié)、相關(guān)案例以及習題自測題對應(yīng)的 XML 文件所包含的元素及屬性設(shè)計如下:根元素為“catalog”,代表整個課程目錄;“l(fā)ist”為章節(jié)的一級標題元素,該元素包含“id”、“caption”兩個屬性,其中“id”為在目錄框架中一級標題對應(yīng)顯示的章節(jié)號,“caption”為該一級標題號對應(yīng)顯示的章節(jié)名稱。在一級標題內(nèi)部嵌套的“l(fā)ist”為二級標題元素,該元素同樣包含“id”、“caption”兩個屬性,其中“id”為在目錄框架中二級標題對應(yīng)顯示的章節(jié)號,“caption” 為該二級標題號對應(yīng)顯示的章節(jié)名稱。具體文件結(jié)構(gòu)如圖4所示。
  (2)XSL轉(zhuǎn)換文檔的設(shè)計
  XSLT(eXtensible Stylesheet Language Transfor-mation)是W3C推薦的XML文檔數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換技術(shù)。可以采用XSLT技術(shù)實現(xiàn)XML文檔數(shù)據(jù)的查詢、讀寫操作。XSL文檔本身是一個定義嚴格的XML文檔,符合XML語法規(guī)范。XSLT技術(shù)以“模板驅(qū)動”的方式訪問XML數(shù)據(jù)元素及其屬性。在訪問元素時,使用XPath 2.0規(guī)范定義的表達式和函數(shù)對XML數(shù)據(jù)元素進行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換包括元素定位、定義顯示格式、算術(shù)運算、邏輯運算、各種函數(shù)的使用等。最后,通過把XSL編寫的程序嵌入到HTML文件的方式,來訪問指定模板的XML元素和屬性,實現(xiàn)對XML文檔的轉(zhuǎn)換。XSLT處理器可以安裝在客戶端或服務(wù)器端,經(jīng)過XSLT處理的XML數(shù)據(jù)能以HTML的形式顯示在瀏覽器上。
  每一類文本需要不同的顯示格式,在XSL程序中采用了多模板( template)并行的方式,對所有不同級別的文本給予不同的格式處理。通常XSL轉(zhuǎn)換程序中存在多個并列的模板,每個模板使用了選擇屬性的方式顯示各級標題:,然后通過與下一級模板連接,從而形成一個完整的轉(zhuǎn)換程序。
  通過這種轉(zhuǎn)換便實現(xiàn)了課程目錄、試題目錄以及案例目錄的XML文件在目錄框架的自動生成,并利用程序?qū)崿F(xiàn)了XML文件與對應(yīng)網(wǎng)頁進行的鏈接,這樣用戶通過點擊左側(cè)目錄中的章節(jié)標題便可以在右側(cè)的內(nèi)容框架中顯示相對應(yīng)的章節(jié)內(nèi)容,目錄可以快速打開和折疊,同時課程學習界面還提供對內(nèi)容的收藏、打印、前進、后退等多種功能。
  課程學習部分以化學工業(yè)出版社出版的《技術(shù)創(chuàng)新理論(TRIZ)及應(yīng)用》一書為核心,詳細闡述了TRIZ理論、發(fā)明問題的情境分析與描述、物理沖突及其解決原理、技術(shù)沖突及其解決原理、物質(zhì)—場分析方法、76個標準解、技術(shù)進化模式分析、技術(shù)成熟度預(yù)測、解決發(fā)明問題的程序(ARIZ)、效應(yīng)等技術(shù)創(chuàng)新理論(TRIZ)及應(yīng)用課程的核心內(nèi)容,結(jié)合大量圖片和實例使內(nèi)容通俗易懂。案例分析部分除了詳細闡述書本上的現(xiàn)有案例,還針對課程的學習重點和學習難點—40條發(fā)明創(chuàng)造原理和11種技術(shù)進化模式,收集了數(shù)量極為龐大的新穎先進的案例,并對案例進行了深入分析,是目前國內(nèi)其他同類課程所難以比擬的,特別有利于學生對重點知識的掌握。自測園地部分根據(jù)學生學習的需要針對每一章節(jié)設(shè)置了習題,并提供了答案,可以加深對相關(guān)知識點的分析、練習、理解與記憶,同時提供了本門課程的模擬試題,通過該試題學生可以自我檢驗學習效果。
  3.3課程資源模塊
  課程資源部分針對課程的學習重點和難點—40條發(fā)明創(chuàng)造原理和11種技術(shù)進化模式,收集并制作了大量實例動畫及多媒體視頻,對每種發(fā)明創(chuàng)造原理和技術(shù)進化模式分別進行了鏈接導航,點擊相關(guān)原理或模式便可以直觀看到并選擇該原理對應(yīng)的相關(guān)多媒體資源。如圖5所示,選擇某一個資源便進入播放界面進行在線觀看,在這里可以對多媒體文件的播放進度、聲音、暫停與繼續(xù)進行控制。這些素材成為學習本門課程的有利資源,使學生方便直觀的理解相關(guān)重要知識點。
  3.4基于ASP的互動與搜索引擎模塊
課程的學習設(shè)置互動模塊,方便學生在學習過程中遇到問題進行提問,教師可利用該平臺進行輔導答疑,平臺管理人員可以進行考試信息、調(diào)課信息等通知的發(fā)布。其頁面如圖6所示,由于該模塊涉及交互技術(shù),因此采用ASP技術(shù)開發(fā)為動態(tài)網(wǎng)頁。
  每個學生都可利用該平臺提問,只需要設(shè)置姓名,性別,來自的班級,個人Email,發(fā)表信息的字體、大小、顏色等,便可以進行留言。教師可以利用該平臺進行登錄,并對留言板進行相關(guān)設(shè)置,同時當以教師身份進行登錄后就可以對學生的相關(guān)問題進行答復,對重復的問題進行刪除,給學生發(fā)Email,同時還可以更改自己的登錄密碼。
  站內(nèi)搜索引擎采用ASP技術(shù)關(guān)聯(lián)Access數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)。其頁面如圖7所示,在頁面的左側(cè)可以實現(xiàn)對站內(nèi)課程學習模塊、案例分析模塊、資源模塊的標題關(guān)鍵詞分別進行搜索,并可以設(shè)置搜索結(jié)果在頁面內(nèi)的現(xiàn)實條數(shù),在頁面的右側(cè)便顯示符合檢索條件的相關(guān)文件列表,并顯示了資源的標題、類型和所在章節(jié)等相關(guān)信息,通過點擊標題,通過數(shù)據(jù)庫鏈接進入相關(guān)顯示頁面。

圖4 XML文件的典型結(jié)構(gòu)

  4.網(wǎng)站特點
  4.1學習內(nèi)容與方法
  網(wǎng)絡(luò)平臺包含的學習內(nèi)容全面,使學生從以下五個部分開展課程學習:
  (1)基本理論:介紹TRIZ的內(nèi)容、產(chǎn)生和重要發(fā)現(xiàn),發(fā)明的等級,發(fā)明問題的情境分析,理想設(shè)計,效應(yīng)等,讓學生了解和掌握TRIZ理論的基本內(nèi)容。
 ?。?)沖突分析及其解決原理:介紹物理沖突、技術(shù)沖突、沖突矩陣、工程技術(shù)參數(shù)、分離原理、40條發(fā)明創(chuàng)造原理等。讓學生了解創(chuàng)新問題的分析方法,把握問題的解決原理和程序。
 ?。?)物質(zhì)—場分析方法:介紹物質(zhì)—場的類型、物質(zhì)—場問題的分析模型、76個標準解等。讓學生了解和掌握TRIZ理論的模型分析創(chuàng)新的方法,解決實際問題。
  (4)技術(shù)進化理論:介紹技術(shù)進化路線、進化模式和進化規(guī)律,技術(shù)成熟度預(yù)測分析方法。使學生了解和把握TRIZ的核心內(nèi)容,用科學的發(fā)展觀解決創(chuàng)新問題。
 ?。?)ARIZ方法:介紹ARIZ解決技術(shù)問題的基本分析方法、解題的程序。讓學生了解和把握復雜創(chuàng)新問題的求解思路。
  學生在進行理論學習后,可以利用本網(wǎng)站提供的大量工程案例和多媒體資源對理論知識進行消化吸收,并通過習題和自測題對重要知識點進行鞏固,使學生采用良好的學習方法對本課程知識進行學習。

  4.2教學的重點難點突出
  教學內(nèi)容重點、難點為:沖突分析及其解決原理、技術(shù)進化理論兩個部分。網(wǎng)絡(luò)平臺不但在理論學習部分采用大量篇幅講解該部分知識,而且在案例分析和課程資源模塊準備了大量素材使學生對關(guān)鍵內(nèi)容進行消化理解,這樣通過理論介紹、案例分析,融合圖片、動畫和錄像等多種形式的調(diào)動、啟發(fā)鍛煉并提高學生分析問題、解決問題的能力,從而逐步達到解決實際問題的能力,實現(xiàn)創(chuàng)新能力的提高和創(chuàng)新方法的掌握。
  4.3新穎獨特的案例與媒體資源
  針對本課程教學的重點和難點—沖突分析及其解決原理、技術(shù)進化理論,網(wǎng)絡(luò)平臺收集了大量的工程案例與多媒體視頻和動畫。工程案例以40種發(fā)明創(chuàng)造原理為例,針對某一個原理的工程案例多達30余個,案例總數(shù)多達500余個;多媒體資源以11種技術(shù)進化模式為例,針對某一個進化模式的多媒體資源多達20余個,案例總數(shù)多達200余個。而這些案例與媒體資源多為近年來世界上最新的發(fā)明創(chuàng)造,涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、能源、建筑、環(huán)保、生活等多方面,且多數(shù)為高科技產(chǎn)品,如圖8所示的未來機器人警察以及圖9所示的未來超導體汽車等。這些新穎獨特的工程案例對學生理解學習內(nèi)容、提高學習興趣具有很大幫助。
  4.4完備的功能
  網(wǎng)絡(luò)平臺除了具備課程學習、案例分析與自測習題等功能外,還具備互動模塊,方便學生在學習過程中遇到問題進行提問,教師可利用該平臺進行輔導答疑,平臺管理人員可以進行考試信息、調(diào)課信息等通知的發(fā)布。站內(nèi)包含各種資源數(shù)量龐大,為了便于學生快速獲得信息,本站開發(fā)了站內(nèi)搜索引擎可以實現(xiàn)對站內(nèi)課程學習模塊、案例分析模塊、資源模塊的標題關(guān)鍵詞分別進行搜索,所有資源的信息與鏈接都寫在Access數(shù)據(jù)庫文件中,包涵了700余條資源信息。除此之外,網(wǎng)站還具備課程簡介、教學大綱、課程幫助、相關(guān)軟件資源與參考網(wǎng)站等多種功能。
  4.5良好的交互界面
  網(wǎng)絡(luò)平臺除了功能齊全外,其界面也經(jīng)過精心設(shè)計,如專為本課程開發(fā)的網(wǎng)站logo,以啟發(fā)式創(chuàng)新常用的燈泡為背景,融入TRIZ文字,如圖10所示,設(shè)計新穎,獨具一格。網(wǎng)頁中采用了大量的flash動畫按鈕,使界面更加生動美觀,同時還設(shè)計了一些flash動畫網(wǎng)頁,更增加了網(wǎng)站的整體效果。
  5.效果與結(jié)論
  《技術(shù)創(chuàng)新理論(TRIZ)及應(yīng)用》網(wǎng)絡(luò)教學平臺開發(fā)后,在高校教學和國內(nèi)大型企業(yè)進行了推廣和試用,結(jié)果顯示該平臺可以較好地完成課程學習、工程案例分析、自測與復習、多媒體資源瀏覽、網(wǎng)絡(luò)互動和資源搜索等多種功能,網(wǎng)站功能完善,案例新穎獨特,界面良好,用戶反映很好。實踐證明,該網(wǎng)絡(luò)教學平臺是優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)遠程教學工具和課堂教學輔助工具,具有較好的應(yīng)用前景和推廣價值,它的推廣和應(yīng)用必將推動TRIZ理論在全國范圍的推廣和普及。


                                                                            責編/宋文芳

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