《分形几何》课程辅助教学平台

《分形几何》课程辅助教学平台

1、背景介绍
 随着高校教育教学改革的不断深入，众多院校采用了网上教学平台。作为基于Web的现代综合网上教学平台的开发已成为当务之急。
 本人通过对东华大学《分形几何》课程实际情况的分析，提出了师生网上教学互动平台建立的必要性和可行性，并对开发过程进行了较为详细的论述。本师生网上教学互动平台的设计过程主要包括前台应用程序的开发和后台数据库的建设。系统采取了较为流行的B/S结构，采用微软C#.net作为开发工具，以微软的SQL Server 2000作为数据库。本系统操作简单，界面友好，如应用于《分形几何》课程的教学，将给老师和学生带来极大的方便。
2、研究现状
 人类在认识世界和改造世界的活动中离不开几何学。在历史上，科学技术的发展与几何学的进步始终是密切相关的。
    在生产实践和科学研究中，人们用以描述客观世界的几何学是欧几里德几何学，以及解析几何、射影几何、微分几何等等，它们能有效地描述三维世界的许多对象，如各种工业产品的形状，建筑物的外形和结构等，因而千百年来一直是人们生产与科研的有用工具。
    随着计算机科学研究领域的日新月异，特别是计算机图形学的迅速发展，人们在使用计算机深入探讨一系列问题的过程中，逐渐感到，用传统的几何学已不能有效地描述某些自然界大量存在的对象，如：海岸线、山形、河川、岩石、断裂、树木、森林、云团、闪电等等。它们都是非规则形状，用欧几里德几何学是无能为力的。计算机图形学在自然景物的模拟以及动画的制作中，如果用直线、圆弧、样条曲线等去建模生成，则其逼真程度就非常差。
 另外，在科学研究中，对许多非规则对象建模分析，如：星系分布、凝聚生长、渗流、金融市场的价格浮动等复杂对象，都需要一种新的几何学来描述。
 1973年，曼德布罗特（B.B. Mandelbrot）在法兰西学院讲课时，首次提出了分维和分形几何的设想。分形（Fractal）这个词，是曼德布罗特创造出来的，其原意具有不规则、支离破碎等意义，分形几何是一门以非规则几何形状为研究对象的几何学。由于不规则现象在自然界是普遍存在的，因此分形几何又称为描述大自然的几何学。
 分形作为一种新的概念和方法，正在许多领域开展应用探索。80年代初国外开始的“分形热”经久不息。美国著名物理学家惠勒说过：今后谁不熟悉分形，谁就不能被称为科学的文化人。正因为分形饱含哲理，概念新颖，且应用前景宽广，才能引起人们的浓厚兴趣。
 目前，分形理论研究工作还有待加强，已有的大量工作是有关计算机模拟和维数计算方面的研究，不少工作只是停留在描述现象等方面，因此，对分形的认识还有待深入。
3、课题研究内容
 3.1 前台系统：
  3.1.1 会员管理：
 用户注册成为会员（只限学生可以注册），系统自动保存用户名与密码，只需输入帐号和密码，可以随时登录网站共享资源，相互交流，以及自我测验。
             对于教师帐号由管理员添加，教师登陆后可以在相应界面上实现对自己课程资源的管理。
             管理员，系统数据库中已存在该帐号，不允许注册和任意添加和删除。管理员具有教师和学生所有的权限，还包括对教师和学生帐号的管理权限。
网络教学功能：
教师，可根据自己的课程安排上传教学资料，通过留言板和学生进行在线交流，也可编辑测试题供学生自我练习。
学生，学生在线注册之后，即可享用网站的资源，浏览各个章节的课件内容，下载自己需要的资料，还可以进行自我练习。  
 3.1.2.1网络课件资源管理功能：
对网络教学板块的相关课件章节资源进行分类管理，进行查询、修改、添加、删除操作。
 3.1.2.2下载资源管理：
        对共享的下载资源进行集中管理，及时更新资源。
      3.1.2.3 网上留言功能：
          增强学生之间的互动，师生方面的互动，该系统开通了网上留言功能，师生可以探讨教学上遇到的问题，或是共享各自的资源。
3.2后台系统：
       3.2.1注册用户信息管理功能：       
       3.2.2所有课程管理系统
          和教师的在线课程管理系统类似，但他具有管理所有老师所有课程的资源信息的权限。
      3.2.3用户留言系统
系统管理员对论坛的留言信息进行管理。
4、技术路线
4.1  前台开发环境：Visual Studio.Net
 Visual Studio.Net是使用.NET框架提供类库构建而成的，它提供了Web应用程序模型，该模型由一组控件和一个基本的结构组成。开发人员可以直接使用的控件集，该控件集封装了公共的用于超文本标记语言(HTML)及用户界面的控件，事实上Web控件与Windows控件非常类似，它模糊了Web窗体与Windows窗体的差异。这些控件都是在服务器运行，然后服务器把用户界面转化成HTML格式传给浏览器。
开发语言：C#
 C#是一种简单、现代、面向对象和类型安全的编程语言，由C和C++发展而来。C#（发音为“C霎普”）牢固地植根于C和C++语言族谱中，并且会很快被C和C++程序员所熟悉。C#的目标在于把Visual Basic的高生产力和C++本身的能力结合起来。
后台数据库：SQL Server 2000
 SQL Server2000是微软公司在SQL Server7.0版的基础上推出的数据库产品，它扩展了SQL Server7.0版的性能、可靠性、质量以及易用性。它还包括许多新功能以提高系统的执行性能，这些功能使SQL Server成为OLTP、数据仓库以及各种Web应用程序的最佳数据库平台。
5、关键技术介绍
5.1  SQL Server
 SQL 的诞生于IBM 公司在加利福尼亚San Jose 的试验室中，在七十年代SQL 由这里开发出来。最初它们被称为结构化查询语言（Structured Query Language） 并常常简称为sequel。开始时，它们是为IBM 公司的DB2 系列数据管理系统（RDBMS — — 关系型数据库管理系统）而开发的。事实上是SQL造就了RDBMS，它是一种非过程语言，与第三代过程语言如C 和COBOL 产生于同一时代。
 这种特性将RDBMS 从DBMS 中区别开来，RDBMS 提供了一整套的针对数据库的语言。而且对于大多数的RDBMS 来说，这一整套的数据语言就是SQL。这里一整套的意思就是对数据和处理操作语言是一些过程的集合。
5.2  C#.NET
 C#作为Microsoft Visual Studio 7.0的一部分提供给用户。除了C#以外，Visual Studio还支持Visual Basic、Visual C++和描述语言VBScript和Jscript。所有这些语言都提供对Microsoft .NET平台的访问能力，它包括一个通用的执行引擎和一个丰富的类库。Microsoft .NET平台定义了一个“通用语言子集”(CLS)，是一种混合语言，它可以增强CLS兼容语言和类库间的无缝协同工作能力。对于C#开发者，这意味着既是C#是一种新的语言，它已经可以对用老牌工具如Visual Basic和Visual C++使用的丰富类库进行完全访问，而C#自己没有包含一个类库。
5.3 B/S结构
 B／S结构，即Browser／Server(浏览器／服务器)结构，就是只安装维护一个服务器(Server)，而客户端采用浏览器(Browse)运行软件。
 B／S三层体系结构采用三层客户/服务器结构，在数据管理层(Server)和用户界面层(Client)增加了一层结构，称为中间件(Middleware)，使整个体系结构成为三层。三层结构是伴随着中间件技术的成熟而兴起的，核心概念是利用中间件将应用分为表示层、业务逻辑层和数据存储层三个不同的处理层次。
 
6、要解决的技术问题
6.1  要熟练地掌握.net环境和SQL Server数据库的使用。
6.2  决定前、后台之间的数据交换方式。
6.3  设计和优化所使用算法。
6.4  进行合理的软件测试工作，使得系统能够尽量好的完成所需实现的功能。
6.5  提高模块内部聚合，减少各模块间的耦合。

7、日程安排 
序号 各阶段名称 起止日期
1 立项调研，文献检索 2006年10月17日~2006年12月25日
2 文献阅读与翻译 2006年12月26日~2007年3月15日
3 需求分析 2007年2月11日~2007年3月16日
4 概要设计 2007年3月1日~2007年3月10日
5 详细设计 2007年3月10日~2007年3月20日
6 代码实现 2007年3月21日~2007年5月15日
7 系统集成调试 2007年5月15日~2007年5月20日
8 撰写毕业设计论文 2007年5月20日~2007年5月31日
9 论文答辩 2007年6月1日~2007年6月15日
  

8、参考文献
[1] Chris Sells. Windows Forms Programming in C#.First Edition.USA： Addison Wesley Professional， Aug 27, 2003
[2] Anders Hejlsberg, Scott Wiltamuth, Peter Golde. The C# Programming Language. First Edition.USA：Published by Addison Wesley Professional ，Jun 9, 2006
[3] 王光明.也谈课程论与教学论的关系. 第1版.北京：教育理论与实践，2003.2 
[4] 丁兴富.远程教育的微观理论. 第1版.北京：中国远程教育，2001
[5]（美）Tom Archer著 侯晓霞 柴洪辉译.C#技术内幕. 第2版.北京：清华大学出版社，2002
[6]（美）James.W.Cooper著.C# Design Patterns:A Tutorial（影印版）. 第2版.北京：清华大学出版社，2004.6
[7] Grant Palmer. C# Programmer’s Reference. Fourth Edition.USA：Wrox Press,Ltd，2001
[8]（美）Worley.S.著 王文龙 刘湘宁译. ASP.NET技术内幕. 第2版.北京：人民邮电出版社，2002.4
[9]（美）沃利（Worley,S.）著.ASP.NET技术内幕. 第2版.上海：人民邮电出版社，2002.4
[10] 张莉等著. SQL Server数据库原理及应用教程. 第1版.北京：清华大学出版社，2003
[11] Rebecca M. Riordan.轻松搞定 SQL Server 2000 程序设计. 第3版.北京：Microsoft Press，2001
[12]（美）Rebecca M.Riordan著 李高健 孙瑛霖译.ADO.NET程序设计. 第1版.北京：清华大学出版社， 2002
[13]（美）Craig Larman. 李洋 郑龑 译.UML和模式应用. 第1版.北京：机械工业出版社，2006