离散数学教学辅助软件的设计与实现

本论文在其他论文栏目，由论文格式网整理,转载请注明来源www.lwgsw.com,更多论文,请点论文格式范文查看离散数学教学辅助软件的设计与实现

[摘要]：本文分析了多媒体计算机辅助教学软件的系统构成和设计原则，论述了开发课件的软件环境及实现软件的几个手段。
[关键词]：离散数学软件设计实现

目前，计算机和互联网已渗透到各个领域。它以不可想象的速度发展，为我们传统教学提出了新的课题：怎样在传统教学中充分利用计算机和互联网的优势，来提高学生的自学与复习的积极性，开辟新的教学与复习手段，使学生学习和巩固知识的渠道多样化，进而提高我们的教学质量，使整个教学过程更趋于合理。
一、课件描述
离散数学网络课件教学的模式离散数学网络课件是基于学生的自学、课堂教学与复习的教学体系进行设计的。在内容安排上，本课件萃取了多本教材的优点，精选了其中的典型例题、习题等，并融合了教师多年的教学理念。课件使用框架页面，在页面底部提供了便捷的导航按键，在左边的目录树中选择相应的章节，即可在框架的主页面中进行浏览。传统教学中学生自学与复习的例子较少，没有完善的系统性和直观性。而离散数学网络课件教学提供相当多的例子和习题，具有各种视觉特点，学习起来比较直观、方便、有趣。而且还可以完成阶段性互动，即学生可在网络课件的答疑区中提出问题，教师可在短时间内在答疑区中予以回复。操作方便简单，可缓解教师辅导力量的不足。课件中各节的习题，各章的习题课、习题、题库等是检验学生每节课或每章阶段性成果的有力工具，它可使学生尽快知道自己哪一方面还不足，还有待于加强。作为一种新的教学方法，计算机网络课件教学既可单独教学，又可与传统教学方法相结合。其单独教学方便、简单、直观，但教师要在后台作大量工作，而且它是基于学生学习自觉性基础之上的一种教学方法，因为教师与学生大多数时间都是通过网络课件进行交互，如果学生学习自觉性较差，它的教学效果将很难预见，这是一个很难克服的困难。
离散数学网络课件与传统教学媒体有机结合为便于课堂教学的使用，离散数学网络课件中电子讲稿部分有两种显示方式，一种是用网页，另一种是用 Powerpoint 页面并结合几何画板的页面进行显示。Powerpoint 页面的特点是便于把讲稿按讲解的过程动态显示，几何画板页面的特点是便于在课堂上对讲稿内容进行增、删、修改、移动和保存。且哪种显示方式都能随时调用电子教鞭进行自由书写，以便在授课中突出重点、难点。但不管怎样，离散数学网络课件不是万能的，它是传统教学方法的发展和延伸，也是传统教学的有益补充。最好的方式是将离散数学网络课件作为传统教学的辅助方法来应用，即在课堂上采用网络课件进行教学，传统教学媒体的许多优势如黑板、粉笔、模型、言语等媒体的作用依然是无法取代的。如对一些逻辑性较强，难以理解，需要教师在黑板上一步一步推理、证明的教学内容，当然应该使用传统的授课方式进行教学，采用与现代多媒体教学方式相结合的办法，实现教学过程的最优化。我们只有将传统的和现代的媒体紧密结合起来，优化地选择、组合使用，充分发挥它们各自的优势，为教学服务，才能产生综合媒体的效果，才能获得最佳的课堂教学效果。只有把多媒体教学手段与教学内容、教学方法有机结合，有利于学生对教学内容的理解和掌握，才能受到同学们的欢迎。同时离散数学网络课件是学生在课前预习和在课后复习的有力工具，作为教师给学生辅导的有效途径检验学生的阶段性成果，特别是网上例题和各章、节的在线习题、在线题库等为学生的课前预习和课后复习提供了有效的保证。只有这样才能真正让计算机在教学中充分发挥作用。
离散数学网络课件辅助教学的优点在课堂教学中如能适时、适度、适当地使用多媒体进行教学，充分发挥多媒体的功能，就能体现多媒体辅助教学的优点。
调用知识的快捷性在传统的口授板示教学中，教师不能随意地将消失的知识展现给学生，必须经过重新劳动才能实现。多媒体课件教学改变了传统教学中不可链接的缺陷，根据课堂教学要求，教师能方便快捷地链接各章、节的知识，丰富了课堂知识的信息量。
节约教师劳动的重复性在传统教学中，教师先在教案本上备课，然后在黑板上用粉笔板书，教师的劳动是重复性的劳动，而且无法储存，下次再讲还必须重复以往的劳动。多媒体课件教学改变了传统的教学模式，教师学生课前预习（网络课件）传统授课或多媒体授课
课后复习及作习题(网络课件)阶段性成果验证(网络课件)信息反馈(网络课件) 教师下次课安排学生课程自学课件更新习题求解习题更新凝难问题问题答案题库求解题库更新反馈学习成果教师自动回复网络题库反馈给学生反馈给教师自动回复网络课件习题利用多媒体课件技术设计教案本，能够保存在计算机中或软盘、移动盘中，不受时间、地点限制，在任何计算机上方便快捷地操作，减少了教师的重复劳动。
优化课堂教学结构，丰富课堂教学内容多媒体辅助教学的突出特点是：存储容量大、准确性高、直观性强，还可以突破时空的限制，将那些说不清道不明的抽象知识以图文并茂的形式展示出来。在教学过程中，还可以根据学生认识程度的不同进行多次重复的演示，这样就有效地强化了课堂教学知识。在教与学的过程中，师生之间的信息交流和及时反馈得以增强，学生听课时的主动参与精神得以调动，从而使课堂教学质量得以提高，学生自觉应用数学知识解决问题的意识与能力得到强化。用计算机屏幕投影进行辅助教学，有利于实现教学手段和备课方式的现代化和信息化，提高教学效率和教学效果。由于教师已将要讲的主要概念、数学推导、图形以及例题经过精心组织和准备，写在电子讲稿内，这样就省去了在课堂上书写、画图的大量时间，而把精力集中在讲透基本概念、基本原理、基本技能、算法的构造等上。通过提问、思考、演示、分析、归纳等一系列步骤，可以使教学循序渐进，进行启发式、讨论式教学，增加学生思考及教学交流的时间。通过学思结合，更有利于培养学生的独立思考能力和探索能力。
二、数学网络课件辅助教学应注意的问题
1．注意把握好课堂信息量使用多媒体授课减少了教师在课堂上画图、板书等工作量，从而提高了教学效率。运用得好，把握恰当，能够增大课堂信息量，加快教学进度，拓宽学生的知识面。但是在利用多媒体授课的教学实践中，稍不注意，就会发生课堂信息量过大，教学进度太快，学生在听课时思维处于过度紧张状态，没有足够的时间理解、消化、吸收，没有时间记笔记，以至于许多学生因无法跟上而对多媒体教学失去兴趣的情况。传统课堂教学中学生已经适应了教师讲、自己听的教学模式，在课堂上是顺着教师的思路想，而且速度比较慢。因此，使用多媒体授课后，对它的优越性一定要把握得当，把握好 “点”与“悟”的度，“点”到的同时给学生留一些“悟”的时间。对于最初接触多媒体授课的学生，教师一开始应尽量讲慢一些、透一些，经过一定的适应期后，再根据具体情况适当增加信息量，加快教学进度。对一些重要的、较难理解的内容或表达式，不仅应采用醒目的色彩、较大的字体或动画的手段予以表达，而且要用较慢的速度详细讲解每一项含义，必要时还要有一定的重复，以便于学生加深理解。
2．本要便于修改、保存
每个任课教师针对不同专业的教学对象有各自的课堂教学风格、教学方法，即使同一位教师在讲授一门熟悉的课时，也需将新的教学心得、教学策略融入讲稿之中。伴随着现代科学的发展，新的数学知识也常常会被充实到课堂教学中来。所以使电子讲稿便于修改及保存是教学上的客观需要
3．字要避免繁多、太小
CAI 课件中的文字信息，是学生获取知识的重要来源。但因为文本传递信息的抽象层次较高，需要学习者有较强的阅读理解能力，文本繁多，学生就会感觉在看书、自学，影响学生听课的注意力及师生间的双向交流。所以设计时要做到：文字内容应尽量简明扼要，以提纲式为主，有些实在舍不去的文字材料，如数学定义、定理、图表、总结性内容等，可采用热字、热区交互形式提供，阅读完后自行消失。注意文字的大小、字体、字样、颜色、位置、显示时机等因素，如文字太小，学生就看不清或看不见，产生急躁情绪，失去听课的兴趣，从而也就不愿意学习。对课程中需讲解的大部分内容，如体系结构、算法思想、例子演示、定理证明、课堂练习等文字内容，要从教育心理学的原则以及媒体选择的基本理论出发，选择最形象、直观的媒体形式随着讲课过程逐步显示，以吸引学生的注意力，加深学生对教学内容的理解和记忆。
4．不必加入声音、音乐
用于课堂教学的课件与供个人学习用的软件不同，可以不必加入声音。课堂教学以教师的讲解、启发以及师生的交流、思考和讨论为主。大学的数学课堂教学信息量大，并需要进行严谨而连贯的数学思维过程，不需要音乐，也不必加入声音，以免分散注意力。
随着计算机技术的发展和网络课件在教学中的广泛应用，CAI 这种新型的现代化教学方式，必将为广大教师所掌握。只要我们以现代教育理论为指导，不断探索、反馈、总结，不断开发出优秀的多媒体课件，扬长避短，发挥优势，多媒体技术必将在教学中发挥更大的作用。高等教育只有走在时代的前列，改变传统教学中那些落后的教学方式和模式，用先进的教育思想、教育模式和教学手段结合现代科技成果，以最快的速度、最优化的教学方式，培养出掌握现代科技知识、具有较强能力和扎实基础的人才，才能适应信息时代和未来社会经济发展的需要。CAI 课件在教学实践中也将会得到不断的完善，从而充分发挥它的优势，促进教学乃至教育改革的不断深入。
过程中会离原有的设计和要求有较大的偏差，详细设计的审查对软件的控制将不会特别有效。当然并非一定有这样的对应关系，特别是对关键程序的修改，一句代码在程序中往往起关键作用，影响数条路径。
5．源代码评审
软件一旦形成代码，就意味着前半部分的工作尘埃落定，需求上、设计上、架构上、接口上都不能再有改动。如果仍然需要这些改动就意味着需求变更、设计审查的不足，要在这个时候弥补，就意昧着浪费。特别是需求的改动常常牵连设计的改动、设计的审查工作再次安排。代码评审只对编码过程中的错误进行检查，当然，也有可能从代码审查的时候看到架构上的缺陷、需求上的不足、设计上的不足，不过仍然比在测试阶段找到这些问题值得庆幸。如果有些项目的过程没有包含前期的审查的工作，代码审查就一定要实施。让代码审查作为“最终审判”者。
6．测试方案和测试案例的审查
测试的目的就是提高软件的质量，测试方案决定了测试的效率。业务代表和系统架构师应当出席测试方案的审查。测试人员一般会参考设计文档和需求文档。作为测试负责人和主测试员，应当参与需求分析审查、设计审查，主要是学习业务的知识。
学与计算机科学是紧密相关的，目前计算机科学发展迅速、应用广泛离不开它的雄厚的理论基础-离散数学，这门课程是编译原理、数据结构、数据库等计算机专业课的先行课，学好离散数学会为其他课程打下良好的基础。同时远程教育中利用计算机技术、多媒体技术和网络技术让更多的人接受教育，也对计算机辅助教学提出了挑战，众所周知离散数学是一门抽象的课程，但是开发离散数学辅助教学软件的并不多，大连海事大学的曹晓东老师于1996年编著了《离散数学算法及CAI》，包括了一些算法的介绍，并用程序实现了部分算法，其中一些值得借鉴和学习。克服目前许多CAI教学软件的弊端，只有输入、输出，没有运算过程演示，只有例题演示，没有学生参与过程，作为一个教学软件，没有学生参与，就无法真正做到寓教于学。
三、CAI设计技术与原理
目前许多多媒体教学软件的缺点就是把书本上的知识搬到屏幕上，而网上更是把书上的东西扫描后放上去，一般比较好的增加一些习题，但缺乏交互性，学生很难真正融入到学习中去。早在1997年清华大学的武祥村老师就执笔写了CAI课件设计的技术标准，其中包括通用性、可控性、科学性、容错性、界面友好和操作方便各项原则，对课件的层次结构也有规范，包括课件名称、内容简介、知识单元(Unit)、节(Section)、页(Page)，以及页内对象，页内对象具体可以采用文本、图形、动画、视频、音效、练习、回答、评判等多种方法。强调学生的参与和运算过程的演示，学生不仅方便地学到书本上的知识，而且也可以进行自己的输入、求解，清楚地看到定理的实现过程。软件开发流程。离散数学——集合论初步关系运算函—— 数图——论代数系统——集合代数与文氏图有穷集合的计数原则集合的等价定理，二元关系的运算计算机中的二元关系——函数的定义特种函数的复合运算置换的复合运算——有向图无向图——代数系统的判定——Bernside定理证明和应用——课件目标分析——课程计划和安排。
四、离散数学软件的实现
CAI把抽象的离散数学用生动形象的界面展现给学生们，给学习者创造了一个良好的学习环境，学生不仅可以学习到程序设计的技巧，还可以加深对理论的理解。明确了这一目标，我们就可以安排课程计划，当然这个步骤需要有经验的老教师来指导，对离散数学的内容进行了深入了解和安排，设计了比较合理的学习进程，其中包括离散数学应掌握的基本概念和理论知识，重点教授离散数学中的难点。并且注重界面的友好过程的演示，让同学能够清楚地了解到离散数学中抽象定理的证明和运用。首先分析离散数学的层次结构，教学设计应包括如下五大部分。其次具体定义每一节涵盖内容，教学的目的，需要掌握的知识点。接着开始编制代码，采用经常用于编写界面的高级语言Visual Basic6．0。考虑具体实现时采用的对象。然后进行测试，写出测试报告。当然CAI软件需要不断地总结经验，补充内容，所以经常维护和改进是必不可少的。
计算机辅助教学即CAI(Computer Assist-ed Instruction的缩写)系统是一种新的教学系统，是人们利用先进的电子技术和计算机技术来开发人以及人以外的一切学习资源，去实现最优化的教学目标。相对传统的教学方式而言，优秀的计算机辅助教学系统的应用，可以使学生更有效地掌握知识和锻炼技能。它集中优秀教师的智慧及成功的教学经验，从教与学两个方面来提高教学质量，再加上计算机的生动显示和色彩的合理使用，有利于突出重点，激发学生学习的积极性。要实现一个好的CAI课件，首先必须要进行系统分析，对CAI课件所要反映的课程内容进行深入的了解，从而决定设计思想，达到CAI教学的目的。
1．语音的实现
目前，多媒体技术中能够让计算机产生声音主要有三种方式：对外部音源进行录制与播放；CD唱片重放；利用MIDI做音乐合成。它们分别被称为波形音频(waveform)、CD-DA音频(Compact Disc Digital Audio)、MIDI(MusicalInstrument Digital Interface)音频。实现语音是用多媒体控制接口MCI(Multimedia ControlInterface)在控制象音频、视频外围设备这样的设备方面，提供了与设备无关的程序，MCI包括在MMSYSETM模块中，它用来协调事件以及与MCI设备驱动程序间的通讯。用户的应用程序可以使用MCI控制标准的多媒体设备，如音频播放设备、音频记录设备以及动画播放设备等等。编制程序时要把系统中的音响驱动器作为MCI的设备来打开，这样才能把MCI作为波形文件播放器，然后取出事先录制好的波形文件，再启动该文件在后台发出声音，MCI在一个声音产生结束后将会发送一条消息给程序的主窗口，这时候在窗口处理函数中要及时地关闭音响驱动设备，完成语音的播放处理。
2．扫描图象的处理
多媒体应用项目中使用的图象部分来自于照片、图片，这些可以使用扫描仪进行扫描。扫描仪可以把图片或照片转化为数字图象。扫描是从已有的图片印刷品幻灯片和照片快速获得全彩色图象的最简单方法，可以得到精度高、质量好的图象。但扫描也有明显的缺点，那就是操作步骤多，且扫描过程需耗费相当多的时间，但就目前较成熟的技术看仍是主要采用的技术。
五、结束语
计算机辅助教学软件有着深刻的意义，它既突破传统教育，也为继续教育和在职教育提供了最佳途径，特别是离散数学的CAI更有它的魅力所在，因为它是学习计算机科学的基础。增强用户的交互性、自适应性，让软件更贴近学生，也是我们教育工作者的心愿，而作为计算机科学的教学工作者，更应毫无疑虑地担负起这个责任。