1、76-辅助物理教学系统的设计辅助物理教学系统的设计-物理教学数字图书馆建设初探赵雅洁（南开大学图书馆，天津 300071）摘要：本文主要探讨教学型数字图书馆的构建思路，并以物理教学型数字图书馆为例，就其建设中的关键问题进行分析和设计，从而更好地为物理教学提供辅助作用。 关键词：数字图书馆，教学数字图书馆，物理教学The design of auxiliary physics teaching System-Research on the construction of the teaching-Oriented physical digital libraryZhao Yajie ( Libr
2、ary, Nankai University, Tianjin 300071, China)Abstract: This paper mainly discusses the construction ideas about the teaching-Oriented digital libraries, and illustrates by the example of physics teaching, and focuses on the analysis and design about some key issues in this construction, thus provid
3、es an auxiliary role for physical education. Keywords: digital library，teaching-Oriented digital library，physics teaching引言数字图书馆是一种拥有多媒体、内容丰富的数字化信息资源，是一种能为用户方便、快捷地提供信息的服务平台1。目前高校数字图书馆及图书馆数字资源都是以研究型为主体，主要为科研服务。关于教学型的网络辅助服务还为数不多，但是教学物质资源仍是我国高校图书馆更是教学型高校图书馆的主体，所以作为丰富馆藏服务的有益补充，教学型数字化服务也是值得高校图书馆重视和建设的。本文
4、主要以物理教学数字图书馆为例，就其建设中的关键问题进行分析和设计。通过建设教学型数字图书馆，为教师提供一种更优化的教学途径，为学生提供一个更丰富的物理专业课程教学资源库和更高效的信息查询与学习咨询平台。由传统的以教师“教“为主的教学方式变为以学生“学“为主，更好的起到对实际物理教学的辅助作用。1. 物理教学数字图书馆的建设目标1.1 加强交流合作物理教学数字图书馆可以强化教师与学生之间以及学生与学生之间的互动，教师和学生是一个学习共同体，建立和维护共同体的有效途径是沟通，通过建立这样一个网络平台，利用其良好的交互性和可控性，使师生之间、生生之间能方便的进行学习交流和及时沟通， 解决课程学习过程
5、中遇到的困难和问题， 从而优化教学效果。物理教学数字图书馆也可以进一步加强物理各学科专业人员之间的交流合作，加强与兄弟院校之间的学术交流和与本课程有关的教学探讨，集聚我国的团队力量，在物理学科人才培养方面发挥更大的积极作用。1.2 优化教与学物理教学数字图书馆有助于学生根据自己的需要获取相应资源进行自学，从而打破以教师为中心、以书本和课堂为中心的传统教学模式，形成以学生为主体的自主学习新模式。从而也可以培养学生自己获取知识的能力，培养独立解决实际问题和研究新问题的能力，学会如何学习和思考，让学生更好地参与到教学过程中，实现教学相长的教学理念。 学生也可以根据自己的兴趣爱好，有系统、有重点地自学
6、物理学其他专业的课程，增进对物理学科知识的系统理解，为将来进一步深造提前打下扎实的物理专业基础。1.3 实现资源共享物理教学数字图书馆的终极目标就是实现资源共享。它能够跨越时间和空间限制，方便快捷地为师生提供信息服务。任何授权用户在任何地方都可以享受到其服务，提高了师生的学习效率。师生也可以将自己的教学成果等提交到数字图书馆中，供多个不同用户任何时段任何地点访问，使得全球资源共享变成现实。1.4 抽象问题形象化物理教学数字图书馆内容丰富全面、界面明朗友好、功能完备强大，包含了大量的多媒体信息，比如数字模拟、动画、声像等。通过相应技术手段，将教学内容和难以理解的抽象知识以形象、直观、生动的形式展
7、示给学生，从而调动学生学习的兴趣，激励学生参与教学的过程，充分发挥学生学习的主体作用，避免了学生由于对知识难以理解而产生厌烦情绪，让学生在活泼愉快的气氛中学习，体会成功的快乐，从而大大地增加学习物理的兴趣与决心。2. 物理教学数字图书馆的主要技术支撑2.1 数据库存储技术物理教学数字图书馆存储的数据具有大数量和多样化的特性，其数据形式包括文本、图形图像、音频、视频等，对海量数据的存储和组织技术是数字图书馆的关键技术之一。这就需要科学应用数据库的分类、索引、存储技术，对于不同类型的数据建立相对统一的分类方法和索引机制，从而提高海量数据的检索效率和速度。现有数据库存储技术有以下三种：传统 DAS(
8、Direct attached storage-直接连接存储)和两种网络化存储方案：NAS (Network attached storage-网络连接存储)、SAN(Storage Area Network-存储区域网络)。这三种技术方案适用于不同的需要，各有优缺点，应合理选用或综合使用。2.2 多媒体技术为了更大体现教学信息的生动性，物理教学数字图书馆需要大量的多媒体数据来支撑，比如文本、图形图像、音频、视频等，遵循面向对象的数字化多媒体信息库。通过多媒体压缩技术（无损压缩、有损压缩） ，按照多媒体数据压缩编码标准（JPEG 、H. 261、MPEG） ，去除冗余信息，降低数据存储成本和规
9、模。2.3 XML 技术资源标注、编目和描述是数字图书馆信息查找的基础，采用结构化的资源(XML)和资源描述框架(RDF)互相配合，将大大提高信息查找效率2。XML 的自定义性及可扩展性使它可以描述文本、图像图形、声频、视频等各种数据类型的资源；XML 是一种与平台无关的语言，能很容易地实现与其它类型的数据进行转换，从而可以实现异构数据的统一检索；XML 基于内容的格式，可以准确地对信息进行描述，为检索提供强有力的支持，从而能提高检索的质量和速度3。所以，XML 标准成为各种复杂异构数据交换的核心技术和未来数据定义的标准格式，它可以有效解决数字图书馆数字资源管理中存在的许多问题，也是物理教学数
10、字图书馆数字资源管理的关键技术之一。2.4 资源数字化技术物理教学数字图书馆资源数字化技术主要涉及数据采集、数字化加工、标引技术。采集来的物理教学资源可以按照国际标准的数据格式进行数字化处理。标准格式有：文本: 纯文本、XML、HTML、PDF；图片: TIFF、JPEG、GIF；图像: JPEG、JPEG2000；声音: MPEG、AC3、MP3；视频: MPEG-、。在对这些信息资源加工过程中，采用以 DC 标准为核心，与传统 MARC相结合的方式对资源进行标引。在进行元数据交换过程中，支持RDF，VCARD 等多种形式4。标引技术还应支持自动标引、人工标引和元数据技术，使分散的异构网络用
11、户能分享和再利用物理教学数字图书馆中的异构数据。2.5 分布式系统架构物理教学数字图书馆要想得以广泛应用，必须具有高效性和可扩展性，这就需要有分布式的管理和控制机制。我们可以通过采用数据库层、应用服务层、用户界面层的三层体系架构，应用合理的中间件技术来解决这一问题。具体可以采用如 J2EE, CORBA 和.NET(DCOM)等技术平台作为开发工具来进行开发。2.6 信息组织策略物理教学数字图书馆可以对信息资源进行元数据提取，将信息分为元数据和数字对象来进行组织。元数据是描述和管理数字对象的数据，数字对象是指数字化的文本、图片、声音、影像等数据。将信息资源库分为元数据库和数字对象库，二者通过唯
12、一标识句柄相关联。并设置对元数据库和数字对象库的管理接口层，方便管理人员对数据的管理。3.物理教学数字图书馆的功能分析物理教学型数字图书馆建设中包括功能模块多，通过关键标识、采用联合式或协调性技术完成模块之间的相互联系，各模块也可以单独调用。设计有 11 个基本功能模块，如下：3.1 教学资源可以制成物理教学信息数据库，其中包括子库设计如下：专家课件讲义库：存储知名学者教授以及本校教师授课的自编课件、讲义、实习指导等信息的数据库。物理教材库：存储国内外知名大学及本校的物理课程所使用的各类物理教材信息。物理课程库：存储国内外知名大学及本校的物理课程信息，包括授课教师、学分、学时等。参考书库：存储
13、国内外知名大学及本校的物理课程所使用的各类教学参考书。这几个子库可以通过统一的数据库字段（比如学科课程）进行关联，并设计统一的检索和浏览平台，方便用户查阅关联信息。3.2 数字化教学成果查询对于外校物理教学成果，可以将外校相关资源链接到物理教学数字图书馆。本数字图书馆也需要自建一定的资源供查询。比如本校师生所著、所编、所译的物理学术著作；本校师生发表的物理学术论文和科研成果报告；本校召开的物理学术会议文献，如手稿、预印稿文献、回忆录等；教师外出参加物理学术会带回的文献；出国人员带回的物理文献资料以及价值的赠送资料等5。3.3 在线咨询、专家问答该模块是物理教学数字图书馆中教师和学生联系的桥梁。
14、该模块通过相应的 IM 技术，完成学生就某些问题对老师的在线咨询以及离线问答。也可以通过发送和接受电子邮件、加入讨论组、论坛等，以此来强化学生与教师以及学生与学习伙伴之间的交互。该部分也可以增加读者意见和建议栏，把读者意见与答复情况公布于网上，在互动中提升物理教学数字图书馆的服务，提高师生对它的信任度。3.4 专家讲坛国内外有众多知名物理专家学者，可以将他们多年的授课讲座制作成视频，让本校师生与知名专家学者零距离接触，开辟获取知识的捷径。采取的方式可以链接到比如“超星视频“等一些知名学科平台的授课视频，也可以自己有针对性地进行录制。对于本校教师授课信息比较方便获取，可以通过授权录成视频，供师生
15、备课复习使用。 专家学者也可以建立自己的专业博客，将个人的授课经验、方法，专业思想、见地、看法、灵感，或者工作内容、过程、故事等做及时记录和发布，及时让同行或者学生来了解自己的授课方式、研究进展以及学科的最新研究方向和趋势，从而可以与专家进行沟通，达到共同进步。3.5 远程教育现代网络远程教育可以使学生突破时空限制，享受领域专家的亲自授课。通过计算机网络技术、多媒体技术、通信技术把物理课程传送到校园外的多个终端，具体表现为网络远程教育系统教学和通信联系的教育形式，可以采用实时视频点播教学、实时视频广播教学、虚拟教室等形式来完成。在数字信号环境下进行教学活动，真正做到不受空间和时间的限制，教学方
16、式由原来的以教为主变为以学为主，学生可以从所提供的丰富的教学资源中选用适用自己的。3.6 实验演示与模拟物理是一门实验科学，学生不可能亲自体验每一次实验，有些实验只能是课堂上看老师演示，自己并不会操作或者不能全面掌握，物理教学数字图书馆中该模块的功能就是利用电脑模拟，再现实验装置、实验过程和实验现象，唤起学生对旧知识的回忆，有利于比较、加深理解记忆。 该模块通过模拟与仿真、超媒体等技术，综合采用各种媒体来呈现(如文字、动画、声音和视频)，采用 p2p 技术来提高影像的传播质量和速度。对于不同的实验过程选择合适的媒体形式来表现知识内容，学生不仅可以自己选择重复看实验的每一个环节，也可以实际模拟操
17、作，包括对实验环境的搭建，实验过程的介入等。比如利用 Flash 等进行一些简单的情境创设, 并按照物理实验流程为导向，引导学生不断思考，一步一步深入学习，最终掌握实验技能。3.7 各高校特色研究对于本校以外的各知名高校的物理学科特色，可以通过链接或授权建立特色数据库；对于本校物理学科特色，可以针对本校重点专业及特色研究深入调查和挖掘，依托本馆资源和物理学院特色研究资料，根据学校教学的实际需求，开发和建立具有自身特色的数字化信息收藏体系。为师生提供主动的知识增值服务，比如专题检索、专题文献传递和专题知识管理等高水平服务。同时各学校在开发自己的物理专业特色数据库时，应当遵循统一的标准和规范，采用
18、相近的软件开发平台和检索结构等，从而实现真正意义上的资源共享。3.8 WIKI物理教学数字图书馆中的 WIKI 类似于物理教学过程中所使用的黑板，所有写在黑板上的内容都会被记录，每一用户都可以看到其他用户做过的所有修改。WIKI 由于具有开放性，而且使用简单、方便，所以容易实现某一领域知识的汇聚与提炼，所以它很容易在师生的共同努力下做成一个物理专业教学知识库，从而达到丰富物理教学数字图书馆资源，并且通过互动来提升服务水平。比如对于物理学一些前沿性的、有争议的或者不完备的信息，可以通过 WIKI 进行扩展和探讨，或者可以帮助师生来对某个知识点进行共享和整理。师生也可以将自己的一些成功经验和奇思顿
19、悟加入 WIKI，提高师生的创新能力。3.9 用户定制师生可以直接定制自己感兴趣或者所需的物理教学信息内容，一旦物理教学数字图书馆内容有所更新，系统将根据师生的定制信息适时或定期将新信息主动推送给师生，师生便可以即时看到自己定制信息的最新更新。该功能可以通过 RSS 技术来完成信息的推送服务。物理教学数字图书馆不仅可以将信息推送到用户桌面，也可以手机终端等移动设备做互联推送。3.10 用户管理为了方便对物理教学数字图书馆的用户进行管理，需要对访问用户做一定的限制。可以采用角色访问控制技术，对用户赋予不同的权限，对不同权限的用户组赋予不同的角色。比如可以将用户角色总体分为三种，管理员、超级管理员
20、、一般用户。管理员角色，可以完成对信息的收集、加工、录入、更新与维护等工作。对于一般用户只能执行资源检索和浏览的功能。超级管理员具有管理员和一般用户的所有权限，同时也可以对所有用户进行授权和管理。3.11 用户帮助通过该模块为用户提供使用系统的帮助。可以按照以下三部分建设：帮助说明文档：对用户如何使用物理教学数字图书馆和一些常见的问题进行说明。网站地图：对物理教学数字图书馆的门户网站制作的地图，可以帮助用户很直观的找到自己想访问的内容。信息导航：通过对物理教学数字图书馆的用户进行分析，针对用户范围和需求，对资源进行鉴别和筛选，并按照一定规则进行分类导航，使用户能够快捷明了的找到自己需要的信息。
21、参考文献 1 李芙蓉.论数字图书馆与教学科研信息服务模式. 时代文学(理论学术版，2007(2):110-1112Resource Description Framework (RDF).http:/www.w3.org/RDF3郑巧英，杨宗英.数字图书馆的发展和研究.大学图书馆学报，2000(1):7-104黄波.信息资源数字化建设与应用技术.网络资源与建设，2003(1)：61-645康忠民,邱春兰.本科教学型高校图书馆数字化资源建设的思考, 情报探索,2006(12):106-107作者简介 赵雅洁（1979-） ，女，馆员，南开大学图书馆技术部，主要研究方向为信息处理与数字图书馆。本文系教育部 2009 年度研究项目“中美一流大学物理教育比较研究“的阶段性成果之一。1
