支援教学的电子教室系统.docx
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支援教学的电子教室系统
支援教學的電子教室系統
中華基督教會扶輪中學 ２００8年 香港高級程度會考
高級補充程度 電腦應用科 習作報告 ﹝卷二﹞
目錄
第一章目的
1.1處境P.2~P.3
1.2分析P.4~P.8
第2章構思
2.1數據庫設計及構思P.9~P.13
2.2實物設計P.14
2.3網絡設計P.15~P.16
第3章應用
3.1輸入資料的方法P.18~P.20
3.2網絡系統圖樣P.20
第4章測試及評估
4.1網絡系統測試P.21
4.11網絡設定P.22~P.23
4.12檔案傳送P.24~P.28
4.2數據庫測試P.29
4.21學生資料查閱P.29~P.30
4.22多項式選擇題成績查閱P.31~P.32
4.23投票區記錄查閱P.33~P.34
4.24影音資料查閱P.35~P.38
第5章結論與討論
5.1總結P.39~P.40
5.2改善P.41
資料來源P.42
第一章 目的
1.1 處境
現時很多學校都會擁有大量的電腦室，老師也會使用電腦來教授知識給學生，但是在教學時往往受到學生分心的問題，而影響教育進度和學生的學習水平。
有見及此，大部份老師在教授知識時，也會使用支援教學的電子教室系統。
其原因如下︰
1、老師在發問時，各同學只會採取低下頭看著電腦的方法不理會老師，幸好也有那數位同學回答，使課堂的參與性極低。
因此，老師便會選取電子教室系統來教學，以阻止以上的行為再發生。
2、老師在課堂上，不時下載教學短片來教授同學，不過在下載時會消耗大量時間，因而阻礙上課的進度。
因此，老師可利用電子教室系統內的影音資料庫，即時選取有關的教學影片，以省卻下載的時間。
就以上的因素是促使我完成該系統。
不過在實行電子教室系統也會出現金錢、速度、安裝、電腦的容量等問題。
1、金錢問題，學校未能在開初時完全更換全校的電腦。
2、速度的問題，老師在傳送影音時，可能因Network的問題而影響傳輸速度，使上課的時間受阻。
3、安裝，在安裝方面，學校未必可以在同一時間內把所有電腦完全安裝此系統，使部份電腦不能受主電腦監控，令不尊心上課的問題再次發生。
4、最後是電腦的容量，由於該系統的容量很大，故此需要一些比較大的電腦才容納系統等等。
在是次的研作中，我會參考一些電腦的書籍、文獻來取得電子教室的資訊。
此外，我也會在網上瀏覽一些學校的成功例子以增加的思考範圍。
同時間我會利用一些簡單的問卷來收集同學、家長及老師的要求，使系統能夠融入大家的意見，達至大家理想的要求。
假若我有空餘時間的話，我會親自訪問老師的意見，使系統能夠達至專業的水平。
當我整合以上的數據後，我便會初步構思電子教室系統的功能及所涉及的軟件。
1.2 分析
在是次的“支援教學的電子教室系統”中，所涉及的功能如下︰
1.學生可透過在線投票區在電腦進行投票，以表達自己的意見。
2.多項選擇題所選取及投票的結果整合成圖表，從而顯示學生的意願。
3.老師可利用系統所設定的監看功能來觀察學生在電腦上的一舉一動。
4.老師可利用廣播教學來廣播素材給學生上課，同時也可選擇單對單廣播模式來教導指定的學生
5.學生可透過舉手功能來提醒教師的注意，以解答問題。
6.老師可透過影音播放功能來播放一些教學的影片。
7.學生可透過字典來查詢詞語的意義。
8.老師機螢幕顯示遠端學生機的螢幕內容，並可直接遙控輔導學生機，達到如同和學生「面對面」地教學輔導
除了以上的電腦化的功能之外，我們也可透過實物的功能來解決，但是使用這些功能也有他們的優點和缺點。
實物的功能
優點
缺點
校內派發問卷
▪立刻知道受訪者的意願
▪知道受訪者是否亂做問卷
▪相比在線投票的收集形式較麻煩
▪消耗大量時間
工作室的功能
優點
缺點
網上投票區
▪容易收集數據
▪節省時間
▪問題要經常更新
比較之下的結果︰
利用網上投票區較方便和快捷
人手畫圖表
▪圖表較真實
▪花費大量時間繪畫，導致其效率受到影響
工作室的功能
優點
缺點
Excel
▪短時間內可完成圖表
▪不能隨意更改數據
比較之下的結果︰
利用Excel來代替人手繪畫，原因製作快捷，圖表的質素也會清晰
老師自行觀察學生的上課情況
▪第一時間按受學生的意見
▪疏忽學生
工作室的功能
優點
缺點
監看功能
▪即時詢問學生問題
▪了解學生是否尊心上課
▪電腦很容易hand機
比較之下的結果︰
工作室內設的監看功能代替，原因透過功能來詢問學生問題及了解學生是否明白課本的知識
黑板
▪老師可可觀察學生是否在尊心上課
▪影印習作及筆記而浪費紙張
工作室的功能
優點
缺點
廣播教學
▪環保
▪連線時容易hand機
比較之下的結果︰
廣播教學代替，原因廣播教學比較環保，而且教學快捷
學生舉手詢問
▪老師可於第一時間知道學生的需要
▪師未能續一解答所有人的問題
工作室的功能
優點
缺點
舉手功能
▪第一時間詢問老師的意見缺點
▪教學受阻
▪學生會胡亂按下影響教學的進度
比較之下的結果︰
舉手功能代替，原因學生可第一時間詢問老師的意見缺點，就是一些貪玩的同學可能在課堂上時常按動此功能，導致教學受阻，而且老師也不知道該學生是否有問題，故此會影響教學的進度。
電視播放
▪可即時播放影像
▪把影像燒錄於光碟下才可播放
工作室的功能
優點
缺點
影音播放功能
▪透過互聯網更新影片和音樂
▪方便而且快捷
▪開啟影片和音樂需要一段長時間
比較之下的結果︰
工作室的影音播放功能代替，原因能夠透過互聯網更新影片和音樂，其功能比較方便而且快捷，所以較電視播放更勝一籌。
字典
▪學習新式詞彙
▪不是常用
▪字典是非常重
工作室的功能
優點
缺點
▪不需帶字典回校
▪方便又快捷
▪不懂使用字典
比較之下的結果︰
工作室內字典功能代替，原因學生再不需帶字典回校，還可以方便地按一按按鈕便可查詢字詞的解釋，又方便又快捷。
除了以上的功能之外，我們也要說明為何需要利用以下的軟件。
軟件
優點
比較
MicrosoftWord
用途︰編寫版面的設計及文字特性
▪支持圖示，顏色和一些特別的字型，以及可加入一些圖示和背景
WordPad
因此利用MicrosoftWord代替WordPad
FoxPro
用途︰整理和儲存系統的資料
▪容易地整理和儲存系統的資料
MicrosoftAccess
因此利用FoxPro代替MicrosoftAccess
Excel
用途︰顯示學生在投票後所得出的數據及圖表
▪短時間內可完成圖表
因此利用Excel來製作圖表
金山詞霸
用途︰幫助學生查閱課本上詞語的意義
▪滑鼠移近生字時它便會在旁顯示該字的意義
因此利用金山詞霸代替Yahoo的字典功能
Flash
用途︰製造系統的版面
▪容易製作版面的動畫及按鈕
COOL3D
因此利用Flash代替COOL3D
WindowsMediaPlayer
用途︰播放教學的影片
▪用來播放影片和音樂
▪界面美觀
RealPlayer
因此利用WindowsMediaPlayer代替RealPlayer
硬件包括︰
◆網絡攝影機︰監察學生的上課情況及傳送影像；
◆雷射打印機︰用來列印筆記。
除了硬件和軟件外，還要加入網絡功能，使各課室互相聯系。
第2章構思
2.1數據庫設計及構思
關於將要使用的數據庫，會設計七個主要的數據庫︰學生資料、多項式選擇題記錄、多項式選擇題題目庫、投票區記錄、投票區題目庫、影音資料及影音資料庫，各自管理不同方面的範疇；而數據庫中也有不同表格，儲存着不同的數據資料，如影音的名稱和檔案的大小等，令使用該系統時能更有效地讀取到資料。
當中各資料都有關係連接，一對多、多對多等，以便能在使用其中一個數據庫時，能從其他的數據庫中讀取到所需資料，以下是各數據庫的簡介︰
學生資料
是記錄學生的資料，例如學生編號、學生姓名、班別等等，主要是用作查詢的用途，而當中與「多項式選擇題記錄」的關連，是顯示學生的資料，這都需要這數據庫記錄下來。
欄名
類型
闊度
點數
關鍵碼
唯一性
描述
學生編號
文字
6
/
是
是
學生的入學編號
學生姓名
文字
16
/
否
否
學生的英文姓名
班別
文字
4
/
否
否
/
學號
數字
2
/
否
否
/
性別
文字
2
/
否
否
/
聯絡電話
數字
10
/
否
否
/
出生日期
日期
16
/
否
否
學生的出生日期
入學日期
日期
16
/
否
否
學生的入學日期
因為學生編號是獨立的，各編號只代表一名學生的資料，不會與其他的重複，故作為主關鍵碼；而其他的編號，有機會在此表格中重複出現，故不作為主關鍵碼。
多項式選擇題記錄
這個記錄了學生在多項式選擇題裡的成績和參與日期。
欄名
類型
闊度
點數
關鍵碼
代表性
描述
學生編號
文字
6
/
是
是
學生的入學編號
題目編號
文字
6
/
是
是
連接多項式選擇題題目庫
選取答案
文字
4
/
否
否
學生回答問題時，所選取的答案
參與日期
日期
16
/
否
否
學生參與多項式選擇題的日期
該表格只有學生編號才能代表各學生的成績、參與日期等，此外題目編號是用來連接多項式選擇題題目庫，因此它倆為表格的主關鍵碼。
多項式選擇題題目庫
這個記錄了項式選擇題裡的題目。
欄名
類型
闊度
點數
關鍵碼
代表性
描述
題目編號
文字
6
/
是
是
連接多項式選擇題題目庫
題目
文字
100
/
否
否
多項式選擇題題目
答案
文字
4
/
否
否
多項式選擇題答案
該表格是儲存了多項式選擇題題目，以及答案，加上題目編號是獨一無欵，因此它為表格的主關鍵碼。
投票區記錄
這個記錄了學生選取的意見，同時也紀錄了學生在投票區參與日期。
欄名
類型
闊度
點數
關鍵碼
代表性
描述
學生編號
文字
6
/
是
是
學生的入學編號
題目編號
文字
6
/
是
是
連接投票區題目庫
選擇的答案
文字
4
/
否
否
學生選取的意見
參與日期
日期
16
/
否
否
學生參與投票日期
該表格只有學生編號才能代表各選取的意見、參與日期等，此外，題目編號是用來連接投票區題目庫，因此它倆為表格的主關鍵碼。
投票區題目庫
這個記錄了投票區的題目。
欄名
類型
闊度
點數
關鍵碼
代表性
描述
題目編號
文字
6
/
是
是
連接投票區題目庫
題目
文字
100
/
否
否
投票區題目
選擇1
文字
4
/
否
否
學生選取的意見
選擇2
文字
4
/
否
否
學生選取的意見
選擇3
文字
4
/
否
否
學生選取的意見
選擇4
文字
4
/
否
否
學生選取的意見
該表格是儲存了投票區題目，學生選取的意見，而且題目編號是獨一無欵，因此它為表格的主關鍵碼。
影音資料
是記錄學生觀看次數及觀看日期。
欄名
類型
闊度
點數
關鍵碼
代表性
描述
學生編號
文字
6
/
是
是
學生的入學編號
影音編號
文字
6
/
是
是
連接影音庫
觀看次數
數字
4
/
否
否
學生觀看影音次數
觀看日期
日期
16
/
否
否
學生觀看影音日期
該表格只有學生編號才能代表各學生資料，觀看次數等，此外，影音編號是用來連接影音資料庫，因此它倆為表格的主關鍵碼。
影音資料庫
是記錄影音的資料，例如影音名稱、影音容量、影音類型、導入日期等等，主要是用作儲存影音的資料。
欄名
類型
闊度
點數
關鍵碼
代表性
描述
影音編號
文字
6
/
是
是
連接影音庫
影音名稱
文字
50
/
否
否
/
影音容量
文字
10
/
否
否
影音容量以MB表示
影音類型
文字
10
/
否
否
/
導入日期
日期
16
/
否
否
影音引入日期
更新次數
數字
4
/
否
否
影音更新次數
更新日期
日期
16
/
否
否
影音更新日期
該表格只有影音編號才能代表影音資料，因此它是該表格的主關鍵碼。
﹝下面的關係表會簡單、清晰地說明﹞
實體關係圖（E-RDiagram）
學生資料（student）
學生編號︰s_id
姓名︰name
班別︰class
學號︰class_no
性別︰sex
聯絡電話︰phone
出生日期︰DOB
入學日期︰E_DOB
電郵地址︰e-mail
‘
資料
資料
M
1
M
1
投票區記錄
（polling）
學生編號︰s_id
題目編號︰q_id
選擇的答案︰ans
參與日期︰P_DOB
多項式選擇題記錄（multiple）
學生編號︰s_id
題目編號︰q_id
選取答案︰ans
參與日期︰P_DOB
1
資料
M
影音資料（media）
學生編號︰s_id
影音編號︰m_id
觀看次數︰view_freq
觀看日期︰view_dob
M
M
資料
資料
M
M
M
資料
投票區題目庫
（question_base_2）
題目編號︰q_id
題目︰q
選擇_1︰ans_1
選擇_2︰ans_2
選擇_3︰ans_3
選擇_4︰ans_4
M
影音資料庫（media_base）
影音編號︰m_id
影音名稱︰media_name
影音容量︰volume
影音類型︰types
導入日期︰input_DOB
更新次數︰update
更新日期︰update_DOB
多項式選擇題題目庫
（question_base_1）
題目編號︰q_id
題目︰q
答案︰ans
在以上的「實體關係圖」（E-RDiagram）中，分開了七個主要的數據庫︰學生資料、多項式選擇題記錄、多項式選擇題題目庫、投票區記錄、投票區題目庫、影音資料及影音資料庫，各自都有不同的數據庫儲存、管理所需的資料數據，令查詢資料時可按照不同類別尋找或統計，而各自的數據庫也有不同的關係連接着，使運作時更有效地連貫起，數據管理更有效率。
2.2 實物設計
下圖便是實物界面，右邊的選項鍵是記錄着不同的程式語言，以供老師及學生使用，當點選特定的選項後，電腦便會從數據庫中，執行預設的指令，並將得出的結果顯示在左邊的螢幕上。
﹝下方是計畫的實物草圖﹞
老師版面︰
學生版面︰
選項
在線投票區
影音播放
單對單廣播模式
舉手功能
多項式選擇題測試
資料顯示
字典
選項
在線投票區
影音播放
單對單廣播模式
舉手功能
多項式選擇題測試
資料顯示
字典
廣播教學
螢幕監看
2.3 網絡設計
要課室拿取的數據一致，便要有適當的網絡拓撲配合，當中需要一個中央電腦連接各課室的系統。
當中央電腦的資料更新後，各課室也會因變更而拿取更新的資料，達至數據的一致性。
若果多人同時使用該系統，網絡擠塞的情況在所難免，為了解決此問題，雖要令此系統的運作暢順，設計得宜外，另一重點便是拓撲的選擇，因為不同的拓撲均有着不同的優、缺點，要選擇一個適合的拓撲才可解決網絡擠塞的問題。
拓撲
拓撲可分為星形、環形、總線形。
就本次的系統，我認為星形網絡最能解決這問題，因它可以在短時間內傳送資料，而且相比其他拓撲優勝之處在於不會因其中一條連接路不通而導致系統癱瘓，它也不會佔用使用者的儲存空間，因為資料是儲存於中央電腦內的資料數據，所以在更新時能夠統一及節省時間，令數據一致性能提供高效率。
在計畫中，我希望在電腦室設立一個伺服器，以記錄所有數據資料，希望容易地做到數據的通一性，各課室在拿取資料時，都必須聯絡電腦室的伺服器，並由它傳送資料給各學生及老師。
傳輸媒體
在考慮連接的方法，我會利用雙扭線和光纖。
首先雙扭線是用來連接交換器和課室內的電腦，由於雙扭線的成長比較便宜，而且傳輸速度為10–100Mbps，以及總長度有100厘米等等，相比無線連接較方便，因為雙扭線的傳輸速度比無線傳輸穩定，也不需要考慮傳輸的距離等等，同樣地，雙扭線較無線連接安全，因為雙扭線不會因網絡的連接，導致資料外漏。
其次是光纖，雖然光纖的成本比較貴重，但是傳輸速度比較快速，加上連接方便，以及不受磁力和電力干擾
，因此課室與課室之間的連接，便會使用光纖。
連接硬件
連接硬件
優點
缺點
集線器（hub）
▪多台電腦共享
▪將收到的訊息複製到所有的埠
▪成本較低
▪傳輸速度較慢
交換器（Switch）
▪每個埠均有各自的專用帶寬
▪傳輸速度較快
▪各埠獨立
▪成本較高
雖然交換器與集線器相比成本較高，但是交換器的傳輸較穩定，因此選用交換器用作連接。
設定
在IP地址、通訊閘等設定方面，則各電腦都使用動態主機配置協定﹝DHCP﹞，因為使用它後，路由器會分配一個內部的IP地址給各工作站，讓它們能共用網絡，而且通訊閘也會自動作了設定，省卻了逐台工作站設定的煩惱。
﹝以下草圖將能更清楚地顯示整個網絡的基本運作﹞
網絡設計草圖
電腦4
電腦3
電腦2
電腦1
交換器器
交換器器
電腦1
電腦2
電腦3
電腦4
伺服器
（電腦室）
路由器
﹝課室一﹞
﹝課室三﹞
﹝課室二﹞
第三章 應用
3.1 輸入資料的方法
首先，利用FoxPro來輸入數據︰
數據庫表格
學生資料
多項式選擇題記錄
多項式選擇題題目庫
投票區記錄
投票區題目庫
影音資料
影音資料庫
3.2 網絡系統圖樣
網絡系統如下圖所示︰
第四章 測試及評估
4.1網絡系統測試
由於今次的電子教室需要使用網絡系統，將各課室與伺服器連接起來，因此便需為網絡的設計，且會利用軟件︰PacketTracer來幫助，以確實網絡的設定等各方面都是無誤的。
網絡系統如下圖所示︰
上圖顯示了網絡的設計，它的佈置及構思與草圖一樣，各個課室利用交換器連接路由器，即連接上互聯網，而另一端則設有伺服器，用作紀錄各類資料，給各個課室拿取。
連接着「Router0」的交換器及電腦，便是其中一個課室，而另外交換器所連接的，便是另一個課室，代表兩個課室已透過網絡互相連接起來。
4.11網絡設定
接下是為路由器、課室等作設定︰
1.先為路由器作設定，首先輸入與交換器連接的IP地址，如圖一所示；而另一端與另一個交換器連接的，也輸入一IP地址，如圖二所示。
另一端與伺服器連接，也輸入一IP地址，如圖三所示。
（圖一）（圖二）
（圖三）
2.其次是為各電腦設定，其IP地址將會使用DHCP，由路由器自動分發IP地址及通訊閳，好處是由它管理着IP地址等，方便工作站的對外的溝通，和方便內聯網的管理，又不用人手輸入各IP地址，減少出錯及地址不一的問題。
圖四示工入站使用DHCP的設定。
（圖四）
4.12檔案傳送
設計網絡系統的目的，是為了各資料的傳遞，因此必須測試其運作是毫無錯誤，現在便透過PackerTracer3.2，為之前設計的網絡系統，進行數據傳送測試，而結果也非常理想，課室能透過網絡互相傳遞資料，即使遇上同時間要處理兩個訊息，也沒有問題。
下圖為測試的詳細情況︰
首先我會使用交換器來進行測試。
1
PC0將要發出訊息給伺服器；同一時間，PC4向Printer0傳送訊息。
2
此時PC5向伺服器發出訊息；而PC0及PC4的訊息在Switch0和Switch1中等待處理。
3
Server0此時向PC1發出訊息；而PC0、PC04和PC5的訊息則在Router0及Switch1中等候處理。
4
PC0的訊息經處理後成功送到Server0；而PC04、PC5和Server0的訊息則在Router0中等候處理。
5
此時PC4的訊息在Switch0等候傳送，而PC5和Server0的訊息仍在Router0等候處理。
6
PC4和PC5的訊息成功地送至目的地Server0和Printer0；而Server0的訊息則在Router0等候處理。
7
接著Server0的訊息在Switch0等候傳送。
8
最後Server0的訊息也成功地傳到目的地PC1。
接著會以集線器進行同樣的測試，以比較兩者的分別。
1
PC0將要發出訊息給伺服器；同一時間，PC4及PC2分別向Printer0和Printer1傳送訊息；此外，Server0將要向PC0傳送訊息。
2
此時PC2與PC0的訊息同步抵達集線器，但是兩個訊息出現相撞，導致訊息燃燒；同時PC4的訊息在另一端的集線器等候傳送；此外Server0的訊息則在路由器等待處理。
3
Server0的訊息也同時燃燒，並在集線器等候；其餘兩個訊息因消毀而不能傳送至目的地；PC4的訊息則在Router0等候處理。
4
Server0因消毀而不能傳送至目的地；而PC04的訊息則在Router0中等候處理。
5
最後PC4的訊息抵達Pritnter0。
從上述兩個網絡的測試可得出，利用交換器比集線器穩定，因為交換器是獨立傳送訊息，不會像集線器的共享傳送，使網絡出面擠塞；同時也不會禍及正等候的訊息。
盡管交換器的傳輸時間較慢，但是其穩定性及安全性較集線器完善，因此使用交換器較為可靠。
4.2數據庫測試
製作了數據庫的資料後，便需進行測試，以確定是否能達到預期目標。
而這次測試則在FoxPro5.0中使用SQL﹝結構化查詢語言﹞進行，測試的結果如下︰
﹝以下的語言中，有粗體顯示的文字，都是按不同情況而變更的﹞
4.21學生資料查閱
SQL﹝結構化查詢語言﹞︰
描述︰
Select*fromstudent
顯示所有學生的資料
數據庫表格︰
SQL﹝結構化查詢語言﹞︰
描述︰
Select*fromstudentwheresex='M'
顯示各班的男生資料
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