《分形幾何》課程輔助教學平臺

《分形幾何》課程輔助教學平臺

1、背景介紹
 隨著高校教育教學改革的不斷深入，眾多院校采用了網上教學平臺。作為基于Web的現代綜合網上教學平臺的開發已成為當務之急。
 本人通過對東華大學《分形幾何》課程實際情況的分析，提出了師生網上教學互動平臺建立的必要性和可行性，并對開發過程進行了較為詳細的論述。本師生網上教學互動平臺的設計過程主要包括前臺應用程序的開發和后臺數據庫的建設。系統采取了較為流行的B/S結構，采用微軟C#.net作為開發工具，以微軟的SQL Server 2000作為數據庫。本系統操作簡單，界面友好，如應用于《分形幾何》課程的教學，將給老師和學生帶來極大的方便。
2、研究現狀
 人類在認識世界和改造世界的活動中離不開幾何學。在歷史上，科學技術的發展與幾何學的進步始終是密切相關的。
    在生產實踐和科學研究中，人們用以描述客觀世界的幾何學是歐幾里德幾何學，以及解析幾何、射影幾何、微分幾何等等，它們能有效地描述三維世界的許多對象，如各種工業產品的形狀，建筑物的外形和結構等，因而千百年來一直是人們生產與科研的有用工具。
    隨著計算機科學研究領域的日新月異，特別是計算機圖形學的迅速發展，人們在使用計算機深入探討一系列問題的過程中，逐漸感到，用傳統的幾何學已不能有效地描述某些自然界大量存在的對象，如：海岸線、山形、河川、巖石、斷裂、樹木、森林、云團、閃電等等。它們都是非規則形狀，用歐幾里德幾何學是無能為力的。計算機圖形學在自然景物的模擬以及動畫的制作中，如果用直線、圓弧、樣條曲線等去建模生成，則其逼真程度就非常差。
 另外，在科學研究中，對許多非規則對象建模分析，如：星系分布、凝聚生長、滲流、金融市場的價格浮動等復雜對象，都需要一種新的幾何學來描述。
 1973年，曼德布羅特（B.B. Mandelbrot）在法蘭西學院講課時，首次提出了分維和分形幾何的設想。分形（Fractal）這個詞，是曼德布羅特創造出來的，其原意具有不規則、支離破碎等意義，分形幾何是一門以非規則幾何形狀為研究對象的幾何學。由于不規則現象在自然界是普遍存在的，因此分形幾何又稱為描述大自然的幾何學。
 分形作為一種新的概念和方法，正在許多領域開展應用探索。80年代初國外開始的“分形熱”經久不息。美國著名物理學家惠勒說過：今后誰不熟悉分形，誰就不能被稱為科學的文化人。正因為分形飽含哲理，概念新穎，且應用前景寬廣，才能引起人們的濃厚興趣。
 目前，分形理論研究工作還有待加強，已有的大量工作是有關計算機模擬和維數計算方面的研究，不少工作只是停留在描述現象等方面，因此，對分形的認識還有待深入。
3、課題研究內容
 3.1 前臺系統：
  3.1.1 會員管理：
 用戶注冊成為會員（只限學生可以注冊），系統自動保存用戶名與密碼，只需輸入帳號和密碼，可以隨時登錄網站共享資源，相互交流，以及自我測驗。
             對于教師帳號由管理員添加，教師登陸后可以在相應界面上實現對自己課程資源的管理。
             管理員，系統數據庫中已存在該帳號，不允許注冊和任意添加和刪除。管理員具有教師和學生所有的權限，還包括對教師和學生帳號的管理權限。
網絡教學功能：
教師，可根據自己的課程安排上傳教學資料，通過留言板和學生進行在線交流，也可編輯測試題供學生自我練習。
學生，學生在線注冊之后，即可享用網站的資源，瀏覽各個章節的課件內容，下載自己需要的資料，還可以進行自我練習。  
 3.1.2.1網絡課件資源管理功能：
對網絡教學板塊的相關課件章節資源進行分類管理，進行查詢、修改、添加、刪除操作。
 3.1.2.2下載資源管理：
        對共享的下載資源進行集中管理，及時更新資源。
      3.1.2.3 網上留言功能：
          增強學生之間的互動，師生方面的互動，該系統開通了網上留言功能，師生可以探討教學上遇到的問題，或是共享各自的資源。
3.2后臺系統：
       3.2.1注冊用戶信息管理功能：       
       3.2.2所有課程管理系統
          和教師的在線課程管理系統類似，但他具有管理所有老師所有課程的資源信息的權限。
      3.2.3用戶留言系統
系統管理員對論壇的留言信息進行管理。
4、技術路線
4.1  前臺開發環境：Visual Studio.Net
 Visual Studio.Net是使用.NET框架提供類庫構建而成的，它提供了Web應用程序模型，該模型由一組控件和一個基本的結構組成。開發人員可以直接使用的控件集，該控件集封裝了公共的用于超文本標記語言(HTML)及用戶界面的控件，事實上Web控件與Windows控件非常類似，它模糊了Web窗體與Windows窗體的差異。這些控件都是在服務器運行，然后服務器把用戶界面轉化成HTML格式傳給瀏覽器。
開發語言：C#
 C#是一種簡單、現代、面向對象和類型安全的編程語言，由C和C++發展而來。C#（發音為“C霎普”）牢固地植根于C和C++語言族譜中，并且會很快被C和C++程序員所熟悉。C#的目標在于把Visual Basic的高生產力和C++本身的能力結合起來。
后臺數據庫：SQL Server 2000
 SQL Server2000是微軟公司在SQL Server7.0版的基礎上推出的數據庫產品，它擴展了SQL Server7.0版的性能、可靠性、質量以及易用性。它還包括許多新功能以提高系統的執行性能，這些功能使SQL Server成為OLTP、數據倉庫以及各種Web應用程序的最佳數據庫平臺。
5、關鍵技術介紹
5.1  SQL Server
 SQL 的誕生于IBM 公司在加利福尼亞San Jose 的試驗室中，在七十年代SQL 由這里開發出來。最初它們被稱為結構化查詢語言（Structured Query Language） 并常常簡稱為sequel。開始時，它們是為IBM 公司的DB2 系列數據管理系統（RDBMS — — 關系型數據庫管理系統）而開發的。事實上是SQL造就了RDBMS，它是一種非過程語言，與第三代過程語言如C 和COBOL 產生于同一時代。
 這種特性將RDBMS 從DBMS 中區別開來，RDBMS 提供了一整套的針對數據庫的語言。而且對于大多數的RDBMS 來說，這一整套的數據語言就是SQL。這里一整套的意思就是對數據和處理操作語言是一些過程的集合。
5.2  C#.NET
 C#作為Microsoft Visual Studio 7.0的一部分提供給用戶。除了C#以外，Visual Studio還支持Visual Basic、Visual C++和描述語言VBScript和Jscript。所有這些語言都提供對Microsoft .NET平臺的訪問能力，它包括一個通用的執行引擎和一個豐富的類庫。Microsoft .NET平臺定義了一個“通用語言子集”(CLS)，是一種混合語言，它可以增強CLS兼容語言和類庫間的無縫協同工作能力。對于C#開發者，這意味著既是C#是一種新的語言，它已經可以對用老牌工具如Visual Basic和Visual C++使用的豐富類庫進行完全訪問，而C#自己沒有包含一個類庫。
5.3 B/S結構
 B／S結構，即Browser／Server(瀏覽器／服務器)結構，就是只安裝維護一個服務器(Server)，而客戶端采用瀏覽器(Browse)運行軟件。
 B／S三層體系結構采用三層客戶/服務器結構，在數據管理層(Server)和用戶界面層(Client)增加了一層結構，稱為中間件(Middleware)，使整個體系結構成為三層。三層結構是伴隨著中間件技術的成熟而興起的，核心概念是利用中間件將應用分為表示層、業務邏輯層和數據存儲層三個不同的處理層次。
 
6、要解決的技術問題
6.1  要熟練地掌握.net環境和SQL Server數據庫的使用。
6.2  決定前、后臺之間的數據交換方式。
6.3  設計和優化所使用算法。
6.4  進行合理的軟件測試工作，使得系統能夠盡量好的完成所需實現的功能。
6.5  提高模塊內部聚合，減少各模塊間的耦合。

7、日程安排 
序號 各階段名稱 起止日期
1 立項調研，文獻檢索 2006年10月17日~2006年12月25日
2 文獻閱讀與翻譯 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 概要設計 2007年3月1日~2007年3月10日
5 詳細設計 2007年3月10日~2007年3月20日
6 代碼實現 2007年3月21日~2007年5月15日
7 系統集成調試 2007年5月15日~2007年5月20日
8 撰寫畢業設計論文 2007年5月20日~2007年5月31日
9 論文答辯 2007年6月1日~2007年6月15日
  

8、參考文獻
[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
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[4] 丁興富.遠程教育的微觀理論. 第1版.北京：中國遠程教育，2001
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[8]（美）Worley.S.著 王文龍 劉湘寧譯. ASP.NET技術內幕. 第2版.北京：人民郵電出版社，2002.4
[9]（美）沃利（Worley,S.）著.ASP.NET技術內幕. 第2版.上海：人民郵電出版社，2002.4
[10] 張莉等著. SQL Server數據庫原理及應用教程. 第1版.北京：清華大學出版社，2003
[11] Rebecca M. Riordan.輕松搞定 SQL Server 2000 程序設計. 第3版.北京：Microsoft Press，2001
[12]（美）Rebecca M.Riordan著 李高健 孫瑛霖譯.ADO.NET程序設計. 第1版.北京：清華大學出版社， 2002
[13]（美）Craig Larman. 李洋 鄭龑 譯.UML和模式應用. 第1版.北京：機械工業出版社，2006