計算機網絡畢業論文-基于Internet的多媒體教學系統結構
[摘 要]：基于Internet的多媒體教學系統是一個由硬件、軟件、教學內容、教學管理機構組成的一體化有機的系統。本文從系統物質基礎、教學系統支撐平臺、學生如何進行學習、如何實際開展教學工作四個方面來考察。[關鍵詞]：計算機網絡、應用軟件、信息、多媒體教學
The multimedia teaching system frame based on Internet Liu zhengyong Qian huanyan Ying anming
(The Modern Teaching Center of Nanjing University of Science and Technology, 210094)
[Abstract] The multimedia teaching system based on Internet is made up of the hardware and software and teaching contents and teaching manage organization。This paper analyses the multimedia teaching system frame from the system physical base and teaching system support platform and how students studying and how develop teaching work.
[Key words] computer network、internet applications、information、multimedia teaching
一．引言
基于Internet的多媒體教學系統是一個由硬件、軟件、教學內容、教學管理機構組成的一體化有機的系統，對它整個結構的完整的認識，需要從四個方面考察：要了解系統實施的物質基礎，可以看它的硬件結構；要了解教學系統支撐平臺（環境），要看它的軟件結構；要了解學生如何進行學習，要看它的教學內容的組織結構；若是想了解如何實際開展教學工作，則需要看它的教育管理職能部門的組織結構。本文從這四個角度來介紹基于Internet的多媒體教學系統的結構。
二．硬件結構
支撐網絡教學系統的物質基礎就是一個實際的計算機網絡，一般是一個網絡中心，它根據支持的學生人數、范圍、學生訪問網絡的方式等諸多因素的不同，變化很大，組織結構形式也各不相同，但一般來說，都具有如下模塊：接入模塊（電話撥號和Internet接入）、交換模塊、服務器模塊、網絡管理與計費模塊、撥號用戶與局域網用戶模塊、課件制作與開發模塊，雙向交互式同步教學模塊，其結構示意圖為：
圖1 網絡基本物理結構示意圖
接入模塊的主要設備是路由器，路由器的主要作用是通過網絡專線將整個網絡接入Internet，從而使本網的用戶能夠訪問Internet資源，而其它網絡用戶能夠訪問本網信息。
交換模塊是整個網絡連接與傳輸的核心，主要的設備有主干交換機、分支集線器和連接各模塊的網絡電纜，由它們組成整個骨干網絡。
服務器模塊主要負責信息的收集、儲存、發布，它們是對外提供教學與信息服務主要實體，一般有Web服務器、FTP服務器、E-mail服務器、DNS服務器、數據庫服務器等等，它們可以由一臺或多臺高性能的計算機承擔。
網絡管理模塊主要對整個網絡進行監控、運行性能的監測、故障的預警和診斷等等；計費模塊主要是記錄網絡使用者的資費信息，以控制網絡資源的有償使用。
撥號用戶與局域網用戶模塊主要功能是讓學生和教師能夠以多種方式訪問網絡資源，從而達到教學或學習的目的，其主要設備是訪問服務器，訪問服務器的主要作用是使得沒有連入Internet的學生可以通過電話撥號的方式來訪問網上的教育資源。在網絡中進行學習的學員可以通過三種方式接入本網：首先是通過電話線路直接撥號訪問；其次是局域網用戶可直接訪問；第三是外部網用戶可通過網絡中轉，進入學習網絡。學習網絡通過校園網與CERNET互聯，這樣，對于現在已經是這些網絡的用戶，不需要任何變動，只需進行登記注冊，便可進入本網進行學習。
課件制作與開發模塊主要是開發、維護網上的教學內容與教育資源，以實現教育信息的不斷更新與豐富。
雙向交互式同步教學模塊是一個基于高速數據網絡雙向可視會話系統，它可以將演播教室中教師的講解情況實時傳送到遠程多媒體教室，教師在講解中，還可以看到遠程教室中學生的表情與神態，并能接收到學生的詢問，類似于本地課堂教學。此模塊的核心設備是基于相關標準（如H.320）的視頻會議終端、MCU（多點控制單元）、攝像機等。MCU是一種多端口設備，通過它可以使得多個視頻終端在一個會話中互相通信，其主要控制功能包括音頻混合、音頻切換、視頻混合和視頻切換。
三．軟件結構（僅指教學支持系統）
一個完整的基于Internet的教學系統，不僅需要系統軟件的支持，如網絡操作系統、WEB服務器、FTP服務器等等，還需要一些專門支持教學的應用軟件。
1． 適應性超媒體學習系統：
由于參與遠程學習的學員來自各行各業，他們沒有一個統一的起點，能力參差不齊，因此，遠程教學系統必須能夠針對不同能力的學生，提供不同形式的教學。
適應性超媒體教學指根據學生的個別能力特征，動態呈現與學習者當前學習能力最相關的基于超媒體教學內容。它有兩個含義，首先是學習內容的選擇上，系統根據學習歷史記錄和能力估計，選擇學生沒有掌握或是沒有學習過的教學內容，這些學習內容是與當前學生能力最接近的。學習內容的選擇與組織以認知單元為最小單元，一個認知單元就是教學目標中所規定的最小的一個知識點，針對這一個小知識點所展開的教學內容稱之為一個認知單元。每個學習階段，可以選擇一個或幾個認知單元。其次，是在學習內容的組織上，系統將根據對學生估測的能力和學生的認知風格，選擇最適合學習者的內容呈獻方式，在適應性學習系統中，每個認知單元的教學展開都有好幾種形式，有一些詳細、有一些簡略；有一些具體形象、有一些抽象；另外，提供給學生的相關輔助材料，練習試題等等，都各不相同。學習內容的組織，主要以超媒體的方式進行，差別主要體現在鏈接的層次和鏈接的單元上，它將根據不同能力的學生，有所不同。具體說，本系統的主要功能有：
（1） 教學內容的動態適應；
（2） 教學內容導航的適應；
（3） 教學內容的動態構建的適應；
（4）協作式的問題解決；
（5）自主選擇學習策略的適應。
2．多媒體授課系統從功能上可以分成兩個部分：一個是課件點播系統，一個是同步廣播授課系統。
3．師生交互工具
為了有效的支持分布在異地的師生間交流，遠程交流工具應不僅僅提供傳統的基于文本交流，還應提供包括圖形、語音、視頻等多媒體的支持。同時，類似于傳統的教室教學中的黑板，身處異地的師生也能夠通過特定的軟件白板來交換意見。
軟件共享白板：軟件共享白板是一個為在Internet環境進行教學的教師和學生提供文本以及圖形共享的區域。教師可以將一張圖片貼入共享白板中，并利用系統提供的特定畫圖工具和文本輸入工具，在所貼的圖片上進行標記、說明。教師端的白板中的圖形和文字可以通過Internet 同步傳遞到交流環境中的其他學生端白板中。學生可以同步的察看教師在白板中的板書內容，這樣，共享白板實現了傳統教室中黑板的功能。
語音交互：語音交互是異地師生之間一種有效的交流方式。
視頻交互：為了增加師生教學過程的生動性，也需要師生間能夠看到各自的視頻圖象。教師可以任意選擇特定的學生端視頻，也可以同時看到多個學生端的視頻圖象。學生端可以選擇觀看教師端視頻。
傳統文本交談：與一般的文本聊天客戶端程序有相同的功能，包括私人交談和公眾交談兩種方式。在私人交談模式下，教師可以選定特定的一個在同一交流環境中的學生進行文本交流。也可以是一個學生與同環境中的另一個學生之間進行私人交談。在公眾交談模式下，一個教師或者學生的鍵入的文本信息可以被同一交流環境中的其他學生和教師共享。
同步瀏覽機制：在交流過程中，能夠提供同步瀏覽的機制。教師可以通過鍵入URL地址，并將該地址廣播到同一交流環境中的所有學生端瀏覽器，使得學生端的瀏覽器與教師端的瀏覽器達到同步顯示。這樣教師可以定位在同一個環境中的所有學生端的瀏覽器，從而指導學生在Internet中瀏覽學習資源。
4．網絡題庫管理系統
基于Web的題庫系統用于支持教師和學生通過網絡進行組卷并進行各種類型的測試。題目內容主要是各級各類學科內容的測試題、達標題等，支持各種類型的測試，并可以根據不同的測試目的提供相應的組卷策略，包括智能組卷、相對評價組卷、絕對評價組卷，教師可以根據不同的測試目的，通過網絡自動組卷后，下載到本地進行使用。基于Web的題庫系統能夠完成一般的題目管理功能，如題目增加、刪除、修改等等。試題內容支持圖形、語音、公式等多種形式的媒體。還應能對學生的測驗結果進行統計分析。
5．考試與評價系統
考試以及對考試結果的分析與評價，在遠程教育中起著重要的作用。由于借助了計算機和國際互聯網，使得遠程考試在許多方面優越于傳統考試。
6．教學資源庫管理系統
資源庫系統主要功能是對各種教學資源進行采集、管理、檢索和利用。它由兩部分組成：CAI軟件庫和學習資源庫。CAI軟件庫包括通過各種渠道收集到的國內外繼續教育優秀課件，可能是一門完整的課程，也可能是一節課或一個知識點。CAI軟件庫中的CAI軟件應滿足學科齊全、內容豐富和形式多樣等要求，以適合不同層次、不同學科的繼續教育培訓的需要或個別化培訓的需要。學習資源庫為各級各類學校提供豐富的學習背景材料、擴展學習材料以及其他各種分類多媒體素材。學習資源庫也可用作培訓教師備課用參考資料(包括各種史料、教參、優秀教案和優秀課例的分析等)。資源庫中的CAI軟件庫和學習資源庫可通過光盤庫或磁盤陣列來儲存和管理。磁盤陣列可以作為資源的臨時存放地，分門別類之后刻錄到光盤中永久儲存。CAI軟件庫和學習資源庫應當分開，既可以通過同一個資源庫系統管理軟件進行管理和維護，也可以分別開發CAI軟件庫管理軟件和學習資源庫管理軟件進行管理和維護。學習資源庫后臺管理軟件是服務器端管理軟件，服務器端管理軟件負責整個學習資源庫的管理和維護，同時提供和客戶端瀏覽器的接口。服務器端管理軟件應具有以下功能：
（1） 詢、修改資源庫的索引數據庫；
（2） 覽并能全文檢索資源庫中的內容；
（3） 讀取和下載資源庫中的內容；
（4） 剪輯資源庫中的內容；
（5）支持并發訪問。
7．自動答疑系統
自動答疑是一個適應性的知識庫系統，它分自動答疑與人工答疑兩大部份。在教學設計階段，教師將本學科最常見的疑難問題按一定的組織方式，存放到領域知識庫中，當學生在遇到疑難問題時，通過網絡遠程提交問題的描述，系統將根據學生提交的問題描述，對領域知識庫進行智能搜索（主要采用的技術有中文詞語的切分、全文檢索、語義網絡匹配、關鍵詞索引等），按照檢索內容相關程度的高低，將對該問題的解答呈現給學生。當在知識庫中沒有檢索到對該問題的解答時，系統將通知學生，并采取兩種方法進行后續處理：
（1）問題通過電子郵件的方式發送到主持這門課程的學科教師，當教師對該問題進行回答后，系統將自動將解答發送到學生的電子信箱；
（2）將問題公布在答疑布告牌上，征求解答，有人對其解答后，系統將通過電子郵件通知該學生。
8．學習管理系統
不管系統具備多么高的智能性，計算機并不能替代人類教師，計算機可以把人類從簡單的重復性的智力勞動中解放出來，但教學過程中的高級診斷、管理、推理必須由人類教師來完成，可以說，缺乏人類教師參與的學習系統，不是一個完美的學習系統，在基于Internet的教學系統中，人類教師的參與仍然非常重要，它可以彌補計算機系統的復雜智能的不足。具體的說，系統的教學管理應具備如下功能：針對性的輔導、疑難解答、協作監控和實施智能個性化的遠程學習環境。
9．作業批閱系統
作業批閱系統是基于WWW的協作式作業批改系統，學生可以通過該系統提交作業，獲取作業批改結果，并根據教師建議來修改和編輯作業。經過幾輪交互后，教師可對最后作業作出評價。作業系統具備的幾個功能有： 教師發布作業； 學生完成并提交作業； 教師批改并點評作業；作業庫的管理；作業轉發；協作批閱；分析與評價。
10．網絡課件寫作系統
開發網絡課件寫作系統的主要目的是為了方便不具有專業編程經驗的各站點教師編制網絡教學軟件。該系統應該具備基本的多媒體的集成功能，并能制作基本的HTML網頁，也就是首先要具備一些通過用軟件的基本功能，其次要具備一些支持教學課件的寫作功能，一是要有素材庫的管理功能，二是內容教學設計的理論指導，三是要有大量的課件寫作模板，四是要支持各種各樣的教學策略。多媒體課件制作工具用于向教學單位或教師提供各類素材，構建新的網絡課程或新教學模塊平臺。教學單位或教師可以通過該軟件抓取素材庫中的素材來構建網絡課程或網絡教學模塊。在該平臺上構建的網絡課程，就能直接在網絡上運行。
11．教學管理系統
遠程教學管理系統將基本覆蓋教學活動的各個環節，如從學生入學到學生畢業的各項活動，其管理的范圍不僅僅是管理機構和行政部門，而且包括教學涉及的所有對象和資源，如學生、教師、課件等。同時，它將以學生為中心，為學生創造一個個性化、智能化的遠程學習環境，其具體功能有：學生注冊；學生學籍管理；專業課程的管理； 教師管理； 數據統計分析；信息查詢功能；計費；行政公文管理；系統設置維護。
12．基于WEB的虛擬實驗室
基于WEB的虛擬實驗就是在WEB中創建出一個可視化的三維環境，其中每一個可視化的三維物體代表一種實驗對象。通過鼠標的點擊以及拖曳操作，用戶可以進行虛擬的實驗。虛擬實驗環境可以針對物理實驗、化學實驗、計算機組成原理實驗等各個不同的科目分別設計具體的實驗環境。
四．信息組織結構
信息組織主要有六個組成部分：辦公室、同步教室、自習室、答疑室、虛擬咖啡屋、虛擬圖書館等。
1．辦公室完成對用戶的登記和管理工作。用戶首先要通過WWW到虛擬行政辦公室進行登記，填些一份電子登記表，包括用戶的名字、身份證號、帳號、Email地址、所在的地區等。其次，用戶要設置一個用戶密碼，在確認無誤后發送給虛擬行政辦公室，行政辦公室在收到用戶的登記信息后就會反饋給用戶一個登記號。這樣“入學手續”就告完成，用戶正式成為該校的一名學生。另外，所要發布的一些公告信息，都存放在這里，比如招生簡章，課程設置等等。辦公室還負責定期向注冊學生發送一些重要的教學研究信息，比如學習方法、考試趨勢、重要時事、專家論談等等。
2．同步教室實際上是一個課件庫。已經開發出來的課件和其它學習材料以HTML文檔的形式存放在網絡的服務器上，用戶通過WWW瀏覽器選擇自己需要的課件或材料。在中心服務器上的這些基于WWW的課件與用戶平臺無關，用戶無需對課件進行安裝和設置，只要用戶機器上有WWW瀏覽器，就可以進行學習。課件以超文本組織方式為主，并附有基于JAVA的交互式教學軟件、基于RealAudio和Real Video的多媒體音像資料，可真正實現遠程多媒體教學；為充分利用網絡傳輸反饋信息快捷的優勢，每一門課程都有一個學科的教學專家主持這門課程的教學，當學生在學習過程中遇到問題的時候，有兩種方法獲得教學專家的幫助，一種方法是通過發送E-mail的方式向老師請教，老師通過E-mail解答；另一種方式是以在線交談的方式向老師提出問題，老師可以實時地進行輔導。學生還可以用相同的方式從同學那兒獲得幫助。
3．自習室允許學生進行在線測試，以對自己的學習效果進行評估。在線測試有兩種方式，一種是將測試作為課件的一部分，在使用課件的過程中進行測試，另一種是獨立于課件的測試。自習室中基于網絡的聯機測試系統，可以在WWW上實現我們通常所見的各種交互方式，如：多重選擇題、填空題、匹配題等。
4．答疑室是一個集中解答學生在學習中各種疑難問題的地方，它分三個部分，第一部份是問題解答布告欄，它公布學生問過的典型問題以及學科教學專家對問題詳細的解答，在這里的解答都是正式的解答，是經過學科教學專家直接回答或審查過的；對于這些答案，讓學生可以以查詢的方式進行全文檢索，也可以以超文本的方式逐項查看；第二部分問題征集布告欄，學生可以通過填寫布告欄中的各項表單，按提交按鈕后，問題便顯示在布告欄上，它可以由老師或其它學生進行解答，這些解答經過學科專家審查合格后，將放在問題解答布告欄中，若沒有人進行解答，則由學科教學專家直接解答。另外，每一門課程，都有一個專家答疑信箱，學生可以直接通過電子郵件向學科教學專家請教；第三部份是一個聯機的討論組，每個課程都有一個，并有專門的老師進行主持。在這里，學生和學生，學生和教師之間，可以進行直接的、實時的交流。
5．虛擬咖啡屋是一個虛擬論壇，為老師與學生、學生與學生之間進行交流提供一種場所，學生之間可以互相聊天，也可以就某個學科的問題進行學術研討，既可以了解別人在該學科熱點問題上的看法，也可以自由地發表自己的見解。
6．虛擬圖書館存放著各類電子雜志和電子報紙以及其它相關的學習資源，如：部分課件的文檔資料、學術性文章、會議報告、影像資料、音頻資料等。此外，虛擬圖書館還提供了其它一些大學圖書館的圖書目錄以及其它大學的WWW地址等。在虛擬圖書館里，學生還可以學習使用查找信息的方法和技巧。 網絡教學系統的管理者們鼓勵學術機構和個人把他們的研究成果或學術論文放到虛擬圖書館發表，以便有更多的資料供學生查找和使用。
五．職能部門的組織結構
同其它教學系統一樣，基于Internet網絡的教學系統同樣需要一個機構來維持它的運行，進行日常研究、管理和教學工作，這里從四個方面加以分析。
1．教學研究組
研究基于網絡的各種教學模式的特點，開發適合于網絡教學的文字教材，研究網絡教學發展動向，研究國家教育政策的發展變化趨勢。主要的工作成果的形式是：用于網絡教學的文字教材；論述網絡教學的論文；網絡教學優化的具體意見等等。
2．教學支持組
負責主持學生學習，對學生反饋信息的應答，如疑問解答，作業評閱等等；主要工作的成果是對學生反饋信息的應答的文字資料等等。
3．技術支持組
主要職能：負責將文字教材制作成網絡上電子教材，教學業務系統的開發與維護，教學業務運作中總技術支持，學生反饋信息的收集，教師應答信息的發布，服務器的管理與維護，網絡教學系統的維護與開發。主要工作成果是：課程的電子教材，業務系統軟硬件的正常運作等等。
4．財務
負責所有項目的財務審核與結算。
六．結束語
在Internet上實現遠距離教育，就是以計算機網絡為基礎，教師通過網絡把教學信息傳給每個學員，學生通過連網的計算機來進行學習和接受信息。利用Internet來進行遠程教學，與傳統遠距離教育模式相比可以最大限度地發揮學習者的主動性、積極性，既可以進行個別化教學，又可以進行協作型教學（通過各種協作式教學策略的運用而實現），還可以將“個別化”與“協作型”二者結合起來，所以是一種全新的網絡教學模式。這種教學模式可以完全按照個人的需要進行，不論是教學內容、教學時間、教學方式甚至指導教師都可以按照學習者自己的意愿或需要進行選擇。
作者：劉正勇 錢煥延 應安明
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