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基于Internet的多媒體教學(xué)系統結構論文
一．引言
基于Internet的多媒體教學(xué)系統是一個(gè)由硬件、軟件、教學(xué)內容、教學(xué)管理機構組成的一體化有機的系統，對它整個(gè)結構的完整的認識，需要從四個(gè)方面考察：要了解系統實(shí)施的物質(zhì)基礎，可以看它的硬件結構；要了解教學(xué)系統支撐平臺（環(huán)境），要看它的軟件結構；要了解學(xué)生如何進(jìn)行學(xué)習，要看它的教學(xué)內容的組織結構；若是想了解如何實(shí)際開(kāi)展教學(xué)工作，則需要看它的教育管理職能部門(mén)的組織結構。本文從這四個(gè)角度來(lái)介紹基于Internet的多媒體教學(xué)系統的結構。
二．硬件結構
支撐網(wǎng)絡(luò )教學(xué)系統的物質(zhì)基礎就是一個(gè)實(shí)際的計算機網(wǎng)絡(luò )，一般是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中心，它根據支持的學(xué)生人數、范圍、學(xué)生訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )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(lái)說(shuō)，都具有如下模塊：接入模塊（電話(huà)撥號和Internet接入）、交換模塊、服務(wù)器模塊、網(wǎng)絡(luò )管理與計費模塊、撥號用戶(hù)與局域網(wǎng)用戶(hù)模塊、課件制作與開(kāi)發(fā)模塊，雙向交互式同步教學(xué)模塊，其結構示意圖為：
接入模塊的主要設備是路由器，路由器的主要作用是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)線(xiàn)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )接入Internet，從而使本網(wǎng)的用戶(hù)能夠訪(fǎng)問(wèn)Internet資源，而其它網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)能夠訪(fǎng)問(wèn)本網(wǎng)信息。
交換模塊是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )連接與傳輸的核心，主要的設備有主干交換機、分支集線(xiàn)器和連接各模塊的網(wǎng)絡(luò )電纜，由它們組成整個(gè)骨干網(wǎng)絡(luò )。
服務(wù)器模塊主要負責信息的收集、儲存、發(fā)布，它們是對外提供教學(xué)與信息服務(wù)主要實(shí)體，一般有Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器、E-mail服務(wù)器、DNS服務(wù)器、數據庫服務(wù)器等等，它們可以由一臺或多臺高性能的計算機承擔。
網(wǎng)絡(luò )管理模塊主要對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)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(wǎng)絡(luò )使用者的資費信息，以控制網(wǎng)絡(luò )資源的有償使用。
撥號用戶(hù)與局域網(wǎng)用戶(hù)模塊主要功能是讓學(xué)生和教師能夠以多種方式訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )資源，從而達到教學(xué)或學(xué)習的目的，其主要設備是訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器，訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的主要作用是使得沒(méi)有連入Internet的學(xué)生可以通過(guò)電話(huà)撥號的方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)上的教育資源。在網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行學(xué)習的學(xué)員可以通過(guò)三種方式接入本網(wǎng)：首先是通過(guò)電話(huà)線(xiàn)路直接撥號訪(fǎng)問(wèn)；其次是局域網(wǎng)用戶(hù)可直接訪(fǎng)問(wèn)；第三是外部網(wǎng)用戶(hù)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )中轉，進(jìn)入絡(luò )。絡(luò )通過(guò)校園網(wǎng)與CERNET互聯(lián)，這樣，對于現在已經(jīng)是這些網(wǎng)絡(luò )的用戶(hù)，不需要任何變動(dòng)，只需進(jìn)行登記注冊，便可進(jìn)入本網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習。
課件制作與開(kāi)發(fā)模塊主要是開(kāi)發(fā)、維護網(wǎng)上的教學(xué)內容與教育資源，以實(shí)現教育信息的不斷更新與豐富。
雙向交互式同步教學(xué)模塊是一個(gè)基于高速數據網(wǎng)絡(luò )雙向可視會(huì )話(huà)系統，它可以將演播教室中教師的講解情況實(shí)時(shí)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(xué)生的表情與神態(tài)，并能接收到學(xué)生的詢(xún)問(wèn)，類(lèi)似于本地課堂教學(xué)。此模塊的核心設備是基于相關(guān)標準（如H.320）的視頻會(huì )議終端、MCU（多點(diǎn)控制單元）、攝像機等。MCU是一種多端口設備，通過(guò)它可以使得多個(gè)視頻終端在一個(gè)會(huì )話(huà)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(xué)支持系統）
一個(gè)完整的基于Internet的教學(xué)系統，不僅需要系統軟件的支持，如網(wǎng)絡(luò )操作系統、WEB服務(wù)器、FTP服務(wù)器等等，還需要一些專(zhuān)門(mén)支持教學(xué)的應用軟件。
1． 適應性超媒體學(xué)習系統：
由于參與遠程學(xué)習的學(xué)員來(lái)自各行各業(yè)，他們沒(méi)有一個(gè)統一的起點(diǎn)，能力參差不齊，因此，遠程教學(xué)系統必須能夠針對不同能力的學(xué)生，提供不同形式的教學(xué)。
適應性超媒體教學(xué)指根據學(xué)生的個(gè)別能力特征，動(dòng)態(tài)呈現與學(xué)習者當前學(xué)習能力最相關(guān)的基于超媒體教學(xué)內容。它有兩個(gè)含義，首先是學(xué)習內容的選擇上，系統根據學(xué)習歷史記錄和能力估計，選擇學(xué)生沒(méi)有掌握或是沒(méi)有學(xué)習過(guò)的教學(xué)內容，這些學(xué)習內容是與當前學(xué)生能力最接近的。學(xué)習內容的選擇與組織以認知單元為最小單元，一個(gè)認知單元就是教學(xué)目標中所規定的最小的一個(gè)知識點(diǎn)，針對這一個(gè)小知識點(diǎn)所展開(kāi)的教學(xué)內容稱(chēng)之為一個(gè)認知單元。每個(gè)學(xué)習階段，可以選擇一個(gè)或幾個(gè)認知單元。其次，是在學(xué)習內容的組織上，系統將根據對學(xué)生估測的能力和學(xué)生的認知風(fēng)格，選擇最適合學(xué)習者的內容呈獻方式，在適應性學(xué)習系統中，每個(gè)認知單元的教學(xué)展開(kāi)都有好幾種形式，有一些詳細、有一些簡(jiǎn)略；有一些具體形象、有一些抽象；另外，提供給學(xué)生的相關(guān)輔助材料，練習試題等等，都各不相同。學(xué)習內容的組織，主要以超媒體的方式進(jìn)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(xué)生，有所不同。具體說(shuō)，本系統的主要功能有：
�。�1） 教學(xué)內容的動(dòng)態(tài)適應；
�。�2） 教學(xué)內容導航的適應；
�。�3） 教學(xué)內容的動(dòng)態(tài)構建的適應；
�。�4）協(xié)作式的問(wèn)題解決；
�。�5）自主選擇學(xué)習策略的適應。
2．多媒體授課系統從功能上可以分成兩個(gè)部分：一個(gè)是課件點(diǎn)播系統，一個(gè)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(yǔ)音、視頻等多媒體的支持。同時(shí)，類(lèi)似于傳統的教室教學(xué)中的黑板，身處異地的師生也能夠通過(guò)特定的軟件白板來(lái)交換意見(jiàn)。
軟件共享白板：軟件共享白板是一個(gè)為在Internet環(huán)境進(jìn)行教學(xué)的教師和學(xué)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(huà)圖工具和文本輸入工具，在所貼的圖片上進(jìn)行標記、說(shuō)明。教師端的白板中的圖形和文字可以通過(guò)Internet 同步傳遞到交流環(huán)境中的其他學(xué)生端白板中。學(xué)生可以同步的察看教師在白板中的板書(shū)內容，這樣，共享白板實(shí)現了傳統教室中黑板的功能。
語(yǔ)音交互：語(yǔ)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(xué)過(guò)程的生動(dòng)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(xué)生端視頻，也可以同時(shí)看到多個(gè)學(xué)生端的視頻圖象。學(xué)生端可以選擇觀(guān)看教師端視頻。
傳統文本交談：與一般的文本聊天客戶(hù)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(gè)在同一交流環(huán)境中的學(xué)生進(jìn)行文本交流。也可以是一個(gè)學(xué)生與同環(huán)境中的另一個(gè)學(xué)生之間進(jìn)行私人交談。在公眾交談模式下，一個(gè)教師或者學(xué)生的鍵入的文本信息可以被同一交流環(huán)境中的其他學(xué)生和教師共享。
同步瀏覽機制：在交流過(guò)程中，能夠提供同步瀏覽的機制。教師可以通過(guò)鍵入URL地址，并將該地址廣播到同一交流環(huán)境中的所有學(xué)生端瀏覽器，使得學(xué)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(gè)環(huán)境中的所有學(xué)生端的瀏覽器，從而指導學(xué)生在Internet中瀏覽學(xué)習資源。
4．網(wǎng)絡(luò )題庫管理系統
基于Web的題庫系統用于支持教師和學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行組卷并進(jìn)行各種類(lèi)型的測試。題目?jì)热葜饕歉骷壐黝?lèi)學(xué)科內容的測試題、達標題等，支持各種類(lèi)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(jià)組卷、絕對評價(jià)組卷，教師可以根據不同的測試目的，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)組卷后，下載到本地進(jìn)行使用�；赪eb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(yǔ)音、公式等多種形式的媒體。還應能對學(xué)生的測驗結果進(jìn)行統計分析。
5．考試與評價(jià)系統
考試以及對考試結果的分析與評價(jià)，在遠程教育中起著(zhù)重要的作用。由于借助了計算機和國際互聯(lián)網(wǎng)，使得遠程考試在許多方面優(yōu)越于傳統考試。
6．教學(xué)資源庫管理系統
資源庫系統主要功能是對各種教學(xué)資源進(jìn)行采集、管理、檢索和利用。它由兩部分組成：CAI軟件庫和學(xué)習資源庫。CAI軟件庫包括通過(guò)各種渠道收集到的國內外繼續教育優(yōu)秀課件，可能是一門(mén)完整的課程，也可能是一節課或一個(gè)知識點(diǎn)。CAI軟件庫中的CAI軟件應滿(mǎn)足學(xué)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(xué)科的繼續教育培訓的需要或個(gè)別化培訓的需要。學(xué)習資源庫為各級各類(lèi)學(xué)校提供豐富的學(xué)習背景材料、擴展學(xué)習材料以及其他各種分類(lèi)多媒體素材。學(xué)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(yōu)秀教案和優(yōu)秀課例的分析等)。資源庫中的CAI軟件庫和學(xué)習資源庫可通過(guò)光盤(pán)庫或磁盤(pán)陣列來(lái)儲存和管理。磁盤(pán)陣列可以作為資源的臨時(shí)存放地，分門(mén)別類(lèi)之后刻錄到光盤(pán)中永久儲存。CAI軟件庫和學(xué)習資源庫應當分開(kāi)，既可以通過(guò)同一個(gè)資源庫系統管理軟件進(jìn)行管理和維護，也可以分別開(kāi)發(fā)CAI軟件庫管理軟件和學(xué)習資源庫管理軟件進(jìn)行管理和維護。學(xué)習資源庫后臺管理軟件是服務(wù)器端管理軟件，服務(wù)器端管理軟件負責整個(gè)學(xué)習資源庫的管理和維護，同時(shí)提供和客戶(hù)端瀏覽器的接口。服務(wù)器端管理軟件應具有以下功能：
�。�1） 詢(xún)、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(fā)訪(fǎng)問(wèn)。
7．自動(dòng)答疑系統
自動(dòng)答疑是一個(gè)適應性的知識庫系統，它分自動(dòng)答疑與人工答疑兩大部份。在教學(xué)設計階段，教師將本學(xué)科最常見(jiàn)的疑難問(wèn)題按一定的組織方式，存放到領(lǐng)域知識庫中，當學(xué)生在遇到疑難問(wèn)題時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程提交問(wèn)題的描述，系統將根據學(xué)生提交的問(wèn)題描述，對領(lǐng)域知識庫進(jìn)行智能搜索（主要采用的技術(shù)有中文詞語(yǔ)的切分、全文檢索、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò )匹配、關(guān)鍵詞索引等），按照檢索內容相關(guān)程度的高低，將對該問(wèn)題的解答呈現給學(xué)生。當在知識庫中沒(méi)有檢索到對該問(wèn)題的解答時(shí)，系統將通知學(xué)生，并采取兩種方法進(jìn)行后續處理：
�。�1）問(wèn)題通過(guò)電子郵件的方式發(fā)送到主持這門(mén)課程的學(xué)科教師，當教師對該問(wèn)題進(jìn)行回答后，系統將自動(dòng)將解答發(fā)送到學(xué)生的電子信箱；
�。�2）將問(wèn)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(guò)電子郵件通知該學(xué)生。
8．學(xué)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(lèi)教師，計算機可以把人類(lèi)從簡(jiǎn)單的重復性的智力勞動(dòng)中解放出來(lái)，但教學(xué)過(guò)程中的高級診斷、管理、推理必須由人類(lèi)教師來(lái)完成，可以說(shuō)，缺乏人類(lèi)教師參與的學(xué)習系統，不是一個(gè)完美的學(xué)習系統，在基于Internet的教學(xué)系統中，人類(lèi)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(shuō)，系統的教學(xué)管理應具備如下功能：針對性的輔導、疑難解答、協(xié)作監控和實(shí)施智能個(gè)性化的遠程學(xué)習環(huán)境。
9．作業(yè)批閱系統
作業(yè)批閱系統是基于WWW的協(xié)作式作業(yè)批改系統，學(xué)生可以通過(guò)該系統提交作業(yè)，獲取作業(yè)批改結果，并根據教師建議來(lái)修改和編輯作業(yè)。經(jīng)過(guò)幾輪交互后，教師可對最后作業(yè)作出評價(jià)。作業(yè)系統具備的幾個(gè)功能有： 教師發(fā)布作業(yè)； 學(xué)生完成并提交作業(yè)； 教師批改并點(diǎn)評作業(yè)；作業(yè)庫的管理；作業(yè)轉發(fā)；協(xié)作批閱；分析與評價(jià)。
10．網(wǎng)絡(luò )課件寫(xiě)作系統
開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )課件寫(xiě)作系統的主要目的是為了方便不具有專(zhuān)業(yè)編程經(jīng)驗的各站點(diǎn)教師編制網(wǎng)絡(luò )教學(xué)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(wǎng)頁(yè)，也就是首先要具備一些通過(guò)用軟件的基本功能，其次要具備一些支持教學(xué)課件的寫(xiě)作功能，一是要有素材庫的管理功能，二是內容教學(xué)設計的理論指導，三是要有大量的課件寫(xiě)作模板，四是要支持各種各樣的教學(xué)策略。多媒體課件制作工具用于向教學(xué)單位或教師提供各類(lèi)素材，構建新的網(wǎng)絡(luò )課程或新教學(xué)模塊平臺。教學(xué)單位或教師可以通過(guò)該軟件抓取素材庫中的素材來(lái)構建網(wǎng)絡(luò )課程或網(wǎng)絡(luò )教學(xué)模塊。在該平臺上構建的網(wǎng)絡(luò )課程，就能直接在網(wǎng)絡(luò )上運行。
11．教學(xué)管理系統
遠程教學(xué)管理系統將基本覆蓋教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節，如從學(xué)生入學(xué)到學(xué)生畢業(yè)的各項活動(dòng)，其管理的范圍不僅僅是管理機構和行政部門(mén)，而且包括教學(xué)涉及的所有對象和資源，如學(xué)生、教師、課件等。同時(shí)，它將以學(xué)生為中心，為學(xué)生創(chuàng )造一個(gè)個(gè)性化、智能化的遠程學(xué)習環(huán)境，其具體功能有：學(xué)生注冊；學(xué)生學(xué)籍管理；專(zhuān)業(yè)課程的管理； 教師管理； 數據統計分析；信息查詢(xún)功能；計費；行政公文管理；系統設置維護。
12．基于WEB的虛擬實(shí)驗室
基于WEB的虛擬實(shí)驗就是在WEB中創(chuàng )建出一個(gè)可視化的三維環(huán)境，其中每一個(gè)可視化的三維物體代表一種實(shí)驗對象。通過(guò)鼠標的點(diǎn)擊以及拖曳操作，用戶(hù)可以進(jìn)行虛擬的實(shí)驗。虛擬實(shí)驗環(huán)境可以針對物理實(shí)驗、
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