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基于Internet的多媒體教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論文
一．引言
基于Internet的多媒體教學(xué)系統(tǒng)是一個由硬件、軟件、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)管理機(jī)構(gòu)組成的一體化有機(jī)的系統(tǒng)，對它整個結(jié)構(gòu)的完整的認(rèn)識，需要從四個方面考察：要了解系統(tǒng)實(shí)施的物質(zhì)基礎(chǔ)，可以看它的硬件結(jié)構(gòu)；要了解教學(xué)系統(tǒng)支撐平臺（環(huán)境），要看它的軟件結(jié)構(gòu)；要了解學(xué)生如何進(jìn)行學(xué)習(xí)，要看它的教學(xué)內(nèi)容的組織結(jié)構(gòu)；若是想了解如何實(shí)際開展教學(xué)工作，則需要看它的教育管理職能部門的組織結(jié)構(gòu)。本文從這四個角度來介紹基于Internet的多媒體教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
二．硬件結(jié)構(gòu)
支撐網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)就是一個實(shí)際的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一般是一個網(wǎng)絡(luò)中心，它根據(jù)支持的學(xué)生人數(shù)、范圍、學(xué)生訪問網(wǎng)絡(luò)的方式等諸多因素的不同，變化很大，組織結(jié)構(gòu)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(wù)器模塊、網(wǎng)絡(luò)管理與計(jì)費(fèi)模塊、撥號用戶與局域網(wǎng)用戶模塊、課件制作與開發(fā)模塊，雙向交互式同步教學(xué)模塊，其結(jié)構(gòu)示意圖為：
接入模塊的主要設(shè)備是路由器，路由器的主要作用是通過網(wǎng)絡(luò)專線將整個網(wǎng)絡(luò)接入Internet，從而使本網(wǎng)的用戶能夠訪問Internet資源，而其它網(wǎng)絡(luò)用戶能夠訪問本網(wǎng)信息。
交換模塊是整個網(wǎng)絡(luò)連接與傳輸?shù)暮诵�，主要的設(shè)備有主干交換機(jī)、分支集線器和連接各模塊的網(wǎng)絡(luò)電纜，由它們組成整個骨干網(wǎng)絡(luò)。
服務(wù)器模塊主要負(fù)責(zé)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(shù)據(jù)庫服務(wù)器等等，它們可以由一臺或多臺高性能的計(jì)算機(jī)承擔(dān)。
網(wǎng)絡(luò)管理模塊主要對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控、運(yùn)行性能的監(jiān)測、故障的預(yù)警和診斷等等；計(jì)費(fèi)模塊主要是記錄網(wǎng)絡(luò)使用者的資費(fèi)信息，以控制網(wǎng)絡(luò)資源的有償使用。
撥號用戶與局域網(wǎng)用戶模塊主要功能是讓學(xué)生和教師能夠以多種方式訪問網(wǎng)絡(luò)資源，從而達(dá)到教學(xué)或?qū)W習(xí)的目的，其主要設(shè)備是訪問服務(wù)器，訪問服務(wù)器的主要作用是使得沒有連入Internet的學(xué)生可以通過電話撥號的方式來訪問網(wǎng)上的教育資源。在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行學(xué)習(xí)的學(xué)員可以通過三種方式接入本網(wǎng)：首先是通過電話線路直接撥號訪問；其次是局域網(wǎng)用戶可直接訪問；第三是外部網(wǎng)用戶可通過網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)，進(jìn)入絡(luò)。絡(luò)通過校園網(wǎng)與CERNET互聯(lián)，這樣，對于現(xiàn)在已經(jīng)是這些網(wǎng)絡(luò)的用戶，不需要任何變動，只需進(jìn)行登記注冊，便可進(jìn)入本網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。
課件制作與開發(fā)模塊主要是開發(fā)、維護(hù)網(wǎng)上的教學(xué)內(nèi)容與教育資源，以實(shí)現(xiàn)教育信息的不斷更新與豐富。
雙向交互式同步教學(xué)模塊是一個基于高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)雙向可視會話系統(tǒng)，它可以將演播教室中教師的講解情況實(shí)時傳送到遠(yuǎn)程多媒體教室，教師在講解中，還可以看到遠(yuǎn)程教室中學(xué)生的表情與神態(tài)，并能接收到學(xué)生的詢問，類似于本地課堂教學(xué)。此模塊的核心設(shè)備是基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如H.320）的視頻會議終端、MCU（多點(diǎn)控制單元）、攝像機(jī)等。MCU是一種多端口設(shè)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(jié)構(gòu)（僅指教學(xué)支持系統(tǒng)）
一個完整的基于Internet的教學(xué)系統(tǒng)，不僅需要系統(tǒng)軟件的支持，如網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、WEB服務(wù)器、FTP服務(wù)器等等，還需要一些專門支持教學(xué)的應(yīng)用軟件。
1． 適應(yīng)性超媒體學(xué)習(xí)系統(tǒng)：
由于參與遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的學(xué)員來自各行各業(yè)，他們沒有一個統(tǒng)一的起點(diǎn)，能力參差不齊，因此，遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)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(yīng)性超媒體教學(xué)指根據(jù)學(xué)生的個別能力特征，動態(tài)呈現(xiàn)與學(xué)習(xí)者當(dāng)前學(xué)習(xí)能力最相關(guān)的基于超媒體教學(xué)內(nèi)容。它有兩個含義，首先是學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇上，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)歷史記錄和能力估計(jì)，選擇學(xué)生沒有掌握或是沒有學(xué)習(xí)過的教學(xué)內(nèi)容，這些學(xué)習(xí)內(nèi)容是與當(dāng)前學(xué)生能力最接近的。學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇與組織以認(rèn)知單元為最小單元，一個認(rèn)知單元就是教學(xué)目標(biāo)中所規(guī)定的最小的一個知識點(diǎn)，針對這一個小知識點(diǎn)所展開的教學(xué)內(nèi)容稱之為一個認(rèn)知單元。每個學(xué)習(xí)階段，可以選擇一個或幾個認(rèn)知單元。其次，是在學(xué)習(xí)內(nèi)容的組織上，系統(tǒng)將根據(jù)對學(xué)生估測的能力和學(xué)生的認(rèn)知風(fēng)格，選擇最適合學(xué)習(xí)者的內(nèi)容呈獻(xiàn)方式，在適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，每個認(rèn)知單元的教學(xué)展開都有好幾種形式，有一些詳細(xì)、有一些簡略；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(xí)試題等等，都各不相同。學(xué)習(xí)內(nèi)容的組織，主要以超媒體的方式進(jìn)行，差別主要體現(xiàn)在鏈接的層次和鏈接的單元上，它將根據(jù)不同能力的學(xué)生，有所不同。具體說，本系統(tǒng)的主要功能有：
（1） 教學(xué)內(nèi)容的動態(tài)適應(yīng)；
�。�2） 教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)航的適應(yīng)；
（3） 教學(xué)內(nèi)容的動態(tài)構(gòu)建的適應(yīng)；
�。�4）協(xié)作式的問題解決；
�。�5）自主選擇學(xué)習(xí)策略的適應(yīng)。
2．多媒體授課系統(tǒng)從功能上可以分成兩個部分：一個是課件點(diǎn)播系統(tǒng)，一個是同步廣播授課系統(tǒng)。
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(yuǎn)程交流工具應(yīng)不僅僅提供傳統(tǒng)的基于文本交流，還應(yīng)提供包括圖形、語音、視頻等多媒體的支持。同時，類似于傳統(tǒng)的教室教學(xué)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(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(qū)域。教師可以將一張圖片貼入共享白板中，并利用系統(tǒng)提供的特定畫圖工具和文本輸入工具，在所貼的圖片上進(jìn)行標(biāo)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(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內(nèi)容，這樣，共享白板實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)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(xué)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(xué)生端視頻，也可以同時看到多個學(xué)生端的視頻圖象。學(xué)生端可以選擇觀看教師端視頻。
傳統(tǒng)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(huán)境中的學(xué)生進(jìn)行文本交流。也可以是一個學(xué)生與同環(huán)境中的另一個學(xué)生之間進(jìn)行私人交談。在公眾交談模式下，一個教師或者學(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(jī)制：在交流過程中，能夠提供同步瀏覽的機(jī)制。教師可以通過鍵入U(xiǎn)RL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(dá)到同步顯示。這樣教師可以定位在同一個環(huán)境中的所有學(xué)生端的瀏覽器，從而指導(dǎo)學(xué)生在Internet中瀏覽學(xué)習(xí)資源。
4．網(wǎng)絡(luò)題庫管理系統(tǒng)
基于Web的題庫系統(tǒng)用于支持教師和學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組卷并進(jìn)行各種類型的測試。題目內(nèi)容主要是各級各類學(xué)科內(nèi)容的測試題、達(dá)標(biāo)題等，支持各種類型的測試，并可以根據(jù)不同的測試目的提供相應(yīng)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(jù)不同的測試目的，通過網(wǎng)絡(luò)自動組卷后，下載到本地進(jìn)行使用。基于Web的題庫系統(tǒng)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(nèi)容支持圖形、語音、公式等多種形式的媒體。還應(yīng)能對學(xué)生的測驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
5．考試與評價(jià)系統(tǒng)
考試以及對考試結(jié)果的分析與評價(jià)，在遠(yuǎn)程教育中起著重要的作用。由于借助了計(jì)算機(jī)和國際互聯(lián)網(wǎng)，使得遠(yuǎn)程考試在許多方面優(yōu)越于傳統(tǒng)考試。
6．教學(xué)資源庫管理系統(tǒng)
資源庫系統(tǒng)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(xí)資源庫。CAI軟件庫包括通過各種渠道收集到的國內(nèi)外繼續(xù)教育優(yōu)秀課件，可能是一門完整的課程，也可能是一節(jié)課或一個知識點(diǎn)。CAI軟件庫中的CAI軟件應(yīng)滿足學(xué)科齊全、內(nèi)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(xù)教育培訓(xùn)的需要或個別化培訓(xùn)的需要。學(xué)習(xí)資源庫為各級各類學(xué)校提供豐富的學(xué)習(xí)背景材料、擴(kuò)展學(xué)習(xí)材料以及其他各種分類多媒體素材。學(xué)習(xí)資源庫也可用作培訓(xùn)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(xí)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(xué)習(xí)資源庫應(yīng)當(dāng)分開，既可以通過同一個資源庫系統(tǒng)管理軟件進(jìn)行管理和維護(hù)，也可以分別開發(fā)CAI軟件庫管理軟件和學(xué)習(xí)資源庫管理軟件進(jìn)行管理和維護(hù)。學(xué)習(xí)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(fù)責(zé)整個學(xué)習(xí)資源庫的管理和維護(hù)，同時提供和客戶端瀏覽器的接口。服務(wù)器端管理軟件應(yīng)具有以下功能：
�。�1） 詢、修改資源庫的索引數(shù)據(jù)庫；
�。�2） 覽并能全文檢索資源庫中的內(nèi)容；
（3） 讀取和下載資源庫中的內(nèi)容；
�。�4） 剪輯資源庫中的內(nèi)容；
�。�5）支持并發(fā)訪問。
7．自動答疑系統(tǒng)
自動答疑是一個適應(yīng)性的知識庫系統(tǒng)，它分自動答疑與人工答疑兩大部份。在教學(xué)設(shè)計(jì)階段，教師將本學(xué)科最常見的疑難問題按一定的組織方式，存放到領(lǐng)域知識庫中，當(dāng)學(xué)生在遇到疑難問題時，通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程提交問題的描述，系統(tǒng)將根據(jù)學(xué)生提交的問題描述，對領(lǐng)域知識庫進(jìn)行智能搜索（主要采用的技術(shù)有中文詞語的切分、全文檢索、語義網(wǎng)絡(luò)匹配、關(guān)鍵詞索引等），按照檢索內(nèi)容相關(guān)程度的高低，將對該問題的解答呈現(xiàn)給學(xué)生。當(dāng)在知識庫中沒有檢索到對該問題的解答時，系統(tǒng)將通知學(xué)生，并采取兩種方法進(jìn)行后續(xù)處理：
�。�1）問題通過電子郵件的方式發(fā)送到主持這門課程的學(xué)科教師，當(dāng)教師對該問題進(jìn)行回答后，系統(tǒng)將自動將解答發(fā)送到學(xué)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(tǒng)將通過電子郵件通知該學(xué)生。
8．學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)
不管系統(tǒng)具備多么高的智能性，計(jì)算機(jī)并不能替代人類教師，計(jì)算機(jī)可以把人類從簡單的重復(fù)性的智力勞動中解放出來，但教學(xué)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(xué)習(xí)系統(tǒng)，不是一個完美的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，在基于Internet的教學(xué)系統(tǒng)中，人類教師的參與仍然非常重要，它可以彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜智能的不足。具體的說，系統(tǒng)的教學(xué)管理應(yīng)具備如下功能：針對性的輔導(dǎo)、疑難解答、協(xié)作監(jiān)控和實(shí)施智能個性化的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)環(huán)境。
9．作業(yè)批閱系統(tǒng)
作業(yè)批閱系統(tǒng)是基于WWW的協(xié)作式作業(yè)批改系統(tǒng)，學(xué)生可以通過該系統(tǒng)提交作業(yè)，獲取作業(yè)批改結(jié)果，并根據(jù)教師建議來修改和編輯作業(yè)。經(jīng)過幾輪交互后，教師可對最后作業(yè)作出評價(jià)。作業(yè)系統(tǒng)具備的幾個功能有： 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(zhuǎn)發(fā)；協(xié)作批閱；分析與評價(jià)。
10．網(wǎng)絡(luò)課件寫作系統(tǒng)
開發(fā)網(wǎng)絡(luò)課件寫作系統(tǒng)的主要目的是為了方便不具有專業(yè)編程經(jīng)驗(yàn)的各站點(diǎn)教師編制網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件。該系統(tǒng)應(yīng)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，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(xué)課件的寫作功能，一是要有素材庫的管理功能，二是內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)的理論指導(dǎo)，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(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素材，構(gòu)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該軟件抓取素材庫中的素材來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)課程或網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模塊。在該平臺上構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)課程，就能直接在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。
11．教學(xué)管理系統(tǒng)
遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)將基本覆蓋教學(xué)活動的各個環(huán)節(jié)，如從學(xué)生入學(xué)到學(xué)生畢業(yè)的各項(xiàng)活動，其管理的范圍不僅僅是管理機(jī)構(gòu)和行政部門，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，它將以學(xué)生為中心，為學(xué)生創(chuàng)造一個個性化、智能化的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)環(huán)境，其具體功能有：學(xué)生注冊；學(xué)生學(xué)籍管理；專業(yè)課程的管理； 教師管理； 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析；信息查詢功能；計(jì)費(fèi)；行政公文管理；系統(tǒng)設(shè)置維護(hù)。
12．基于WEB的虛擬實(shí)驗(yàn)室
基于WEB的虛擬實(shí)驗(yàn)就是在WEB中創(chuàng)建出一個可視化的三維環(huán)境，其中每一個可視化的三維物體代表一種實(shí)驗(yàn)對象。通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊以及拖曳操作，用戶可以進(jìn)行虛擬的實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境可以針對物理實(shí)驗(yàn)、
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