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基于Internet的多媒體教學系統(tǒng)結構論文
一．引言
基于Internet的多媒體教學系統(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)實施的物質基礎，可以看它的硬件結構；要了解教學系統(tǒng)支撐平臺（環(huán)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(tǒng)的結構。
二．硬件結構
支撐網(wǎng)絡教學系統(tǒng)的物質基礎就是一個實際的計算機網(wǎng)絡，一般是一個網(wǎng)絡中心，它根據(jù)支持的學生人數(shù)、范圍、學生訪問網(wǎng)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(wǎng)絡管理與計費模塊、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網(wǎng)絡專線將整個網(wǎng)絡接入Internet，從而使本網(wǎng)的用戶能夠訪問Internet資源，而其它網(wǎng)絡用戶能夠訪問本網(wǎng)信息。
交換模塊是整個網(wǎng)絡連接與傳輸?shù)暮诵模饕脑O備有主干交換機、分支集線器和連接各模塊的網(wǎng)絡電纜，由它們組成整個骨干網(wǎng)絡。
服務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(shù)據(jù)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(wǎng)絡管理模塊主要對整個網(wǎng)絡進行監(jiān)控、運行性能的監(jiān)測、故障的預警和診斷等等；計費模塊主要是記錄網(wǎng)絡使用者的資費信息，以控制網(wǎng)絡資源的有償使用。
撥號用戶與局域網(wǎng)用戶模塊主要功能是讓學生和教師能夠以多種方式訪問網(wǎng)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(wǎng)上的教育資源。在網(wǎng)絡中進行學習的學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)絡中轉，進入絡。絡通過校園網(wǎng)與CERNET互聯(lián)，這樣，對于現(xiàn)在已經(jīng)是這些網(wǎng)絡的用戶，不需要任何變動，只需進行登記注冊，便可進入本網(wǎng)進行學習。
課件制作與開發(fā)模塊主要是開發(fā)、維護網(wǎng)上的教學內容與教育資源，以實現(xiàn)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(shù)據(jù)網(wǎng)絡雙向可視會話系統(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(tài)，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(tǒng)）
一個完整的基于Internet的教學系統(tǒng)，不僅需要系統(tǒng)軟件的支持，如網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、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(tǒng)：
由于參與遠程學習的學員來自各行各業(yè)，他們沒有一個統(tǒng)一的起點，能力參差不齊，因此，遠程教學系統(tǒng)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(jù)學生的個別能力特征，動態(tài)呈現(xiàn)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(tǒng)根據(jù)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(guī)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(tǒng)將根據(jù)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(tǒng)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(xiàn)在鏈接的層次和鏈接的單元上，它將根據(jù)不同能力的學生，有所不同。具體說，本系統(tǒng)的主要功能有：
（1） 教學內容的動態(tài)適應；
（2） 教學內容導航的適應；
（3） 教學內容的動態(tài)構建的適應；
（4）協(xié)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(tǒng)從功能上可以分成兩個部分：一個是課件點播系統(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，遠程交流工具應不僅僅提供傳統(tǒng)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(tǒng)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(huán)境進行教學的教師和學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(huán)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(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(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)境中的學生進行文本交流。也可以是一個學生與同環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(wǎng)絡題庫管理系統(tǒng)
基于Web的題庫系統(tǒng)用于支持教師和學生通過網(wǎng)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(jù)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(jù)不同的測試目的，通過網(wǎng)絡自動組卷后，下載到本地進行使用。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(tǒng)計分析。
5．考試與評價系統(tǒng)
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(lián)網(wǎng)，使得遠程考試在許多方面優(yōu)越于傳統(tǒng)考試。
6．教學資源庫管理系統(tǒng)
資源庫系統(tǒng)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(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。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(xù)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(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(tǒng)管理軟件進行管理和維護，也可以分別開發(fā)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(shù)據(jù)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)訪問。
7．自動答疑系統(tǒng)
自動答疑是一個適應性的知識庫系統(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(wǎng)絡遠程提交問題的描述，系統(tǒng)將根據(jù)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(wǎng)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(xiàn)給學生。當在知識庫中沒有檢索到對該問題的解答時，系統(tǒng)將通知學生，并采取兩種方法進行后續(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科教師，當教師對該問題進行回答后，系統(tǒng)將自動將解答發(fā)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(tǒng)將通過電子郵件通知該學生。
8．學習管理系統(tǒng)
不管系統(tǒng)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(tǒng)，不是一個完美的學習系統(tǒng)，在基于Internet的教學系統(tǒng)中，人類教師的參與仍然非常重要，它可以彌補計算機系統(tǒng)的復雜智能的不足。具體的說，系統(tǒng)的教學管理應具備如下功能：針對性的輔導、疑難解答、協(xié)作監(jiān)控和實施智能個性化的遠程學習環(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)，學生可以通過該系統(tǒng)提交作業(yè)，獲取作業(yè)批改結果，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。作業(yè)系統(tǒng)具備的幾個功能有： 教師發(fā)布作業(yè)； 學生完成并提交作業(yè)； 教師批改并點評作業(yè)；作業(yè)庫的管理；作業(yè)轉發(fā)；協(xié)作批閱；分析與評價。
10．網(wǎng)絡課件寫作系統(tǒng)
開發(fā)網(wǎng)絡課件寫作系統(tǒng)的主要目的是為了方便不具有專業(yè)編程經(jīng)驗的各站點教師編制網(wǎng)絡教學軟件。該系統(tǒng)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，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(wǎng)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(wǎng)絡課程或網(wǎng)絡教學模塊。在該平臺上構建的網(wǎng)絡課程，就能直接在網(wǎng)絡上運行。
11．教學管理系統(tǒng)
遠程教學管理系統(tǒng)將基本覆蓋教學活動的各個環(huán)節(jié)，如從學生入學到學生畢業(yè)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(chuàng)造一個個性化、智能化的遠程學習環(huán)境，其具體功能有：學生注冊；學生學籍管理；專業(yè)課程的管理； 教師管理； 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析；信息查詢功能；計費；行政公文管理；系統(tǒng)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(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(huán)境可以針對物理實驗、
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