基於Internet的多媒體教學系統結構論文
基於Internet的多媒體教學系統結構論文
一．引言
基於Internet的多媒體教學系統是一個由硬體、軟體、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，可以看它的硬體結構；要了解教學系統支撐平臺（環境），要看它的軟體結構；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於Internet的多媒體教學系統的結構。
二．硬體結構
支撐網路教學系統的物質基礎就是一個實際的計算機網路，一般是一個網路中心，它根據支援的學生人數、範圍、學生訪問網路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，都具有如下模組：接入模組（電話撥號和Internet接入）、交換模組、伺服器模組、網路管理與計費模組、撥號使用者與區域網使用者模組、課件製作與開發模組，雙向互動式同步教學模組，其結構示意圖為：
接入模組的主要裝置是路由器，路由器的主要作用是透過網路專線將整個網路接入Internet，從而使本網的使用者能夠訪問Internet資源，而其它網路使用者能夠訪問本網資訊。
交換模組是整個網路連線與傳輸的核心，主要的裝置有主幹交換機、分支集線器和連線各模組的網路電纜，由它們組成整個骨幹網路。
伺服器模組主要負責資訊的收集、儲存、釋出，它們是對外提供教學與資訊服務主要實體，一般有Web伺服器、FTP伺服器、E-mail伺服器、DNS伺服器、資料庫伺服器等等，它們可以由一臺或多臺高效能的計算機承擔。
網路管理模組主要對整個網路進行監控、執行效能的監測、故障的預警和診斷等等；計費模組主要是記錄網路使用者的資費資訊，以控制網路資源的有償使用。
撥號使用者與區域網使用者模組主要功能是讓學生和教師能夠以多種方式訪問網路資源，從而達到教學或學習的目的，其主要裝置是訪問伺服器，訪問伺服器的主要作用是使得沒有連入Internet的學生可以透過電話撥號的方式來訪問網上的教育資源。在網路中進行學習的學員可以透過三種方式接入本網：首先是透過電話線路直接撥號訪問；其次是區域網使用者可直接訪問；第三是外部網使用者可透過網路中轉，進入絡。絡透過校園網與CERNET互聯，這樣，對於現在已經是這些網路的使用者，不需要任何變動，只需進行登記註冊，便可進入本網進行學習。
課件製作與開發模組主要是開發、維護網上的教學內容與教育資源，以實現教育資訊的不斷更新與豐富。
雙向互動式同步教學模組是一個基於高速資料網路雙向可視會話系統，它可以將演播教室中教師的講解情況實時傳送到遠端多媒體教室，教師在講解中，還可以看到遠端教室中學生的表情與神態，並能接收到學生的詢問，類似於本地課堂教學。此模組的核心裝置是基於相關標準（如H.320）的視訊會議終端、MCU（多點控制單元）、攝像機等。MCU是一種多埠裝置，透過它可以使得多個影片終端在一個會話中互相通訊，其主要控制功能包括音訊混合、音訊切換、影片混合和影片切換。
三．軟體結構（僅指教學支援系統）
一個完整的基於Internet的教學系統，不僅需要系統軟體的支援，如網路作業系統、WEB伺服器、FTP伺服器等等，還需要一些專門支援教學的應用軟體。
1． 適應性超媒體學習系統：
由於參與遠端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，遠端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徵，動態呈現與學習者當前學習能力最相關的基於超媒體教學內容。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，差別主要體現在連結的層次和連結的單元上，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．師生互動工具
為了有效的支援分佈在異地的師生間交流，遠端交流工具應不僅僅提供傳統的基於文字交流，還應提供包括圖形、語音、影片等多媒體的支援。同時，類似於傳統的教室教學中的黑板，身處異地的師生也能夠透過特定的軟體白板來交換意見。
軟體共享白板：軟體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字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，並利用系統提供的特定畫圖工具和文字輸入工具，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透過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。
語音互動：語音互動是異地師生之間一種有效的交流方式。
影片互動：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影片圖象。教師可以任意選擇特定的學生端影片，也可以同時看到多個學生端的影片圖象。學生端可以選擇觀看教師端影片。
傳統文字交談：與一般的文字聊天客戶端程式有相同的功能，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字交流。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字資訊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。教師可以透過鍵入URL地址，並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．網路題庫管理系統
基於Web的題庫系統用於支援教師和學生透過網路進行組卷並進行各種型別的測試。題目內容主要是各級各類學科內容的測試題、達標題等，支援各種型別的測試，並可以根據不同的測試目的提供相應的組卷策略，包括智慧組卷、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，透過網路自動組卷後，下載到本地進行使用。基於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。試題內容支援圖形、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，在遠端教育中起著重要的作用。由於藉助了計算機和國際網際網路，使得遠端考試在許多方面優越於傳統考試。
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採集、管理、檢索和利用。它由兩部分組成：CAI軟體庫和學習資源庫。CAI軟體庫包括透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軟體庫中的CAI軟體應滿足學科齊全、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、擴充套件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軟體庫和學習資源庫可透過光碟庫或磁碟陣列來儲存和管理。磁碟陣列可以作為資源的臨時存放地，分門別類之後刻錄到光碟中永久儲存。CAI軟體庫和學習資源庫應當分開，既可以透過同一個資源庫系統管理軟體進行管理和維護，也可以分別開發CAI軟體庫管理軟體和學習資源庫管理軟體進行管理和維護。學習資源庫後臺管理軟體是伺服器端管理軟體，伺服器端管理軟體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介面。伺服器端管理軟體應具有以下功能：
（1） 詢、修改資源庫的索引資料庫；
（2） 覽並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）支援併發訪問。
7．自動答疑係統
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，透過網路遠端提交問題的描述，系統將根據學生提交的問題描述，對領域知識庫進行智慧搜尋（主要採用的技術有中文詞語的切分、全文檢索、語義網路匹配、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，並採取兩種方法進行後續處理：
（1）問題透過電子郵件的方式傳送到主持這門課程的學科教師，當教師對該問題進行回答後，系統將自動將解答傳送到學生的電子信箱；
（2）將問題公佈在答疑佈告牌上，徵求解答，有人對其解答後，系統將透過電子郵件通知該學生。
8．學習管理系統
不管系統具備多麼高的智慧性，計算機並不能替代人類教師，計算機可以把人類從簡單的重複性的智力勞動中解放出來，但教學過程中的高階診斷、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，在基於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複雜智慧的不足。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、協作監控和實施智慧個性化的遠端學習環境。
9．作業批閱系統
作業批閱系統是基於WWW的協作式作業批改系統，學生可以透過該系統提交作業，獲取作業批改結果，並根據教師建議來修改和編輯作業。經過幾輪互動後，教師可對最後作業作出評價。作業系統具備的幾個功能有： 教師釋出作業； 學生完成並提交作業； 教師批改並點評作業；作業庫的管理；作業轉發；協作批閱；分析與評價。
10．網路課件寫作系統
開發網路課件寫作系統的主要目的是為了方便不具有專業程式設計經驗的各站點教師編制網路教學軟體。該系統應該具備基本的多媒體的整合功能，並能製作基本的HTML網頁，也就是首先要具備一些透過用軟體的基本功能，其次要具備一些支援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，四是要支援各種各樣的教學策略。多媒體課件製作工具用於向教學單位或教師提供各類素材，構建新的網路課程或新教學模組平臺。教學單位或教師可以透過該軟體抓取素材庫中的素材來構建網路課程或網路教學模組。在該平臺上構建的網路課程，就能直接在網路上執行。
11．教學管理系統
遠端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，其管理的範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物件和資源，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、智慧化的遠端學習環境，其具體功能有：學生註冊；學生學籍管理；專業課程的管理； 教師管理； 資料統計分析；資訊查詢功能；計費；行政公文管理；系統設定維護。
12．基於WEB的虛擬實驗室
基於WEB的虛擬實驗就是在WEB中創建出一個視覺化的三維環境，其中每一個視覺化的三維物體代表一種實驗物件。透過滑鼠的點選以及拖曳操作，使用者可以進行虛擬的實驗。虛擬實驗環境可以針對物理實驗、