试论网络多媒体教学的系统结构

【论文摘要】网络多媒体教学系统是一个由硬件、软件、教学内容、教学管理机构组成的一体化有机的系统。本文以某院校网络教学中心的教学为实际环境，从系统物质基础、教学系统支撑平台、学生学习、教学工作四个方面考察了网络多媒体教学的系统结构，并分析了客户端界面等问题。
【论文关键词】计算机网络应用软件多媒体教学系统结构
一、Internet与远距离教育
21世纪是计算机和网络的世纪。Internet正以其庞大的用户数量和惊人的增长速度显示出旺盛的生命力。WorldWideWed已成为Internet上最流行和最具潜力的信息查询、发布和交互方式，被广泛地用于资源共享和技术共享，而且这些技术在教育方面的潜力越来越明显，尤其在开放的和远程的教学方面。传统的远距离教育中，最大缺点是缺乏师生间的实时交互，从而造成教学效率低下，学员的学习积极性不高。如何帮助学员解决疑难问题，提高学员的学习积极性，是我们在学习远距离教育系统过程中急需解决的问题之一。由于互联网络具有影响范围广，能够方便快捷的传递信息，具有近乎实时的交互性，为我们解决传统远距离教育模式中存在的问题带来了希望。利用Internet来进行远程教学，与传统远距离教育模式相比，有如下优势：
1、极大地增强了教师和学生、学生和学生之间的交互性。
2、学习的异步性。
3、学习信息的广泛性。
4、评价的及时性。
利用网络进行远距离教育的上述优良特性，克服了传统远距离教育的局限性，它可以适用于学校教育、成人教育、自学考试继续教育等各类远程教育的需要。它必将在我国和世界范围内的远距离教育领域起到越来越重要的影响。二、基于网络的教学模式
在基于Internet的教育网络环境下，可以最大限度地发挥学习者的主动性、积极性，既可以进行个别化教学，又可以进行协作型教学，还可以将“个别化”与“协作型”二者结合起来，所以是一种全新的网络教学模式。学习者可以在家里或是在办公室学习（通过计算机终端），也可以在旅途中学习（通过笔记本电脑或PDA）。
在基于Internet的教育网络中，除了可实施传统的讲授式策略、讨论式策略以及个别辅导策略以外，还可实施最具网络特色的探索式教学策略和协作式教学策略。
三、网络多媒体教学系统的结构
我们要研究的基于Internet的多媒体教学系统是一个由硬件、软件、教学内容、教学管理机构组成的一体化有机的系统，应从两个方面对它进行考察：要了解系统实施的物质基础，可以看它的硬件结构；要了解教学系统支撑平台（环境），要看它的软件结构。
1、硬件结构
（1）拓扑结构。支撑网络教学系统的物质基础就是一个实际的计算机网络，一般是一个网络中心，它根据支持的学生人数、范围、学生访问网络的方式等诸多因素的不同，变化很大，组织结构形式也不相同。常见的拓扑结构有多种，多媒体系统广泛应用的拓扑结构有星型、环形、总线结构和混合型结构。
（2）系统基本物理结构。虽然硬件组织结构有多种方式，具体到我们要研究的系统来说，都具有如下模块：接入模块（电话拨号和Internet接入）、交换模块、服务器模块、网络管理与计费模块、拨号用户与局域网用户模块、课件制作与开发模块，双向交互式同步教学模块。
2、软件结构
一个完整的基于Internet的教学系统，不仅需要系统软件的支持，如网络操作系统、WEB服务器、FTP服务器等等，还需要一些专门支持教学的应用软件。我们在这里仅研究教学支持系统。
（1）适应性超媒体学习系统。远程教学系统必须能够针对不同能力的学生，提供不同形式的教学。适应性超媒体教学指根据学生的个别能力特征，动态呈现与学习者当前学习能力最相关的基于超媒体教学内容。
（2）多媒体授课系统。从功能上可以分成两个部分：一个是课件点播系统，一个是同步广播授课系统。
（3）师生交互工具。为了有效地支持分布在异地的师生间交流，远程交流工具应不仅仅提供传统的基于文本交流，还应提供包括图形、语音、视频等多媒体的支持。
（4）网络题库管理系统。网络题库也和普通教学中的题库一样，用于对学员的测试和考核，但它的实现方式更加快捷，处理手段也更加灵活，还应能对学生的测验结果进行统计分析。
（5）考试与评价系统。考试以及对考试结果的分析与评价，在远程教育中起着重要的作用。由于借助了计算机和国际互联网，使得远程考试在许多方面优越于传统考试。
（6）教学资源库管理系统。资源库系统主要功能是对各种教学资源进行采集、管理、检索和利用。它由两部分组成：CAI软件库和学习资源库。
（7）自动答疑系统。自动答疑是一个适应性的知识库系统，它类似于一个数据库系统。它分自动答疑与人工答疑两大部分。
（8）学习管理系统。系统的教学管理应具备如下功能：针对性的辅导、疑难解答、协作监控和实施智能个性化的远程学习环境。
（9）作业批阅系统。作业批阅系统是基于WWW的协作式作业批改系统，学生可以通过该系统提交作业，具体可以电子邮件方式或实时修改方式。获取作业批改结果，并根据教师建议来修改和编辑作业。
（10）网络课件写作系统。开发网络课件写作系统的主要目的是为了方便不具有专业编程经验的各站点教师编制网络教学软件。在该平台上构建的网络课程，就能直接在网络上运行。
（11）教学管理系统。远程教学管理系统将基本覆盖教学活动的各个环节，如从学生入学到学生毕业的各项活动，其管理的范围不仅仅是管理机构和行政部门，而且包括教学涉及的所有对象和资源。
（12）基于WEB的虚拟实验室。虚拟实验环境可以针对物理实验、化学实验、计算机组成原理实验等各个不同的科目分别设计具体的实验，这需要特殊的实验软件来实现。
四、信息组织结构
信息组织主要有六个组成部分：办公室、同步教室、自习室、答疑室、BBS论坛、虚拟图书馆等。
1、办公室
办公室完成对用户的登记和管理工作。用户首先要通过WWW到虚拟行政办公室进行登记，获取学生账号和密码，正式成为该校的一名学生。另外，所要发布的一些公告信息，都存放在这里，比如招生简章，课程设置等等。
2、同步教室
同步教室实际上是一个课件库。已经开发出来的课件和其它学习材料以HTML文档的形式存放在网络的服务器上，用户通过WWW浏览器选择自己需要的课件或材料。
3、自习室
自习室允许学生进行在线测试，以对自己的学习效果进行评估。
4、答疑室
这是一个集中解答学生在学习中各种疑难问题的地方，在这里，学生和学生，学生和教师之间，可以进行直接的、实时的交流。
5、BBS论坛
BBS为老师与学生、学生与学生之间进行交流提供一种场所，学生之间可以互相聊天，也可以就某个学科的问题进行学术研讨，既可以了解别人在该学科热点问题上的看法，也可以自由地发表自己的见解。
6、虚拟图书馆
虚拟图书馆存放着各类电子杂志和电子报纸以及其它相关的学习资源供学生查找和学习，虚拟图书馆还提供了其它一些大学图书馆的图书目录以及其它大学的WWW地址等。
五、某院校远程多媒体教育设计实例
通过对网络多媒体教学系统结构的理论研究，现就作者参与设计的某院校多媒体交互教学系统作一概述。
1、提出问题
我们在考虑校内网与各类教育机构联系时，询问了不少教师和同学，就他们关心的和本人研究的有关问题，提出了以下要求，总结如下：
（1）能否实现主播室与远端教室进行实时双向交互？
（2）能否把主播室计算机屏幕操作、电子白板信息及时传到远端？
（3）系统传输质量情况？图象连续是否连续，图象与声音是否同步，时延有多少？
（4）能否实时录制课件？
2、远程多媒体交互教学系统和功能特点
教师和同学提出的远程多媒体交互教学系统，其功能特点有：
支持多个教室同时上课，具有多教室、帐号管理功能；上课课件流程管理，不同用户具有不同的上课课表；通过视频、网页、电子白板、屏幕、应用程序广播等多种手段达到同步授课；可对学生的系统状态、实时视频进行监控；网络影院提供影视频文件的广播，现场课程的录制、点播、以及再次广播；支持USB摄像头和各种视频采集卡。
3、系统要求
对于要完成以上我们提出的解决方案，该系统所需的系统要求大致为：
客户端计算机操作系统Windows2003/XP/vistaCPUIntel2.0G以上，内存512M，配有声卡，耳麦，摄像头，手写板（或者触摸屏）
服务器计算机Windows2003/XP/vista，CPUIntel酷睿双核2.3G以上，1G以上内存，100M网卡，服务器的出口带宽依据实际应用而定，一般需要100Mbps带宽即可达流畅的教学效果。
4、远程多媒体教学系统结构图
我们所构想设计的某院校多媒体教学的系统结构和第三部分讲到的硬件结构大体一致，但更加具体化。该结构分为远程实时教学和实时辅导答疑两个子系统：
（1）远程实时教学系统服务器安装在互联网站点，注册的学生和教师可以在家里或者办公室通过网络登录到服务器上。在预定的某个时间内，教师可采用音频、视频、课件、屏幕、白板等广播手段教课、讲解。师生、学生之间通过语音、文字相互交流提问。教师能够录制上课的内容便于下次广播、点播。
（2）实时辅导答疑系统服务器安装在互联网站点，注册的学生和教师可以在家里或者办公室通过网络登录到服务器上。在预定的某个时间内，学生可以通过语音、文字提问，教师给予实时回答，并且通过电子白板等工具进行交流。因而能够应用在大学的远程教育教学中的答疑、考前答辅导、远程家教等。其特点是占用较少的网络带宽，达到实时沟通交流的目的。
5、客户端界面设计
以下是作者设计的学生进行远程登录后进行学习的操作区域
区域1：功能区—包括系统主要功能菜单
区域2：系统工具栏区——在这里主要为一些系统功能如白板，网页显示进行切换
区域3：座位及课件显示区——用于显示当前在教室中的成员列表，对于教师端还显示课件列表。
区域4：音视频显示窗口——显示本机或来自其它广播源的音视频数据。
区域5：音视频工具栏区——集合了一些对音视频的控制、课件的录制及回放等功能的按钮。
区域6：课件播放区——用于电子白板的绘写、网页浏览及屏幕广播数据的接收及显示。
区域7：消息文字区——用于显示消息、文本讨论及两两交谈信息。
区域8：系统信息区——显示系统信息，及对录音源的选择、播放音量的控制。
这个界面的各个区域可方便的实现学生的学习和教师的管理功能，而且比较直观，操作简单，参与者不需要掌握专业的多媒体技术就可以轻松学习，并且可以和其他用户互相交流，能够比较完整的实现我们提出的任务。
六、结语
在网络上实现多媒体远距离教育，就是以计算机网络为基础，充分利用软件和硬件进行组网，教师通过网络把教学信息传给每个学员，学生通过连网的计算机来进行学习和接受信息。本文先是以论述的形式对网络多媒体教学系统的背景知识，目前的问题，框架结构等作了大体的描述。然后又针对具体的教学环境作了相应设计。利用Internet来进行远程教学，不但方便快捷，与传统远距离教育模式相比还可以最大限度地发挥学习者的主动性、积极性，所以是一种全新的网络教学模式。这种教学模式可以完全按照个人的需要进行，不论是教学内容、教学时间、教学方式甚至指导教师都可以按照学习者自己的意愿或需要进行选择。另外，现在不少地区已经将这种网络多媒体教学模式应用到各行各业的学习中来，给广大的自学者提供一个更广阔的自我学习的空间，加快学员的学习步伐。同时也给学员们提供了一个相互交流学习和生活经验的平台，这必将使远程教育更加的普及，使越来越多的有志之士加入到不断学习的大潮之中！
【参考文献】
[1]何克抗.基于Internet的教育网络与21世纪的教育革新.北京师范大学出版社，1998.
[2]沈立强.计算机网络基本原理与Internet实践.清华大学出版社，2008.
[3]苗凤君.局域网技术与组网工程.清华大学出版社，2010.
[4]刘冰.现代网络与多媒体技术基础.机械工业出版社，2003.