远程教学系统的设计与实现.doc

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1、第 25 卷第4期 Vol. 25 No. 4 宁夏大学学报（自然科学版 ） Journal of Ningxia University (Natural Science Edition) 2004 年 12 月 Dec. 2004 文章编号 ： 0253-2328(2004)04-0336-03 远程教学系统的设计与实现 王学明 (宁夏大学远程教育学院，宁夏银川 750021) 抽要：利用信息技术改革教育内容、方法和体系，建立了基于 Internet 的计算机辅助教学信息平台，为学生提供了 一个创造性的学习环境，大大提高了教学质量简要介绍了利用 lnternet 网上教学资源，实现远程教学系

2、统 （ 包括网 上课堂、电子教案、批改作业、讨论答疑、查阅资料、网上考试等 ） 的设计与规划 关键词：远程教育；网上教学；教学平台 分类号 ：（ 中图） G434; TP311.52 文献标志码： A 21 世纪是一个数字化、网络化和知识经济的时 代，远程教育是充分利用现代信息技术，运用卫星、互 联网、计算机、视频会议系统、多媒体交互技术等现代 化教学手段来完成教学过程 的新的教学模式，学生既 可以实时听取课堂授课，也可以通过网络非实时地点 播教学课件，充分共享国内外名牌大学的优质教学资 源，接受现代化、高水平的专业教育 1.在学习过程中 学生可通过电子邮件、BBS 和在线答疑等多种手段向 主

3、讲教师提问、质疑，使教学过程打破了时间和空间 的限制，学生能够积极主动地参与教学过程 ,充分发 挥其主观能动性，体现了以学生为主体的教学思想 . 1 远程教学系统概述 远程教学系统涉及学生、教师、管理员、教学环境 和教学资源等对象，师生之间通过网络进行交互 ，实现 协作教学和自主学习 .系统的结构模型如图 1 所示 . 图 1 远 程 教 学 系 统 的 结 构 模 型 远程网络教学系统充分利用现代远程教育资 源，建立网络教学支撑系统 .这个教学支撑系统由一 系列支持多种教学模式的教学系统构成，主要包括 学习系统 (实时 /非实时）、授课系统 (实时 /非实时）、 教学资源编辑制作系统、辅导答

4、疑系统、作业评阅系 统、考试系统、评价系统、交流讨论系统、虚拟实验系 统及搜索引擎等 2.这些教学系统都是基于远程教 育资源库的，用以完成 远程教学中的各项教学活动 和实现远程协作 .学习系统、授课系统、教 资源编 辑制作系统都与多媒体素材库、试题库、课件库、案 例库和网络课件发生关联，考试系统与试题库发生 关联，评价系统则涉及教学资源的各个部分 . 1.1 远程教学横式 远程教学的出现及发展为教学方式的改革带来 了新的契机 .远程教学系统是以计算机网络为基础 的教学系统，具有远程教学的开放性、灵活性、交互 性、分布性等特点，适合于有学习要求的学生上网学 习 .远程教学系统通常有以下 3 种教

5、学模式 3: 1) 异步式远程教学 .学生利用公众多媒体通讯 网 ，可随时调用存放在系统信息服务器中的图像、文 字、语音等课件进行学习，适合于有自主学习能力的 学生使用，所需条件简单，只需联网即可 . 2) 同步式远程教学 .利用公众多媒体通讯网实 现一点对多点或点对点的远程交互式教学 ,但是交 互性较差，不能实现分组讨论、分组实验等教学 过程 . 3) 交互式实时远程教学 .利用高速网络和基于 视频会议技术的一种多点对多点的远程教学，这种 教学方式，虽然学生和教师处在不同的地点，但授课 的效果却与在同一教室上课相同 . 收稿日期 =2004-07-26 作者简介：王学明 （ 1964-),男

6、，剎教授，研究远程教育技术和數据挖掘 . 万方数据 第 4 期 王学明：远程教学系统的设计与实现 337 1.2 网上虚拟实验 在远程教学系统中网上虚拟实验是一个薄弱环 节，一方面，需要改革实验内容，以适应网上虚拟实 验 ;另一方面，要建立开放式虚拟实验系统，提供基 于 Web 的三维立体环境、可视化的实验对象和可视 化操作机制，同时还要提供实验用户之间的交流机 制和协作机制 .通过虚拟仪器来完成相应的各种实 验，在理论上与实际的各种实验无任何区别，在操 作 上用鼠标代替了实际仪器的各种操作 .一个完整的 虚拟实验应包括虚拟仪器、原材料、实验工具、实验 规则和标准等 . 1.2.1 基于 We

7、b 的开放式虚拟实验系统的基本结 构虚拟实验室是一种异构的问题解决环境，它使 得处于不同位置的学习者可以同时对一个实验项目 进行实验工作 .与其他领域相同的是，实验工具和技 对象编程语言，具有简单、安全、可靠、与平台无关、 可移植、高性能、多线程、动态性等特点，其下标检査 机制和自动内存管理机制增强了稳定性和安全性， 这一点对于构建网上虚拟实验室系统来说是非常关 键的 . 2) 利 用 Active X 控件进行开发设计 .Active X 使用了微软的组件对象技术使得本地的组件可以与 网络上的组件进行通信，而且 Active X 代码可以重 复使用，这样在虚拟实验室的开发过程中 ，一 个实验

8、 仪器可以在多个实验环境中重复使用，大大提高了 设计效率 . 3) 利用 Vrml 技术进行三维虚拟实验室的开发 设计 .Vrml 是第二代 Web 的关键技术，是一种三 维场景的描述性语言，也是在 Internet 上实现虚拟 现实的关键性技术 . 术是独立于各自领域的，不同之处在于虚拟实验所 操作的并不是真实存在的仪器和设备 ，而是以软件 仿真来模拟已经存在和使用的设备 .虚拟实验室要 求实验的参与者共享实验环境和实验规则，这种要 求使得它易于在 Web 上得以实现 M. 这种基于 Web 的虚拟实验系统，在做实验时， 只要打开相应的 Web 页面，实验者就可以完成相应 的实验 .作为开放

9、式系统，用户可以根据需要任意增 加虚拟仪器和虚拟实验及与该实验有关的相关知 识 .虚拟实验系统的基本结构如图 2 所示 . 1.2.2 基于 Web 的虚 拟实验室的实现技术 与 方 法 构 建 基于 Web 的虚拟实验室 有多种方法，但它们 的基本思想是一致 的，即用软件方法来 模拟硬 件设备的功 能 5它们都具 有 以 图 2 虛 拟 实 验 系 统 的 基 本 结 构 下一些共同特性 :与现实中的实际仪器相一致的 物化特性 ;很强的人机交互性 ;实时的实验信息 反馈 . 虚拟实验室的实现有多种途径，但归根结底在 于将设计思想转变为软件的编程 .目前常采用分解 组合的方法，将复杂的实验进行

10、分解模拟，逐个实 现，最终完成整个实验 .虚拟实验主要运用以下几种 技术 4: l) Web 技术 .利用 Java 语言，并结合 HTML， CSS， DHTML， Java Script 等脚本语言，实现网上实 验 .Java 语言是一种适合于分布式计算环境的面向 I. 2. 3 远程实验指导在教学实验中经常需要对 实验装置的输出信号或结果进行分析，为此在虚拟 实验室中设计了一个数据采集系统，学生可把实验 得到的波形、数据等通过该采集系统输人到数据库， 远端的教师可以通过 Internet 实时地访问数据库得 到实验结果，并根据结果判断学生的实验情况，分析 存在的问题，然后进行在线指导，这

11、样就解决了地域 限制问题，达到了远程教学的目的 .该系统的组成结 构如图 3 所示 . 图 3 远 程 实 验 指 导 系 统 的 框 架 结 构 1.3 网上作业发布与批改系统 系统可提供基于 Web 的作业发布、学生在线答 题及作业下载提交、教师批改及点评、作业资源库的 管理等功能，允许教师创建作业，并设定提交作业的 有效期限，可从试题库中选择题目添加在作业中 .在 作业发布时，作业的生成是静态的，使用静态页面， 访问量可以比较大 .学生可浏览作业，对于客观题学 生可在线回答，对于主观题学生可下载 Word 文件， 作业完成后，以附件的形式提交即可 .学生的作业 只 可在有效期限内提交一次

12、，其他情况均会被拒绝 .教 师对主观题进行批改后给出分数，客观题的批改由 计算机自动完成 .学生可以复习以前做过的作业 . 1.4 网上答疑系统 每门课程的重点、疑难点和常见问题存储于网 站数据库中，学生可以随时登录教学网査询问题答 万方数据 338 宁夏大学学报（自然科学版 ) 第 25 卷 案 .在疑问解答库上的基于 Data-mining 的教学信 息挖掘功能，可提供滞后式答疑，即对计算机无法自 动回答的问题，可将该问题反馈给相应教师，由教师 回答后再返回给提问者，并更新答疑资料库 . 1.S 网上考试系统 网上考试系统是一个基于 Web 的实时考试系 统 .利用它，无论在什么地方，无论

13、什么时候，只要连 上Internet,就可以当场测试自己的知识水平和掌握 程度 .每次考试，试卷从题库中随机自动产生，使试 卷更加标准化、合理化，更能反映学生的实际水平 . 该系统主要提供基于文本的支持多类题型 (客观 /非客 观 )的联机考试功能，提供针对学生的学习效果、组卷、 试题和教学成果的评价功能，提供多媒体考试功能 . 2 远 程 教 学 系 统 的 设 计 2.1 系统的网络拓扑结构 系统采用浏览器 /服务器 （ B/S)三层模式，其用 户端、 Web 服务器端和应用服务器端各层次间相互 独立，综合运用 Java Applet, Java Script, Active X 等技术

14、.在用户端只需通用浏览器便可以进行网上课 程的教学，应用程序的运行在 Web 服务器和应用服务 器上，用户无需直接与后端服务器打交道，而是通过应 用服务器进行数据存取等操作，这样，用户界面简单统 ，数据库结构变化时也不需调整用户端，系统升级方 便，同时，对客户机的配置要求不高，降 低了成本 . 系统采用 TCP/IP 协议来实现多种不同软 /硬 件平台的耦合， VOD 和教学录像等采用音视频压缩 技术压缩后，利用 RTP/RTCP协议进行实时和非 实时传输 .系统的网络拓扑结构如图 4 所示 . 图 4 系统的网络拓扑结构 2.2 教学资源库 通过搜集、筛选、整理、储存和管理国内外与学 科有关

15、的文字、图片、录音、录像 、电影、软件 等信息 资源，为教学软件制作者和教师提供素材，降低个人 获取素材的难度，提高课件的开发效率和质量，支持 教师利用 这些素材，开发多种模式的教学课件 6. 2.3 网络课件库 通过开发、编制和改造建设一批基于网络的多 媒体课件，构建网络课件库用线索性课程、顺序 式课程、积木式课程这三种类型的课程来构建现代 远程教育的课程体系，建立以课程为单位的练习试 题库和案例库，建立并完善自动答疑系统 ，经 过逐步 积累以形成该门课程完整的问题集和答案集 . 2.4 教学管理系统 远程教学管理系统运行于 Internet 环境，为了 满足各种不同系统的要求，管理软件的开

16、发必须遵 循开放系统的原则，与平台无关，必须遵循公共的国 际标准，以方便今后的 升级和维护 .其主要功能有： 1) 学生管理 .提供学生注册、学习、考试、成绩、 学位等的管理功能 . 2) 教师管理 .实现对教师的任职资格审査、教 学档案管理、授课管理、考核及评价管理等功能 . 3) 教务管理 .进行专业教学计划管理和课程计 划管理，提供教学内容发布功能 . 2. S 教学评价系统 系统具有网络教学评价的特点，包括对学习者、 教师、教学资源、网络教学支撑系统等方面的评价 . 1) 对学习者的评价 .主要包括学习者在学习过 程中的交互程度、答疑情况、资源利用情况、作业、考 试等 . 2) 对教师

17、的评 价 .主要包括师生交互程度、作 业与答疑情况、教学活动的组织情况、学习材料的提 供情况和学生的考试成绩等 . 3) 教学资源库评价系统 .主要包括教学内容的 组织评价、多媒体信息的组织评价、教学策略评价、 传输方式评价、作业评价、考试评价等 . 4) 教学支撑软件评价系统 .主要包括支撑软件 的可操作性、方便性、实用性和有效性，支撑软件使 用的数量等 . 3 结语 要充分利用卫星及互联网等信息技术、网络技 术和计算机技术，建立现代远程教学体系，逐步创建 使学生不受时间、地域限制的开 放型学习环境，突出 培养学生在发现知识、探索知识、整合知识方面的能 力，建立方便学生自我建构知识的个体化自

18、主学习、 协同学习和可重复学习，并提供各种可能的形式进 行广泛交流讨论的新型教学模式 . 参考文献： 1 中华人民共和国教育部 .面向 21世纪教育振兴行动计 划（摘要 ）J人民教育 ， 1999,(4) :7. 2 罗竞 .现代远程教育的理论和方法 J.电化教育研究， 2000, (1)： 24, (下转第 3 奶页） 万方数据 第 4 期 王林等 :现代教学媒体的教学效果研究 345 特别是课程的不同情况，适时适当灵活地应用多媒 3王淑丽，沙德生多媒体技术在课堂教学中的运用 J. 体教学课件，以实现最佳的教学效果 . 成 人教育 ,2003,(8):71. 参考文献： 1 李克东教育传播科

19、学研究方法 M.北京：高等教育 出版社 ，1990. 104-106. 2 翁素妆现代教育技术在教学中的应用 J.电化教育 研究，2000,(9):78. 4 刘成新，李兴宝对技术文化环境下学校教育技术发展 的思考J.电化教育研究， 1999,(2):14. 5 楼广赤注重教学媒体组合使用提高课堂教学实际效 果 J.电化教育研究， 2001,(6) :50. 6 韩月玲 .多种媒体课程资源整合探讨 J.现代远距离 教育，2003,(2) :33. The Research of Teaching Effect Using Modern Teaching Media Wang Lin , Cai

20、 Shengqing (School of Physics and Electrical Information Science. Ningxia University,Yinchuan 750021 .China) Abstract： On the basis of the fulfillment of giving lectures in the multi-function projection classroom by using the multi-media lesson piece in recent years, the author, after making investi

21、gation, analysis and giving demonstration on such issues as the teaching effect in the form of questionnaire, finally reached the conclusion that the use of modern teaching media can actually produce good effect in teaching. Key words： multi-media lesson piece； teaching medium； teaching effect (责任编辑

22、、校对马健） (上接第 338 页） 3 余胜泉 .基于 Internet 的教学模式 J.中国电化教育， 1998, (4)：27, 4 施良方 .课程与教学的基本原理提要 J.河南教育， 2003, (11)： 15. 5 崔光佐 .基于 WWW 的网上虚拟实验室的设计与实现 J.教育技术通讯， 1999, (1):31. 6 詹碧卿 .现代远程教育教学模式探讨 J.中国远程教 育， 2002,（ 2) ,43. Design and Realization of Distance Learning System Wang Xueming (School of Distance Educa

23、tion, Ningxia University, Yinchuan 750021,China) Abstract.It is applying IT to renovate teaching contents as well as methodology that makes it possible via CAI information platform on the Internet to set up learning circumstances for developing students? creativity and improve teaching efficiency al

24、ong with quality to a great extent. This paper describes how to implement distance learning network system by means of the learning resources in Internet, including classroom online，electronic teaching plans， exercises correction， discussion and question answering, search for learning materials， and testing online， etc. Key words： distance learning,* teaching online； classroom online (责任编辑、校对马健） 万方数据