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1、基于 Web 的远程教育学习环境摘要近年来,远程教育已经成为计算机网络的一个重要应用.本文主要介绍了远程教育的两种学习方式和基于 Web 的远程学习环境所必须具备的功能.我们按照这个原则构建了一个远程教育的学习环境.并详细介绍了远程教育系统的结构和功能模型,系统的具体实现.关键词World Wide Wed远程教育远程学习环境课件CGIPerl课件制作工具分类号TP39111.引言远程教育(Distance Education)与远程学习(Distance Learning)这些术语常指指令源与学习者在不同的地点有交互连接的的教育行为.现代远程教育的核心是,通过技术来实现教师与学生之间的指令交
2、流,其特点是,借助教育机构的影响力,通过已有的双向通信和教育媒体,来连接在地理上相互隔离的教师和学生.21 世纪是计算机和网络的世纪,各国都在争相建设自己的信息高速公路.作为信息高速公路的雏形-Inter-net,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.World Wide Web 已成为 Internet 上最流行和最具潜力的信息查询方式.在新一代 Internet用户看来,Internet 就是 Web 的同义语.Internet 上 Web 站点的创建能给信息高速公路提供更多的信息源,为广大用户服务.目前,WWW 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
3、力越来越明显,尤其在开放的和远程的学习方面,WWW 因它的超媒体功能更显得独具魅力.超文本和WWW 的广域网络功能的结合,是开发 WWW 技术,使之实现开放和分布的超媒体,并用于教学目的的主要原因.随着中国教育和科研计算机网(CERNET)的发展,为将计算机网络用于远程教育提供了一个良好的环境.在 1996 年,我们东北大学软件中心承担了国家教委组织的国家重点攻关项目中“典型计算机网络应用技术”专题的“远程教育课件制作系统”子专题的研究工作.其目的在于在 CERNET 现有网络资源和分布式多媒体技术基础上,重点研究符合我国国情的远程教育模式、体系结构和实现技术.2.远程教育学习环境的重要特征2
4、.1 远程教育的学习方式传统教育的学习方式主要包括课堂学习和课后学习,课堂学习是以教师为主体的学习方式,在课堂学习中所有的学生获得的信息都是一样的.课后学习是以学生为主体的个性化学习方式,学生可以根据自己的需要选择学习的内容和学习方法.远程教育学习环境中,可以通过相应的技术在网络上实现这两种学习方式.因为传统的课堂学习中信息交换的方式以同步为主,课后学习过程中信息交换方式以异步为主,因此,可以将基于网络的远程教育的学习方式分为同步学习和异步学习两种.同步学习的特点是具有实时的交互性,这就要求在网络上实时地传输大量的多媒体信息,因此对网络的带宽有很高的要求.具体的例子有:虚拟教室(Visual
5、Classroom)、教学点播 (Education On Demand)、 计算机会议、IRC(Internet Relay Chat)等.异步学习方式的特点是不受时间的限制,学生可以在任何时间进行学习,学生所见到的是更加个性化的学习环境.相对同步学习方式而言它对网络的带宽和传输速率的要求不高,具体的例子有:公告板(BBS)、E-mail、电子教材等.2.2 远程教育学习环境应具备的几个功能为了能够适应上述两种学习方式的要求,远程教育的学习环境必须具备几个重要的功能:1.具有超媒体信息处理能力.超媒体就是超文本概念在多媒体文档中的应用.这就要求在这个学习环境中不但能处理各种文本、图形、声音和
6、动画,而且还要在大量的超媒体信息中提供导航的功能.2.具有实时的全双工和半双工的交互能力.这种实时的交互主要用于同步的学习过程.它应该具备点对点和点对多点的通信能力,用来模拟课堂教学和学生实时分组讨论.3.具有多媒体课件制作功能.课件是教学内容的具体体现,课件的制作和开发过程涉及到许多领域的知识,好的课件制作工具可以使一些不懂计算机的教育专家通过简单的操作制作出内容丰富、生动的课件.4.具有个性化的学习环境.远程教育学习环境不同于普通的 Web 主页,学生看到的应该是更加个性化的学习内容.系统应该根据学生的学习进度、考核成绩和学生自己的要求给出不同的学习内容,使每个学生都能有针对性地进行学习.
7、3.基于 Web 的远程教育学习环境的实现3.1 系统的总体结构根据上述的特征,我们构建了一个基于 Web 的远程教育的学习环境.整个系统采用客户/服务器模式,系统的图 1系统总体结构结构如图 1,系统主要分成两部分:3.1.1 课件编辑工具课件编辑工具是基于 PC 机的一套多媒体网络课件制作环境,由于以往的 CAI 课件制作工具制作出来的课件大多局限于特定的支撑环境,多数不能应用于网络.利用我们这套课件制作系统生成的课件文本是标准的 HTML 格式,声音、图像和动画都是网络上通用的标准格式,客户端用浏览器就可以访问.课件的制作过程无需任何程序设计,普通的教师通过简单的学习就可以完全掌握.从而
8、减少了课件开发的人员,提高了课件开发的速度和质量.3.1.2 基于 Web 的远程教育系统服务器系统的服务器可以运行在 Windows NT 和SUNSloaris 平台上,它包括课件信息数据库,学生信息数据库和一些同步、异步的交互工具.主要用于课件信息、学生信息的管理和维护.3.2 系统的主要功能远程教育系统提供的功能如图 2 所示:如上图,系统的功能可以分为四个部分:3.2.1 身份验证功能模块该系统提供了三种类型的用户:系统管理员、课件制作者和普通学生.用户登录时,系统首先根据注册号和口令来判断是否为合法用户,及用户的权限.系统中的每个功能模块中都有一个控制访问权限的文件.htacces
9、s.其中规定了模块合法的访问者,当用户试图调用这个功能时,服务器自动从用户的请求帧中取出请求者的注册号和口令,图 2系统功能模型再根据.htaccess 从口令库中取出相应的合法口令与用户的口令进行比较.如果相同就允许用户调用这个功能,否则就要求用户重新输入注册号和口令.系统对不同的用户提供不同的界面.界面由系统根据用户的权限自动生成.系统提供两种课件访问方式:一种是集中管理的课件,如果要学习这种课件,首先向该课件的管理者申请创建一个学生账号,然后学生才可以访问这个课件;另一种是自由访问课件,访问者自己可以创建学生账号并访问.系统根据用户的权限调用下述三个功能.3.2.2 系统管理功能模块由系
10、统管理员使用该功能.管理功能主要包括:添加和删除课程:系统管理员负责课程的管理,为课程创建目录,为课件的制作者或教师设定一个初始口令,删除过时课件等.修改课程口令:如果课件制作者忘记了自己的口令或者口令被窃取,系统管理员可对课程的口令进行修改.系统维护:对系统的日常运行情况进行监控,一旦发现问题着手解决.3.2.3课件制作与管理功能模块该模块是系统的关键,功能主要包括:课件内容的组织:课件中不仅包含文本信息,还包括大量的音频、视频等多媒体信息.需要对这些信息进行有效地组织和管理,该功能方便了学生对课件内容的访问和教师对课件内容的修改.系统提供了一个类似于书本目录的功能.教师可以为课件制作一个层
11、次结构的目录,目录中的每一个条目对应一个 HTML 文件.目录中可以嵌套子目录.学生在进行课程学习的时候,通过点击目录中的标题来访问相应的内容.进入课程内容后,系统提供了导航功能.学生可以通过点击一些图标自动跳转到下一节、上一节、课程目录或系统的首页.这样使学生在学习时不至于迷失方向.课件内容的编辑:在本系统中大部分的课件编辑工作是由上面提到的课件编辑工具完成的.只有对课件内容的简单修改才在服务器上实现.这主要考虑到效率问题.教师可以通过该功能为课件的每一个章节指定学习目标、参考文献、词汇索引等辅助信息,还可以添加一些音频和视频文件来模拟与课程有关的实验和演示.学生管理:教师可以根据学生的考核
12、成绩和学习进度对学生进行分组,这样便于教师控制学生的学习进度和难度.系统对学生每次访问时间、内容等信息进行记录,教师通过这些信息考察学生的学习态度,对学习不认真的学生可以通过 E-Mail 进行督促.课程管理:主要功能是对课程的内容进行备份,对学生的成绩进行管理,和维护系统中提供的各种交互工具.教师可以决定学生在每个课件中使用哪种交互工具,包括同步的IRC(Internet Relay Chat)、异步的电子邮件、公告板等.指导学生学习:教师可以通过学生跟踪、成绩管理、观看课程公告板和电子邮件等方法了解学生的学习情况并对需要指导的学生利用公告板和电子邮件进行指导.教师如果发现了某些共性的问题还
13、可以在某个时间通过实时的在线讨论进行具体的指导.教师可在公告板上公布答疑时间,有问题的学生在规定的时间里进入系统的聊天室提出自己的问题,教师对学生提出的问题给予解答.3.2.4学生学习功能模块系统提供了同步和异步两种学习方式,学生可以自己选择.功能主要包括:学习课件内容:属于异步学习模式.学生可以自己选择学习时间和学习内容.教师对课件的每一个章节给出明确的学习目标和与之相关的参考文献、词汇索引、音频和视频文件.学生利用这些辅助信息完成对课件的学习.参加课程测试:教师为了检查学生的学习效果,可在课程的某一部分加入一些测试题目,也可针对整个课程编写一套测试题.学生通过这些测试考查自己的学习效果.实
14、时分组讨论:属于同步学习模式.考虑到目前国内网络的带宽和速率,我们采取了字符方式的实时交互.系统设立了一个在线聊天室,里面分为几个不同的讨论区,每个讨论区可以针对一个专题进行讨论.学生根据自己的需要选择一个专题,就可以和区内的其他学生或教师展开讨论.提出疑难问题:学生在学习的过程中如果遇到了问题可以利用系统提供的电子邮件功能发信给教师或其他同学,还可以将问题粘贴在课程公告板上等待其他人的回答. 3.3系统的具体实现系统的主要配置:整个系统主要分成客户端和服务器端两部分:（a）系统对客户端的要求不高,只要一个通用的 Internet 浏览器,如:netscape3.0 版(或更高)、Intern
15、etExplore3.0(或更高)即可.(b)服务器端可以运行在 Windows NT 和 SUNSolaris 两种平台上.采用了 Apache 的HTTPD 服务器.系统的软件实现:系统的服务器端的功能主要通过 CGI 实现,由于 Perl 的字符串处理功能十分强大所以被广泛用于编写 CGI 程序.本系统的 CGI 程序全部由 Perl 实现.在 Perl 语句中可以通过设置 Content-type 的值来设定输出的格式,例如:printContent-type:text/htmlnn;#设定下面的输出为HTML 格式print远程教育学习环境;#输出文档的标题:远程教育#学习环境用户通
16、过浏览器就可以直接看到程序运行的结果,而且每个页面都是根据用户的不同权限和要求自动生成的.课件内容在服务器端是以文件形式存储的,系统提供了一个文件管理器来管理系统中的各种多媒体课件资源.系统中提供的实时交互工具是用 Java 开发的一个 Applet,用户在点击了该图标后,浏览器会将 Applet 下载到本地运行.这时用户可以看到六个房间,他可以选择一个房间.进入房间后,可以看到房间内所有的人和他们的谈话内容并和他们进行交谈.基于 PC 机的课件编辑工具用 Visual Basic 开发,克服了一些 HTML 制作工具不支持中文的缺点.并且带有课件的管理功能,用户通过可视化的操作就可以对课件的章节进行添加、删除和修改.该工具是一个多文档编辑器,用户可以编辑多个 HTML 文档.每个文档使用一个名为 RichTextBox 的 ActiveX 控件,与普通的 TextBox 控件相比,它具有以下优点:可以编辑长度超过 64K 的文档、可以改变字符的字体大小的颜
