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基于Web方式协同远程教学模式和教学环境的实现

文章来源：互联网点击数：更新时间：2006-4-5

作者：刘新福/王光彩/黄清华/顾君忠主题类号：G5/成人教育学刊

【文献号】1-167
【原文出处】《电化教育研究》
【原刊地名】兰州
【原刊期号】200012
【原刊页号】37～39,55
【分类号】G5
【分类名】成人教育学刊
【复印期号】200104
【标题】基于Web方式协同远程教学模式和教学环境的实现
【作者】刘新福/王光彩/黄清华/顾君忠
【作者简介】刘新福/王光彩/黄清华/顾君忠　华东师范大学计算机系系统所　上海　200062
【内容提要】随着网络技术和多媒体技术取得了很大的发展，远程教学系统趋向Web化。参与教学活动的成员构成了群体，群体成员的交互构成了协同行为。本文利用CSCW的方法，提出和实现了一个基于Web方式的面向群体的协同工作的远程教学系统。通过这个系统，组成学习群体的成员能够很好地进行协同式的教学过程，基于H.323和T.120协议，实现了多媒体现场课程会话。同时提出了课程应用和用户的数据库管理式。本文描述了这个系统的结构模型和实现方法。
【关键词】CSCW/远程教学/多媒体/体系结构/群体行为
【正文】
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
一、简介
随着网络技术和多媒体技术取得了很大的发展，远程教学系统趋向网络化。教师讲授的内容通过网络传给每个学员，学员则通过与网络相联的计算机获得教师讲授的内容，以网络作为传输信息的载体，因此可以不受地理位置和学员人数的限制，只要学员将计算机连入教学网络，就可以使用该系统进行学习。
与任何教育形式一样，远程教育对象也是特定的，参与构成远程教育的成员的集合构成了不同的教育群体。我们将参与教学活动的成员（包括教师和学生，甚至系统管理员）划分为群体，是有实际意义的。首先，参与的对象是特定的，其次，将成员划分为群体便于管理。如何实现群体成员参与的协同的网络教学系统是一个值得研究的课题。其中的关键，我们认为是要构建一个具有很好协同能力的远程教学网络环境。它基于CSCW即计算机支持的协同工作(Computer SupportedCooperative Work)技术。CSCW研究群体中的人们如何协同工作及用计算机支持这种工作的方法。真实的教学中，教师和学生的交互与教学环境构成了一种协同形式，仔细研究教师和学生的行为并构建符合这种形为的远程教学系统，是很有意义的。
针对真实教学模式，任何课程都必须进行用户的管理。每一个课程都必须针对某些人员（包括教师和学生）进行，教师在设立某个课程的时候，也往往是针对特定的学生进行。在协同式教学环境中，我们认为，教师可能对其学生进行管理和跟踪，了解学生的学习行为和对课程掌握程度。设定一定的安全机制和用户管理模式，也是为了系统安全和网络的正常运行，防止恶意参与课程。
在远程教学模式下，学习的方式可以分为现场教学模式和自主学习模式。现场教学模式中，教师和学生同时登录系统，教师系统地传授各种知识给学生，同时通过各种工具与学生进行多媒体交互。自主学习模式下，学生通过系统提供的各种工具和内容进行自主学习，这时在系统中，课程被教师以课件的形式提供给学生。一个课件包括课程中的文字、图形、图像、声音等各种媒体，它们被有机地组织在一起。学生可以通过协作工具直接向教师提出疑问，教师可以现场答疑。学生之间也可以通过视频会议系统进行现场讨论。
由于Internet的飞速发展，远程教学模式也开始趋向于Web化。在这种方式下，学生或教师只要有一台计算机，而且连上了Internet，就可以通过软件进行远距离教学，不需要特殊的硬件。在这样的系统中，学生可以进行学习、考试、讨论等，学生和教师之间可以传输文字、图形甚至声音、图像等各种信息，可以说是基于视频会议的实现方式，充分利用视频会议系统所提供的特殊功能。这种系统，在局域网内容易实现，要实现在Internet上有很好质量的远程的视频传输，对网络带宽有一定的要求，但是由于可以利用多种语音和图像的压缩，在一定的服务质量(Qos)下，在Internet上还是可以实现具有视频会议质量的教学效果的。
我们将CSCW应用于在远程教学方案中，实现了一个协同式的基于Internet的远程教学系统。学生和教师可以通过Internet同时登录教学网络组成的虚拟教室，共同完成教和学的各种任务，学生也可以单独登录，参加事先由教师创建的课程学习。这是一种学生和教师可以在异地完成教学活动的教学模式，很有实用性。根据群体的教学模式，我们将参与不同课程学习的成员归入到不同的群体中，实行集中式的管理。
二、体系结构模型
在这个系统中，所有的协作功能的核心都是在协同教学服务器上实现的，用户的多媒体客户机通过Internet与服务器相连，构成一个虚拟的教学环境。
系统采用客户／服务器(Client/Server)结构。组成系统的每一个代理都是自主完成某项任务或一系列任务的实件。在客户机端，协同代理对参与者进行登记（包括参与者的标识、身份、参与的应用），并加入到用户数据库中。当参与者参加讨论时，还要控制讨论成员之间的信息通讯，完成定向发送、接收和处理协同信息的任务。在服务器端，协同代理是群体协同学习的组织者，对学习者的状态、行为和权限进行管理，其中包括发言权的请求及释放等。当协同代理检测到某个（些）参与者提出协同学习的申请时，首先对申请者进行身份认证并确定其在参与的应用中的权限，随后将其加入到应用中。服务器协同代理是发言的授权者，所有讨论内容都是在共享窗口内进行的。一方面，接收来自客户机的协作请求消息并通过声音和弹出信息窗通知教师客户机，另一方面，将教师的指示和对请求消息的处理结果通知学习者。
附图{图}
一个信息交换代理决定如何处理消息。通过信息交换代理这一接口，与协同代理所管理的应用交互地对学生信息进行详细登记或接收、传递消息。协同代理对信息交换代理传递来的消息进行识别，并启动相应的应用代理。协同应用代理按照协同界面技术启动共享窗口和协作成员状态窗口，负责处理学生的协作请求消息（如提出协同学习的请求、加入讨论组、退出讨论组、申请发言等），对这些消息进行识别、过滤，将合法信息传递给服务器端协同代理，由其负责协同教学的统一管理。
所有用户信息保留在用户数据库中，课程服务必须使用课程服务数据库，对课程服务数据库的应用必须利用用户的信息进行身份认证。
三、系统实现
教学环境建立在WindowsNT平台上，数据库管理采用 Lotus Notes，结合T.120数据会议技术、H.323技术进行实时报文传递，来创造一个实时的、交互的虚拟学习环境。教师和学生使用这个虚拟环境，参与实时的、交互的再线的课程任务。在一个现场任务中，教师和学生之间的交互可以通过实时的协作工具，例如共享应用、共享白板、文本交谈以及Web方式的课堂授课以及提问一解答、Web方式的“跟我学”等。下面是系统中的几个关键部件。
1.系统协同应用中，包括一个多媒体多点控制单元(MMCU)，MMCU基于H.323协议，包括MC和MP。我们采用非集中式的多点会议的方法，所有的终端将音频、视频、数据及控制发送到MMCU，发送形式是点到点的形式。MC使用H.245控制功能集中管理会议。MP进行音频信号混合、数据分发和视频信号切换/混合，然后将数据返回给参与会议的终端。由服务器担任MMCU的功能，客户机发出的请求应用信息通过服务器的信息交换代理启动协同代理，启动MMCU应用，由其切换、混合来自各系统终端的多媒体数据，并由其进行多点分发。针对来自不同系统终端的多媒体数据的切换（这些数据可能是由于某个学生要举手提问或教师需要将视频切换到某个学生的窗口），具有主持课程的权限的教师，可以根据其他与会终端的申请或者课程的实际情况来决定将发言方从一个终端切换到另一个终端，MMCU接到教师终端的命令后，会向其他与会终端发送切换发言方的通知消息。原来的发言方接收到切换发言方的通知消息以后，会停止采集多媒体数据；新的发言方接收到切换发言方的通知消息以后，会开始采集多媒体数据，然后由发送线程发送数据，并由MMCU转发，执行多点广播。
2.会议服务(Meeting Services)
会议服务基于T.120协议。T.120标准包含一系列支持实时多点数据通讯的通讯、应用和服务协议，其中，T.126定义了用于浏览和标注两个应用之间传输的静态图像的协议，支持不同平台上的应用系统之间方便地进行可视化信息共享，利用它可以实现电子白板的功能。协作教学环境中的多点通讯服务(MCS)基于T.122、T.125协议。T.122为开发者定义了多点服务，T.125声明了数据传输协议，它们共同构成了MCS-T.120会议的多点“引擎”。在一个实时交互的课程会议中，多个端点（或MCS节点）构成了T.120中的域(domain)。一个域就是一个课程会议，其中包括许多节点（客户机）和一个多点控制单元(MultipointControl Unit,MCU)。每个域中存在一个MCU管理会议的关键信息，如果MCU终止工作，课程会议则结束。
3.群体服务的协同管理(Cooperative Group Management)
成员以群体进行组织管理。各个成员只能与自己所在的群体成员（参与同一个课程会议的这些成员）之间自由地在电子白板上或使用聊天工具发表自己的意见，而参与其他课程的群体成员不影响他们。电子白板提供若干工具（绘图工具、文字编辑工具等），任何参加讨论的成员均可在电子白板上写入文字，画上图形，采用消息传递机制驱动WYSIWIS的多用户界面。一个参与者的任何输入、作为系统的事件消息、有关协同的消息传送给本地机上的协同代理，启动相应的应用；而教师的任何输入事件消息传送给服务器协同代理，负责对本地的共享数据进行操作，同时将这一事件消息实时地多路传输给某个群体讨论组在其他站点上的协同代理，从而同步实现对共享数据操作，保证了共享窗口内容的一致性。由于教师也属于某个群体，因此，他只能参与某个群体的协作。由于系统能提供多个实时课程服务，因此可以有多个群体参与不同的课程的教学，这对应于某个学校同时有好多个班级同时进行不同的课程教学。
4.课程管理(Course Management)
课程管理采用数据库方式：对于课程服务应用中包括四种类型的Lotus Notes数据库。系统门户数据库：是通过Web浏览器访问虚拟教室的门户，它包括首页和相关的应用超连接。它是应用的进入点。
中央数据库：允许教师和学生建立在线课程和现场会话。教师和学生访问中央数据库，加入课程的学习，教师也可以通过中央数据库建立新课程。
会话数据库：如果用户加入在线课程或现场会话后，在会话数据库中将产生现场会话，这时系统生成一个虚拟教室，课程教学在此虚拟教室中进行。学生和教师利用大量的协作工具进行实时交互。这些工具包括聊天工具、会议服务、实时的音频和视频传输（通过调用Microsoft　NetMeeting实现）。
材料数据库：存储在线课程或现场会话所需要的材料，包括电子白板等协作工具、课程的共享内容、问题和解答集、课程的练习材料和教学文档等。其中，“跟我学”工具可以让教师控制学生的浏览器，使其所显示的页面内容与教师的同步。这一点对于应用教学文档是很重要的。通过它，学生可以跟着教师提供的素材进行学习。材料数据库包含在会话数据库中，一个课程是由教师设立的，这时候教师将这些内容加入进去。
系统设计能实现实时的交互式的虚拟教室，并实现现场课程教学任务。在系统中可以同时开始多个课程的教学，只要用户登录到相应的会话数据库中，教师可以创建实时课程并安排课程的开始和结束日程和时间表，并同时编辑课程（创立教学文档和组织教学素材、管理材料数据库）。
5.用户的管理(User Management)
在这个系统中，所有参与者都必须是注册用户，每个注册了的用户的详细信息都存储在服务器端的地址簿(Address Book)中，包括用户名和网络密码等。针对每一个应用，由管理员决定参与的群体中的每一个成员，并指定每个成员的访问权限是教师还是学生。系统提供了一个管理工具，管理员可以通过管理工具，快速指定其权限。用户通过管理员登记入系统中。用户也可以通过匿名访问，进行自我注册访问系统，但是这时用户的权限只限定为学生。每一个应用相应的数据库都有一个用户访问控制列表Access Control Lists(ACLs)，列表中指定了每一个用户的访问权限，这由管理员指定。群体的管理模式对大量用户的管理来说是很方便的。
四、结束语
我们利用CSCW的机制，实现了一个基于Web方式的协同工作的远程虚拟教学系统。通过这个系统，能够很好地进行协同式的教学过程，实现了多媒体交互、教师主持学习或自主学习，并基于H.323和T.120实现了多媒体现场课程会话的功能，同时能够合理地实现对应用和用户的管理。系统经过实际应用，取得了很好的效果。这个系统无论对成人教育、职业培训、获取新知识和新技能以及教育信息资源共享等方面的要求和发展，都提供了一种最有效的手段。
【参考文献】
[1]王赛.CSCW在远程教学中的应用[J].计算机应用研究，1999,(3).
[2]李人厚，郑庆华，鲍家元.CSCW的概念、理论和应用[J].计算机工程与应用，1997,(2).
[3]王晓琳，曾广周，孟利荣.基于CSCW协同式CAT研究[J].计算机应用研究，1999,(4).
[4]蔡庆玲，朱光喜.多媒体协同编辑系统设计与应用[J].电子技术，1999,(6).
[5]ITU-T Recommendation T.120 Data Protocol forMultimedia Conferencing[Z].
[6]ITU-T Recommendation H.323 Packet-Based MultimediaCommunication System[Z].

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