虛擬分布式教學(xué)環(huán)境的設(shè)計

1、虛擬分布式教學(xué)環(huán)境的設(shè)計錢紅建 江寶全 陳慶章浙江省淳安縣人民政府信息中心 311700 qhj浙江工業(yè)大學(xué) 310032 qzchen摘要:網(wǎng)絡(luò)普遍的使用，對于教育的影響日益增加。本文介紹了在因特網(wǎng)支持的學(xué)習(xí)環(huán)境下，利用Virtual Reality、HTMLpages、ASP及Java等技術(shù)實現(xiàn)一個虛擬的教學(xué)環(huán)境的項目的工作。該項目通過因特網(wǎng)連接各種教學(xué)用的服務(wù)器來提供相關(guān)教學(xué)教材和工具，組成一個完整的教學(xué)系統(tǒng)。項目的重要特色是分布式的系統(tǒng)設(shè)計。關(guān)鍵字：遠程教學(xué)、虛擬現(xiàn)實、分布式計算環(huán)境、多媒體The Virtual Design of Distributed Teaching And L

2、earning EnvironmentHongjian Qian, Baoquan Jiang, Qinzhang chenInformation Center of Chunan City GovermentChunan ,Zhejiang 311700,E-mail: qhjZhe Jiang University Of Technology 310032 qzchenWith the popularization of the web, its effect on education are increasing. This article introduce us a project

3、how the technologysuch as Virtual Reality, HTML pages, ASP and Javawill work under a virtual environment. This project provides of several relatively teaching materials and tools by linking all kinds of service wares used for teaching to the Internet. Thus, it forms an integrated teaching and learni

4、ng system. The most distinctive feature is the distributed systematic design.Key Words: Fronttraining、Virtual Reality、Distributed Computing Environment、Multimedia1. 項目背景因特網(wǎng)的普及使得教育上的應(yīng)用也由傳統(tǒng)的師生課堂教學(xué)、利用單機的電腦輔助教學(xué) 12發(fā)展到現(xiàn)在基于網(wǎng)絡(luò)的輔助教學(xué)。通過網(wǎng)絡(luò)來進行學(xué)習(xí)活動，不僅可以將學(xué)習(xí)的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送，更增加了隨時、隨地可以學(xué)習(xí)的特點3，這就是正在蓬勃發(fā)展的的“遠程教學(xué)”。遠程教學(xué)(distan

5、ce learning)45一詞出現(xiàn)于十九世紀上葉，指的是有別于學(xué)校教育的自修教學(xué)，后來泛指教師與學(xué)生不在同一地點進行教學(xué)6。因此遠程教學(xué)必須通過媒介來將知識經(jīng)由教師傳遞給學(xué)生，以往都是利用書籍、錄音帶、錄影帶等傳統(tǒng)媒介，現(xiàn)在由于網(wǎng)絡(luò)的普及，我們也可利用網(wǎng)絡(luò)來作為教學(xué)傳播媒介。利用網(wǎng)絡(luò)的特性，將有關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)的歷程傳送到一個數(shù)據(jù)服務(wù)器統(tǒng)一儲存與管理，不僅可以控制整個學(xué)習(xí)流程的進行，還可以使幫助老師隨時掌握每個學(xué)生的學(xué)習(xí)進度與狀況，適時介入給予學(xué)生指導(dǎo)。本項目將利用因特網(wǎng)設(shè)計一個虛擬學(xué)校的教學(xué)環(huán)境。2. 項目設(shè)計圖1為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計系統(tǒng)時考慮到系統(tǒng)運作方式及人機介面等等的因素，將系統(tǒng)分為五

6、大單元。虛擬教學(xué)系統(tǒng)學(xué)習(xí)歷程小組學(xué)習(xí)網(wǎng)上教材實驗系統(tǒng)搜尋系統(tǒng)圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體規(guī)劃時遵循以下設(shè)計理念：2.1分布式設(shè)計由于遠程教學(xué)會因為太多學(xué)生同時上網(wǎng)導(dǎo)致服務(wù)器反應(yīng)變慢甚至無法服務(wù)，由此造成學(xué)習(xí)流程不順暢將會影響學(xué)生的注意力，學(xué)習(xí)活動中最忌諱的就是學(xué)生的注意力無法集中，輕則學(xué)習(xí)效果不佳，重則會中斷學(xué)習(xí)的情緒，因此在學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)當要將所有可能影響學(xué)生注意力的因素排除。通過分布式計算結(jié)構(gòu)的設(shè)計，我們將系統(tǒng)依功能分為若干子系統(tǒng)，負責各功能的子系統(tǒng)可集中運行于同一主機或通過網(wǎng)絡(luò)在多臺電腦上分別執(zhí)行，以減輕主機負荷并增加系統(tǒng)的擴充性與靈活性；系統(tǒng)中主要的四種服務(wù)器程序可依需求安裝在同一臺主機或

7、多臺主機上。2.2集中控制學(xué)生的學(xué)習(xí)歷程數(shù)據(jù)會集中放置在一數(shù)據(jù)服務(wù)器，如此老師可隨時通過網(wǎng)絡(luò)連接上此服務(wù)器，讀取相關(guān)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀況。2.3數(shù)據(jù)易于修改本系統(tǒng)在開發(fā)時即考慮到未來之擴充性，因此不論是在教材與教具的制作、題庫的制作、相關(guān)說明的連接等等，均可在系統(tǒng)中以所見即所得的方式做修改，增加系統(tǒng)界面的親和力，讓老師可以因應(yīng)不同課程或課程修改的需求來更改相關(guān)數(shù)據(jù)。3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)的服務(wù)器依其所負責的功能可分布于多臺主機或同一臺主機，可以依當時環(huán)境或需求做變化，如果經(jīng)費不足，則可以把所有服務(wù)器安裝在同一主機，或是有足夠的硬件設(shè)備，則可以依服務(wù)器負載輕重，把負載較重的服務(wù)器獨立使用一臺

8、主機，甚至是多臺主機一起服務(wù)，增加系統(tǒng)運作與需求的彈性和安全性。服務(wù)器端主要分為學(xué)習(xí)控制服務(wù)器(Learning Control Server)、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(Learning Database Server)、教材服務(wù)器(Teaching Materials Server)、電子布告欄服務(wù)器(BBS Server)四個服務(wù)器，服務(wù)器之間通過TCP/IP進行溝通，每個服務(wù)器均通過因特網(wǎng)與用戶溝通。3.1學(xué)習(xí)控制服務(wù)器(Learning Control Server)學(xué)習(xí)控制服務(wù)器是整個系統(tǒng)的中心，主要的工作是負責對用戶通過網(wǎng)絡(luò)所提出的要求做服務(wù)，當用戶需要其他服務(wù)器服務(wù)時，協(xié)助用戶將網(wǎng)絡(luò)連

9、線轉(zhuǎn)到用戶提出需求的服務(wù)器，所以此服務(wù)器可以說是整個系統(tǒng)對外的服務(wù)窗口。除此之外，學(xué)習(xí)控制服務(wù)器主要就是在紀錄與分析學(xué)習(xí)歷程。學(xué)習(xí)控制服務(wù)器依功能可以分為兩個子系統(tǒng)學(xué)習(xí)歷程子系統(tǒng)(Learning Track Subsystem)和統(tǒng)計分析子系統(tǒng)(Statistic and Analysis Subsystem)，圖2是各子系統(tǒng)的運作流程圖。ClientStatistic and Analysis SubsystemLearning Track SubsystemRead Learning TrackStore Learning TrackLearning Control ServerLear

10、ning Database Server圖2 各子系統(tǒng)運作關(guān)系圖學(xué)生從登入本系統(tǒng)開始，學(xué)習(xí)歷程子系統(tǒng)就開始記錄學(xué)生在使用系統(tǒng)時的學(xué)習(xí)狀況，這些學(xué)習(xí)記錄包含學(xué)生使用系統(tǒng)時間、學(xué)生在各階段的學(xué)習(xí)狀況、學(xué)生在問答時的狀況、觀看花費教材時間，以及使用實驗教具的過程等等，都會一一加以紀錄，以作為統(tǒng)計分析之用。當學(xué)生學(xué)習(xí)告一段落之后，學(xué)生或是老師需要知道目前學(xué)習(xí)進度時，我們希望用很簡單的方式，就能夠讓學(xué)生或老師得到充分的學(xué)習(xí)信息；為此我們設(shè)計了統(tǒng)計分析子系統(tǒng)，來解決這個問題。統(tǒng)計分析子系統(tǒng)將會取出學(xué)習(xí)歷程子系統(tǒng)所紀錄有關(guān)于學(xué)生的學(xué)習(xí)歷程信息，利用餅圖或曲線圖等圖表，將眾多的學(xué)習(xí)歷程信息加以分析整理，并通過

11、統(tǒng)計后的信息來了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。3.2 學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(Learning Database Server)在學(xué)生未使用系統(tǒng)前，系統(tǒng)管理員或是老師就必須將學(xué)習(xí)活動中會使用到的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，如教材版面規(guī)劃、教材的內(nèi)容或連接位置、學(xué)生帳號等等，這些數(shù)據(jù)會放在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。另外在學(xué)習(xí)的過程中會產(chǎn)生各種新信息，我們也將這些信息存放在數(shù)據(jù)庫中集中控管，因此學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫會存放所有系統(tǒng)的信息。3.3教材服務(wù)器(Teaching Materials Server)由于學(xué)生在進行學(xué)習(xí)活動時，若學(xué)生對于正在學(xué)習(xí)的內(nèi)容不了解時，需要提供教材讓學(xué)生進一步學(xué)習(xí)；因此教材服務(wù)器就是負責將相關(guān)教材搜集、整理后

12、讓學(xué)生使用，而不用讓學(xué)生還要四處去找數(shù)據(jù)或是只能重復(fù)看到一些老舊的數(shù)據(jù)，圖3為教材服務(wù)器子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。ClientTeaching Materials Page SubsystemExperiment SubsystemTeaching Materials ServerSearching SubsystemInternet教材服務(wù)器除了可以存放靜態(tài)的教材或是教材的網(wǎng)絡(luò)連接之外，還能提供虛擬及實際實驗教具作為教材；另外還能夠從因特網(wǎng)上搜尋相關(guān)的數(shù)據(jù)成為教材，提供多樣化的信息來源，讓學(xué)生有豐富的數(shù)據(jù)可以作為學(xué)習(xí)之用。由于教材服務(wù)器負責管理上述這些教材，為避免教材服務(wù)器的結(jié)構(gòu)過于雜亂無章，因此根據(jù)教

13、材來源，我們把教材服務(wù)器分為三個子系統(tǒng)，依序說明如下圖3 教材服務(wù)器子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第一個子系統(tǒng)是教材網(wǎng)頁子系統(tǒng)(Teaching Materials Page Subsystem)。這個子系統(tǒng)負責管理靜態(tài)的教材網(wǎng)頁，這些網(wǎng)頁是由老師事先編輯而成的，網(wǎng)頁內(nèi)容是文字敘述或圖片說明。第二個子系統(tǒng)是實驗教具子系統(tǒng)(Realia Subsystem)。所包含的內(nèi)容里多半和實驗有關(guān)聯(lián)，如果學(xué)生只通過文字敘述或是靜態(tài)圖片的教材學(xué)習(xí)，效果不大并且不切實際，因此系統(tǒng)設(shè)計了虛擬和實際教具來配合教材作為學(xué)習(xí)之用，學(xué)生可以通過教具的操作，而對學(xué)習(xí)有更進一步的體會。最后一個子系統(tǒng)是智能搜尋引擎子系統(tǒng)(Intelligne

14、t Searching Engine Subsystem)。由于在因特網(wǎng)上目前擁有眾多的教學(xué)網(wǎng)站，這些網(wǎng)站都已提供大量的教材，只是學(xué)生在眾多的網(wǎng)站或網(wǎng)頁中必須花費大量的時間或精力才能找到自己想要看的內(nèi)容，因此我們設(shè)計了一套智能搜尋引擎，幫助學(xué)生在因特網(wǎng)上找出相關(guān)的教材。3.4電子布告欄服務(wù)器(BBS Server)學(xué)生在進行學(xué)習(xí)活動時，除了可以閱讀教材之外，還可以借操作實驗教具來達到學(xué)習(xí)的目的，但是這些學(xué)習(xí)活動還是屬于單人的學(xué)習(xí)活動，如果學(xué)生所遭遇的問題，在系統(tǒng)所提供的教材中都沒有解說的話，學(xué)生就無法繼續(xù)學(xué)習(xí)了；因此電子布告欄服務(wù)器提供一個可以讓學(xué)生討論的地方，學(xué)生可以把學(xué)習(xí)上所遇到的問題發(fā)表

15、在電子布告欄上，知道解答的學(xué)生可以把自己知道的解答也回復(fù)在版面上，通過這種交互討論的方式可以讓學(xué)生對于問題有更多方面的想法，加強學(xué)習(xí)效果。電子布告欄以BBS方式呈現(xiàn)。3.5用戶端結(jié)構(gòu)用戶端只需使用瀏覽器就能夠連接到系統(tǒng)進行學(xué)習(xí)。另外由于所有信息皆統(tǒng)一存放于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，因此用戶端不需要再做額外的設(shè)定。4. 結(jié)論在本文中，我們建立了個虛擬的教學(xué)環(huán)境，由于遠程教學(xué)網(wǎng)站會因為太多學(xué)生同時上線導(dǎo)致服務(wù)器反應(yīng)變慢甚至無法服務(wù)，如此會影響學(xué)生的注意力。本系統(tǒng)通過分布式結(jié)構(gòu)的設(shè)計，將系統(tǒng)依功能分為若干子系統(tǒng)，整個學(xué)習(xí)系統(tǒng)可依上線人數(shù)、經(jīng)費多少、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等因素，將各子系統(tǒng)作任意的搭配安裝在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，負責

16、各功能的子系統(tǒng)可集中建立在同一主機或通過網(wǎng)絡(luò)建立在多臺電腦上分別執(zhí)行，以減輕主機運算負荷并增加系統(tǒng)的擴充性與靈活性。另外我們通過服務(wù)器的整合，提出多元化的教材的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生能夠有大量的教材進行學(xué)習(xí)活動；除了傳統(tǒng)的超媒體網(wǎng)頁之外，系統(tǒng)還提供實驗教具讓學(xué)生通過教具的操縱，與文字敘述的教材相輔相成，達到實踐中學(xué)習(xí)的目標。參考文獻1.Araki, Y.1993 Araki, Y. , Imamura, H. , Obo, T., Kobori, Y.(1993) ；Computer assisted instruction learning system using CAI，F(xiàn)rontiers i

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