摘要：本文討論了基于Web的計(jì)算基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及其實(shí)現(xiàn)方法。教師使用該系統(tǒng)可以進(jìn)行網(wǎng)上授課、布置作業(yè)、批改作業(yè)、出試卷、評(píng)卷等;學(xué)生使用該系統(tǒng)在瀏覽器中觀看教師授課視頻圖象(廣播或點(diǎn)播)、在網(wǎng)上做作業(yè)、提交作業(yè)、考試、答疑或課堂討論。
1.引言
隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，基于Internet的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程教學(xué)作為一種全新的教學(xué)手段，越來越受到人們的關(guān)注。計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程教學(xué)是指利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開展的教學(xué)活動(dòng)。它有著傳統(tǒng)教學(xué)模式所無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它創(chuàng)造了一種全新的教學(xué)模式，打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式在時(shí)間、空間上的限制，采用了先進(jìn)的教學(xué)手段和教學(xué)方法，大大提高了教學(xué)效率和教學(xué)效果，使教學(xué)活動(dòng)上了一個(gè)新臺(tái)階。
作者所在單位承擔(dān)我校除計(jì)算機(jī)系以外的所有系所的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)公共課(包括《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》、《C語言》、《Foxpro》等課程)的教學(xué)任務(wù)，每學(xué)期平均有3000多學(xué)生，各教師均負(fù)責(zé)2~3個(gè)班共200~300多人的教學(xué)，教學(xué)任務(wù)繁重。為了使教師能通過先進(jìn)的教學(xué)手段提高教學(xué)效率，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的能力，以此來加強(qiáng)和鞏固對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握，我們從1999年開始，開發(fā)了《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱《遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)》)。在Internet/Intranet環(huán)境下實(shí)現(xiàn)作業(yè)、考試、授課、答疑/輔導(dǎo)等功能，使用一年多來，取得了很好的教學(xué)效果，以下討論該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。
2.《遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)》的體系結(jié)構(gòu)
《遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)》是在Internet/Intranet環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，是典型的瀏覽器/服務(wù)器模式。服務(wù)器以Windows NT 4/2000 Server為操作系統(tǒng)平臺(tái)，Microsoft SQL Server 7.0為RDBMS，客戶端通過瀏覽器訪問系統(tǒng)提供的服務(wù)。系統(tǒng)不允許匿名訪問，它要求用戶提供帳號(hào)/密碼，通過驗(yàn)證后才能進(jìn)入系統(tǒng)主頁，以此追蹤用戶身份。本系統(tǒng)將用戶分為三類：系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生，他們都有各自的主頁，訪問系統(tǒng)的權(quán)限也不相同。其中權(quán)限最高的為管理員，其次為教師，最低為學(xué)生。權(quán)限高的能訪問其下級(jí)所能訪問的所有資源，反之則不然。例如教師能進(jìn)入學(xué)生主頁，而學(xué)生則不能訪問教師主頁所提供的功能(布置作業(yè)、批改作業(yè)等)。本系統(tǒng)可同時(shí)為不同課程的多組教師/學(xué)生(上一門課的教師及其學(xué)生為一組)提供服務(wù)，它們之間既有一定的隔離性(例如某個(gè)教師帳號(hào)不能批改屬于另一個(gè)教師的學(xué)生的作業(yè)等)，又有資源的共享性(例如公共作業(yè)、試題的共享等)，很好地解決了本單位各個(gè)教師負(fù)責(zé)不同班級(jí)，課程也有所不同的問題。《遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)》體系結(jié)構(gòu)按用戶角色的不同，劃分如下：
圖1 《遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)》體系結(jié)構(gòu)
2.1 管理員模塊
由于《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)可同時(shí)為多組教師/學(xué)生提供服務(wù)，各組間的課程不盡相同，因此教師/學(xué)生組間應(yīng)具有一定的隔離性。例如一門課程的教師對(duì)其學(xué)生具有管理權(quán)，但不能對(duì)屬于其它教師的學(xué)生進(jìn)行管理、某個(gè)學(xué)生只能訪問其教師的作業(yè)等。因此系統(tǒng)主頁需要教師或?qū)W生均以帳號(hào)/密碼登錄后才能訪問，以此追蹤用戶訪問系統(tǒng)資源的身份。而用戶帳號(hào)的開設(shè)與刪除、教師與學(xué)生的對(duì)應(yīng)關(guān)系、課程名稱、學(xué)生人數(shù)等信息，由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)管理。這里，我們將系統(tǒng)資源訪問帳號(hào)作為操作系統(tǒng)帳號(hào)開設(shè)，由Windows NT和Web服務(wù)器IIS負(fù)責(zé)進(jìn)行用戶驗(yàn)證。這樣做的好處，一是可以充分利用操作系統(tǒng)的安全機(jī)制，使操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(SQL Server)無縫集成;二是可同時(shí)為用戶提供其它輔助服務(wù)，如：電子郵件、個(gè)人主頁、FTP服務(wù)等。使系統(tǒng)應(yīng)用與課程內(nèi)容緊密結(jié)合，學(xué)生在應(yīng)用系統(tǒng)的使用過程中可進(jìn)一步加深對(duì)課程內(nèi)容的理解。
2.2 教師模塊
教師模塊中包含了教師授課所需的各種功能。如：網(wǎng)上實(shí)時(shí)授課廣播、布置作業(yè)、批改作業(yè)、出試卷、評(píng)卷、考試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析、網(wǎng)上答疑、課程資料(素材)制作、學(xué)生帳號(hào)管理(修改學(xué)生密碼)、設(shè)置聯(lián)機(jī)會(huì)議等。系統(tǒng)使用組件對(duì)象模型(COM)以及Office Automation技術(shù)自動(dòng)批改《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程作業(yè)并登記成績。教師可對(duì)作業(yè)結(jié)果進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)。教師可利用OutLook向系統(tǒng)請(qǐng)求聯(lián)機(jī)會(huì)議，以此進(jìn)行網(wǎng)上答疑、群體或個(gè)別輔導(dǎo)。
2.3 學(xué)生模塊
學(xué)生模塊包含查看教師布置的作業(yè)、(在網(wǎng)上或本地)做作業(yè)、測(cè)驗(yàn)(考試)、教師授課視頻廣播收看、點(diǎn)播、網(wǎng)上答疑、課程資源瀏覽、輔助服務(wù)等。學(xué)生使用瀏覽器訪問系統(tǒng)主頁時(shí)，需要提供帳號(hào)/密碼進(jìn)行用戶驗(yàn)證，通過驗(yàn)證后，在瀏覽器關(guān)閉之前，均以該帳號(hào)身份訪問系統(tǒng)資源。《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程的作業(yè)可直接在瀏覽器中完成并提交，對(duì)于《C語言》課程作業(yè)，為學(xué)生提供Web界面，完成作業(yè)程序的編輯、編譯、鏈接、運(yùn)行，一氣呵成。遠(yuǎn)程考試功能既提供選擇題形式的傳統(tǒng)筆試試題，也提供實(shí)際操作形式的試題。考試通過WWW界面進(jìn)行，有時(shí)間限制。學(xué)生在規(guī)定時(shí)限之前完成考試內(nèi)容時(shí)可通過"交卷"按鈕提交試卷;若考試時(shí)限到達(dá)時(shí)學(xué)生仍未交卷，則系統(tǒng)自動(dòng)將考生當(dāng)前的考試結(jié)果提交。試卷的批改、考試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)均由程序自動(dòng)完成。自我測(cè)驗(yàn)功能則提供測(cè)驗(yàn)試卷，不限時(shí)間，由學(xué)生自主選擇進(jìn)行，測(cè)驗(yàn)完畢后系統(tǒng)立即評(píng)卷并給出成績及學(xué)生測(cè)驗(yàn)時(shí)的選項(xiàng)與正確答案的對(duì)照表，以便學(xué)生查閱。為了更好地提高學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用能力，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的興趣，本系統(tǒng)為每位使用《計(jì)算機(jī)公共課遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)的學(xué)生和教師提供Email、FTP、個(gè)人主頁、BBS、聯(lián)機(jī)會(huì)議(在線聊天Chat、應(yīng)用程序共享、白板)、等功能。讓學(xué)生在實(shí)際操作中提高對(duì)課程內(nèi)容的理解以及對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。另外，本系統(tǒng)還配備資源庫，內(nèi)置與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)或與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)的多媒體資料，供學(xué)生課外瀏覽、學(xué)習(xí)。
3 《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)的特點(diǎn)
《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)功能涵蓋了教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)方面，用戶界面完全由瀏覽器提供，維護(hù)方便。其中采用了多項(xiàng)現(xiàn)時(shí)多媒體和網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù)，如下所述：
3.1 組件對(duì)象模型(COM)技術(shù)
組件對(duì)象模型(Component Object Model，簡(jiǎn)稱COM)是一個(gè)軟件規(guī)范，它是基于對(duì)象的編程模型，只要遵循COM規(guī)范，應(yīng)用程序和組件對(duì)象之間就可實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制代碼級(jí)別上的重用，解決了對(duì)編程語言和環(huán)境的依賴。COM是Microsoft其它許多技術(shù)的核心，它允許用某種語言編寫的位于二進(jìn)制代碼中的對(duì)象，為其它語言所訪問(或稱二進(jìn)制兼容)。COM技術(shù)已經(jīng)滲透到Microsoft的各個(gè)產(chǎn)品中，如：Windows NT/2000、SQL Server、Visual Studio、Office 97/2000、BackOffice等。《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)使用C++或ASP腳本、Perl腳本作為編程語言，其中大量采用了基于COM的技術(shù)，例如：
3.1.1 ADO(ActiveX Data Object)
ADO是數(shù)據(jù)庫訪問組件，應(yīng)用程序通過ADO訪問數(shù)據(jù)庫的原理如下：
圖2 ADO存取數(shù)據(jù)示意圖
上圖中OLEDB是Microsoft 繼ODBC后新的數(shù)據(jù)訪問機(jī)制，它不但可以訪問數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，而且還可以訪問其它非數(shù)據(jù)庫類型的數(shù)據(jù)，如Email、目錄服務(wù)(LDAP)等。ADO是位于OLEDB上層的應(yīng)用程序接口，操作較為簡(jiǎn)單。
《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)中作業(yè)、試卷、考試結(jié)果等信息都是保存在SQL Server數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)使用ASP腳本通過ADO對(duì)象訪問數(shù)據(jù)庫以及電子郵件、進(jìn)行全文索引，如下圖所示：
圖 3 《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)數(shù)據(jù)存取示意圖
3.1.2 Office Automation對(duì)象
《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)利用Office Automation對(duì)象，使教師利用程序自動(dòng)批改學(xué)生提交的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程(Word、Excel)的作業(yè)，以此提高教學(xué)效率。
3.1.3 ADSI
ADSI(Active Directory Service Interface)是Window NT/2000活動(dòng)目錄接口。利用該接口對(duì)象實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)帳號(hào)的管理(開帳號(hào)、刪除帳號(hào)、帳號(hào)屬性設(shè)置)以及訪問權(quán)限設(shè)置，簡(jiǎn)化帳號(hào)管理任務(wù)。
3.1.4 Developer Studio對(duì)象
Microsoft 的Visual Studio相信是廣大程序員喜愛的開發(fā)工具，但大家都不太注意其中的Developer Studio對(duì)象：
Application Debugger
Breakpoint Project
使用他們，可以使程序的開發(fā)達(dá)到一定程度的自動(dòng)化。許多在Visual Studio集成環(huán)境下通過菜單完成的命令或功能，都可以用Developer Studio組件對(duì)象的屬性或方法來實(shí)現(xiàn)，如程序的語法分析、編譯、鏈接、調(diào)試、表達(dá)式求值等。而這些都是教師批改C語言作業(yè)所要進(jìn)行的操作。我們使用這些對(duì)象輔助教師批改C語言作業(yè)，減輕教師負(fù)擔(dān)。
3.2 視頻流技術(shù)
在Internet/Intranet環(huán)境下，文字、靜態(tài)圖像信息的傳輸是不成問題的。對(duì)于視頻/音頻信息的傳送，則由于網(wǎng)絡(luò)帶寬等原因，需要進(jìn)行特殊處理。而遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中的授課功能就要求在Internet/Intranet環(huán)境下傳送大量視頻/音頻數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)教師授課的實(shí)時(shí)廣播和視頻點(diǎn)播(VOD)。在有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的限制下，視頻/音頻數(shù)據(jù)必須經(jīng)壓縮處理后才在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。以往多采用MPEG I等壓縮技術(shù)，其特點(diǎn)是用戶必須等待壓縮文件完全下載到客戶端后再播放，增加了客戶等待的時(shí)間。目前，視頻/音頻數(shù)據(jù)采用經(jīng)特殊算法處理的流技術(shù)，使視頻/音頻數(shù)據(jù)邊下載邊播放。流技術(shù)的典型代表是Microsoft 的Media Technologies(Netshow)和Real Network的Real Video/Audio。《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)主要采用了Media Technologies壓縮技術(shù)，使用其Multibit功能在一個(gè)流文件中壓縮適合多種網(wǎng)絡(luò)帶寬(從28.8Kbps~3Mbps)的視頻/音頻流(最多6個(gè))。由視頻服務(wù)器根據(jù)客戶訪問時(shí)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸能力選擇其中一種帶寬流向客戶傳輸。另外，還根據(jù)Netshow和Real Video/Audio支持多播(Multicast)的特點(diǎn)，在網(wǎng)上對(duì)教師授課場(chǎng)景進(jìn)行直播(廣播)。在授課功能中，單是教師的授課圖像是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須配有同步的教師授課演示文稿(Powerpoint或HTML網(wǎng)頁)，真正將課堂搬到網(wǎng)上。
圖4 同步視頻點(diǎn)播
3.3 網(wǎng)上實(shí)時(shí)交互
《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)中的一個(gè)重要的特點(diǎn)就是教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下通過文字、視頻、音頻的實(shí)時(shí)交互，以此實(shí)現(xiàn)課堂討論、教師操作示范演示、學(xué)生個(gè)別輔導(dǎo)等功能。教師通過瀏覽器或Outlook向系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)機(jī)會(huì)議(Online Conference)請(qǐng)求，在聯(lián)機(jī)會(huì)議持續(xù)時(shí)間內(nèi)，學(xué)生可通過瀏覽器加入會(huì)議，并使用系統(tǒng)提供的聊天(文本)、白板(圖畫)功能與與會(huì)者進(jìn)行討論;教師可通過應(yīng)用程序共享功能向全體與會(huì)者演示某個(gè)程序的操作過程，或(通過語音)要求指定學(xué)生完成某個(gè)操作(個(gè)別輔導(dǎo))。客戶端使用NetMeeting，還可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的視頻/音頻交互、聊天、白板、文件傳輸?shù)取?/p>
4 結(jié)束語
《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程遠(yuǎn)程教學(xué)》系統(tǒng)使用一年多來，極大地促進(jìn)了我單位計(jì)算機(jī)公共課教學(xué)，提高了教學(xué)效率和教學(xué)手段，達(dá)到了較為理想的教學(xué)效果。
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