（控制科学与工程专业论文）在线学习平台的设计与实现.pdf

武汉理工人学工学硕士学位论文 摘要 本文针对我国学习型社会建设及终身教育体系建立的需要，设计并实现了 基于学习型社会的在线学习平台，包括在线学习系统、教管中心、基于实时教 学的课件制作与播放平台和个性化数据分析系统。系统在同步实时教学中，对 实时课堂的全部场景( 包括教师视音频、屏幕与鼠标流) 的多路流媒体数据的 融合、压缩，自动生成课件，并支持基于知识点的内容检索。同时建立基于实 时课堂的大规模课程直播、实时交互、实时反馈数据分析的教学平台，为网络 教学提供了实时交互手段。 本文主要通过“课程资源”、“论坛模块”、“考试模块”、“作业模块 、“答 疑模块 、“点播模块”和“直播模块 设计，构建一个以基于w e b 的远程教学 为主、实时交互式远程教学为辅，点播与现场直播相结合的全面、完整的在线 课堂；通过“教育超市 、“教管中心”、“在线课堂、“在线考场 、“互动天地” 五大模块设计，实现网上教、学、考、管等功能；运用高效分层流媒体编码技 术，设计开发一套流媒体课件自动录制、编辑及播放软件，用于快速生产课件 和传播培训内容；运用“天、地网 技术，架构公共传输平台，实现实时与非 实时相结合的远程培训，共享教育培训资源。并且构建了一个学习行为分析和 监控系统，即个性化数据分析中心。通过对学习历史数据的处理，对学生学习 状态进行分析，对学习模式进行挖掘，为学员提供针对性学习推荐和个性化学 习服务；为教师提供学员学习情况分析和相关工作量统计，以帮助教师及时有 效调整教学计划、教学进度及教学策略；为管理员提供学员总体学习情况监控、 教师教学质量、教学态度监控以及助教的工作量统计；数据分析中心的数据还 将用作对学员及教师进行考评的依据。 该项目成果已在实际的教育培训中投入使用，系统功能完善，实用性强， 交互性好，运行稳定、可靠。系统运行后大幅度地降低培训学习成本、提高培 训效益，有较好的应用推广价值，具有较好的市场前景和社会效益。 关键词：在线学习平台，课件录制，个性化数据分析，内容检索 武汉理1 = 大学： 学硕士学位论文 a b s t r a c t t oc o n s t r u c ts t u d y - o r i e n t e ds o c i e t ya n de s t a b l i s ht h el i f e l o n ge d u c a t i o ns y s t e mi nc h i n a ，w e h a v ed e s i g n e da n dr e a l i z e dt h eo n l i n el e a r n i n gp l a t f o r mb a s e do nt h es t u d l | r - o r i e n t e ds o c i e 哆t h e p l a t f o r mi n c l u d e so n l i n el e a r n i n gs y s t e m ，t h et e a c h i n gm a n a g e m e n tc e n t e r , c o u r s e w a r em a k i n g b a s e do nr e a l - t i m et e a c h i n ga n di n d i v i d u a ld a t aa n a l y s i ss y s t e m i ns y n c h r o n o u sr e a l t i m e t e a c h i n g ，t h em u l t i m e d i ad a t af r o m a l lt h es c e 】r l e st h er e a l - t i m ec l a s s r o o mi si n t e g r a t e d , c o m p r e s s e d t h ec o u r s e w a r ei sg e n e r a t e da u t o m a t i c a l l ya n ds u p p o r tt h ec o n t e n ti n d e xb a s e do n k n o w l e d g ep o i n t s a tt h es a m et i m e ，t h ee s t a b l i s h m e n to ft h el e a r n i n gp l a t f o r mi sb a s e do n l a r g e s c a l ec o u r s e sl i v e ，r e a l - t i m ei n t e r a c t i o na n df e e d b a c kd a t aa n a l y s i so fr e a l - t i m ec l a s s r o o m , a n di tb r i n g st h er e a l t i m ei n t e r a c t i o nf o rt h en e t w o r ke d u c a t i o n a no n l i n el e a r n i n gp l a t f o r mi sb u i l tt h r o u g ht h ed e s i g no f c u r r i c u l u mr e s o u r c e s ”，“f o r u m m o d u l e ”，e x a m i n a t i o nm o d u l e ，“h o m e w o r km o d u l e ，a n s w e r i n gm o d u l e ”，“o m e r i n gm o d u l e a n d l i v eb r o a d c a s tm o d u l e ”t h ep l a t f o r mi n c l u d e st h ew e b - b a s e dd i s t a n c ee d u c a t i o n ，r e a l - t i m e i n t e r a c t i v ed i s t a n c ee d u c a t i o n , w h i c hi sc o m b i n e dw i t ho n - d e m a n da n dl i v eb r o a d c a s t t h r o u g h t h ed e s i g no ft h ef i v em o d u l e s “e d u c a t i o ns u p e r m a r k e f ，i n t e r a c t i v ep l a c e ，“l e a r n i n gb a n k ， o n l i n et e s t a n d t e a c h i n gm a n a g e m e n tc e n t e r ，t h ef u n c t i o no fo n l i n et e a c h i n g ，l e a r n i n g ， e x a m i n a t i o n m a n a g e m e n ta n ds o0 1 1a r er e a l i z e d w i t l le f f e c t i v eh i e r a r c h ys t r e a mm e d i ac o d i n g t e c h n o l o g y , as o f t w a r ei sd e v e l o p e dt or e c o r d ，e d i ta n dp l a yt h es t r e a mm e d i ac o u r s e w a r e ，w h i c h i su s e dt og e n e r a t ec o u r s e w a r eq u i c k l ya n da u t o m a t i c a l l ya n dt r a n s m i tt r a i nc o n t e n t t h ep u b l i c t r a n s p o r tp l a t f o r mi su s e dt or e a l i z et h ed i s t a n c et r a i n i n gw h i c hi sr e a l - t i m ea n dn o nr e a l - t i m e ，a n d s h a r e st h ee d u c a t i o nt r a i n i n gr e s o u r c e st h r o u g hw i r e l e s sa n dw i r e dn e t w o r kt e c h n o l o g y al e a r n i n g b e h a v i o ra n a l y s i sa n dm o n i t o rs y s t e m ( i n d i v i d u a ld a t aa n a l y s i ss y s t e mc e n t e r ) i sb u i l t t h es y s t e m c a nb r i n gt h et a r g e tl e a r n i n gp r o p o s e s ，i n d i v i d u a ll e a r n i n gs e r v i c e sf o rs t u d e n t s ，i n f o r m a t i o n a n a l y s i sa n dw o r k l o a ds t a t i s t i c s t oh e l pt h et e a c h e r st oa d j u s tt h ee d u c a t i o np l a n s ，t e a c h i n g p r o g r e s s ，t h es t u d yi n f o r m a t i o no fs t u d e n t s ，t e a c h i n gq u a l i t yo ft e a c h e r sa n dw o r k l o a d s t a t i s t i c so f a s s i s t a n t sf o rt h em a n a g e r s t h ep r o j e c ta c h i e v e m e n th a sb e e nu s e di np r a c t i c a le d u c a t i o nt r a i n i n g ，i tr e d u c e st h et r a i n i n g e d u c a t i o nc o s t ，i m p r o v e st r a i n i n ge f f e c t i v e n e s s ，h a sab e t t e ra p p l i c a t i o na n dp o p u l a r i z a t i o nv a l u e ， g o o dm a r k e tp r o s p e c ta n ds o c i a lb e n e f i t 武汉理工犬学工学硕十学位论文 k e y w o r d s ：o n l i n el e a r n i n gp l a t f o r m ，c o u r s e w a r er e c o r d ，i n d i v i d u a ld a t aa n a l y s i ss y s t e m , c o n t e n ts e a r c h 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：e t 期： 武汉理工人学- t 学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 课题来源及研究意义 本课题来源于温州市软件及信息服务业发展资助项目“温州在线学习城的 建设 ( w z 2 0 0 7 一c 0 4 1 3 ) 。 党的十六大以来，市委根据中央和省委的要求，部署开展了创建学习型社 会活动。所谓学习型社会【l j 是指人们根据工作和生活需要，终身都可以学习自己 所需要的东西，不断提高自己。党中央提出了全面建设小康社会的奋斗目标， 其教育发展目标是要形成比较完善的现代国民教育体系，人民享有接受良好教 育的机会，形成全民学习、终身学习的学习型社会，促进入的全面发展。 教育部在现代远程教育资源建设指南中指出，现代远程教育是利用网 络技术、多媒体技术等现代信息手段开展起来的新型教育形式，发展现代远程 教育是扩大教育规模、提高教育质量、增强办学效益、建立终身教育体系的重 大战略措施。联合国教科文组织的一项调查表明，无论是发达国家还是发展中 国家，都不同程度地存在教育滞后于现实需求的问题，第三世界国家尤其严重。 因此，开展远程教育，特别是网络教育，不仅是解决这一问题的有效途径，而 且将成为革新传统教育模式的重要动力。中国社会科学院的一项调查报告称， 由于现代信息技术的快速发展及其在各行业的应用，网络教育将成为我国一种 速度更快、传播空间更大的新型教育形式。 建设“在线学习平台”是学习型社会建设及终身教育体系建立的需要。开 展“五大创建：大力推进学习型机关、学习型企业、学习型社区、学习型村镇 及学习型家庭建设，继续教育的培训量非常大，就温州一个地级市来讲，各项 继续教育年培训需求量有几十万人次，并且，培训量还将随着社会对人才素质 要求的不断提高而继续增长。这么大的培训量，采用传统的脱产面授培训方式 是根本无法承担和完成的，其培训成本及工学矛盾对在职人员来说将难以承受。 因此，迫切需要充分利用现代信息技术，依托远程教育网络，建设一个“在线 学习平台”，创建优质的教育资源库，通过天网( 卫星) 、地网( 互联网) 突破 传统教育在时间和空间上的限制，让教育服务进入千家万户，形成覆盖全市城 武汉理下大学工学硕士学位论文 乡的“人人皆学、时时能学、处处可学 终身学习网络，让市民在家门口就可 以各学所需。进而大幅度地降低培训成本、提高培训效率。 另外，e - l e a r n i n g 2 4 】还具有高度的灵活性，可以随时随地学习，能够保持学 习内容的及时更新和一致性，扩大培训面积，并且可以组合多种学习模式，如 探索式学习、结构式学习等，达到更好的培训效果。 1 2 相关技术国内外研究现状 在网络教学的实施中，支持教学活动的教学平台集成了网络教学所需的各 种应用子系统和工具，成为网络教学的技术基础。虽然国内外已经研发了许多 网络教学平台软件，但是从软件的功能与应用效果来看仍然处于探索阶段。 1 2 1 国际研究现状 世界远程教育的发展源于美国，其发展状况值得我们参考和借鉴。美国远 程教育主要采用产业化、项目化运作。美国早在2 0 世纪8 0 年代就开始了应用 网络媒体进行现代远程教掣孓9 j ，网络远程教学已逐渐成为美国继续教育的重要 组成部分和培养各类人才的重要形式。在网络教育的产品、项目及平台建设方 面，美国可以说是比较成熟。从发展趋势看，美国继续教育的途径正在向互联 网方面发展。 美国的下一代互联网为美国远程教育提供了世界最先进的信息基础设施， 并保持美国在高速计算机网络及其应用领域的技术优势。这种技术优势使得美 国远程教育采用最多的是视频技术和基于i n t e m e t 的信息技术，特别是利用 i n t e r h e t 的非同步教学、双向交互式的视频教学和单向式预录视频教学技术。由 美国心9 0 衄en a t i o n a ll a b o r a t o r y 研制开发的a c c e s sg r i d 是目前世界上规模最大 的基于下一代互联网设计实现的视频会议系统。目前，在世界范围内，已有超 过1 , 5 0 0 个机构注册使用其提供的服务。其他类似产品还有w e b c t 和b l a c k b o a r d 等等。这类产品主要问题在于线路租用费贵，价格高( 一般按每个注册用户1 5 0 元年) ，同时由于其主要针对通用的视频会议系统实现，因此在教学模式、管理 方式上也不能适应国内应用单位的需要。 武汉理t 大学工学硕+ 学位论文 1 2 2 国内研究现状 远程教育在我国正获得迅速发展，到目前为止，已有6 8 所高校获准举办远 程教育试点。国家把发展现代远程教育作为跨越发展高等教育的重要举措。教 育部将现代远程教育的重点定位在继续教育上。 2 0 世纪9 0 年代中期，为了满足网络教学的发展需要，一些教育和商业机构 开始开发专门的教学系统。这些系统从最初帮助教育机构开发教学资源库，到 后来支持和管理网络教学，都是围绕教学资源的管理和网络教学活动的管理两 方面的功能发展起来的网络教学平台。归纳起来，网络教学平台大体经历了四 个发展阶段： 第一阶段：普通的学习资源库，也称为内容管理系统( c o n t e n tm a n a g e m e n t s y s t e m s ，c m s ) 。在网络技术发展的初期，一些大学、公司和培训机构开始有意 识地开发专门的网络资源库，用来存储和管理教学资源，从而减少开支，使学 习者可以自主地学习，也丰富了知识的传播途径。但其功能仅限于资源管理， 资源格式与管理技术不统一，难以广泛共享。 第二阶段：学习管理系统( l e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m s 。l m s ) 。l m s 源 于培i ) 1 i 自动化系统，具有用户注册管理、课件目录管理、学习者的信息数据记 录等功能，但一般不具备教学内容制作的功能。 第三阶段：学习内容管理系统( l e a r n i n gc o n t e n tm a n a g e m e n ts y s t e m s ， l c m s ) 。l c m s 是最初为高等教育开发的传统课件管理系统的发展版，旨在帮 助没有技术经验的教师或资源专家设计、创建、发布和管理网络课件。同时， l c m s 能够对用户进行管理，可以跟踪学生的学习进度并及时调整以适合学习者 的学习需要。l c m s 使学习内容的共享和教学系统的交互成为可能。 第四阶段：通用网络教学平台( w e b b a s e di n s t r u c t i o np l a t f o r m s ) 。通用网络 教学平台在既有教学系统的基础上，从对教学过程( 课件的制作与发布、教学 组织、教学交互、学习支持和教学评价) 的全面支持，到教学的管理( 用户与 课程的管理) ，再到与网络教学资源库及其管理系统的整合，集成了网络教学需 要的主要子系统，形成了一个相对完整的网络教学支撑环境。 随着教学需求、教学理论与技术、信息与传播技术的不断发展，网络教学 平台的研究出现了一些新的趋势和热点f i o - 1 5 】。 ( 1 )从单一的网络教学平台向支持多模式的网络教学支撑环境发展。研 武汉理丁大学工学硕士学位论文 究适合多种教学模式和教学策略的弹性的网络教学环境。使得教师或教学设计 人员可以依据不同的教学模式和策略自行灵活设置支持该教学模式或策略的网 络学习环境，提供从教学模式和策略到实际网络教学活动设计的可操作的方法 与工具。 ( 2 )网络教学平台与资源中心相结合。研究热点包括：建立教学资源库 及其管理系统，支持多媒体教学资源的动态积累、管理、共享、使用和评价， 整合中外优质教学资源，形成网上教学资源中心，支持各种教学系统和工具之 间的资源积累、使用与交换，并为区域分布式教学资源的广泛共享奠定基础。 ( 3 )网络教学平台从通用形态转向对课程或教师教学的个性化支持。实 现基于动态虚拟网站的个性化教学。 ( 4 )网络教学平台与数字校园其它系统的整合。系统整合面临的两个主 要问题是用户身份的统一认证和公共数据的动态交换与共享。解决此问题最重 要的途径就是制定统一的技术标准和尽量采用统一的技术架构与技术路线。 ( 5 ) 基于内容包装标准的课件制作与学习管理。研究内容包括：资源描 述技术框架，描述语言，网络教学资源的信息注册、发布和检索，资源的信息 交换，资源的自动组装与学习跟踪等。 ( 6 ) 注重新技术与社会软件的应用。智能技术、移动技术、网格技术、 点对点技术等新技术，以及b l o g 、w i k i 与实时通信等社会软件必然对网络教学 平台的设计与构建产生重要的影响。 ( 7 ) 网络教学平台中注重知识管理。在目前的网络教学平台中，仅仅将 学习材料和教学素材提供给教师和学生使用。从知识管理的角度来看，恰恰是 许多教师重新整合材料的经验才是最宝贵的，雨在目酶的网络教学平台构架中 并没有涉及到这些知识的发掘、共享与应用，没有考虑教学知识交流环境的构 建。 ( 8 )网络教学支撑环境开发中构件技术的运用。网络教学支撑环境是由 许多教学子系统和工具组成的，无论是考虑针对不同教学模式构建特定的教学 平台，还是考虑系统的可扩展性与维护便利性，采用插件引擎技术，构建构件 库都是可行的技术路线。 4 武汉理t 大学t 学硕士学位论文 1 3 本文主要工作 该项目从2 0 0 7 年7 月刀：始启动，其主体系统是在2 0 0 8 年l o 月完成的。其 余时间主要用于对系统进行测试完善、对项目的实施工作和研发工作进行总结， 撰写总结报告、技术报告、测试报告、申报软件著作权以及应用推广等。该项 目的所有任务已经全部完成，并通过专家组的项目验收。本人在该项目中承担 总体设计工作。项目验收意见如下： 本项目通过定制远程教育培训管理平台、课件制作系统、网络直播课堂系 统、网络教学系统、部署远程教育培训的内容，实现实时与非实时相结合的远 程培训；利用公共传输平台，共享教育培训资源。系统功能完善，实用性强， 交互性好。 该项目成果已在实际的教育培训中使用，系统运行稳定、可靠。系统运行 后大幅度地降低培训学习成本、提高培训效益，有较好的应用推广价值，具有 较好的市场前景和社会效益。 本文主要研究目标是： 针对学习型社会建设的需求，运用远程教育技术，设计并实现了基于学习 型社会的在线学习平台；运用高效分层流媒体编码技术，开发一套流媒体课件 自动录制及播放软件，用于快速生成课件和传播培训内容；建立以流媒体课件 为形式，以特色课程为核心的各类继续教育的知识体系：结合“天网”( 卫星传 播网) 、“地网”( 市域宽带网络) 的优势，架构公共传输平台，构建市、区县、 街道( 乡镇) 三级办学网络体系，形成覆盖全市城乡的“人人皆学、时时能学、 处处可学”的终身学习网络。本文主要工作包括以下五个方面： ( 1 ) 通过“教育超市”、“互动天地”、“学习银行”、“在线考场”、“教管中心” 五大模块设计，实现网上教、学、考、管等功能。 ( 2 ) 通过“课程资源”、“论坛模块 、“考试模块 、“作业模块 、“答疑模 块”、“点播模块和“直播模块 设计，构建一个以基于w e b 的远程教学为主、 实时交互式远程教学为辅，点播与现场直播相结合的全面、完整的在线学习平 厶 口o ( 3 ) 运用高效分层流媒体编码技术，设计开发一套流媒体课件自动录制、 编辑及播放软件，实现了实时课堂中流媒体、图像、语音、文本、教师板书、 桌面和程序等多种教学信息的融合，自动快速生成课件，并支持基于知识点的 武汉理工人学工学硕士学位论文 内容检索，带给学生原汁原味的教学资源。 ( 4 ) 构建了一个学习行为分析和监控系统，即个性化数据分析中心。通过 对学习历史数据的处理，对学生学习状态进行分析，对学习模式进行挖掘，为 学员提供针对性学习推荐和个性化学习服务；为教师提供学员学习情况分析和 相关工作量统计，以帮助教师及时有效调整教学计划、教学进度及教学策略； 为管理员提供学员总体学习情况监控、教师教学质量、教学态度监控以及助教 的工作量统计；数据分析中心的数据还将用作对学员及教师进行考评的依据。 ( 5 ) 运用“天、地网”技术，架构公共传输平台，实现实时与非实时相结 合的远程培训，共享教育培训资源。 6 武汉理t 大学工学硕士学位论文 第2 章在线学习平台总体设计 2 1 在线教学模式与在线学习平台的设计 现代远程教育是随着网络的发展，特别是多媒体技术的发展而产生的，它 的概念非常广泛，实现方式也多种多样，但目前应用最普遍、技术最成熟的远 程教育模式【1 d 1 7 】主要分为三类： ( 1 ) 基于w e b 的远程教学 这一类远程教学系统主要为窄带、非实时的应用系统，它采用大型的w e b 服务器和数据库服务器作为远程教学的服务器，用户( 学生) 通过计算机上的 浏览器连接到w e b 服务器上浏览教学内容，利用一体化的w e b 教学平台进行 各项教学活动。这一类远程教学系统的最大特点是对学生的终端要求很低，学 生可以自由选择时间地点上网，因此，这类远程教学系统的学生规模可以很大， 非常适合于普及型、自学型的远程教学应用。 ( 2 ) 实时交互式远程教学 这一类远程教学系统为交互、实时、多点的应用系统，利用基于包交换或 使基于电路交换的通信网络，采用相应的视频会议系统类产品，将多个物理上 独立的多媒体教室有机地连接到一起，完成实时、交互和多点的多媒体通信和 所需的控制功能，从而实现实时的多媒体教学。这类系统的特点是现场感强， 接近传统的学习模式符合学员的学习习惯，并且教学内容原汁原味，实时性强。 当然这一类系统对网络带宽和网络服务质量有较高的要求，对于教学设施和场 地的投入也有一定的要求。 ( 3 ) 基于直播和点播的远程教学 这一类远程教学系统主要用于学生按需检索观看教学资料片进行学习，教 学资料片存储在视频服务器( e o d e o b 服务器上) 。教学资料可以是采集实时 教学内容，也可以是从已有录像带、v c d 、d v d 等现有片源直接导入的视频资 料。视频服务器应该能支持多种压缩编码格式的视频文件，不同接入带宽的用 户可根据实际能力选择相应的编解码格式来进行视频文件的编解码的处理。这 一类系统一般要求终端采用宽带网络，且带宽质量稳定可靠。另外要求视频服 武汉理t 大学t 学硕士学位论文 务器有足够的带宽吞吐量保证和存储容量保证，一般可以放地区数据中心节点， 如电信的数据中心。 针对在线教育规模大，覆盖面广的特点，并结合几年来在网络教育领域的 具体实践经验，采用以基于w e b 的远程教学为主，实时交互式远程教学、基于 直播和点播的远程教学为辅助的方式，构成一个全面、完整的在线教学模式和 在线学习平台。具体设计框架如图2 一l 所示，通过“教育超市”、“互动天地”、 “学习银行 、“在线考场”、“教管中心 等模块设计，实现网上教、学、考、 管等功能。 学员学籍档案管理 学习管理 d 】毡，殳。昌 成绩管理 疑难解答 协作临控 个别辅导 银行 教师 蒸具一 实时授课 1 二三 讨论组 聊天室 电了邮件 短消息丑明大地 课件点播学习系统 作业系统 白适成学习分析系统 用户中、+ i 厂漂虿百丽 心模型l 一 辅导答疑系统 数字化多媒体课程制作 回匡虱 学管理中心 公共通信i z 台：f 乜信宽带网公务网i i 星网络无线网 图2 1在线学习平台体系结构图 根据平台总体结构中各功能模块的相关性，本系统主要包括四个主要功能 8 武汉理工大学工学硕十学位论文 子系统： 在线学习系统： 由“课程资源、“论坛模块、“考试模块”、“作业模块”、“答疑模块”、“点 播模块 和“直播模块 等相互独立的模块组成，易于集成与修改。 教管中心： 集合了各类业务的管理功能，是管理人员进行教学教务管理、教学资源管 理、系统管理的重要入口，分管人员可以在此管理维护自己负责的业务工作， 这些业务主要包括六大内容： 1 ) 站点管理：栏目管理、内容管理、用户管理、系统管理、统计资料、广 告调查 2 ) 用户管理：站点管理员、报名管理员、题库管理员 3 ) 教务管理：包括专业管理、课程管理、教师管理、班级管理、课件管理、 数据备份 4 ) 报名管理：网络报名、批量报名、历史查询、人数统计、学员搜索 5 ) 缴费管理：缴费管理、学员搜索 6 ) 修改密码：修改密码 实时流媒体课件录制系统： 目前多媒体课件制作主要有以下两种方法： 1 ) 基于网页方式的交互式多媒体课件 一般的做法是先确定课程大纲和内容脚本，然后请专门的网页设计师将每 一章节的内容做成网页形式，采用图片、文字、声音和动画等表现形式，一些 精品的课程还包括f l a s h 交互，内容搜索，知识点索引以及内容导航等。这种制 作方法的优点是内容丰富详实，学员学习跳转自由。缺点是制作周期长，手续 复杂，成本高，制作水平良莠不齐，质量无法控制，内容更新缓慢。 2 ) 采用流媒体形式录制的点播型课件 这种做法是请老师在多媒体教室或制作室中直接上课，通过后台制作间中 的录制系统将教师的视频、音频以及屏幕操作内容现场实时录制下来，同时如 果需要，可以将授课实况直播到宽带用户。通过制作人员一定的编辑处理，包 括剪辑和知识点信息添加，就可以将这些流媒体文件上传并注册到指定的服务 器上，用户通过统一的播放界面就可以点播这些流媒体课件。这套制作流程可 以基本上保证当天课程，当天制作完成。通过这样每次上课并录制的积累，可 9 武汉理：f 大学工学硕士学位论文 以将整门课程按照每一讲逐次录制完毕。其优点是制作快速，成本低并可预算， 内容容易更新，播放界面统一，质量可控制。另外如果采用了按照知识点进行 内容检索的技术，学员就可以方便的查询和跳转。如果教师采用的是全程p p t 讲稿上课的模式，则屏幕操作可以不录制成流媒体，而采用同步播放讲稿的形 式，进一步减少课程容量。 本文运用高效分层流媒体编码技术【l8 1 ，设计开发一套流媒体课件自动录制、 编辑及播放软件，实现了实时课堂中流媒体、图像、语音、文本、教师板书、 桌面和程序等多种教学信息的融合，自动快速生成课件，并支持基于知识点的 内容检索，带给学生原汁原味的教学资源。 建立以流媒体课件为形式，以特色课程为核心的各类继续教育的知识体系。 按照不同的培训内容及培训对象进行分类，以主修课( 主要为市政府和企业必 须要求完成的课程) 、必修课( 主要为专业知识类课程) 、选修课( 主要为个人 提高技术能力的课程) 为主要内容，构建各级各类人才培养的知识体系，引导 人们采用模块式、菜单式、学分制、选课制等方式参加学习培训，探索系统性、 个性化的培训新模式，提高教育培训的针对性。 个性化数据分析系统( 也称自适应学习分析系统) ： 通过对远程教学数据进行分析，以可视化形式将分析结果及相关建议提交 给用户的系统。由学员端、教师端两个功能模块组成。通过对远程教学数据的 分析，能够为学员提供针对性学习推荐和个性化学习服务，为教师提供学员学 习情况分析和相关工作量统计，为管理员提供学员总体学习情况监控、教师教 学质量、教学态度监控以及助教的工作量统计。数据分析中心的数据还将用作 对学员及教师进行考评的依据。 2 2 公共传输平台的设计 在选择了网络培训模式和系统平台之后，就要考虑网络传输平台结构的建 设。传统的做法一般是建设一个专用高速网，如a t m 专网，但这样的成本高、 扩展性差、设备更新困难、且无法有效利用现有的i n t e m e t 资源，实现各种网络 互联互通。本文结合具体实施过程中的实际需求，选择一种成本最低、最容易 实施的公共网络，如下图2 2 所示。 l o 武汉理工大学工学硕士学位论文 圈 图2 - 2 公共传输平台结构示意图 在上述的示意图中，结合了日常的远程课堂培训和网上的内容自学两种教 学模式。当采用实时交互式远程培训的时候，可以利用现有的电信宽带教育网 和宽带教室，而无需专门建设网络；对于有必要采用卫星网络的地区，也完全 可以利用低成本投入的卫星网络设施，快速部署卫星多媒体教室。 对于基于w e b 的内容学习模式，可以在服务器和i r l t e m e t 公众网络之间打通 1 0 m - 1 0 0 m 的专线，或者直接将服务器放在电信的数据中心。这样宽带家庭用户 和移动无线用户均可以方便的进行学习和交流。 2 3 系统物理分布 从物理分布来看，系统对应的物理分布示意图如图2 - 3 所示。 在上述物理实施方案中，客户终端( 教师授课端) 可以在任何网络授课并 自动的录制，上传资源后便可支持课后的课件内容点播。各种支持h t r p 浏览 的终端通过访问统一的课程学习网站或者资源检索网站，获得完整的课程回放， 包括视频、音频、教案、标注。 武汉理工大学工学硕士学位论文 雷2 - 3 系统的物理分布示意图 2 a 系统井发与运行环境 系统开发与运动环境要求如下： ( 1 ) 硬件要求 教师端：一台计算机，c p u p e n t i u m 4l a g 或以上产品： 学生端：一台计算机，c p u p e n t i m n 7 3 3 g 或以上产品： 服务器：四台服务器，一台w e b 服务器、一台数据库服务器、一台点播服 务器、一台直播服务器，c p u 至强1 6 g 或以上产品。 ( 2 ) 软件要求 教师端：操作系统为w m d o w s2 0 0 0s e r v 臂或以上产品，潮览器为i n t e m e t e x p l o r e t 6 0 或以上产品： 学生端：操作系统为w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 或以上产品，谢览器为i n t e m e t e x p l o l e r6 0 或以上产品： 服务嚣：操作系统为w m d o w s2 0 0 0s e r v e r 或以上产品，浏览器为i n t e m e t e x p l o r e r 6 0 或以上产品； 数据库：m i c r o s o f t s q l s e r v e r 2 0 0 0 ； 其它：f r a m e w o r k1 0 3 7 0 5 i i s 6 0 。 武汉理：i = 人学工学硕士学位论文 ( 3 ) 开发工具 主要开发工具有a s p n e t 、v i s u a lc + + 6 0 、c 撑；m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t ： m i c r o s o f tf o r m a ts d k 。 2 5 系统实现技术指标 系统实现技术指标如下： ( 1 ) 平台支持4 0 0 0 0 以上的注册用户，5 0 0 0 用户同时在线。 ( 2 ) 用户登陆响应时间小于l o 秒、用户认证准确率大于9 9 。 ( 3 ) 客户端之间通过服务器转发消息，速度小于5 秒( 客户端甲至服务器 至客户端乙) 。 武汉理上大学工学硕+ 学位论文 第3 章在线学习系统设计及实现 在线学习系统通过“课程资源”、“论坛模块”、“考试模块”、“作业模块”、 “答疑模块”、“点播模块”和“直播模块”的设计，构建一个以基于w e b 的远 程教学为主、实时交互式远程教学为辅，点播与现场直播相结合的全面、完整 的在线学习平台，主要组成模块如图3 - 1 所示。 口e 啊 口田墨一 3 1 主要模块功能描述 共设计1 5 个主要功能模块，其功能描述如下； ( 1 ) 学员网络报名( e n r o l l o n l i n e ) 模块，其功能描述如表3 - 1 所示。 一 i i 一篇= ： 螽 武汉理下大学工学硕十学位论文 ( 2 ) 学员批量报名( e n r o l l b a t c h ) 模块，其功能描述如表3 2 所示 表3 2 学员批量报名功能描述 输入处理输出 记录有多个学通过同定的端口向后台程序发送批量学员 员基本信息的注册信息，接收后台发同是否注册成功信 e x c e l 表格息，如果成功，则把其生成的多个用户名、 学员批量报名是否成功信息 密码等信息插入学员表里 ( 3 ) 学员缴费( s t u d e n t p a y ) 模块，其功能描述如表3 3 所示。 表3 - 3 输入处 学员缴费功能描述 理输出 通过同定的端口向后台程序发送学员缴费 金额信息，接收后台发同是否缴费成功信 学员缴费金额学员缴费是否成功信息 息，如果成功，则将学员与缴费课程相关联， 并把缴费金额等信息插入学员缴费表里 ( 4 ) 教师发布作业( a r r a n g e h w k ) 模块，其功能描述如表3 - 4 所示。 表3 4 教师发布作业功能描述 输入处理输出 通过同定的端口向后台程序发送添加作业 作业文件 和上传作业文件信息，接收后台发同是否上 作业说明传成功信息，如果成功，则将作业信息插入 作业发布是否成功信息 作业表里 ( 5 ) 学员提交作业( d o h w k ) 模块，其功能描述如表3 - 5 所示。 武汉理- t 大学工学硕十学位论文 输入 表3 5 学员提交作业功能描述 处理输出 通过同定的端口向后台程序发送学员提交 作业信息，接收后台发回是否提交成功信 作业答案文件 息，如果成功，则将学员作业信息插入学员 学员作业是否提交成功信息 息，如果成功，则将学员作业信息插入学员 学员作业是否提交成功信息 作业答案说明 作业表里，并更新学员作业关联信息为已提 交作业 ( 6 ) 教师批改作业( c o r r e c t h w k ) 模块，其功能描述如表3 - 6 所示。 表3 - 6 教师批改作业功能描述 输入处理输出 通过闶定的端口向后台程序发送批改学员 作业分数作业信息接收后台发同作业批改成绩等信 学员成绩是否提交成功信息 批改评语思足ii 笛- - ；1 。诞- i - i ：1 交成功信息，如果成功，则将学员 作业成绩信息插入学员作业表里 ( 7 ) 学员提交问题( a s k q u e s t i o n ) 模块，其功能描述如表3 7 所示。 表3 7 学员提交问题功能描述 输入处理输出 通过固定的端1 2 1 向后台程序发送学员提问 信息，接收后台发回是否提交成功信息，如 学员所提问题果成功则将先在现有问题表中搜索相关问 或学员问题提交成功信息 学员所提问题答案信息 题，如果没有找到相同的问题则将学员用户 名及所提问题等信息插入问题表中 ( 8 ) 教师回答问题( a n s w e r q u e s t i o n ) 模块，其功能描述如表3 - 8 所示。 1 6 武汉理工人学丁学硕士学位论文 表3 - 8 教师回答问题功能描述 入处理 一 输出 通过同定的端口向后台程序发送教师回答 问题信息，接收后台发同是否提交成功信 教师同答答案息，如果成功，则将教师同答的问题答案放教师提交答案成功信息 入答案表里，并将该答案与问题表中的问题 相关联 ( 9 ) 教师学员发帖( a n n o u n c e b b s ) 模块，其功能描述如表3 - 9 所示： 表3 - 9 教师学员发帖功能描述 输入处 理输出 通过州定的端口向后台程序发送用户发帖 论坛发帖标题信息，接收后台发回是否提交成功信息，如 论坛发帖内容果成功，则将用户名和发帖信息放入论坛文 用户发帖是否成功信息 章表中 ( 1 0 ) 教师学员回帖( r e p l y b b s ) 模块，其功能描述如表3 1 0 所示。 表3 1 0 教师学员回帖功能描述 输入处理输出 通过同定的端口向后台程序发送用户回帖 论坛匹i l 帖标题信息，接收后台发回是否提交成功信息，如 论坛回帖内容果成功，则将用户名和回帖信息放入论坛文 用户回帖是否成功信息 章表中，并与楼主发帖内容相关联 ( 1 1 ) 学员进行自测( s t u d e n t t e s t ) 模块，其功能描述如表3 1 1 所示。 表3 1 l 学员进行自测功能描述 输入处 理输出 通过同定的端口向后台程序发送学员要自 课程i d测的课程及章：宵信息，接收后台发同是否提学员提交试题答案是否成功 章节i d交成功信息，如果成功，贝0 将学员白测答案、信息 白测答案成绩等信息与课程、章节相关联，井插入学学员白测成绩信息 员试题表中 1 7 武汉理工人学t 学硕士学位论文 不o ( 1 2 ) 教师添加试题( t e a c h e r p u b l i s h t e s t ) 模块，其功能描述如表3 1 2 所 表3 1 2 教师添加试题功能描述 输入处理输出 课程i d 章节d通过同定的端口向后台程序发送教师添加 试题类型试题信息，接收后台发回是否提交成功信 试题题干 息，如果成功，则将试题信息插入试题表里， 教师添加试题是否成功信息 试题选项并将试题信息与课程、章：1 了信息相关联 试题答案 ( 1 3 ) 管理员上传课件( u p l o a d c o u r s e ) 模块，其功能描述如表3 1 3 所示。 表3 1 3 教师添加试题功能描述 输入处理输出 。 通过固定的端口向后台程序发送课件提交 课件 信息，接收后台发同是否提交成功信息，如添加课件是否成功信息 课件相关信息 果成功，则将课件信息放入课件表里 ( 1 4 ) 教师学员点播( r e q u e s t c o u r s e ) 模块，其功能描述如表3 1 4 所示。 表3 1 4 教师学员点播功能描述 输入处理输出 通过固定的端口向后台程序发送点播课件 信息，接收后台发同是否链接流媒体文件成 点播课件i d流媒体文件信息 功信息，如果成功，则播放流媒体文件，并 将学员点播记录插