（计算机软件与理论专业论文）远程教学系统中虚拟教室的设计与实现.pdf

s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o rt h ed e g r e eo f m a s t e r ( o rd o c t o r ) o fe 塾g i 卫星曼! = i 塾g t h e s i s ( o rd i s s e r t a t i o n ) s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r m a y , 2 0 1 0 c h e nh u a 远程教学系统中虚拟教室的设计与实现 摘要 现代远程教学系统是在网络技术、多媒体技术等技术的基础上发展起 来的，打破了传统教育中学校的局限，使得在分居各地的互不相识的人可 以同时进行学习。远程教学系统为学生提供了一个非常便利的学习环境， 并且提供了大量的教学资源，是对学校教育的有效拓展。 本文在分析国内外远程教学系统的基础上，主要研究远程教学中虚拟 教室的设计与实现。在虚拟教室中，老师可以像学校教学那样上课，在一 个虚拟的环境中方便的进行教学，老师可以使用w o r d 、p o w e r p o i n t 等工具 很容易的开发课件，而不需要学习专门的课件制作工具。 本文首先通过研究国内外远程教育系统，介绍了国内外的一些有特色 的平台，总结了远程教育系统的一些不足之处以及它的发展趋势。其次介 绍了论文中使用到的关键技术，包括c s c w 技术、j a v a 技术、组播技术等。 然后分析了虚拟教室的主要设计及其设计思想。最后具体的介绍了远程教 学系统中虚拟教室的实现。 虚拟教室，分为教师端和学生端，分别完成主教和主学的功能。虚拟 教室大致分为四个区域。第一个区域为教室和用户信息部分，第二个区域 为教师的头像信息，第三个区域为教学区，第四个区域为交流区。 能够实现远程教学直播功能是虚拟教室系统设计的重点，它能够实时 采集教师授课时的视频和音频数据，通过压缩后实时向远程直播，从而实 现远程实时课堂。为了实现流媒体数据的高效采集，更有效地利用服务器 的处理能力，支持尽可能多的在线用户数量，充分利用服务器的处理能力， 采用j a v a 的网络编程，充分利用j s p 、s e r v l e t 、a p p l e t 技术，并采用基于 组播的方式进行信息传输。服务器采用t o m c a t ，由于t o m c a t 是基于j a v a 的服务器，支持多线程，因此可有效地增加在线的用户人数。 虚拟教室设计时首先介绍了平台的构建，其次对虚拟教室中教师端和 学生端的各个功能具体进行了实现，特别是教师端音频、视频的采集、压 缩和发送以及学生端的音频、视频的接收、播放。再次介绍了教室和用户 信息这个区域以及公共交流区的实现。最后介绍了数据库的设计和实现过 程。 论文中实现了课件上传和浏览功能，以及监控功能。学生可以通过课 件浏览及时学习或复习学习内容，通过对学生的视频和屏幕的监控，可以 使老师能够及时的了解学生的掌握情况， 本文较好的实现了虚拟教室的功能， 交流的平台。 并据此调整上课的节奏。 为教师和学生提供了一个学习和 关键词：虚拟教室，组播，采集，发送，数据库连接池 a n a l y z e d ，a n dt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fv i r t u a lc l a s s r o o mi nt h e n e t w o r ki n s t r u c t i o ns y s t e mi sr e s e a r c h e dm a i n l y i nt h ev i r t u a lc l a s s r o o m ，t h e t e a c h e rc a nt e a c hi nav i r t u a le n v i r o n m e n t 1 i k es c h o o lt e a c h i n g t e a c h e r sc a n d e v e l o pc o u r s e w a r eu s ew o r c l ，p o w e r p o i n ta n do t h e rt o o l s ，w i t h o u tl e a r n s p e c i a l i z e dc o u r s e w a r ea u t h o r i n gt o o l s t h e p l a t f o r ma b o u t t h en e t w o r ki n s t r u c t i o ns y s t e mi si n t r o d u c e da th o m e a n da b r o a d ，a n dt h el i m i t a t i o na n dt h ef u t u r eo fn e t w o r ki n s t r u c t i o ns y s t e mi s s u m m a r i z e dt h r o u g hs t u d yt h en e t w o r ki n s t r u c t i o ns y s t e ma th o m ea n da b r o a d s e c o n d l y , t h ek e yt e c h n o l o g i e si sd e s c r i b e di nt h i sp a p e r , i n c l u d i n gc s c w t e c h n o l o g y , j a v at e c h n o l o g ye n v i r o n m e n t ，m u l t i c a s tt e c h n o l o g y t h i r d l y , t h e m a i nd e s i g na n dd e s i g ni d e a so fv i r t u a lc l a s s r o o m si sa n a l y z e d f o u r t h l y , t h e i m p l e m e n t a t i o no fv i r t u a lc l a s s r o o mi sd e s c r i b e di nn e t w o r ki n s t r u c t i o n s y s t e m t h ev i r t u a lc l a s s r o o mi sd i v i d e di n t ot e a c h e r s s i d ea n ds t u d e n t s s i d eo ft h e r e s p e c t i v eb i s h o p sa n dt h em a i ns c h o o lf u n c t i o n s v i r t u a lc l a s s r o o mc a nb e d i v i d e di n t of o u rr e g i o n s t h ef i r s tr e g i o ni sc l a s s r o o ma n du s e ri n f o r m a t i o n ，t h e s e c o n dr e g i o ni st h ei m a g ei n f o r m a t i o nf o rt e a c h e r s ，t h et h i r dr e g i o n a li st h e t e a c h i n ga r e a ，t h el a s tr e g i o n a li st h ee x c h a n g ea r e a d i s t a n c ee d u c a t i o nl i v e c a s tf u n c t i o ni st h ek e yp r o b l e mo f t u a l c l a s s r o o ms y s t e m t h ed a t ao fv i d e oa n da u d i oc o u l dc o l l e c t e db yi ta n d b r o a d c a s t e dt or e m o t ec l i e n t a f t e r c o m p r e s s e d r e a l i z e dr e m o t er e a l t i m e c l a s s r o o m t h es o l u t i o nw h i c hb a s e do nn e t w o r kp r o g r a m m i n gw i t hj a v aw a s a ne f f e c t i v ew a yt oi m p r o v et h ec o l l e c t i o ne f f i c i e n c yo fs t r e a m i n gm e d i ad a t a a n dt r a n s m i s s i o ni nam o r ee f f e c t i v e ，a n ds u p p o r tm o r eu s e r sa sp o s s i b l ea n d m a k ef u l lu s eo ft h es e r v e rc a p a c i t y i tu s e dj s p 、s e r v l e t 、a p p l e tt e c h n o l o g y , a n d u s e dt h et r a n s m i s s i o no fi n f o r m a t i o nb a s e do ni pm u l t i c a s t t h ea p a c h ea n d t o m c a ta d o p t e da sw e bs e r v e r , t h et o m c a ts u p p o r t e dm u l t i t h r e a db e c a u s eo ft h e w e bs e r v e rw h i c hi sp r o g r a m m e d b yja v al a n g u a g e ，a n dc a l li n c r e a s et h en u m b e r o fu s e r so n l i n ee f f i c i e n t l y t h ed e s i g n i n go ft h ep l a t f o r mi si n t r o d u c e di nt h ev i r t u a lc l a s s r o o m s e c o n d l y , t h eb a s i cf u n c t i o n so ft h et e a c h e ra n ds t u d e n ti nt h ev i r t u a lc l a s s r o o m i si m p l e m e n t e d ，s u c ha st h ea u d i o v i d e oc a p t u r e ，c o m p r e s s i o na n dd e l i v e r yi n t h et e a c h e r - s i d ea n dt h ea u d i o v i d e or e c e i v ea n d p l a yi nt h es t u d e n t - s i d e t h i r d l y , t h e i m p l e m e n t a t i o no ft h e c l a s s r o o ma n du s e ri n f o r m a t i o na r e aa n dt h e e x c h a n g ea r e ai si n t r o d u c e d f i n a l l yt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s so f d a t a b a s ei si n t r o d u c e d u p l o a d i n ga n db r o w s i n gt h ec o u r s e w a r ei si n t r o d u c e d t h es t u d e n tc a n p r e p a r eo rr e v i e wt h el e a r n i n gc o n t e n tb yb r o w s i n gc o u r s e w a r e a n dm o n i t o r i n g f u c t i o ni si n t r o d u c e d ，i tc a nm a k et e a c h e r sr e a l i z ei n f o r m a t i o na n dp r o b l e m so f s t u d e n t sa b o u t l e a r n i n gt h r o u g hm o n i t o rt h ev i d e oa n ds c r e e no fs t u d e n t s t h ev i t u a lc l a s s r o o ms y s t e mw a si m p l e m e n t e d ，a n di tp r o v i d e dap l a t f o r m f o rb e t t e rs t u d ya n de x c h a n g eo fs t u d e n ta n dt e a c h e r k e yw o r d s ：v i r t u a lc l a s s r o o m ，m u l t i c a s t ，c o l l e c t i n g ，s e n d i n g ，d a t a b a s e c o n n e c t i o np o o l， i v 目录 摘! i l 兽i a b s t r a c t i i i 1 绪论1 1 1 引言1 1 2 国内外发展概况1 1 3 未来的发展趋势3 1 4 虚拟教室的发展概述4 1 5 论文的结构4 2 关键技术6 2 1c s c w 技术6 2 2 多媒体技术7 2 2 1 多媒体信息的获取与输出技术8 2 2 2 多媒体数据压缩技术8 2 3j a v a 技术9 2 4 组播技术15 2 4 1 传输方式1 5 2 4 2 组播地址16 2 4 3i p 组播中的t t l 16 2 4 4i g m p 17 2 4 4j a v a 中的组播1 8 3 远程教学系统设计1 9 3 1 体系结构1 9 3 1 1 两种体系结构的比较1 9 3 1 2m v c 模式2 0 3 1 3 系统总体结构2 2 3 2 虚拟教室的总体设计：2 4 3 2 1 系统设计目标2 4 3 _ 2 2 虚拟教室的设计概述2 4 3 - 3 平台的构建2 5 3 3 1j d k 2 5 3 3 2t o m c a t 的配置2 5 3 3 3 开发工具2 6 4 远程教学系统实现2 8 4 1 教师端虚拟教室的实现2 8 4 1 1 虚拟教室的创建2 8 4 1 3 音频和视频的采集和压缩2 9 4 1 4 音频和视频的发送3 1 4 2 学生端虚拟教室的实现3 2 4 2 1 加入虚拟教室3 2 4 2 2 音频和视频的接收3 4 4 2 3 音频和视频的播放3 4 4 3 用户信息3 4 4 4 公共交流区3 5 4 5 数据库的实现3 6 4 5 1 数据库的选择3 6 4 5 2 数据库的设计3 6 4 5 3 数据库的连接3 7 4 5 5 数据库的连接池技术3 8 4 6 虚拟教室界面4 0 5 其他功能4 0 5 1 课件的上传4 1 5 2 课件浏览- 4 2 5 3 监控功能j 4 3 5 3 1 总体设计4 3 5 3 2 视频采集压缩和发送j 4 4 5 3 3 屏幕采集4 4 5 3 5 屏幕传输4 5 6 结论与展望4 6 6 1 结论。4 6 6 2 展望4 6 琶l 【谢4 7 参考文献4 9 攻读学位期间发表的学位论文目录5 3 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明5 5 远程教学系统中虚拟教室的设计与实现 1 绪论 1 1 引言 当今社会是信息化社会，信息化社会的人才教育更注重素质的教育和能力的教育， 而我们国家的高等教育升学率虽然有了很大的提高，但仍有很多人无法接受高等教育， 并且很多人需要接受一些培训，如职前培训、员工培训等，甚至是“终身教育”，普通 的学校显然无法完全满足这种需要，而远程教育在这个方面具有独特的优势。随着 i n t e r n e t 、c s c w 技术、多媒体技术等技术的飞速发展，使得基于i n t e m e t 的远程教学成 为了可能，目前远程教学已经成为了国内外研究和应用的热点之一。 同发达国家相比，我国的远程教育事业还处在相对落后的阶段，有着很大的发展空 间。因此，利用高等学校丰富的教学资源和教学环境，大力研究发展远程教育，已成为 当前高等教育发展的迫切需要。而现代远程教育由于网络技术和多媒体技术的综合运 用，更加强调实时性和交互性，需要一个高效的协同工作环境，而基于c s c w ( c o m p u t e r s u p p o s e dc o o p e r a t i v ew o r k ，计算机支持的协同工作) 的系统正好可以弥补这一缺陷。 远程教育发展至今大约经历了三代：第一代为函授教育。第二代是利用广播电视、 录音录像等大众媒体开展多种媒体教学的远程教育，即广播电视教育。第三代是基于现 代信息通讯技术的远程教育，即现代远程教育。【l 】 远程教育与网络技术结合具有很大的发展前景，i n t e m e t 可以为学习者提供开放的 环境，可以克服空间地域限制，使教师、学生可以在异地完成教学活动，只要用户联入 网络，就可以使用该教学系统，真正实现远程教学。这样的教学活动可以使受教育者可 以根据自己的实际学习情况和时间情况安排自己的学习计划和学习进度；通过通信技术 实现同步或异步通讯，可以达到人机之间以及人际之间的相互交互和交流，使教与学的 活动变得更加开放、灵活和多样化；而且由于在教学过程中可以充分利用文本、图形、 图象、音频和动画等多种媒体进行交互，充分的激发学习者的学习兴趣，从而提高教学 质量和学习效果，更加有效地发挥各种教育资源的优势，为学习者提供更好的教育服务。 对于当代远程教育，根据其教育对象可以分为高等教育型远程教育、基础教育型远 程教育、职业教育型远程教育和幼儿教育型远程教育。其中高等教育型远程教育发展速 度最快。 1 2 国内外发展概况 国内外关于远程教学的研究无论在理论层面还是在实践领域都有很大的发展，目 前，世界上已经有1 0 0 多个国家和地区开展了远程教育，远程教育已成为国际教育发展 的共同趋势。 l 陕西科技大学硕士学位论文 1 2 1 国内发展概况 我国的远程教育起始于1 9 9 7 年，之后迅速发展，特别是1 9 9 8 年国务院批准了教育 部关于发展我国现代远程教育的意见，代表着我国的现代远程教育开始进入了规范 化发展阶段。清华大学、北京邮电大学、浙江大学、中国广播电视大学、北京的1 0 1 中 学 2 1 等一批单位纷纷开始从事远程教育方面的实验并取得了不错的效果。 在理论成果不断创新的同时，很多的大专院校、科研机构以及企业都在基于网络的 远程学习领域做出了大胆尝试，涌现出一批优秀的基于网络的远程学习支撑平台。国内 的平台主要有：金海航新数字学校，方正校园解决方案，北京师范大学网络教学实验室 开发的网络协作学习平台w e b c l 等。如“金海航新数字学校 的协作远程学习系统可 以支持文字交互，声音交互、电子白板等功能，并且还可以将学生分成几个小组进行分 组讨论，在各小组中教师可指定讨论主持人也可不指定主持人，教师也可查看各个讨论 组的讨论情况并将讨论的结果存储和打印。 纵观我国远程教育的需求，主流趋势主要表现在：中等教育、学历教育和职业培训 3 个方面。中等教育需求符合中国国情，没有哪个国家的人们更像我们那样关心子女的 学习与升学。大多数的中国家庭最舍得在子女的培养和教育上进行投资，并且这种投资 是长远的。学历教育也是近年来形成的新的对教育的需求。由于现在企业在招聘人才时， 对学历的要求较高，给社会上相当多的人造成了巨大压力。而对已经工作多年的人来讲， 他们没有太多的时间与精力投入学习，因此就迫切需要一种更加灵活，更加方便的方式 来迅速获得学历教育。这样各种学历教育就应运而生，网上m b a 就是典型的学历教育。 第三种主流趋势是各种职业培训，目前非网络的各种职业培训名目繁多，但培训的内容 和教学水平使人们经常感到迷茫和困惑，并且培训费用也偏高。而网上职业培训无疑为 人们提供全面的选择，不同内容和不同水平的培训信息都可以很轻易地得到，只要进入 互联网，基本上没有得不到的培训内容，并且价廉物美。无论哪个方面的网上教育内容， 都充分利用了互联网上所有的技术特点，远程教育与传统的教育方式相比，显得更方便、 快捷、灵活、有效。通过互联网使人们改变了传统的学习方式。 1 2 2 国外发展概况 国外的远程教育发展的很早，也更完善，各种网络教学、在线教学、电子远程教学 和电子远程学习系统层出不穷，而虚拟教学系统也将同面授式教学、函数教学和多媒体 教学一起成为2 1 世纪终身教育的主流方式。 以美国的远程教育发展为例，美国是世界上高等教育最为发达的国家之一，竞争性 和多样化是美国高等教育的显著特征，而管理体制上的自治和市场经济的背景造就了其 高等教育体系的高度适应性，这些特征也同样体现在美国的远程高等教育上。据美国联 邦教育部国家教育统计中心对高等教育机构远程教育的调查，到1 9 9 8 年，美国5 0 2 0 所 2 远程教学系统中虚拟教室的设计与实现 大学中有1 6 9 0 所提供远程教育课程占高等学校总数的3 4 。约1 6 6 万学生注册接受各 种形式的远程高等教育，占所有类型高校在校生总数的1 1 6 。美国的远程高等教育在 某些方面依然受原有高等教育体系的深刻影响，能够与传统的高等教育体系相融合。同 时，美国的远程高等教育也由于其独特的办学方式而具有一些传统高等教育系统所不具 备的特征，如高校参与远程教育；媒体手段多样，异步传输技术使用率最高；远程高等 教育机构模式多样；注重对远程高等教育进行监管。 国外鲫比较有特色的平台有：w e b c t ，v m u a l - u ，w i s h ，c l a s sf r o n t e r 等。以 w i s h 为例，w i s h 是由美国p e n n s y l v a n i a 州立大学开发的，包括课堂管理、电子通信、 课程公告牌、电子白板、实时音频系统、邮件列表等系统模块。该系统的特点是提供教 学资源管理服务，远程教学功能是通过一些通用的工具来实现的。 但是，目前国内外的分布式教学系统和教学支撑平台都存在以下缺陷：交互性和互 动性能差，教学反馈能力差，教师不能很好地根据学生的情况及时地调整教学进度和教 学方式，当学生学习上遇到困难和问题时，不能及时得到解决，学生的作业不能及时批 改和反馈等；学习系统、考试系统、协作交互系统等教学模块往往自成体系，缺乏知识 的交换与共享；系统对协作学习的分组策略考虑不充分，未注重以协作学习的正互赖性 及小组自加工等原则为指导，未能实现对学生的异质分组以达到较高的绩效。 1 3 未来的发展趋势 随着w e b 技术、多媒体技术的飞速发展，会有越来越多的远程教学平台应用于实 践中。未来的远程教育平台的发展趋势主要包括以下几个方面。 加强教学辅助功能，提高教学支持系统的智能性和人性化。比如在教学支持系统中 运用智能代理【w 1 技术，以帮助老师更轻松地教、学生更好地学，这样计算机就不再仅仅 是生硬的机器，而是更加智能化和人性化的教师。 注重远程教学系统的安全性，特别是引进电子商务的成熟技术，真正实现虚拟学校 的完整运作。 虚拟现实技术。用虚拟现实技术来模拟实际教学效果，可以促进教学手段多样化， 达到明显改善教学效果的目的。 提供课程内容的资源库管理方式，提供多种体现教育思想的课程开发设施和课程讲 授的工具，特别是远程学习的组织工具，以便更加有效地组织和利用课程的资源，保证 远程课程的教育质量。 在远程教育系统中融合现代教育学、教育心理学的思想，使得在教学过程中能够充 分的体现出以学习者为中心的理念。利用网络的优势开展远程的协作式学习，提倡讨论、 交流，鼓励学生充分展开想象力，使学习者主动从网络的海量资源库中获取文化知识， 实现真正的“个性化 【沾”】教学。 3 陕西科技大学硕士学位论文 1 4 虚拟教室的发展概述 虚拟教室是指在计算机网络环境下模拟现实中的教室情境进行教学活动，使学习者 不必受地域与时间上的限制的一种计算机网络学习环境 1 6 - 1 7 。虚拟教室提供同步的教学 方式，就是指学习者与教学者必须在特定的时间一起上网上课或讨论，在互动性上比异 步的教学活动高。有研究证实，学习者通过虚拟教室进行学习活动，能在某些课程的学 习评估中得到与传统的那种面对面教学方式相等或更佳的学习成效。 与传统的教室教学相比，虚拟教室主要有以下几方面的优势：首先是开放性的教学， 虚拟教室打破了学习空间和时间的封闭性，使得教师和学生的联系更加自由和开放。其 次是资源的共享性，虚拟教室提供了与教学资源数据库的接口，可以在网络环境下使用， 为学生提供大量可用的网络资源。然后是个性化的教育，虚拟教室提供了一个个性化的 教学环境，扩大了学生的自主性，实现了教与学双方的结合，让学生能更好的在研究中、 创造中学习，突出了个性化教育。还有就是教育机会的平等性，虚拟教室不仅可以向学 习者提供大量的教学资源，还可以组织优秀教师为全国各地的学习者进行指导，在虚拟 教室中学生不分学校，也不分成绩的好坏，人人都可以得到老师的指点，充分展现了教 育机会的平等性。 但是当今虚拟教室存在着很多问题，其中之一就是对虚拟教室的概念不清楚，容易 把网络的自学环境和虚拟教室混淆，比如把包括课堂视频、习题等功能的教学网站作为 虚拟教室。虚拟教室的主要特征就是模拟传统教室的场景，有教师有学生，如果没有老 师的指导，就只能算作虚拟自习教室了。虚拟教室特别强调教师和学生间的交流学习， 是一种以老师为主导，以学生为主体的双主教学模式。 虚拟教室另一个问题是应用水平不高。这主要有几方面的因素，一是开放性不够， 目前虚拟教室往往是以电子教室的方式出现。虽然从本质上对接入虚拟教室的计算机没 有限制，但在实际应用时，为了易于管理、节省经费等原因，很多学校把接入虚拟教室 的计算机放在同一个教室中，使得虚拟教室成了一个采用计算机和网络教学的真实教 室。二是虚拟教室系统与其他资源系统的互通不够，使得虚拟教室中能够利用的资源有 限，不能充分发挥学生的主观能动性。三是对虚拟教室环境下的教学方式和教学方法研 究的不够，而这也对虚拟教室的建设产生了不利的影响，只有不断提出新的适应虚拟教 室的方法，才能发现当前虚拟教室的不足并对它进行改善。 1 5 论文的结构 第一章为绪论，通过研究国内外远程教育系统，介绍了国内外的一些有特色的平台， 如国内一些有特色的平台：金海航新数字学校，方正校园解决方案，北京师范大学网络 教学实验室开发的网络协作学习平台w e b c l 等；国外比较有特色的平台：w e b c t ， 4 远程教学系统中虚拟教室的设计与实现 v m u a l - u ，w i s h ，c l a s sf r o n t e r 等。总结了远程教育系统的一些不足之处以及它的发展 趋势。 第二章介绍了论文中使用到的关键技术，包括c s c w 技术、j a v a 技术、组播技术 等。c s c w 技术是一种综合利用多种技术，将多个成员有机地组织起来共同完成某项任 务的分布式计算机环境，在多媒体会议、协同编辑、远程医疗、远程教学等领域都有着 广泛的应用。j a v a 语言是一种与平台无关的编程语言，具有“编写一次，到处运行的 特点，应用在w e b 中主要有j s p 、s e r v l e t 、j a v a b e a n s 技术等。组播技术是实现单对多 发送的一种非常有效的传输技术。 第三章分析了虚拟教室的主要设计及其设计思想。虚拟教室，分为教师端和学生端， 分别完成主教和主学的功能。虚拟教室大致分为四个区域。第一个区域为教室和用户信 息部分，第二个区域为教师的头像信息，第三个区域为教学区，第四个区域为交流区。 第四章具体的介绍了远程教学系统中虚拟教室的实现。在这部分中首先先介绍了平 台的构建，其次对虚拟教室中教师端和学生端的各个功能具体进行了实现，包括教师端 音频、视频的采集、压缩和发送以及学生端的音频、视频的接收、播放。再次介绍了教 室和用户信息这个区域以及公共交流区的实现，由于这两个区域在教师端和学生端的实 现并没有不同，所以并没有分别放在教师端和学生端介绍，而是作为单独的一小节介绍。 最后介绍了数据库的设计和实现过程。 第五章为其它功能。首先介绍了课件上传和浏览功能，学生可以通过浏览课件预习 或复习学习内容。其次介绍了监控功能，监控功能主要是为了老师能够及时的了解学生 的掌握情况，并据此调整上课的节奏。 陕西科技大学硕士学位论文 2 关键技术 2 1c s c w 技术 计算机支持的协同工作( c s c w ) 技术是在计算机技术支持的环境中( 即c s ) ，一个 群体协同工作完成一项共同的任务( 即c 聊- 冽。它的目标就是要设计支持各种各样的协 同工作的应用系统。 c s c w 的出现主要有两个方面的因素：一是社会的需求，当今是信息化的社会，并 且经济全球化，一些组织，特别是大型组织的活动范围以扩展到全球，故需要一个高效、 高质的环境。二则是因为科技的进步，特别是计算机网络和多媒体技术的发展，才出现 c s c w 技术。所以c s c w 的形成和发展，是人类社会进入信息时代的必然结果，是在 现代社会中，各种条件的共同作用下而自然形成的一种协同技术。 在c s c w 尚未出现之前，计算机难以支持群体协同工作，人们对一些问题只能面 谈或通过通信工具进行讨论，效率不高，而c s c w 的出现，使得计算机不但能支持个 体工作，同时也能支持群体协同工作。并将支持群体工作的软件称为c s c w 系统或群 体。c s c w 系统的工作模式如图2 。1 所示。 吴一 图2 1c s c w 系统的工作模式 f i 9 2 1t h eo p e r a t i n gm o d ei nc s c ws y s t e m c s c w 系统作为一种支持群体协同的系统，与传统的分布式系统和多用户系统比不 是一个概念，它们之间是有区别的，但也很容易混淆。首先c s c w 系统当然是分布式 系统，但反过来分布式系统并不一定是c s c w 系统，如检索系统属于一种分布式系统， 当你检索时，你只需要查到你所需要的资料，至于有多少人同时和你进行检索是你不需 要关心的，也不会和其他检索人员进行交互，所有并不属于c s c w 系统。其次多用户 6 远程教学系统中虚拟教室的设计与实现 系统是支持个体工作的，而c s c w 系统是支持群体工作的，同样检索系统也是一种典 型的多用户系统。 c s c w 包括群体工作方式研究和支持群体工作的相关技术研究、应用系统的开发等 部分。通过建立协同工作的环境，改善人们进行信息交流的方式，消除或减少人们在时 间和空间上的相互分隔的障碍，从而节省工作人员的时间和精力，提高群体工作质量和 效率。它符合信息时代人们工作的群体性、分布性、交互性和协同性等特征，因此它是 目前计算机应用中一种非常流行的工作方式，在多媒体会议、协同编辑、协同设计、远 程医疗、远程教学等领域获得了广泛的应用。 远程教学是一种在网络环境下的协作学习，可以使学生、教师和专家等从网上获取 丰富的资源。远程教育和网络学习是实现“终身学习”的一种行之有效的手段，也正是 c s c w 的理念和技术在教育领域中的应用。基于i n t e m e t 的c s c w 系统【2 l 】，为学习者提 供了协同工作和学习的环境，是远程教学系统的一个重要发展方向。 基于i n t e m e t 的协作学习环境，主要提供给学习者一个集成的基于网络的协作学习 的环境，其中包括电子会议系统、虚拟教室、协作支持等。其中，协作支持包括电子邮 件、音频和视频会议系统、共享白板，可进行语音、图形、图像、视频、文本交互的交 互式系统等。 2 2 多媒体技术 自8 0 年代以来，随着电子技术和大规模集成电路技术的发展，计算机、广播电视 和通信这三大原来各自独立的领域，相互渗透相互融合，进而形成了一门崭新的技术一 一多媒体技术，并日益成为人们关注的热点之一。多媒体技术的不断发展给人们的工作、 生活和娱乐带来了深刻的革命。 经过十几年的不断摸索和研究，人们对多媒体的认识进一步加深，在有关多媒体的 概念、定义、媒体类型、多媒体系统的特征等方面逐渐达成了共识，并推出了大量多媒 体应用系统，使之渗透到了人们生活的各个方面，以至于如今的多媒体计算机变成了家 用计算机的代名词。在多媒体技术的发展和对其客观规律认识不断加深的过程中，人们 同时也发现人体本身就是一个绝妙的多媒体信息处理系统。人类通过视觉、听觉、嗅觉、 触觉和味觉来感知外部世界，并获取有关图像、声音、图形、文本、数据等信息，通过 神经网络系统传输至大脑进行存储、处理和加工，做出判断后再通过神经网络系统返传 到全身各个部位去控制发声器官发出声音、控制肢体做出各种动作等等。多媒体系统在 协助人类获取外部信息和对外部世界进行控制的过程中，充分利用了人类的各种感觉、 语言和肢体动作，使人与多媒体系统的界面变得越来越友好。 多媒体技术是一种能同时综合处理多种信息，在这些信息之间建立逻辑联系，使其 集成为一个交互式系统的技术。多媒体技术主要用于实时地综合处理声音、文字、图形、 7 陕西科技大学硕士学位论文 图像和视频等信息，是将这多种媒体信息用计算机集成在一起同时进行综合处理，并把 它们融合在一起的技术。从目前的多媒体系统的开发和应用趋势看多媒体系统大致可分 为三类：具有编辑和播放双重功能的开发系统；以具备交互播放功能为主的教育培训 系统；用于家庭娱乐和学习的家用多媒体系统。 多媒体的关键特性在于信息载体的多样性、交互性和集成性。这也是多媒体技术研 究中必须解决的主要问题。信息载体的多样性体现在信息采集、传输、处理和呈现的过 程中，要涉及到多种表示媒体、传输媒体、存储媒体或呈现媒体，或者多个信源或信宿 的交互作用。集成性和交互性在于，所处理的文字、数据、声音、图像、图形等媒体数 据是一个有机的整体，而不是一个个“分立 的信息类的简单堆积，多种媒体间无论在 时间上还是在空间上都存在着紧密的联系，是具有同步性和协调性的群体。同时，使用 者能对信息处理的全过程进行完全有效的控制，并把结果综合地表现出来，而不是单一 数据、文字、图形、图像或声音的处理。多媒体系统一般具有如下功能：捕捉、操作、 编辑、存储、呈现和通信，用户能够随意控制声音、影像，实现用户和用户之间、用户 和计算机之间的数据双向交流的操作环境以及多样性、多变性的学习和展示环境。， 2 2 1 多媒体信息的获取与输出技术 一般来讲，多媒体信息的获取与输出主要指人机交互的界面，它介于用户和多媒体 系统之间，是人与多媒体系统之间传递、交换信息的媒介，是用户使用系统的综合操作 环境。通过人机界面，用户向系统提供命令、数据等输入信息，这些信息经系统处理后， 又通过人机界面，把产生的输出信息回送给用户。可见人机界面的核心内容包括了信息 的显示风格和用户的操作方式，它集中体现了多媒体系统的输入输出功能，以及用户对 系统的各个部件进行操作的控制功能。多媒体技术可使用户用十分自然的方式与系统交 互，从而改善了人机界面。 在多媒体技术推出之前人机界面并不友好，普遍采用字符界面，用户在屏幕上看到 的是各种字符信息，而用户输入计算机的也是字符。用户接收信息的装置主要是字符终 端，主要的输入工具是键盘。现在，多媒体终端普遍采用图形图像以及活动视频和声音 作为信息输出手段，采用鼠标、跟踪球、电子笔、触摸屏、扫描仪、数字相机、数字摄 像头和视音频采集卡作为输入设备，大大改善了人机接口，使多媒体系统获取信息的手 段越来越丰富。随着技术进步，采用语音识别、图形识别和图像理解等先进技术，人机 接口将越来越方便人们对多媒体终端设备的使用。 2 2 2 多媒体数据压缩技术 数据压缩技术作为多媒体技术中最为关键的核心技术，在技术本身和应用方面近年 来都取得了引人注目的进展，而其中图像压缩算法更是如此。一般来说，图像编码方法 可以分成三类：第一类是考虑图像信源的统计特性，采用预测编码方法、换编码方法、 8 远程教学系统中虚拟教室的设计与实现 矢量量化编码方法、子带小波编码法以及神经网络编码法等，以仙农信息论为基础； 第二类根据人眼视觉特性，采用基于方向滤波的图像编码法和基于图像轮廓纹理的编 码法，充分考虑到了信息接收者的主观特性和主观意义。第三类则考虑到了图像传递的 景物特征，采用分形编码方法和基于模型的编码方法。 基于模型的压缩编码方法代表着新一代的压缩编码方向，也是目前最活跃的研究领 域，其研究主要沿语义基和物体基两个方向发展。语义基方法基于限定场景，景物中物 体的三维模型严格已知，这样只需对一些有限的参数进行编码，压缩比很大。但受目前 视觉建模等领域的研究水平所限，语义基编码的研究主要局限于人的头肩像场景，