（控制理论与控制工程专业论文）远程教育辅导答疑系统的设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 远程教育已从早期的函授教育、广播电视教育发展到基于i n t e r a c t 的现代远程教 育，它所具备的广域性、个性化、即时性、经济性等特点，具有传统远程教育模式 无法比拟的优势。现代远程教育广泛采用的教育模式、技术模式、管理模式，都依 托于数据库、多媒体、网络等现代信息技术。 在远程教育系统中辅导答疑系统是系统设计与实现的关键。恩施职业技术学院网 络教育学院的辅导答疑系统基于b s 三层体系结构设计，由数据库系统、应用服务 器、客户浏览器三部分构成。用户的所有操作都通过浏览器来实现，由服务器对所 输入的数据或指令的处理完成辅导答疑功能目标的实现。服务器端w e b 动态服务的 开发环境采用了a s p 技术所提供的免编译编程脚本语言及a c t i v es e r v e rc o m p o n e n t 扩展等，它所创建的动态、交互、高效的w e b 服务满足了辅导答疑子系统服务多样 化和高效的要求。 远程教育系统中的身份认证技术能够保证系统基本的安全服务，而p k i 技术是身 份认证技术的核心。恩施职业技术学院网络教育学院的远程教育系统采用了p k in o n - s e t c a 结构，它能够有效地解决现代远程教育中的保密性、真实性、完整性、不可 否认性、访问可控性等安全问题。建立规范的、基于p k i 技术的安全认证系统，是 满足现代远程教育系统安全认证的关键。 本系统突破了传统课堂教学的界限，将课堂教学、课外答疑等各个环节紧密地 联系起来，真正体现了以学生为主体的教学方针，为广大用户提供了一个基于i n t e r n e t 的先进的教学环境，为教学改革提供了新的思路和实用的远程教学平台，其研究成 果有助于教学改革的深入进行。 关键词：远程教育远程教育模式辅导答疑身份认证 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t l o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o nh a sa l r e a d ye n t e r e dt h ea g eo fm o d e r nl o n g - d i s t a n c e e d u c a t i o nb a s e do ni n t e r a c tf r o mt h ea g eo fc o r r e s p o n d i n ge d u c a t i o na n db r o a d c a s t t e l e v i s i o ne d u c a t i o n t h ec h a r a c t e r i s t i c so fw i d er a n g e , i n d i v i d u a l i t y ，i m m e d i a c ya n d e c o n o m ym a k et h em o d e ml o n g - d i s t a a n c ee d u c a t i o nh a v et h ea d v a n t a g et h a tt h e t r a d i t i o n a ll o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o nm o d ec a n tb ec o m p a r e dt o t h ee d u c a t i o nm o d e ， t e c h n i q u em o d e ，m a n a g e m e n ts t y l ew i d e l ya d o p t e db yt h em o d e r nl o n g d i s t a n c ee d u c a t i o n a l lr e l yo nm o d e mi n f o r m a t i o nt e c h n i q u e ss u c ha sd a t a b a s e ，m u l t i m e d i a , n e t w o r k e t c i nl o n g d i s t a n c ee d u c a t i o ns y s t e mt h eg u i d i n ga n da n s w e r i n gs y s t e mi st h ek e yt o d e s i g na r mr e a l i z et h es y s t e m t h eg u i d i n ga n da n s w e r i n gs u b s y s t e mo ft h en e t w o r k e d u c a t i o nc o l l e g ei ne n s h iv o c a t i o n a la n dt e c h n i c a lc o l l e g ei sd e s i g n e da c c o r d i n gt o t h r e ek i n d so fb sm o d e i tc o n s i s t so ft h r e ep a r t s ：t h ed a t a b a s es y s t e m ，t h ea p p l i c a t i o n s e r v e r , t h ec u s t o m e r sb r o w s e r a l lo ft h ec u s t o m e r so p e r a t i o n sa g ef u l f i l l e dw i t ht h e b r o w s e r t h ea p p l i c a t i o ns e r v e rr e a l i z e st h ef u n c t i o no fg u i d i n ga n da n s w e r i n g b y p r o c e s s i n gt h ei n p u td a t u ma n di n s t r u c t i o n s t h ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tf o rs e r v i n gt h e w e bd y n a m i cs t a t eo ft h es e r v e ra d o p t st h es c r i p tl a n g u a g eo f f e r e db yt h ea s pt e c h n i q u e w h i c hn e e d n tt ob et r a n s l a t e da n dp r o g r a m m e d i ta l s oa d o p t sa c t i v es e r v e rc o m p o n e n t e x t e n s i o n i t sd y n a m i cs t a t e , m u t u a la n de f f i c i e n c yw e bs e r v i c em e e tt h en e e d so fs e r v i c e d i v e r s i f i c a t i o na n de f f i c i e n c yo f t h eg u i d i n ga n da n s w e r i n gs u b s y s t e m t h ei d e n t i t yc e r t i f i c a t i o nt e c h n i q u ei nt h el o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o ns y s t e mc a n g u a r a n t e et h es y s t e mb a s i cs a f e t ys e r v i c e ，a n dt h ep k it e c h n i q u ei st h ec o r eo fi d e n t i t y c e r t i f i c a t i o nt e c h n i q u e t h el o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o ns y s t e ma d o p t e db yt h en e t w o r k e d u c a t i o nc o l l e g ei ne n s h iv o c a t i o n a la n dt e c h n i c a lc o l l e g eu s e st h ep k in o n - s e tc a 翻丁u 咖r e w h i c hc a nr e s o l v et h es a f e t yp r o b l e m si nt h em o d e r nl o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o n s u c ha sc o n f i d e n t i a l i t y , r e l i a b i l i t y , i n t e g r i t y , d e f i n i t i o n , c o n t r o l l i n gi n t e r v i e w ，c o n s t r u c t i n g t h es t a n d a r ds a f e t yc e r t i f i c a t i o ns y s t e mb a s e do nt h ep k i t e c h n i q u ei st h ek e yt os a t i s f y i n g t h ed e m a n d so f s a f e t yc e r t i f i c a t i o no f m o d e r n l o n g d i s t a n c ee d u c a t i o ns y s t e m t h i ss y s t e m , w h i c hb r e a k st h eb o u n d a r yo ft h em o d eo ft r a d i t i o n a lc l a s s r o o m t e a c h i n g ，c o n n e c t sa l lt h el i n k so ft e a c h i n gs u c ha sc l a s s r o o mt e a c h i n ga n dg u i d i n ga n d 华中科技大学硕士学位论文 a n s w e r i n ga f t e rc l a s st i g h t l y i ta l s or e a l l yr e f l e c t st h et e a c h i n gp r i n c i p l eo ft a k i n gt h e s t u d e n t sa st h ec o r ea n dp r o v i d e sa na d v a n c e dt e a c h i n ge n v i r o n m e n t t h u si tp r o v i d e sa n e ww a yo f t h i n k i n ga n dap r a c t i c a ll o n g - d i s t a n c et e a c h i n gf l a tf o rt h et e a c h i n gr e f o r m e r s ， w h o s er e s e a r c hr e s u l tw i l lc o n t r i b u t et ot h ef u r t h e rc a r r y i n go u tt h et e a c h i n gr e f o r m k e y w o r d s ：l o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o n g u i d i n ga n da n s w e r i n g l o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o nm o d e i d e n t i t yc e r t i f i c a t i o n h i 独创性声明 j z l 0 1 7 二9 7 本人声明所呈交的学位论文是我个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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名：袭绣 日期： 沙歹年f 月彤日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密d ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：薹；j ； 日期：彩年p 月砑日 指导教师签名：j l j - 铲 日期：加多年1 1 月萝日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题的来源和研究意义 1 绪论 十年树木百年树人l 重视教育历来是一个国家昌盛与否的标志。这里“教育”的 涵义决不仅仅局限于传统的学校教育，它还包含着各种类型的学习、培训、技能训 练等。随着知识经济的进一步发展，知识更新的速度加快，一种基于互联网技术的 教育即网络教育( e l e a r n i n g ) 在创新人才的培养中处于越来越重要的地位。江泽民同 志在科学分析网络教育对当今社会重要作用的基础上指出：“终身学习是当今社会发 展的必然趋势”；教育部周济部长在( 2 0 0 3 2 0 0 4 教育改革与发展回顾及展望中指 出：“教育应努力为构建全民学习、终身学习的学习型社会服务；为全民族的思想道 德素质、科学文化素质和健康素质明显提高，形成比较完善的现代国民教育体系、 科技和文化创新体系服务；为促进人民的全面发展服务。”鉴于此，我国若干著名高 等院校，如北大、清华等在9 0 年代末就设立了网络教育学院，领先开展了网络教育 的试点工作。1 9 9 4 年开始建设的中国教育和科研计算机网( c e r n e t ) ，已形成由国家 主干网、地区网、校园网共同组成的三层管理结构。中国教育和科研计算机网与中 国教育卫星宽带多媒体传输网( c e b s a t ) 的高速联结，构建了“天地合一”的现代远程教 育传输平台，为我国网络教育提供了网络支撑环境【”。 现代远程教育是一种崭新的教育模式，它是一项系统工程，它不仅涉及教育理 念等思想性的东西，还涉及到技术实现等信息技术上的软硬件技术，如：计算机技 术、多媒体技术、通信技术和网络技术，这四种技术恰当地结合构成了现代远程教 育的应用技术。随着信息技术的不断发展，新理论、新技术也突飞猛进地发展，将 新的技术应用到现代远程教育中去，可以影响现代远程教育的发展思路和教育模式， 提高教学效率1 2 捌。它突破了时间与空间的限制，打破了传统的基于课堂“教师讲授， 学生接受”的学习模式，给予学习者更加灵活的学习方式，为求知者开辟了又一条获 取知识的途径【4 】。 如何合理地开展现代教育是当代教育研究的热点，对此，本文通过对国内外研 华中科技大学硕士学位论文 望通过本课题的研究，能够为在基于i n t e r n e t 的远程教育系统中实现简洁高效的 各种功能提供可行性方案，使得教育者和学习者都能从中获得更加优质的教育和服 务。 1 2 远程教育国内外发展的现状与趋势 远程教育是随着计算机网络技术和通信技术的迅速发展而产生的一种新型的教 育方式，是构筑知识经济时代终身教育的主要手段。远程教育没有其特定的模式， 但就远程教育的主要组成部分而言，它可以分为网络教学、技术支持与管理实施三 个部分5 1 。因而，教育模式、技术模式和管理模式是构成一个远程教育实施模式的三 个子系统，不同的模式具有不同的内涵和特定的功能，同时又共同作用于远程教育 的内在体系，发挥着整体效益。从远程教育发展的历程来看，人们普遍认同“三代远 程教育”的划分方法，即：第一代远程教育函授教育，第二代远程教育广播 电视教育，第三代远程教育现代远程教育【“。对于远程教育，曾经有人明确指出 传统面授教育中老师、学生学习工作在一起有利于受教育者的人格和个性的成长， 这一点而为远程教育所不及。这一观点的确值得教育家和全社会的深思。也正是出 于这一思虑，相关人士召唤：“恰如其分的推进远程教育，使其达到让受远程教育者 与受传统面授教育者接受到相似的教育，并产生相似的期待效果 7 1 。”由此可见，传 统面授教育和远程教育相比，谁有利于素质教育，谁能满足社会需要，则谁是就是 赢家。 对于现代远程教育实现技术的研究，国内外发展的情况有很大的差异。以现代 远程教育系统中辅导答疑系统的实现为例来看。其国内外研究的概况如下： 1 2 1 国内研究状况和发展 2 0 0 1 年上半年，科技部进行了“十五”国家科技攻关计划“网络教育关键技术及示 范工程”项目的招标，国内很多高校科研单位和公司应标，这些标书反映了国内业界 对于现代远程教育亟待解决的问题的理解和认识，一定程度上也代表了几年内国内 2 华中科技大学硕士学位论文 目提了出来嘲。 目前，国内的网上答疑系统多是嵌套在教育网站中，作为一个子系统而存在， 而具有答疑功能的独立的平台或系统非常少。从功能上来说，国内的网上答疑系统 的功能较为丰富和全面，主要包括答疑、问题查询、浏览、用户信息和知识管理、 问题统计等，除此之外，还有一些答疑系统提供了一些附加功能，以增强其系统的 特色，例如：用户个性化定制等。国内答疑系统功能的实现主要是通过人工答疑和 基于数据库的自动答疑两种方式。从系统的智能化方面来看，国内的大部分网上答 疑系统在提问关键词的匹配上，经常答非所问；问题和答案的智能管理不是很完善； 智能分析、统计功能薄弱，不能根据所提问题给老师提出教学建议【9 】。 根据目前国内具有代表性的远程教育系统中有关答疑部分的特点，可将答疑系 统分为以下几类【1 0 1 ： 1 ) 没有专门答疑部件的答疑系统 在此类系统中，答疑主要是基于e m a i l 的形式。师生之间的信息交流仅局限于 通过电子邮件直接联系，或者利用系统留言板发布公告信息。大部分面向中小学的 远程教育系统均属于这一类。 2 ) 初步具有专门答疑部件的答疑系统 此类系统提供了基于w e b 的b b s 形式的讨论或是在老师的主持下以聊天的方式 进行的模拟课堂，供师生进行实时或非实时答疑讨论。 3 ) 初步具备智能化自动答疑功能的答疑系统 此类系统己经初步具备智能答疑功能，它一般具有一个存储问题及答案的数据 库。用户可以输入关键词在已有的数据库中寻找相关的资料，如果有新的问题和答 案，可以增加到数据库中，由专家做出解答。 1 2 2 国外研究状况和发展 与国内的答疑系统不同的是，国外有许多专门的、出色的、智能化的答疑系统。 这些系统，如a s k j e e v e s t m 公司的a s kj e e v e s f o r k i d s 网上答疑系统、z h i p i n g z h e n g 博士组织开发的a n s w e r b u s 答疑系统、b o r i sk a t z 博士组织开发的s t a r t ( s y n t a c t i c 3 华中科技大学硕士学位论文 于任何教学或学习平台【“】。这些答疑网站涉及的方面相当广泛，例如：k 1 2 教育、 大学教育和大众教育等领域。这类系统所扮演的角色更像是一个专业领域资源的提 供者，提问者借助系统解答的问题不一定是某个完整的教学过程中的一部分，他们 通过寻求答案可能是为了解决他们在相应学科的问题，也可能仅仅是为了满足好奇 心，或者是为了寻找作业或任务中需要的资源。 从功能上来说，相比国内的系统而言，国外的答疑系统功能比较简洁，所有的 功能都是围绕答疑功能而设计，重点突出。由于国外的答疑系统主要采用英语语系， 而目前基于英语语系的自然语言处理技术、文本检索和数据挖掘技术都已经得到了 长期的发展，并取得了优秀的成果，正是这些技术的发展为答疑系统的智能性、高 准确率提供了保证。国外系统的智能性主要体现在人机理解的自然语言接口和相应 的问题查询、反馈上。有的系统( 如a s kj e e v e sf o rk i d s ) 提问模块不但支持自然语言 提问，还设计了问题的确认交互，通过这层交互，系统能够更精确地理解用户的问 题，为问题的准确解答提供了保障；在问题呈现方面，系统会根据问题的类型提供 给用户较为简洁的答案，一般有关时间、人物、地点、概念等类型的问题，其答案 的简洁性和正确性较高。 国外答疑系统的资源库的突出特点是其拥有非常丰富且高质量的内容，比如 a s kj e e v e sf o rk i d s 系统的所有答案均是来自数以万计通过查询和确定的其他网站的 链接，其中主要来源是y a h o o l i g a n s ，e d u c a t i o nw o r l d 和f e d e r a le d u c a t i o nr e s o u r c e s 。 这些网站资源是人为建设的，并不是软件搜索得到的，因此，每一个答案链接都与 问题有关。国外答疑系统的资源库的另一个特色在于其不只包括知识库还包括信息 库。这样，答案中呈现的信息既包括对问题的解答，也包括能够解答相关问题的网 上资源的信息。与系统的独立性相关的是，和国内针对学科和课本的内容体系相比， 由于国外系统多是独立平台，因此，答案资源库的内容采用了内容更加丰富和广泛 的主题式或专业领域式组织体系【1 2 】。 “随着通信技术的发展，远程教育已切入教育的主流而被重定义为：使用通信手 段把学生、教师和资源联结，学习者在地理上分散的正规设置的教育形式”远 4 华中科技大学硕士学位论文 程教育己“正规军”化【l3 1 。有一点是勿庸置疑的：现代远程教育促进了教育的大众化、 平民化、个性化、自主化；促进了教育思想、教育模式的变革和教育技术的进步； 是现代教育的不可分割的一部分，尤其在职业教育和终生教育方面有强劲的吸引力。 它不仅为一种教育手段，更为一种教育模式，甚至给教育带来新革命。 1 3 本文的主要工作及论文的安排 由于现代远程教育方式可以帮助人们方便地达到获取知识的目的，满足他们知 识更新的需要，因而是一种非常重要的教育模式。但是，现代远程教育的质量与发 展受到远程教学软件的制约。因此，现代远程教育的进一步发展的一个关键因素是 能否提供高质量的远程教学软件【1 4 】。对此，本课题希望通过对现有的网络教育模式 的研究，依托i n t e m e t 以期构建一种“任何人、在任何地方、在任何时间、学习任何 课程”的教育方式，以促进知识经济时代网络教育的发展。 本文的主要工作集中在：首先，对现有的国内外远程教育发展的现状进行研究 和分析。其次，提出一种基于i n t e r n e t 的网络教育模式。第三，对所提出的模式进行 功能、技术性分析。并在此基础上，设计出一种现代远程教育辅导答疑系统。第四， 对远程教育系统中身份认证技术进行探究。 本文组织如下：第一章介绍本课题的提出和对现有的国内外远程教育发展的现 状进行研究和分析；第二章分析现代远程教育系统的特点，然后据此提出一种基于 i n t e m e t 的网络教育模式，并对实现模式所需的技术进行分析；第三章设计实现一种 基于i n t e r n e t 的辅导答疑系统；第四章对现代远程教育系统中身份认证技术的探究； 最后在第五章中对全文进行总结，并对网络教育的发展趋势进行展望。 5 华中科技大学硕士学位论文 2 现代远程教育的系统分析 2 1 现代远程教育系统的特征 现代远程教育本身的性质，决定了它在当今社会经济中的地位，以及与传统教 育模式所无法比拟的优势，可以将其优势归纳为以下几个方面： 1 ) 广域性 现代远程教育不受时间和空间的限制。随着通信技术和计算机技术的飞速发展， 全球信息资源网的形成，远程教育将进行全科学和全球性的教学。专家曾预言由于 计算机网络的普及，没有围墙的学校将成为2 1 世纪全民教育与终身教育的主渠道【l ”。 2 ) 即时性 一般情况下，教育滞后于科技的发展。而现代远程教育则利用互联网，比其他 通信媒体更迅速快捷，从而可使新技术、新知识的传播获得即时性的效果，促进教 育与科技发展同步。 3 ) 经济性 现代远程教育具有非常显著的规模经济性，远程教育网络的建设、网络教学资 源的开发等，都属于前期投入的固定资本。而一旦建立起来，其经济效率就相当可 观，而且用户越多，效益越好。因此，远程教育成本会随着学生数量的增加呈不断 下降的趋势。研究表明，英国开放大学的开支远远低于传统大学，一般学位的开支 为传统大学的3 9 一4 7 。法国通过国家远程教育中心开展的教育，其开支是传统大 学的一半。经济上的优势将是人们选择远程教育方式的重要因素【1 6 1 。 2 2 现代远程教育系统的几种模式 2 2 1 远程教育模式的研究 1 ) 教育模式 教育模式是远程教育完成教学过程的形式。可分为教学模式与课程模式，包括 6 华中科技大学硕士学位论文 教学资源、w e b 课件、网络课程、教学方法、辅导答疑、考试结业等。 目前所采用的教学模式大致可以分为远程实时授课模式和按需点播( 自学) 模式 两种。课程模式是具体的网络课程教学方式，依照网络环境中教学组织形式可分为 以集体学习为主的讲授型模式，以小组学习为主的讨论学习模式，以个体学习为主 的自学辅导、探索教学、案例学习等课程模式。这些模式可根据学习对象、课程的 不同及网校的教学及管理的不同来决定采用不同的模式 1 7 a s 】。 2 ) 技术模式 技术模式是远程教育实现的平台和载体，它包含硬件和软件两个层面。几年来， 随着电子技术及信息技术的发展，我国的远程教育已经由信件函授、广播电视讲授 转变为互联网、卫星、有线电视及视频会议系统等技术模式。现在的教学课件播送 方式一般采用基于通讯卫星的口广播和k u 波段转发器；视音频讯号采用压缩编码； 交互方式多是利用i n t e m e t 网络、卫星地面站、视频会议系统、可视电话系统；非实 时交互方式则为利用v c d d v d 光碟、c a i 课件，及其e m a i l 、w w w 、b b s 等【1 9 , 2 0 2 1 。 3 ) 管理模式 在远程教育系统中，学生是学习的主体，教师是教学活动的主导，教学资源是 教学活动的载体。资源管理包含有教学资源的管理、教学资源的组织与运用等，一 般都是按资源的类型、资源内容所属的学科和使用者自定义的主题进行管理。 2 2 2 现代远程教育所采用的模式 目前我国大多数网校都是采取多个分站辅助总站教学的方法，即“多托一”的模 式。总部( 教育部批准举办远程教育的学校) 拥有一切的决定权，如学习对象的考试时 间、录取分数、课件的传送、毕业证书的发放等。下面的各分站，只需建立配套的 多媒体教室、联网的计算机机房，学员多是就近入学，由各分站负责报名、网上学 习及辅导，组织考试及其它工作。学费采取现金或电子货币等方式收取。整个教学 管理模式一般都是由门户网站、学习平台、教师备课平台、管理平台和公共服务平 台等构成口羽。门户网站是网校面向社会、学生和教师的门户，是网上学校存在的基 础；学习平台是完成教学过程的手段；备课平台是教师及课件制作人员制作规范的 网上课件的有力工具；公共服务平台是学生间相互交流、相互学习及查阅资料、网 7 华中科技大学硕士学位论文 上支付的社会化服务网络；管理平台是使教学管理能够规范、高效有序进行的保障 2 3 , 2 4 , 2 5 。 1 ) 国家教育部教育信息化技术标准委员会所定义的参考模型 国家教育部教育信息化技术标准委员会( c e l t s c ) 是致力于网络教育标准规划、 推广和认证的机构【2 6 1 。在体系架构与参考模型( c e l t s 一1 ) 标准中，对远程学习系统的 构件定义如图2 1 所示。 ( 新的) 图2 1c e l t s 系统构件 图2 1 定义了资源、师资、学生三者间的系统关系，其系统构件是： 过程：学习者、指导者、评价、传送。 存储：学习者记录库、知识库。 流程：学习偏好、学习情况、评估信息、绩效和偏好信息( 三次) 、查询、内容索引、 定位器( 两次) 、学习内容、多媒体、交互情境。 c e l t s 系统构件描述了c e l t s 体系结构的过程、存储和流程。用边界、输入、 过程( 功能性) 和输出等术语来描述过程。用信息存储的类型和搜索、提取及更新等方 法来描述存储。用连通性( 单向、双向、静态连接、动态连接等) 和流程的信息类型来 描述流程( c e l t s 系统构件用y o u r d o n 符号来描述) 。 2 ) 弘成学习网远程教育管理模式 8 华中科技大学硕士学位论文 图2 2 是弘成科技发展有限公司的弘成学习网远程教育管理模式结构图。 图2 2 弘成学习网远程教育管理模式结构图 从图2 2 中可以看出，整个管理体系是由招生、教务、学习、课件等四大平台所 构成，各平台间又通过财务模块等相联，在功能上确保了整个系统的实用性。 从以上研究及实施的远程教育体系结构来看，远程教育模式基本上都是由教育 模式、技术模式和管理模式等三个子模式所构成。 9 华中科技大学硕士学位论文 2 3 现代远程教育系统的功能分析 现代远程教育多选择基于i n t e m e t 的应用系统，所有功能都通过应用服务器和用 户浏览器之间的交互完成的。与系统相关的数据由数据库服务器来维护和组织。图 2 3 是对系统的简单描述。由i n t e m e t 网络连接的教师和学生以及系统管理员通过浏 览器向应用服务器发起请求，应用服务器根据用户的请求，检索数据库服务器上的 数据，并把服务结果通过浏览器反馈给用户。 i n t e r n e t 学生学生教师教师系统管理员 2 3 1 系统的功能模块 图2 3 网络辅助教学系统的功能 1 ) 系统管理子系统 该子系统由系统管理员负责，主要进行系统的日常维护工作，管理教师和学生 的注册，接收教师和学生对系统使用方面的信息反馈，以及教师对学生的意见和学 生对教师的意见并进行相应的处理。 2 ) 教学子系统 在教学子系统中，教师和学生的使用环境是不同的。每位教师有专门的教师工 作室，用来维护有关课程的信息。教学系统可分为：离线教学系统和在线教学系统。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 2 3 2 用户的功能模块 系统的用户可以分为以下三类：学生、教师和系统管理员，不同的用户在系统 中的作用和权限是不同的。 1 ) 学生 学生是远程教学系统中进行学习的主体。学生通过浏览器来使用系统，完成课 程的学习。对于学生，系统提供下列功能：课程选取、课程介绍和课程要点、作业 处理、身份认证、f a q 、课程讨论区、虚拟教室 2 7 1 。 2 1 教师 教师是远程教学系统中授课的主体。教师通过浏览器来使用系统，完成某一课 程的教学。对于教师，系统提供下述功能：维护课程介绍、维护讲课要点、维护答 疑区、课程讨论区、作业处理、虚拟教室、身份认证、口令管理、功能控制。 3 ) 系统管理员 系统管理员主要进行系统的日常维护工作，管理教师和学生的注册，接收教师 和学生对系统使用方面的信息反馈，以及教师对学生的意见和学生对教师的意见并 进行相应的处理。对于系统管理员来说，系统应提供下述功能：学生注册管理、课 程和教师注册管理、信息反馈处理、数据管理。 2 4 现代远程教育系统关键技术及分析 现代远程教育将教育与现代科学技术的成果高度结合，特别是i n t e r n e t 高速主干 网技术、高速接入技术、基于网络的分布计算及多媒体技术的发展，为实现这一方 案提供了物质基础和理论保障在现代远程教育系统的设计和实现过程中有许多关键 技术，如数据库技术、多媒体技术以及网络技术等。这些技术并不是孤立的，而是 相互包含、相互渗透、相互作用的。下面从几方面介绍现代远程教育所涉及的主要 技术。 2 4 1 教学的实施技术 包括视频广播、视频点播、视频会议、ip 组播、w 、v w 、em a i l 、f t p 、b b s 等。 华中科技大学硕士学位论文 不同的技术各有其优劣，不同的技术适用于不同的教学模式和教学环境，多种技术 的同时使用比只使用单一技术的教学效果要好得多。而实施技术的多样性也为各种 用户的接入提供了保障。 1 ) 同步式教学模式 它是定点、定时集中学习采用实时交互的多媒体教学模式，实现手段以视频会 议系统、视频广播系统为主。 ( 1 ) 视频广播：视频广播系统在i n t e r n e t 上提供高品质的实时“m p e g 流”技术。从而 实现一点广播，无限多点实时观看的功能。学习者可以在i n t e r n e t 上实时观看其播出 内容，在视频广播的同时，可以进行节目录制，以供以后视频点播使用。缺点是由 于采用单向广播，所以无法实现交互。 ( 2 ) 视频会议：视频会议系统是基于电信通信网的多点通信和信息交换的系统。它提 供了教师一一学习者、学习者学习者之间的“面对面”实时双向交互式学习环境，可 以实现动态视频图像的实时传送和音频信息的实时交流。视频会议系统是目前应用 最广的实时交互模式。 ( 3 ) 电子白板：可以将授课教师的板书在本地和远程监视器窗口中实时显示，可以将 教师事先准备好的笔记做成幻灯片储存起来，把互联网或光盘上的信息揉合进去， 学生也可以将白板上的内容存储或打印下来。 ( 4 ) 口组播：采用组播方式实现单向广播式教学模式。 2 ) 异步式教学模式 它是异地、异时、分散学习所采用的非实时交互的多媒体教学模式。实现手段 以w e b 浏览和视频点播方式为主。 ( 1 ) 视频点播：视频点播也是采用先进的“带有控制的流”技术，支持成百上千的高品 质的多媒体“流”传送到客户端。学习者可以根据自己的兴趣采用交互的方式在本地 计算机或电视机上自由点播教学节目库中的视频节目和信息，可以对教学的视频节 目库进行自由选择、编排。视频点播是远程教育手段走进千家万户最佳途径。 ( 2 ) ，v 哪：教师将教学内容编制成超文本标记语言( h t m l ) ，放在w e b 服务器上，学 习者通过w w v y 浏览的方式访问服务器，选择自己的时间及学习的内容进行学习，如 1 2 华中科技大学硕士学位论文 图2 4 所示。 图2 4w v c v v 的客户i $ i 务器摸式 ( 3 ) e _ m a i h 学习者利用e m a i l 向教师求教或提交作业；教师通过e m a i l 答疑。学 习者之间也可以通过em a i l 进行学习的讨论。 ( 4 ) f t p ：教师将教学内容存放在f t p 服务器上，学习者利用i n t e m e t 的文件传输服 务将教学内容下载到本地计算机上，然后学习者在本地进行个别化学习。 ( 5 ) b b s ：教师可以通过电子公告牌发布教学安排、教学计划、作业，而学习者可以 通过b b s 发表自己的学习见解及疑难问题等。 2 4 2 数据库技术 数据库技术的核心是w e b 服务器与数据库的连接，主要技术包括：c g i 、w e b 、 a p i 、j d b c 等。 nc g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) c g i 是公共网关接口，是扩展w e b 服务器功能的一种接口，所有的w e b 服务器 都支持c g i ，c g i 可以实现用户与w e b 的交互及w e b 与数据库的交互。用户使用浏 览器填写h t m l 表格，向w e b 服务器发出数据库访问请求，w e b 服务器将这种请求 转化为c g i 调用，c g i 程序完成数据库访问，将结果返回给w e b 服务器，w e b 服务 器再发送给浏览器用户，如图2 5 所示。 1 3 华中科技大学硕士学位论文 图2 5c g l 程序的基本步骤 2 ) w e b a p i w e b a p i 是w e b 服务器扩展其w e b 服务器功能的专用接口。程序员可以利用a p i 来实现所有c g i 程序实现的功能。由于a p i 是与w e b 服务器紧密结合的，所以在性 能上比c g i 高数倍。w e b a p i 也存在一些缺陷，利用a p i 编程对程序员要求比较高， 且由于a p i 的专用性，使其难于移植。图2 6 显示了w e b 技术结构。 图2 6 w e b 技术结构 3 1j d b c ( j a v a 数据库连接j a v ad a t a b a s ec o n n e t i v i t y ) j d b c 借鉴了o d b c 思想，提供了访问各类数据库的方法。j d b c 不但给w e b 带来了动感，而且由于其安全性、多线程的性能，使其在网络应用程序的开发中占 有重要地位。j d b c 支持s q l 基本功能，在各种数据库连接模块上提供统一的界面， 1 4 华中科技大学硕士学位t 论文 使得j a v a 应用程序的开发独立于d b m s 。客户端通过浏览器利用j d b c 进行数据库 访问请求，w e b 服务器响应请求，并将数据请求交给数据库服务器处理，w e b 服务 器与数据库服务器保持连接，作为数据库请求代理，j d b c 是目前最有发展前途的技 术。图2 7 显示了j d b ca p i 的组成结构。 应用程序应用程序应用程序 j d b c a p i j d b cd r i v e rm a n a g e r 数据库驱动 数据库数据库数据库 图2 7j d b c a p i 的组成结构 2 4 3 多媒体技术 建立一个完善的多媒体远程教育系统，除构建一个视频音频信息的实时传输系 统和按需点播的交互式教学系统外，还要多媒体课件c a i 制作、远程教学管理系统 的平台开发，以建立一个虚拟环境，实现虚拟实验室、虚拟教室和虚拟校园。多媒 体( m u l t im e d i a ) 技术综合了声音处理技术、图形处理技术、图象处理技术、计算机通 信技术和数据存储等技术。核心是多媒体信息的压缩存储、网上传输和加工处理以 及数据同步。 1 ) 超媒体 超媒体( h y p e r m e d i a ) 是超文本( i - i y p e r t e x t ) 与多媒体技术的融合的产物。超文本是 一种新型的信息管理技术，与传统的文本相比，超文本是一个非线性的网状结构， 读者在阅读时不必像读一般文章那样按顺序阅读，可以根据实际的需要，利用超文 本机制提供的联想式查询能力，迅速找到自己感兴趣的内容和有关信息。超媒体使 1 5 华中科技大学硕士学位论文 用与超文本类似的机制进行组织和管理。构成超媒体的两个要素是信息结点( n o d e ) 和与之相关联的链( l i n k ) 。超媒体技术广泛应用于信息查询方面。 2 ) 计算机支持的协同工作 c s c w ( c o m p m e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o 曲是指在网络上利用计算机支持工 作群体成员在共享环境下进行协同工作、交互协商、分工合作，以共同完成某项任 务。c s c w 应用于c a i 课件制作中，通过计算机网络不仅完成了人机交互，同时也 实现了人人交互。c s c w 技术涉及人机界面、网络、多媒体、面向对象设计、人工 智能等多项计算机技术。 3 ) 虚拟现实 虚拟现实( v i r t u a lr e a l i t y ) 是用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、昕觉、 触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设 备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察2 酆。它利用计算机生成一种虚拟 环境，使学生有身临其境的感受而忽略了计算机的存在。虚拟现实技术和网络技术 相结合即可实现虚拟实验室、虚拟教室。 2 4 4 网络技术 随着全国各高校校园网建设的不断发展，影响网络教育的网络技术的关键已不 再是网络拓扑结构、传输方式、网络协议和网上资源组织等问题。现在的最大问题 是带宽传输速率等问题，因此导致大量多媒体内容信息无法正常实施。解决的主要 技术有卫星通信技术、a t m ( a s y c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 网络技术、h f c ( h y b r i d f i b e r - c o a x i a l ) 光纤同轴电缆混合网、s d h ( s y n c h r o n o sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 技术以及宽带宽 r f 微波网络技术陋1 。 ， 1 ) 卫星通信技术 能提供与光纤通信相仿的服务质量，低延时、低误码、灵活、可靠，可支持多 达数百万的用户。 宽带口技术 随着光纤技术的迅速发展，宽带综合业务数字网的传输已经不仅仅局限与a t m 技术了。光纤是一种最理想的宽带传输介质，它的特点是传输容量大、传输质量好、 1 6 华中科技大学硕士学位论文 损耗小、中继距离长等”1 。 3 ) 干兆以太网 i e e e 于1 9 9 8 年6 月发布了运行在光纤上的千兆以太网8 0 2 3 z 标准以后，在宽 带网络方面干兆以太网成为主流技术的可能性远远高于异步传输模式a t m 。另外， 和a t m 相比，千兆以太网的最大优势在于它对现有以太网的兼容性，而且它还继承 了以太网的其他优点，如可靠性高、易于管理等等。 4 ) a t m 网络技术 异步传输模式a t m 是实现bi s d n ( 宽带综合业务数字网) 的核心技术。它综合 了电路交换和分组交换技术的优点，是多媒体通信较理想的传输网络。a t m 技术曾 经是能够提供视频服务的服务质量( q