（电路与系统专业论文）基于网络的适应性远程教育系统的研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 基于网络的远程教育是于2 0 世纪9 0 年代出现的一种师生分离的、凭借媒体 所进行的教育模式，它以计算机网络技术、卫星通信技术为基础，以多媒体技术 为主要手段。可以预料，在未来的信息社会中，基于网络的远程教育将在人们的 生活和学习中起到重要的作用。 本文的主要创新性工作包括： ( 1 ) 提出了一种基于网络的适应性远程学习系统。该系统以学习者为中心， 从而满足适应性学习的需求；系统在网络服务器的基础上增加了应用服务器，从 而使系统的负载能力得到提高，能适应更多的学习者的需求；由于系统在资源库 服务器和资源库的基础上增加了用户库服务器和用户库，从而使系统的各模块之 间能协调工作，提高了系统的灵活性和适应性。 ( 2 ) 提出了一种基于模糊理论的适应性远程学习系统的资源库和用户库模 型。这种模型既能形成描述课程知识的模糊结构图，又能针对不同的学习者的知 识形成其模糊结构子图；模型能对描述学习者认知水平的模糊概念进行定量描 述，并能根据学习者的学习进度和认知水平，提供不同的学习内容。实验结果表 明，利用该模型构建的适应性远程学习系统与改善学习者的学习有j 下相关性。 ( 3 ) 提出并实现了一种基于网络的安全远程教育管理系统，将公钥密码学 中的加密和数字签名方法应用于该管理系统中，能很好地满足系统对安全性和认 证性的要求；以现有的e l g a m a l 数字签名体制为基础，提出了基于网络的远程教 育系统的代理数字签名算法：单代理数字签名算法和多代理数字签名算法，与目 前用得较多的基于f i a t s h a m i f 签名体制的代理数字签名算法和基于 g u i l l o u q u i s q u a t e r 签名体制的代理数字签名算法相比，这些算法具有密钥短 小、参数规模小、运算速度快和安全性好的优点。 ( 4 ) 对基于w a n 和基于u 州的实时远程教育系统进行了比较，依托山西 师范大学高速的多媒体校园网，构建了一种基于h 3 2 3 协议标准的实时远程教育 系统，给出了系统的拥塞控制策略，并通过实验验证了其有效性和实用性。 ( 5 ) 提出了适用于基于网络的适应性远程考试系统的最大信息量组卷模型， 将线性规划的离差加权模型应用于组卷系统中，并给出了便于实现的组卷策略和 步骤：将相关系数法应用于基于网络的适应性远程考试的试卷分析中，给出了用 相关系数法进行试卷分析舟勺模型和方法：通过实例验证了这些方法的可行性和实 棚北：业人学博十学何论文 用性。 ( 6 ) 实现了基于网络的适应性远程学习系统、适应性远程考试系统的资源 库、用户库、题库的建构方法和功能结构、工作流程及开发的关键技术，在此基 础上，完成了系统的主要界面和主要功能模块的设计。 关键词：远程教育系统，适应性学习，适应性考试，网络学习，应用服务器， 模糊理论，线性规划 j i a b s t r a c t a 。b s t r a c t d i s t a n c ee d u c a t j o nb a s e do nt h en e t w o r ki sak i n do fe d u c a t i o np a t t e m ，w h i c h a p p e a r si n1 9 9 0 s i th a ss u c hc h a r a c t e r i s t i c ：t h et e a c h e r sa i l ds t u d e n t ss e p a r a t e ，r e l y0 n t h em e d j ac a r r y j go nt h ei e a c h i n g i tt a k et h ec o m p u t e rn e t 、v o r kt e c h n o l o g y ，t h e s a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o ni e c h n o l o g y 髂t h ef o u n d a t i o n ，i ta l s ot a k et h em l i l t i m e d i a t e c h n o l o g ya st h em a i nm e t h o d w em a ye x p e c tt h a td i s t a n c ee d u c a t i 叩b a s e do nt h e n e t w o r kw i l lp l a yl h ev i t a lr o l ei np e o p l e 。sl i f ea n dt h es t u d yi nt h ef u t u r ci n f 0 咖a t i o n s o c i e ty t h em a i nn e wp o i n t so ft h i sp a p e rc a nb es u m m a r i z e d ，t h a ti s ： ( 1 ) a na d a p t i v ee - l e a m i n gs y s t e mb a s e d o nn e t w o r ke n v i f o n m e n ti sp r o p o s e d a sa r e s u l to fm a k j n gt h el e a m e rb e c o m et h ec e n t e ro fs y s t e m ，t h er c q u i r e m e n t so fa d a p t i v e l e a m i n ga r em e t ；a sar e s u l to fa d d i n ga p p l i c a t i o ns e e r0 nn e t w o r ks e r v e r ，t h e l o a d i n ga b i l i f yo ft h es y s t e mi si m p r o v e d ，a n dm o r er e q u i r e m e n t so fl e a m e ra r em e t ；a s ar e s u l to fa d d j n gl e a m e rd a t a b a s es e i 、，e r l e a r n e rd a t a b a s e ，t h ec o o p e r a t i v ep o w e r 0 fe v e r ys e c t i o n si nt h es y s t e ma r ei m p t d v e d ，t h ef l e x i b j l i t ya n da d a p t a b i l i i yo fl h e s y s t e ma r ei n c r e a s e d ( 2 ) t 1 1 el e a m i n gd a t a b a s e t h el e a m e rd a t a b a s em o d e l so fa na d a p t i v ee - l e a m j n g s y s t e ma r ep r o p o s e db a s e do nt h ef u z z ys e t s 0 w i n gt om a k eu s eo ft h ef u z z ys e t s t h e o r y ，t h i sm o d e le n a b l e st of o r mt h ef u z z yf a p ht h a ti s u s e dt od e s c r i b et h e k n o w i e d g eo ft h en e t w o r kc o u r s e s ，a n di te n a b l e st of o nt h ef u z z ys u b 伊a p ht h a ti s u s e dt od e s c r i b et h ei n d i v i d u a l l e a 丌1 e f sk n o w l c d g c t h i ss y s t e me n a b l e st of e c o g n i z e e a c hi n d i v i d u a ll e a m e ra n dd e s c r i b et h e i rk n o w l e d g eb ym e a t l so ff i x i n gq u a n t i f y f a t i o n ，a n dd y n a m i c a l l yp r 0 v i d e st h en a v i g a t i o no fe a c hi n d i v i d u a ll e a r n e r 1 1 1 i sa b i l i i y t oa d a p tt o 柚i n d i v i d u a l l e a r n e r sn e e d sc a ns i g i l j f i c a i l t l yi m p r o v et h e1 e a m i n gp m c e s s a n dm e e tt h er e q u i r e m e n t so fi n d j v i d u a l1 e a f l l i n g 7 n l er e s u l t so ft h et e s th a v ej n d i c a l e d t h a ti m p r o v i n gi e a m e r sr e s u l t sd i r e c t l yc o r r e l a t i v et ot h el e a m i n gs y s t e m ( 3 ) t h es e c u r i t yd i s a n c ee d u c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nt h en e t w o ki s p r o p o s e d t _ 1 1 ea p p l j c a t i o no ft h ec r y p t o g r a p h ya n dt h ed i 百l a ls j g n a t u l ei n t h j s m a n a g e m e n ts y s t e mc o u l ds a t i s f yt h es y s t e mw c l lw i t ht h er e q u e s to fs e c u r ea n dt h e a u t h e n t i c a t i o n t h e p r o x yd i g i i a ls i g n a t u t ea l g o r i t h m s b a s e do nt h ee l g a m a l s i g n a t u r es c h e m ei 1 1e x i s t e n c ea r ep r o p o s e d ，a n dt h e ya r em o n o p m x yd 培i t a ls i g m t u r e a l g or i t h ma n dm u l t i p r o x yd i g i t a ls i g n a t u r e t h e s ed i g i t a ls i g n a t u r ea l g o r i t h m sh a v et h e s t r o n g p o i n to fs h o r tk e y ，s m a l lp a r a m e t e rs c a l e ，r a p i do p e r a t i o n ，f j n e rs e c u r i t y ，a n d c o n t r a s tw i t ht h ep r o x yd i g i t a i s j g n a t u r ea l g o r i t h m sb a s e d0 n 1 1 1 ef j a t s h a m i r s j g n a t u r es c h e m ea n dt h eg u i l l o u q u i s q u a i e rs j g n a t u r es c h e m e 碣此f ：业人学博十学位论文 ( 4 ) n l es y s t e mb a s e do ni h ew a n j sc o m p a r e dw “ht h a tb a s e do nt h el 州 d e p e n d e d o nt h eh i g hs p e e dm u i t i m e d i ac a m p u sn e t w o r ko fs h a n x in o m a lu n i v e r s i t y ， 0 n ek j n do fr e a l t i m ee 1 e a m i n gs y s t e mi sp 巾v i d e da n dc o n s t f u c t e db a s e do nt h e h 3 2 3p r o t o c o ls t a n d a r d ，i t ss t f a t e g yo fc o n g c s t i o nc o n t r o lh a v eb e e np r o v i d e d ，a i l dj t s f c a s i b i l j t y 彻du s a b i i i t ya r ec o n f i 删e dt h r o u 曲t h ee x a m p l e ( 5 ) t h el j n e a rp r o 群a m m i n gt h e o f yj sa p p l i e dt op r e s e n ta n d m p l e t et h eg r e a t e s t i n f o m a t i o nc o n t e n tm o d e l ，w h i c hi ss u i t a b l ef o r t h ea d a p l i v ee t e s t i n gs y s t e mb a s e do n t h en e t w o r k t h ew e i g h t e dd e v i a t j o n sm o d e lo ft h el i n e a rp t o g r a m m j n gi sa p p l i e di n t h es y s t e mt of o 册t h et e s tp a p e r ，a n di no r d e rt or e a l j z et h es y s t e m ，t h es t r a t e g ya n d t h es t e p sf o rf o 珊i n gt e s tp a p e r sa r cp r o v j d e d t h er e l e v a n tc o e f f i c i e n ti su s e dt o a n a l y z et h eq u a “t yo fm ea d a p t i v ec 1 e a m i n gt e s t t h em o d e ia n dt h em e t h o d ，w h i c h u s et i i er c l e v a n tc o e f f i c i e n ti oc a r r yo nt h eq u a l i t ya n a l y s i so ft e s tp a p e r s ，a r ep m v i d e d a n dj t sf c a s i b i i i t ya n du s a b i l i t ya ec o n f i r i l l e dt h r o u g hl h ee x a m p l e f 6 1t h em e c h o d ，w h j c hc o n s t n l d sr e s o u r c ed a t a b a s e ，t h eu s e fd a t a b a s ea n dt h e q u e s t i o nd a t a b a s e ，i sr e a l i z e d n ec o m p o s i t i o na n dt h et e c h n o l o g yo ft h ea d a p t i v e e 1 e a m i n gs y s t e m t h ea d a p t i v ee t e s t j n gs y s t e mb a s e do 盯t h en e t w o r ka r er e a l i z e d t _ i l es y s t e mf u n c t i o ns t r u c t u r e ，t h ew o r k i n gp r o g f a ma n de s s e n t i a lt c c h n o i o g yf o r d e v e l o p i n gt h es y s t e ma f er e a l j z e d i nt h i sf o u n d a “o n ，t h em a i nc o n t a c ts u r f a c e ，t h e m a i nf u n c t i o nm o d u l ea n ds 00 na b o u tt h es y s t e ma r ed e s j g n e da n dr e a l j z e d k e y w o r d s ： d i s t a n c ee d u c a t i o ns y s t e m ， a d a p t j v el e a m i n g ，a d a p t i v et e s t i n 舀 e _ l e a m i n g ，a p p i i c a t i o ns e r v e r ，f u z z yt h e o r y ，l i n e a rp r o g r a m m i n g 西北工业大学 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。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。本人允许论文被查 阅和借阅。学校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。 同时布入保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作 者单位为西北工业大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： 而年i o 月f 吕目 指导教师签名： 一e 年( 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优岛的科学道德，本人郑重声明：所虽交的 学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所 知，除文中已经注明引用的内容和致谢的地方外。本论文不包含任何其 他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，不包古本人或他人已 申请学位或其它用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人 和集体，均己在文中以明确方式标明。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名： 汐6 年1 。月i 驺 蕴 笾 第一章绪论 第一章绪论 1 1 远程教育及其发展阶段 简单地说，远程教育( d i s t a n c ee d u c a t j o n ) 是任何一种师生分离的、不能面 对面组织的教学模式。据侈元晦等国内学者的考察，d i s t a n c c e d u c a t i o n 这一术语 的正式出现似乎可以追溯到2 0 世纪5 0 年代初澳大利亚新英格兰大学在其成立的 特许状中的条款和前民主德国政府批准其管辖下的5 3 所高校中的至少2 0 所提供 d i s t a n c ce d u c a t i o n 的文件。最早对这一术语所代表的概念进行描述的是德国图宾 根远距离教育研究所的多赫曼。其后经过彼得斯( 1 9 7 3 ) 、穆尔( 1 9 7 3 ) 、霍姆伯 格( 1 9 7 7 ) 、联合国教科文组织( 1 9 7 9 ) 、基根( 1 9 8 0 ) 和魏德迈( 1 9 8 1 ) 等学者 和机构的研究，国际上对d j s t a n c ee d u c a t i o n 的定名与定义逐渐有了基本的共识。 2 0 世纪8 0 年代中期以来，随着信息技术的飞速发展与应用，加星森( 1 9 8 7 ，1 9 8 9 ) 、 巴克尔( 1 9 8 9 ) 、穆尔( 1 9 9 0 ) 和波特威( 1 9 9 4 ) 相继提出了一些补充c 啪j 。 事实上远程教育并不是一个全新的事物，这种教学模式早就存在并且被人们 所熟知。至今为止，远程教育已经经历了函授教育、广播电视教育、基于网络的 远程教育三个阶段【1 8 5 1 ，其发展阶段如表1 1 所示。 麦1 1 远程教育的发展阶段 发展阶段 兴起时间技术基础教育形态 第一代 1 9 世纪中叶 适合自学的函授印刷材料函授教育 广播、电视、录音、录象等 第二代2 0 世纪初期广播电视人学 视听手段 信息技术，特别是i n t e m e l 第三代2 0 世纪末期 网上学习、虚拟人学 网络汞l 多媒体技术 ( 1 ) 函授教育 函授教育晟早出现在1 9 世纪中叶，是一种采用邮递手段来进行的远程教育方 式。函授学校将教材、参考资料邮寄给学习者，让他们自学，自学期间如有什么 l 曲j 七i ：业人学博 ：学位论文 问题也可以通过书信请教并获得解答。到一定的时候学校将考题试卷寄给学习 者，学习者作答后再寄回学校批阅评分。这种方式使那些想求学却没有固定时问， 不便去学校上课的学习者得以灵活机动地自行安排学习时间，学校也不必常年雇 用一大批老师。然而由于师生互不见面，总难免有隔靴搔痒之感；另外一大堆教 材要靠自学来念完，实在枯燥乏味，没有相当的毅力还真是不容易做到。虽然有 条件的地方也可能安排一些辅导老师，但效果比起正规的全日制学校还是有差 距。它被称为远程教育的初级阶段。 ( 2 ) 广播电视教育 2 0 世纪初兴起的广播电视教育是远程教育的第二代，利用广播电视可以传送 声音、图像信号的特点，各种方式的广播电视教育迅速兴起，由于视听设备的介 入，使教学过程比函授教育生动形象，但学习受播出时问的限制，灵活性较差， 而且在没有辅导老师的情况下，学习过程是单向灌输式的，学习者有问题不能得 到及时解答，在演播室主讲的老师也无从得知学习者听懂了多少。后来有了录像 技术，将教学内容制成录像带，学习时日j 是可以灵活掌握了，但如果学习的课程 较多，学时义较长的话，大量的录像带可能成为学习者沉重的经济负担，也不便 于保存。 ( 3 ) 基于网络的远程教育 2 0 世纪末期出现的双向交互式的网络教育使远程教育进入了第三个发展阶段 基于网络的远程教育阶段，即现代远程教育阶段。其特点是以计算机网络技 术、卫星通信技术为基础，以多媒体技术为主要手段，从而使远程教育的水平和 效果达到一个前所未有的高度，并成为世界各国教育事业发展的一种新趋势。基 于网络的远程教育打破传统教育的“就学”模式，克服传统教育在时间，空间、受 教育者年龄和经济条件等方面的限制，把教育推送到受教育者的面前；学习者能 通过网络把教育资源拉到自己的面前，根据需要自选院校、专业、课程和教师， 自行制定教学计划和教学安排。在此基础上，有人提出了“终身教育体系”的概念， 不但为远程教育也为整个教育事业的发展描绘了一幅崭新的蓝图。 1 2 发展基于网络的远程教育的意义 基于网络的远狸教育在近年来内之所以成为炙手可热的话题，除了通信与信 第一章绪论 息处理技术的飞速发展为其技术背景之外，还有一个重要的原因就是社会需求的 推动。据统计，在美国通过网络进行学习的人数正以每年3 0 以上的速度增长。 加0 4 年，已经有超过1 2 亿的美国人通过网络学习获得知识和技能，有6 0 以上 的企业通过网络进行员工培训和继续教育【1 5 1j 。因此随着2 1 世纪的到来，人类社 会进入一个信息化的世纪，信息社会对人才的知识结构和能力素质提出了新的要 求，教育作为培养人才的基本手段也呈现出了新的特点，这主要表现在以下几个 方面： ( 1 ) 素质教育成为教育的核心【1 5 9 1 。自2 0 世纪8 0 年代以来，国内外的许多 专家、学者对信息社会所需人才的知识结构和能力进行了上百次的讨论，提出各 种各样的观点，虽然没有取得完全一致的结论，但一个普遍的共识是信息社会的 人才必须具备获取、分析和加工信息的能力。同时，为了迎接2 1 世纪人类所面 临的f 1 益严重的各种挑战，比如能源危机，环境污染、人口压力等，要求学校培 养出来的接班人必须具备发散性思维、批判性思维和创造性思维，而不应当是只 知接受教师传授的知识、只会记忆背诵自u 人的经验，不善于创新也不敢创新的知 识型人才。也就是说全丽提高受教育者的素质和创新意识是教育的核心内容，而 我国当前的教育体制和教学模式很难适应信息社会所需要人才的信息能力培养 和创造能力培养这两方面的要求。 ( 2 ) 社会财富的创造与积累对信息产业的依赖越来越高【”“。近年来，信息 产业在国民经济中的比重迅速增加，在全球经济领域中发挥着越柬越重要的作 用，世界经济的中心将紧紧地与信息产业联系在一起。与此同时，基于知识的信 息产业也是竞争最激烈、变化最急剧的产业。在这一领域，哪怕是知识与信息只 领先或落后几个星期、几天、甚至是几个小时就足以让一个企业成为暴发户或面 临破产。人们或许很难想象当今世界上个人资产达到2 1 5 亿美元的迈克尔一戴尔 在几年前还在大学宿舍罩拼装自己的电脑。 ( 3 ) 信息社会的知识爆炸现象要求提高教学质量和教学效率【1 5 4 1 。掘联合国 教科文组织的统计：人类近3 0 年来所积累的科学知识，占有史以来积累的科学 知识总量的9 0 ，而在此之前的几千年中所积累的科学知识只占1 0 。英国技 术预测专家詹姆斯马丁的测算结果也表明了同样的趋势：人类的知识在1 9 世纪 是每5 0 年增加一倍，2 0 世纪初是每1 0 年增加一倍，2 0 世纪7 0 年代是每5 年增 加一倍，而近1 0 年大约每3 年增加一倍。可见，知识总量在以爆炸式的速度急 两北j 业人学博卜学伊论文 剧增长，老知识很快过时，知识就像产品一样频繁更新换代。显然，随着信息社 会中知识爆炸式增长和迅速更新换代，低效率的传统教育体制与教学模式难以适 应教育需求。按照传统的教学模式与落后的教学方法，许多知识还没等到学习者 把它学会，可能就已经过时了。 ( 4 ) 发展基于网络的远程教育是教育大众化和科教兴国的需要【”5 1 。近几年， 我国已经把发展基于网络的远程教育作为实现科教兴国的战略举措，国家明确提 出，以信息化带动教育现代化，把发展基于网络的远程教育作为实现高等教育大 众化的捷径，依靠现代教育网络为终身教育服务。我国是一个人口大国，要实现 高等教育的毛入学率逐年提高的奋斗目标，缩小与发达国家之间的差距，让更多 的人有机会接受高等教育，借助于基于网络的远程教育形式，实现高等教育大众 化，这一策略选择已获得广泛的认可。 ( 5 ) 信息社会需要对劳动力进行终身教育。基于网络的远程教育中全新的教 育模式使学习者的自主学习更具有灵活性和自主性。实时和非实时授课、c a i 课 件、上网查阅、浏览教学资源和信息、网上答疑或参加b b s 讨论的教学形式i f 在 逐步成为教学的主要形式。经济社会的发展，劳动力的流动性必然越来越强，岗 位的再培训，知识的快速更新将成为生活中的一部分，要让社会成员重新全脱产 地走进课堂参加专门的培训或学习已不现实。在这种情况下，基于网络的远程教 育便成为有志求学者的首选。基于网络的远程教育既可能解决高等教育长期供不 应求的问题，又可以大大降低教育的成本，满足中、低收入人群求学的需要。 1 3 基于网络的远程教育系统的构成 1 系统的总体构架 基于网络的远程教育系统主要由三部分组成，即通信网络、终端设备和教学 资源【15 4 1 。 通信网络位于远程教育整个系统的中心，它将位于不同物理位置的终端设备 连接起来，使他们之间能够进行通信活动和信息共享。通信网络不仅可以将独立 的终端设备连接起来，而且还可以将分散的、相对独立的子网连接起来。比如， 通过网络可以将位于不同地方的一个学校远程教育的不同分校连接起来。 终端设备可以对教学活动 f ，的视频、音频等信息进行加工处理，然后通过网 络传送给其他终端。由于网络终端设备直接与网络相连，所以不同的网络需要有 4 第一章绪论 不同的终端设备与网络相匹配。实际上网络本身只是负责将信息传送到远端，信 息传送到远端后必须有相应的显示设备能够显示这些传送过来的信息，这也就是 终端设备的功能。由于远程教育系统中传送信息的种类非常多，不同种类的信息 又有不同的显示方式，因此，远程教育系统的终端设备必须具有显示和处理多种 信息类型的能力，也就是具有处理多媒体信息的能力，这种终端设备称为多媒体 终端设备。 通信网络和相关的终端设备构成了远程教育系统的硬件资源，为远程教育的 开展提供了硬件保障。但是，要构成一个真正的远程教育系统，还必须有丰富的 教学内容，即还需要将教学内容用多媒体技术来表现出来，使学习者更容易接受 知识，这才是实现教学的最终目的。教学资源是基于网络的远程教育系统的核心 内容，基于网络的远程教育系统通过丰富的教学资源向学习者传授知识。建立基 于网络的远程教育系统的根本目的就是要实现教学资源的共享。 2 系统的硬件结构 支撑基于网络的远程教育系统的物质基础就是一个实际的计算机网络，一般 具有如下模块：接入模块、交换模块、服务器模块、网络管理与计费模块，课件 制作与开发模块，双向交互式同步教学模块。 ( 1 ) 接入模块 接入模块的主要功能是让学习者和教师能够以多种方式访问网络资源从而 达到教学或学习的目的，其主要设备是路由器和访问服务器，路出器的主要作用 是通过网络专线将整个网络接入i n t e m e t ，从而使本网的用户能够访问i n t e r n e t 资 源，而其它网络用户能够访问本网信息；访问服务器的主要作用是使得没有连入 i n t e m e t 的学习者可以通过电话拨号的方式来访问网上的教育资源，从而达到学习 的目的。在网络中进行学习的学习者可以通过三种方式接入本网。 ( 2 ) 交换模块 交换模块是整个网络连接与传输的核心，主要的设备有主干交换机、分支交 换机、集线器和连接各模块的网络电缆，由它们组成整个骨干网络。 ( 3 ) 服务器模块 服务器模块主要负责信息的收集、储存、发布，它们是对外提供教学与信息 服务的主要实体，一般有w e b 服务器、f t p 服务器、e m a i l 服务器、d n s 服 务器、数据库服务器等等，它们可以山一台或多台高性能的计算机承担。 州北j 。业人。学博t = 孕伊论文 ( 4 ) 网络管理与计费模块 它们的功能是对学习者的注册、缴费、课程设置等进行综合管理。目前基于 网络的远程教育系统大多不是完全开放的，只有注册的学习者才能自由使用教育 资源，为此系统必须要有相应的系统来对学习者的身份进行认证，并对他的学习 活动过程进行跟踪。网络管理模块还要对整个网络进行监控、运行性能的监测、 故障的预警和诊断等等；计费模块主要是记录网络使用者的资费信息，以控制网 络资源的有偿使用。 ( 5 ) 课件制作与开发模块 课件制作与丌发模块主要是开发、维护网上的教学内容与教育资源，以实现 教育信息的不断更新与丰富。 ( 6 ) 双向交互式实时教学模块 双向交互式实时教学模块是一个基于高速数据网络双向视频会议系统，它可 以将演播教室中教师的讲解情况实时传送到远程多媒体教室，教师在讲解中，还 可以看到远程教室中学习者的表情与神念，并能接收到学习者的询问，类似于本 地课：誊教学。 ( 7 ) 非实时自主学习模块 自主学习模块是学习者利用远程教育系统中的教育资源进行自主学习的一种 方式。也是远程教育系统区别于普通学校教育的一个重要方面。虽然教师授课系 统教学临场感强，学习效果较好，但对学习者而言，如果希望听课，必须在指定 的时侧才能参加听课，还存在时间上的限制，学习方式还不太灵活，并且某些远 程教育系统很可能由于经费或是网络环境等方面的原因没有建立教师授课系统， 那么为学习者提供自主学习的方式就显得非常重要。 ( 8 ) 答疑、作业与考试模块 答疑系统的主要功能是对学习者在学习过程中遇到的问题进行解答，同时对 学习者的学习效果进行跟踪检查。在现有的远程教育系统中答疑系统通常是利用 i n t e m e t 上的b b s 、e m a i l 或聊天室来实现的。作业与考试系统的主要功能是负 责学习者作业的布置、提交和批改以及学习效果的测试。在现有的远程教育系统 中，作业与考试系统基本上都是建立在i n t e 玎l e t 基础上的，比如用e m a j l 来完成 作业的布置，提交。用w w w 系统实现网上的在线测试等。 3 系统涉及的技术 6 第一章绪论 前面我们提到基于网络的远程教育是建立在现代通信和信息技术基到之上的 应用系统，到目前为止，在通信和信息领域内的新技术几乎都可以在远程教育系 统中找到自己的用武之地【，主要包括网络技术、接入技术、音视频压缩编码技 术、信息发布技术、数据库技术、多媒体课件制作技术等。 ( 1 ) 网络技术 网络是开展基于网络的远程教育的基础。尽管我国已经建成了以电信网、电 视网和计算机互联网为代表的三大网络系统，但这三大网络都是针对各自业务特 点而分别建立的，还不能很好地满足远程教育系统的要求。计算机网中主要业务 是数据业务，实时性要求不高。由于采用分组交换技术，提高了网络的利用率， 但这也使得信息通过网络的时延和时延抖动比较大。 ( 2 ) 接入技术 现行的网络中，最流行的i n t e m e t 是遍及全球的计算机网络，连接了世界各地 数以亿计的计算机，目前的接入方式可分为m o d e m 接入、i s d n 接入、d dn j ，接 入、a d s l 接入、c a b l em o d e m 接入、无线接入和光纤接入。由于在基于网络的 远程教育系统中的信息以多媒体信息为主，通常情况下，数据量比较大，对于与 骨干网直接相连的用户来说获取这些信息可能很容易，而对于绝大部分的普通用 户来说，接入带宽的大小直接影响学习的效果。 ( 3 ) 音频、视频压缩编码技术 音频、视频压缩编码是一种信息处理技术，目前人们在这方面已经取得了很 多的成果，并有成熟的应用技术和相应的国际标准。音频、视频信号的压缩编码 技术在远程教育系统中的应用范围非常广泛。比如在w 曲页面中的j p e g 格式的 图像就是根据图像压缩的j p e g 标准来进行处理的。处理后的图像文件通常只有 原始文件大小的几十分之一，可以大大减少图片下载的时间。 ( 4 ) 基于i p 的信息发布技术 i p 网上的信息发布技术是基于网络的远程教育系统中应用最为广泛的技术之 一，基于i p 的信息发布技术有很多种，与基于网络的远程教育密切相关的主要有 w e b 技术、广播和组播技术、流技术。 ( 5 ) 数据库技术 基于网络的远程教育系统使用数据库技术的主要目的是对教学活动和教学资 源进行管理，主要有两类：关系数据库和多媒体数据库。 西北：业人学博 学何论文 关系数据库保存的是对象之间的相互关系。关系数据库中的信息都是格式化 信息。在远程教育系统中，关系数据库主要用于管理方面的工作，比如对学习者 管理，对教学教务活动的管理等。数据库的功能之一就是对学员的身份、账号等 信息进行管理。数据库还要对教学教务方面的信息进行管理，比如对开设的课程、 课程的安排等相关信息进行管理。 多媒体数据库中保存的对象是多媒体数据，这些多媒体数据既包括格式化数 据也包括非格式化的数据。简单地说，非格式化信息如图像、声音和视频信息是 指那些很难精确描述的信息，比如人们很难用文字来描述图片的具体内容。在基 于网络的远程教育系统中，多媒体数据库主要用于教学资源的管理。因为在基于 网络的远程教育系统中包含有文本、图形、声音和视频等信息，传统的关系数据 库只能保存对象之i 、日j 的关系，而不能在库中保存多媒体数据本身，所以必须用多 媒体数据库来对这些多媒体数据信息进行保存。 ( 6 ) 多媒体课件制作技术 多媒体课件是一种程序化的教材。它充分利刷现有的多媒体技术来展现教学 内容，使之更生动、更直观、更容易理解。从某种程度上说，多媒体课件是基于 网络的远程教育系统的核心，它直接关系到基于网络的远程教育的效益、质量等。 随着计算机网络的普及，特别是i i l t e m e t 的飞速发展，基于网络的课件由于能够 最大限度地利用教育资源，因而得到了迅速的发展。网络课件主要有两类：在l a n 上使用的课件和h t m l 格式的课件。l a n 课件主要用于l n 上的多媒体教学环 境：h t m l 格式的课件则将教学内容用i i l t e r n e t 上通用的h t m l 格式的w c b 页面 来表示，盯m l 格式的课件通用性和易于发布的特点也使它成为未来课件开发的 主流方向。 1 4 基于网络的远程教育的现状与面临的问题 1 4 1 基于网络的远程教育的现状 我国基于网络的远程教育起始于1 9 9 7 年，1 9 9 8 年国务院批转了教育部面 向2 1 世纪教育振兴行动计划，该计划中振兴教育的六大工程之一是现代远程教 育工程。为实现这一工程，将“以现有的中国教育科研网( c e r n e t ) 示范网和卫 星视频传输系统为基础，进一步扩大中国教育科研网的传输容量和联网规模”。并 “继续发挥：p 星电视教育在基于网络的远程教育中的作f 月，改造现有的广播电视教 r 第一章绪论 育传输网络，建设中央站，进行部分远程办学点的联网改造”。目的是要建立计算 机网、卫星电视网、电信网组合、“天网”与“地网”协调的现代远程教育信息传输 系统。 c e r n e t 是我国第一个全国范围的学术性计算机网络，目前已建成连接全国 八大地区的主干网，全国网络中心、各地区网络中心和主结点，已连接了4 0 0 多 所大学和部分中学，形成了具有一定水平和规模的网络信息资源和应用系统。 c e r n e t 与国内另外三大互联网中国科技网( c s t n e t ) 、中国邮电网 ( c h i n a n e t ) 、中国会桥网( c h i n a g b n ) 互联，形成了中国信息高速公路的 雏形。c e r n e t 是因特网( i i i t e m e t ) 在中国的重要组成部分，i l l t e r n e t 的普及给 远程教育带来的将是一个质的飞跃。计算机网、电视网、电信网组合而成的知识 媒体的运用，标志着我国远程教育己进入实时交互通信的第三代。中国教育和科 研计算机网以及卫星电视教育网，是构建我国远程教育媒体环境的基础。 计算机网络进入远程教育领域，实现了我国远程教育从第二代向第三代的过 渡。1 9 9 8 年7 月，清华大学、浙江大学、湖南大学、北京邮电大学等四所普通高 校丌始进行第三代远程教育试点；同年9 月，在继续开展第二代远程教育的同对， 中央电大直播课堂的开播，揭开了中国电大系统第三代远程教育的序幕。目前， 基于网络的远程教育已成为我国的国家级工程，从一定意义上讲，它就是我国2 1 世纪“知识经济”的基础。它不仅会带动和促进我国教育的发展，还将成为社鏊和 经济赖以发展的重要手段。因此，建设和发展我国基于网络的远程教育，抢占教 育信息化制高点，不仅是全体教育工作者跨世纪的神圣使命，更需要全社会共同 关心和共同努力。 1 4 2 基于网络的远程教育面临的问题 目的基于网络的远程教育系统的研究正处于起步阶段，在这方面国内外都作 了一些有益的研究1 1 5 引。近年来，随着w e b 技术的迅速发展，大量的网络课程及 教学支撑平台( 如国际上知名的w 曲c t ，t o p c l a s s ，l c a m i n g 等) 都陆续出现。 国内随着网络学院的成立，也出现了一批网络课程及教学支撑平台。计算机化的 适应性考试( g 盯) 近年来在测验的理论研究及实践应用中也取得了较快的发展。 在美国，c l t 在教育测验、职业测量、人事测评等领域中大显身手。如美国研究 生入学考试( g r a d u a t er e c o r de x 砌j n a t i o n ) 、工商管理类研究生入学考试( g r a d u a t e f o rm a n a g e m e n ta n da d m i n i s l r a t i o nt e s t ) 以及全荚护士国家委员会资格考试( n u r s e 9 两北i ，业人学博十学位论文 n a t j o n a l c o m m i t t e el i c e n s et e s t ) 等都已采取了g 玎的方式。可以看出c a l 、代表 着今后教育测验发展的方向，将在远程教育中发挥巨大的作用。目前我国也建立 了一系列实用的题库系统，如高等教育基础学科系列题库、劳动部职业技能鉴定 题库、国家医学水平考试题库、基础教育系列题库等。自2 0 世纪9 0 年代开始， 全国大学英语四、六级考试委员会一直致力于项目反应理论和计算机适应性测验 的研究和开发。不论是国外的还是国内的，这些网络课程虽然利用了i n t e 丌l e t 的 特性，但由于它是一种新的教育方式，在实际操作过程中不可能一步到位。特别 是在起步阶段，会遇到各种困难和问题，主要表现在： ( 1 ) 网络传输的问题。由于目前的远程教育系统没有一个统一的网络平台， 公共电信网、虚拟专网、双向数字压缩的加密卫星、c a 、i s d n 等都在远程教 育系统中使用，虽然这些手段可以满