（教育技术学专业论文）可视化网络教学平台的构建研究.pdf

摘要 随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，基于网络的学习逐渐成为远程教育的主要方式。 网络中多种媒体信息的爆炸式增长，不仅有图形、文本等静止媒体，视频、音频等连续媒体也 日益增多，这必将导致复合型多媒体文件的出现。多神媒体信息在时间、空间、结构，以及语 义关系上存在着复杂的逻辑关系，因此，如何方便有效的组织、合成、浏览、检索这些多种媒 体格式的有机信息，并通过网络教学平台展示给学习者，是网络教学中亟待解决的问题。 本课题基于目前网络教学平台在多媒体教学信息的集成制作和发布技术的现状，提出了可 视化网络教学平台的构建方案，重点解决在w e b 服务器端如何有效的收集、存储、检索、可视 化合成和高效利用多种媒体格式的教学资源，以促进异步教学中实地教学与网络教学的有效结 合。 本文的主要研究内容和研究成果体现在以下几个方面： ( 1 ) 研究了多媒体教学资源的动态合成和同步呈现策略，并提出了可视化合成方案。 ( 2 ) 研究了定位播放技术，并提出了实现流程。 ( 3 ) 针对学生的个别化学习方式，对学习档案进行了详细设计。 本课题是在“新一代可视化网络教学平台的构建研究”课题的基础上展开的，通过相关理 论和技术的研究，对平台的功能、架构等进行了详细的分析和设计，并开发了个系统原型。 关键词：网络教学平台，可视化动态合成，多媒体同步，定位播放 a b s t r a c t w i t hc o m p u t e rt e c h n o t o g ya n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g y , w e b b a s e dl e a r n i n g h a sg r a d u a l l yb e c o m et h em a i nw a yf o rd i s t a n c ee d u c a t i o n t h ee x p l o s i v eg r o w t ho fn e t w o r k m u l t i m e d i af o r m a ti n f o r m a t i o n ，e s p e c i a l l yt h ei n c r e a s e o fv i d e o ，a u d i oa n ds t a t i cm e d i as u c ha s g r a p h i c sa n dt e x t ，w i l l l e a dt om o r ec o m p o u n dm u l t i m e d i ad o c u m e n t so nt h ew e bi n w h i c h t e m p o r a l ，s p a t i a l ，s t r u c t u r a la n ds e m a n t i cr e l a t i o n s h i p sm a ye x i s tb e t w e e nt h e s e k i n d so fm u l t i m e d i a d o c u m e n t s s oh o wt oe x p e d i e n t l ya n de f f e c t i v e l yo r g a n i z e ，b r o w s e ，s e a r c ha n dc o m p o u n dt h e s ek i n d s o fs t r u c t u r e dd y n a m i cd o c u m e n t sa n dd i s p l a yt ot h el e a r n e r st h r o u g hw e b b a s e dt e a c h i n gp l a t f o r ma 。 n e t w o r kt e a c h i n gc o n c e r n s b a s e do nt h ec u r r e n tw e b b a s e dt e a c h i n gp l a t f o r mf o rm u l t i m e d i a sc o m p o u n da n dp r e s e n t t h l s t h e s i sb r i n g sf o r w a r dt h ed e s i g no fv i s u a le d u c a t i o np l a t f o r m ，f o c u s i n go nh o wt oe f f e c t i v e l yc o l l e 。t ， s t o r a g e ，r e t r i e v a ，v i s u a l i z e dc o m p o u n da n de f f i c i e n t l y u s ek i n d so fm u t t i m e d i ad o c u m e n t s ，s oa st o e f f e c tt h eu n i o nb e t w e e nt h el a c et e a c h i n ga n dw e b b a s e dt e a c h i n g t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ta n dr e s e a r c hr e s u l t sr e f l e c t ei nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： ( 1 ) t h ed r n a m i cc o m p o s i n go fm u l t i m e d i at e a c h i n gr e s o u r c e sa n dt h e i rs y n c h r o n o “s p r e s e n t a t i o n ，a n dt h ev i s u a lc o m p o s i n gm e t h o d ( 2 ) t h et e c h n o l o g yt op l a yl o c a t e da n di t sa c h i e v i n gf l o w ( 3 ) t h ed e t a i l e dd e s i g no f l e a r n i n ga r c h i v ef o rs t u d e n t ss e l f - a d a p t i v el e a r n i n g t h i st o p i ci so nt h eb a s eo ft h ec o n c e i v ea n dd e s i g no fn e w l y d e v e l o p e dw e b b a s e dv i s u a l e d u c a t i o np l a t f o r m t h r o u g ht h es e a r c ho fc o r r e l a t i v et h e o r ya n dt e c h n o l o g y ，t h et h e s i sa n a l y z e sa n d d e s i g n st i f f ss y s t e m ，s u c ha st h ef u n c t i o n ，s t r u c t u r ea n de t c ，a st h er e s u l to fd e v e l o p i n gap r o t o t y p e s 3 ，s t e m k e y w o r d s ：w e b - b a s e de d u c t i o np l a t f o r m ，v i s u a ld y n a m i cc o m p o s i n g ，m u l t i m e d i as y n c h r o n i z a t i o n l o c a t e dp l a y i n g v 学位论文独创性声明 本人郑重声明： l 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发 表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 作者签名 日期 卤垒茎 伽莎j 、i | 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校 有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版 和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入 学校图书馆被查阅：有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索： 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用 本规定。 作者签名 日期 遗垒羞 碰：! i 、网络教学平台概述 第一章概述 1 1 网络教学平台 随着计算机技术和计算机网络技术的发展和普及，基于i n t e r n e t 和i n t r a n e t 的网络教学蓬勃 发展，融合影像、语音和数据等多媒体信息网络技术的成熟，使通过网络开展多媒体教学获得 强大的技术支持。所谓网络教学，指的是基于计算机网络开展教学活动l 。网络教学通过网络技 术来协助时空分离的教师和学生共同完成课堂教学交互活动和实现学生个别化学习。 网络教学平台( n e t w o r ke d u c a t i o np l a t f o r m ) ，又称在线教学平台、教学管理系统等。是一个 广泛的概念，它是相对于课件平台( 提供课件存放，多媒体课件点播服务的平台) 而言的。一般而 言，支持基于w e b 教学的支撑平台通常由学生学习平台、教师教学平台、教学管理平台三大子 平台组成。在功能上，主要提供系统的课程开发工具( 包括对多种类型文件的导入导出并提供 相互链接和有机整合等) 、全面的学生管理工具( 包括对特定学生或某一群体的添加、删除和 赋予不同权限等) 、强大的交流工具( 包括同步的c h a t 和异步的e m a i l 等) 、完善的测验功能 ( 包括问题的创建、答案的反馈和结果的评判等) 以及定期的统计功能( 主要是对学生成绩的 统计) 等。 目前国际性比较流行的网络教学平台有w e b c t 、b l a c k b o a r d 、a n g e l 、a t u t o r 、e c o l l e g e 、 e l e d g e 、v i r t u a l - u 等多种，但w e b c t 和b l a c k b o a r d 是功能最为完善、最广为使用的两大网络教 学平台。其中，w e b c t 最初是由加拿大英属哥伦比亚大学资深教师m u r r a yg o l d b e r g 于1 9 9 7 年 自行开发的网络教学平台，目前其产品的市场占有率在同类产品中已经位居全球第一。w e b c t 可以说是完全基于w e b 浏览器的网络教学课件开发和管理系统。在功能方面，除了具备上述网 络教学平台提供的基本功能外，主要有以下两个主要特征：1 ) 拥有相对强大的教学跟踪功能； 2 ) 具有独特的选择性发布功能。而b l a c k b o a r d 是从c o u r s ei n f o ( c o u r s e l n f o 是由b l a c k b o a r d 公 司资助、由c o m e l l 大学开发的一个集成性网络教学平台) 平台发展而来的，目前已经发展成为 两大网络教学平台之一。相对于w e b c t 而言，b l a c k b o a r d 对内容组织采用文件夹和子文件夹形 式，层次清晰明朗。 国内技术界和教育界在最近几年内也开始致力于引进和开发网络教学平台。在引进方面， 主要是亿邮公司引进并开发中文版的w e b c t 即e y o u c t 和c e r n e t 于2 0 0 3 年1 0 月与 b l a c k b o a r d 公司共同投资组建赛尔毕博有限公司( c e r n e t b l a c k b o a r d ) ，负责中文版b l a c k b o a r d 的开发和推，“。同时，一些本土公司和高校正在积极开发自己的网络教学平台。比如龙腾多媒 体远程教育系统、天空教室网络教学系统等，清华网络学习平台和北京大学网络教学平台等。 但从功能的完备性和系统的稳定性而言，国内的网络教学平台相对于w e b c t 等大型平台还有相 当大的差距。 杨晓江网络教学管：尘纠究教育传播研究2 0 0 3 二、问题的提出 目前网络教学中主要提供两种学习方式1 ，一是以基于静态网页或是以后台程序语言构建的 简单交互的网页学习为主，这种静态网页式的网络课件主要采用文本、图形图像以及简单的动 画等形式构成，教师可以通过网络教学平台提供的课件制作功能在线制作网络课件，或者直接 把讲课课件、教案上传到网络学习服务器；学生通过浏览器在线学习或者下载后学习。二是基 于综合应用视频、音频和静态信息的网络课程即视频同步网络课件( n e t w o r kv i d e op r e s e n t e r ， 简称n v p ) 的学习，这种方式借助流媒体技术，在课件中以教师讲课视频为主，辅之以电子讲 稿( p p t 演示文稿、板书、网页等) 的同步呈现。显然，第二种学习方式能够提供丰富的多媒体 表现，创设真实的教学情景，比第一种学习方式更具有吸引力。 网络教学平台大多提供静态课件的在线制作和加工，多种媒体同步播放的网络课件一般是 由专门的集成制作工具( 如m i c r o s o f tp r o d u c e r ) 直接获取和同步集成视频、音频、幻灯片、 网页、图片和文本等内容，然后合成一个文件发布到网络中，但是这种方式存在很多不足之处， 主要表现为： 1 不利于多媒体教学资源的充分共享。多媒体教学片断通过集成工具加工合成为一个复合 文件后，单独的片断信息不容易直接重复利用，即部分合成整体后，整体便不易拆分为原始的 各个部分，导致资源的可重用性差。而如果视音频原始素材同时也被存储于资源库中的话，相 当于数据重复存储，造成数据冗余，不便于资源库的一致性维护。 2 不便于实时编辑和更新多媒体教学信息。网络教学内容并不是一成不变的，多媒体教学 素材的制作发布过程一般由专门的技术人员一手完成，因此教师难以实时更新教学内容。 3 制作过程复杂，耗费大量的人力资源。视频同步网络课件的制作与发布一般需要教师、 技术人员甚至程序设计人员合作完成。毋庸置疑，教师在其中发挥重要作用，但是多媒体教学 素材的加工处理并不是教师一人来完成的，在制作过程中，如果发现某个素材需要重新制作或 者更新，必须再经教师传递给技术人员或者是程序设计人员，再次加工处理，这样的过程无疑 增加了人力资源的消耗。 笔者认为，网络教学平台的设计应该考虑到多媒体教学资源的共享，方便教师制作、发布 复合式文件，以及能让教师及时的更新、编辑多媒体教学片断。 1 2 国内外研究现状 按照教学系统的用途，目前与远程教育相关的产品主要可分为四大类：综合性远程教育平 台、同步教室网络教学系统、企业培训学习管理系统、相关软件工具产品。综合性远程教育平 台大多要求在宽带网的环境中运行，或者适合校园网的建设。 一、国内研究现状 校际通网络教学平台 阮高峰，张剑平视频倒步刚络课件及其实现技术第七界全球华人计算机教育应川久会论文集( i ) 2 ( ) 0 3 校际通网络教学平台是由北京校际通信息技术有限公司开发研制1 。本平台主要由网上教务 管理、网上课程开发、网上教学支持和网上教学资源管理四个子系统组成，用以提供资源管理、 网络课程开发、网络教学、网络教务管理四个方面的服务。系统内部为平台用户定义了四种角 色：教务管理员、系统管理员、教师和学生。特点是为教师提供在线课程开发工具，但是内容 展示只是以纯文本或课件的形式浏览。 使用单位：山东日照部分基础教育学校，天津大学、东北大学、厦门大学、佛山大学等。 v c l a s s v c l a s s 系统由教育部立项，北京师范大学等国内4 所高等学校联合研制的基于w e b 的网络 教学平台，包括网上课程开发系统、网上教学支持系统、网上教务管理系统和网上教学资源管 理系统几部分。在网上教学支持系统中，它提供了学生的管理系统，可以记录学习过程，对学 习效果进行评估，具有讨论、搜索、公告等功能。可以在线发布网上课程，在线制作课件，对 于教学内容的表示，提供对各种素材的集成功能，这与传统的教学软件开发平台的功能是一样 的，与传统教学软件开发平台的差别是所产生的最终结果必须能够在网上浏览，如可以转换为 h t m l 格式的文件。 中华在线远程教育系统 此系统用户角色分为三种：学生，教师，管理员。基本功能有：选课系统、管理系统、在 线智能考试系统、课件制作系统、现场直播系统、讨论聊天系统( c h a t ) 、问题交流系统、同学通 讯录、视频会议系统、中华在线论坛、m v o d 流媒体视频点播系统2 。支持s m i l 标准，可同时 混和播放多种数据流，包括文本、图像、动画、音频及视频等，并可在播放过程中嵌入超链接。 可以交互式播放课件，具有类似录像机的快进、倒带和暂停等功能，支持拖放进度拉杆，任意 时间点指定，学习者可以方便地观看任意时段的内容，并可重复进行，学习的资料和视频是同 步进行的，自动翻页，同时可以自由选择章节、时间点学习。但对片断内容不提供关键字检索。 使用单位：中国科技大学、同济大学等。 二、国外研究现状 教学平台： 目前，国外对教学平台的研究比较多，无论是在理论上还是实践上都有了很大发展。n * k g 涌现了一批优秀的基于网络的教学支撑平台3 ，但对多媒体内容的集成展示方面没有详细的介 绍。 夺w e b c t w e bc t 是一个方便创建基于w e b 联机教育环境的紧密集成的工具，它可以_ i ： 于开发完全 联机的课程，也可以用于将现有的课程内容在网上发布。谚系统使用浏览器作为课程开发环境 的接口。 夺b l a c k b o a r dc o u r s e l n f o c o u r s e l n f o 由b l a c k b o a r d ( h t t p ：w w , ab l a c k b o a r dn e t ) 公司资助，c o r n e l l 大学开发，它是一 。校际通刚络教学平台h t t p ：2 1 03 91 3 61 0 6 1 中华；7 1 蛾远程教育系缱j 羊细说州h t t p ：w w v , o n | i n e c nr j c l g s y s r e a d s y s r e a dh 砷 。e l e a ! n i n g 平台介绍ju p ：o n l i n e c d t l 1 i g n e w a r t i c l c a r t i c l c s 9 9 7 6 9h t m l 个集成的联机教学与学习的环境，其基本特色与功能有：( 1 ) 个性化定制；( 2 ) 兼容多种文件 格式，包括m i c r o s o f tw o r d 、e x c e l 、p o w e r p o i n t ，图形、音频、视频等；( 3 ) 可以方便地加入第 三方的插件、流式媒体等，提高系统的交互性；( 4 ) 通过v i r t u a lc l a s s r o o m 可以建立虚拟的办 公室，v i r t u a lc l a s s r o o m 的功能包括实时聊天、白板、展示的建立和上载：( 5 ) 完善评测体系； ( 6 ) 完善的管理和统计功能。 夺l e a r n i n gs p a e e ( w w w 1 e a r n i n g s p a e e c o r n 、 由i b m 开发，l e a r n i n gs p a c e 是建立于群件系统d o m i n o 之上的集学习环境、课程开发和课 程管理为一体的交互式网上教学系统，它具备基本的交互功能，如在线聊天、讨论组等，简单 的课程开发功能。l e a r n i n gs p a c e 只能制作一些简单的文本演示课件，它们为课件制作提供生成 模板，可以简化教师的制作过程。 多媒体集成展示工具： 国外关于对多媒体信息的集成展示研究颇多，出现了一些优秀的集成工具，可以在网上将 视频和相关的幻灯片信息在线同步播放，但这些产品技术细节保密，而且价格比较昂贵。 审e z p r e s e n t e r 不能自动捕捉同步信息的细节，没有查询和检索功能。 夺 s t r e a m a u t h o r 自动捕捉同步细节，视频和幻灯片可以同步展示，但不提供查询功能，只能单方向浏览。 夺r e a lp r e s e n t e r 在展示时，提供幻灯片索引和超连接，学习者可以定位到某张幻灯片学习，但对多媒体信 息不提供关键字检索。 一、研究内容 1 3 本文研究内容和研究方法 本论文着重研究在异步教学方式中，如何使实地教学和网络教学相结台，在w e b 服务器端 有效的收集、存储、检索、可视化合成和高效利用多种媒体格式的教学资源，并为教师和学生 提供可视化的操作平台。所谓“可视化”指的是老师可以所见即所得地编辑、预览、发布多媒 体教学片断，利用教学平台的可视化特点，教师可直接在线集成制作网络多媒体课件。 本文的研究主要分为以下几个部分： 1 、构建网络教学平台的相关理论研究； 2 、网络教学平台开发的需求分析、功能分析和各种性能分析等； 3 、平台的架构设计、界面设计、数据库设计等； 4 、多媒体教学资源的存储、预处理和高效利用的策落分析i 5 、可视化网络教学平台实现中的关键技术分析和实施策略研究。 j a n eh u n t e r ，s u z a n n el i t t l e b u i l d i n ga n di n l ! 。x i n gad i s t r i b u t e dm u l t i m e d i ap r e s e n t a t i o na r c h i v e u s i n gs m i l h t t p ：a r c h i v e 【j 、，le d ua u r 1 j t j s t a f f j a t 、 u n t e r e c l ) 1 。0 i e c l ) 。0 1h i m l 4 二、研究方法 在本课题的研究过程中，主要采用以下几种研究方法： 案例分析 通过网络调研对国内外远程教育系统在体系结构、内容展现、教育资源利用情况、功能特 点和性能等方面进行科学的比较分析，收集研究数据得出各自的特点和区别，在此研究的基础 上构建可视化网络教学平台的框架体系，尽可能的弥补目前存在的缺陷，突出体现网络教学的 优势，并充分利用网络教育方式的特有的教学功能，提高教学质量。 文献调研 开发一个网络教学工具涉及到很多教育、教学理论，传播理论和相关的开发技术，通过查 阅相关的理论和技术文献，研究可视化网络教学平台开发的理论支持和平台实现中的关键技术 策略，证明研究的必要性和可行性。 实证研究 在理论基础和技术基础研究成果的基础上，开发一个平台原型，在分析、设计和实现的过 程中，将随时运行、调试，修正其不足之处，并尝试不同的方法实现某个功能，通过比较采用 最佳解决方案，以减少代码的冗余。同时，通过开发实践分析多媒体教学资源动态合成和同步 播放的各种策落并验证其可行性，通过不断测试，优化平台性能。 1 4 本文的主要成果 本文分析了网络教学和网络学习方式的特点，就目前网络教学平台在多媒体教学资源的组 织、合成、利用方面进行详细的调查分析，总结出其不足之处，通过对网络教学平台的相关理 论和技术的研究，分析了可视化网络教学平台的构建思路，从教师用户的角度，重点解决如1 日 实现多种媒体格式的教学信息的动态合成和同步呈现，以及如何最大程度地共享和重复利用资 源库中的多媒体资源；从学生用户的角度，解决如何让教学平台充当辅导老师的角色，如俐个 性化的设计学习档案，并记录学习状态和学习进度，如何实现学生的自适应学习等。 教师通过可视化网络教学平台进行网络教学的结构图，如图所示： 0 下动态合成 八 教师 旦定位学习 l + 一 学生 图ll 网络教学结构 重点研究的问题和相应的解决方案如f ： 多媒体教学资源的动态合成和同步曼现策略 网络多媒体教学资源般包括视频、音频、图片( 课件板书) 、文本等格式的文什，这些不 同格式的文件之间必定有某些语意上的逻辑关系。比如教师讲课视频或者音频和课件或板书内 容是一一对应的，在接受端，学习者看到的是这些不同格式文件的同步演示，即便是定位到某 个片断播放，相应的视频片断或音频或文本注释等都会跳到对应的部分演示，即这些文件之间 由于语意的逻辑关系由播放时间联系在一起。因此展示给学习者的内容是视频，或音频、课件 内容的实时异步转播。把这些多媒体教学资源事先处理成流媒体格式，然后上传到平台中，设 置每个教学片断的播放时间，通过s m i l 语言在逻辑上组合，即可实现多种媒体格式的教学资 源的同步播放，整个过程无须专门技术人员参与，因此缩减了网络课程制作与发布的时间，节 省了人力资源，同时也方便了多媒体教学信息的即时更新。关于s m i l 语言将在后面着重介绍。 2 资源共享和重复利用策略 资源库中的多媒体教学资源在上传之前被处理成相应的流媒体格式并按照学段、科目和媒 体类型存放，动态合成时，只是从逻辑上把多媒体教学片断组合在一起，教学片断在逻辑上被 合成一个文件后，还能和其它教学信息合成为另外一个文件，同时资源库中对每种格式的资源 只保留一个存储记录，在增加资源利用率的同时也减少了存储空间，这样有利于保护和重用多 媒体信息，也有利于多媒体信息的有效存储和维护。 如图所示： 图i2 重复利用 3 定位学习策略 网络教学为学生提供了一个开放的学习环境，可以让学生根据自己的知识水平和能力层次 控制学习进度，选择不同的学习内容进行个别化学习和交互性学习。教学平台应该让学生根据 个人需要自由定位学习内容。多媒体网络课程一般是由视频、音频、幻灯片、文本筹格式的文 件组成，根据幻灯片的主题索引可以实现学习片断的准确定位，由于视频、音频、文本等媒体 信息因为播放时间关系和每张幻灯片相联系，通过为学生提供所有幻灯片的主题索引，可以定 位到相应的学习内容：或者是通过时间定位方式，托动播放控制条，定位到要学习的片断，不 过这种方式不能精确定位。在技术实现上，后台服务器只需要知道要定位的幻灯片的播放起i r 时间，根据播放时间判断定位后要播放的学习内容。 4 学习档案的设计 学生通过网络学习，在很大程度上要依靠个人的积极态度和毅力完成学业，教学平台作为 一种学习二i ：具可以充当辅导教师的角色，及时提醒学习者完成作业、调整学习计划，学生可以 按照l i 己的风格平学习任务设置缄添加自己感兴趣的学习资源，这样方便学习者管理自己的学 习资源。根据学习者观看学习资源的播放终止时间，平台可以自动记录学习资源的状态，如果 播放完毕，学习状态是“已学”，如果终止时间处于播放开始时间和结束时间之间，则学习状态 是“学习中”，如果未曾单击播放过此资源，则状态是“未学”，这种记录方式可以粗略的了解 学生的学习进度。另外平台在学习者注销时记录这次学习的学习资源的播放中止时间，便于一f 次学习时自动打开和定位播放。 根据以上几点研究成果，最后开发了一个可视化网络教学平台的系统原型。 1 5 本文的组织结构 本文根据课题的研究思路，从策略研究，方案设计到系统实现共分为六章。 第一章介绍了网络教学平台的发展概况，分析比较了目前网络教学平台的优缺点，在教学 应用方面，提出了本课题重点解决的问题，接着分析了国内外关于此方面研究的进展情况，最 后叙述了本论文要重点研究的内容和研究方法以及最终研究成果。 第二章介绍了构建可视化网络教学平台的理论基础和关键功能的技术支持。 第三章从可视化网络教学平台的需求角度分析平台的用户角色和功能，然后分析各部分的 功能特点，最后详细说明网络教学平台在网络教学中的性能分析、各功能接口环境说明、界面 需求等。然后在前面相关理论分析的基础上，对可视化网络教学平台进行总体设计，详细分卡斤 了系统的整体架构、数据库设计和开发语言分析等。 第四章重点介绍可视化网络教学平台实现过程中的若干关键技术，重点解决如何实现可视 化的动态合成多媒体教学资源，多媒体合成资源的同步展示方式和动态布局实现方案，如何满 足学习者的定位播放和具体实现的技术方案。 第五章结合以上几章对可视化网络教学平台的分析研究，笔者利用j a v a 语言、j s p 技术， 和s t r u t s 架构框架开发了可视化网络教学平台系统原型的核心功能，详细介绍了开发工具和运 行环境，并根据用户角色的不同分别展示了平台的各个功能的实现。 第六章对论文进行了总结，提出了研究的未完成之处，并对研究的前景进行了展望。 第二章可视化网络教学平台构建的相关理论和技术 一般而言，远程教学的途径可以通过函授、广播电视或因特网进行l 。因特网作为信息资源 的宝库和网上远程教学的支撑环境，其作用越来越受到教育界人士的关注。进入信息时代，基 于因特网的教育应用更集中体现了信息技术对教育教学的作用。而网络教学平台正是为网上教 学应用而设计的。对远程教学的支持主要体现在两个方面：用于对学习资源的支持( 包括课程 开发) 和用于对学习过程的支持( 包括课程管理) 。网络教学平台的设计和开发需要遵循一定的 教学理论和学习理论，在理论的指导下，才能更好的为教学和学习服务。 2 1 现代学习理论 学习理论是心理学的一门最早发展的分支学科，是对学习规律和学 - j 条件的系统阐述。它 主要研究人类和动物的行为特征和认知心理过程，探讨学习的基础问题如学习的性质、学习的 过程、学习的动机、学习的迁移等，并对学习是怎样发生的，为什么有的学习有效而有的学习 无效进行具体说明2 。学习理论是现代远程教育的理论基础。学习理论对于指导现代远程教育的 教学工作、网络建设、编制各种教学资源、促进学习者的学习活动、提高学习效果、进行教学 信息的相互交流等方面，都具有很重要的现实意义3 。而网络教学平台是开展网络远程教学的工 具和环境支撑，教师通过网络教学平台开发网络学习资源和进行网络教学，学习者通过网络教 学平台提供的学习环境进行有效的学习，网络教学平台的研究与设计应该遵循学习理论所揭示 的学习规律、学习心理、行为经验和学习的因素关系，从而更好的为开展网络远程教学提供高 质量的服务。 在网络教学中，教与学过程、学习者地位、课程设计等都发生了变化，虽然学习理论种类 很多，不可能有一种万能的学习理论去指导所有的教学活动，但是认知主义、人本主义、建构 主义学习理论为教学平台根据不同年龄段的学习者有不同的学习心理特点在整体功能的构建方 式、界面设计、网络课程的组织方式、多媒体教学内容的展现方式以及个性化学习的设计等方 面提供了借鉴。下面详细介绍这几种对网络教学平台的构建有指导作用的学习理论。 一、认知主义学习理论 认知主义学习理论着重研究知识的心理组织和信息的命题网络及产品系统的发展4 。认知主 义学习理论的代表人物是皮亚杰、纽厄尔等。其基本观点为：学习是认知结构的组织与再组织。 客体刺激只有被主体同化于认知结构之中，才能引起对刺激的行为反应。学习过程是信息加j e 过程。人脑好比t 也脑，应建立学习过程的计算机模型，用计算机程序的解释去理解人的学习行 为。学习是凭智力与理解，决非盲目的尝试。认识事物首先要整体认识，整体理解有问题，就 很难实现学习任务。学习应重人的智能培养。 。祝智庭蚓络教育应用教程北京师范大学出版社2 0 0 l9 第2 4 5 页 ：魏新民，李应君论学习理论对现代教学理论的作用两北成人教育学报2 0 0 32 3 杨改学三种学习理论1 j 现代远程教育2 0 0 32 3 4 ( 美) 戴尔i - t 申克学习理论：教育的视角江苏教育出版_ | _ 2 0 0 3l 第2 3 负 认知原理解释了学习者接收、加工、储存及从记忆中提取信息的过程。认知理论中包含7 一些行为原理如重视练习和反馈，认为在环境中适当地安排提示可以引起学习者的注意，认知 理论也提出了一些重要的教学原理，如让学习者积极参与、用层次结构分析法设计教学，重视 知识的结构和组织，把新知识与学习者原有的认知结构联系起来等，强调学习材料应该是有意 义的。教学设计者必须了解学习者已知的认知结构，然后设计出相应的教学。 根据认知主义学习理论，由于原有的认知结构不同，每个人的认知过程也不同，也就是说， 不同的学习方法会产生不同的学习过程。为了使学习适应不同学习者的认知结构，就应该创造 吸引学习的环境与系统，以此来激发学习者的学习动机。因此网络教学平台要根据不同年龄段 的学习者在接受信息的便利与否方面和认知结构的差异因素等方面对功能架构、多媒体教学资 源的呈现、资源库的建设等进行设计。教学平台中呈现的多媒体教学资源应该有明确的学段、 学科、多媒体格式等分类，不同认知结构的学习者需要根据自己的知识基础选择合适的学习资 源，进行自适应学习。 二、建构主义学习理论 建构主义学习理论认为学习者在获取信息的过程中往往根据自己的需要、意向、态度、信 念和情感对其进行认知加工，有效的教学有赖于学习者和环境，强调这些因素之间的交互作用。 建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，也就是说，既强调学习者的认知主体 作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与 灌输者。学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌 输的对象。它要求学习者要有很强的认知技能及自我控制能力。 网络远程教学正好体现这种以学生为中心的教学思想。网络教育过程中，学生的学习过程 更具有主动性。在学习过程中，要求学生能有更强的自学能力，包括自我约束、自我计划和自 我组织等能力。应用建构主义学习理论适应了网络教育发展的要求。网络教学平台在建构主义 理论的指导下，教学方式从“以教为中心”转移到“以学为中心”，网络教学平台的角色从“知 识的传播者”转化为“建构意义学习的帮助者和学习环境、学习资源的提供者”l 。网络课程的 制作也从传统的“课堂网络化”转化到“课堂智能化”。 同时网络课程要智能化地根据学习对 象调整合适的教学策略和教学过程，使之满足不同学习者的需求。因此，网络课程的制作者不 仅要分析教学目标，还要分析学习者的学习特性和学习环境，并根据学习者学习特性的差异和 学习环境的差异提出不同的教学策略 从而支持不同的学习者进行“发现式”和“探究式”学习。 可视化网络教学平台作为制作和发布网络课程的工具，在多媒体教学资源的制作方面充分考虑 教师的需要，根据多媒体教学资源的多格式化提供多种发布和展现网络课程的决策支持。 三、人本主义学习理论 人本主义学习理论强调人的潜能、个性与创造性的发展，强调自我实现、自我选择利健康 人格作为追求的目标。在教学方法上，主张以学生为中心，放手、止学生自我选择、自我发现。 网络教学正是提供了这样的一个让学习者自我选择、自我导向的学习方式，教学平台的构建庶 刘峰，彭文鹄i _ i i _ 州舵犟于建粕主义的网络教学、r 台设计初探海南师范学院学报，2 0 0 46 在人本主义学习理论的指导下，在操作界面的设计和功能框架的架构方面进行人性化的设计， 从学生的个人需求角度设计导航帮助，为学生提供多种方式的检索条件和根据自身喜好定位播 放教学内容的方法。 2 2 远程教育理论 远程教育是指将课程传送到校园外的一处或多处学员的教育，现代远程教育是指通过视频 ( 直播或录像) 、音频及计算机技术把课程传送到校园外的教育。网络远程教育是实现现代远程 教育的一种方式。网络远程教育有教学时空的开放姓、教学内容的多媒体呈现、教学模式的个 性化、教学方法的灵活性、教学管理的自动化等诸多特点。本平台的设计是基于网络中实现异 步教学方式为基础研究的。网络教学中，“教学效果的好坏，取决于教学诸要素构成的合力，只 有将教学各要素进行最佳结合时，才能取得最好的教学效果”。现代远程教育使用多媒体资源， 集声音、图像、颜色、动画为一体，在同一时间里，能够全面地呈现事物的空间、时间、运动、 颜色与声音，对多种教学要素进行最佳的优化组合，调动每一要素的最大功能，充分发挥教学 过程中每一要素的作用，刺激人的多种感官，以达到深化教学内容、优化教学过程的教学目的。 因此远程教育理论对网络教学平台在网络课程的设计、功能的智能化集成、资源库的维护管理 等方面有重要的指导意义。 可视化网络教学平台在现代远程教育理论的指导下，对充分发挥学生在学习过程中的自觉 性、主动性、积极性和独立性将起到重要的作用。使“吃不饱”和“吃不了”的学生，可根据 自身的条件和基础去选择与接受适合自己的教学信息与教学信息量，独立自主地掌握学习的主 动权和l 安排学习的进度。 2 3 教育传播学 教育传播学是一种以培养和训练人为目的而进行的信息传播活动，它以教育过程为研究对 象，以传播学为理论支撑，采用传播学的视角和基本理论研究教育过程，其研究范围包含对教 育者、受教育者、教育信息、教育媒介、教育效果等因素的探讨。教育过程本身就是一种传播 过程，教育以传播效果为主要目的，教育过程的最优化是为了达到最好的教学效果。网络远程 教育方式主要是通过网络传播教育信息，网络教学中应该注重网络教学信息的传授效果。 实验心理学家苏瑞特拉做过两个著名的心理实验：一个是关于人类获取信息的来源：他通 过大量的实验证实，人类获取的信息8 3 来自视觉，儿来自听觉，35 来自嗅觉，15 来 自触觉，i 来自味觉。另一个是关于知识记忆持久 生的实验：结果表明，人们一般能记住臼己 阅读内容的l o ，听到内容的2 0 ，看到内容的3 0 ，听到和看到内容的5 0 ，在交流过科中 自己所说内容的7 0 ：。这就是说，如果让信息的接收者既能同时听到、看到、动手操作，通过 这样多种感官刺激，信息量的获取和保持都比仅通过单一途径获的效果要好得多。 因此网络教学平台的设计应该着重考虑学习者的接收效果，可视化网络教学平台在教育传 j ：l ! f 鹂教育传播学新探h t t p ：c u l c h i n an e t a r t i c l e i 叶i n ta s p ? a r t i c l c l d = 2 2 0 6 ：刘涛，聂忠，多媒体技术在物理课堂教学中应川的尝试 h 【t p ：w w w c b c 2 1 c o m s u b ic i j p h y s i c s t l t 1 l 厂1 ( 1 0 2 0 3 2 、洲| l 2 0 0 4 1 13 0 一t 0 0 1 1 8 h t m 播学理论的指导下，提供视频音同步播放的方式，能充分发挥多媒体技术优势，以丰富的文本、 图形图像、声音、视频等媒体内容传送教学内容，并且能够同步传送教师上课影像，因而能模 拟图文并茂、形声具备的课堂教学情景，取得较好的教学效果。 一、x m l 技术 2 4 关键技术支撑 当前，在i n t e r n e t 上信息的表示使用的主要标记语言是h t m l 语言。h t m l 源于s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e 标准通用标记语言) ，是s g m l 的一个应用。h t m l 在 应用过程中暴露出它的一些固有弱点，如功能有限、可扩展性差、标准性差等。鉴于此，1 9 8 6 年，w e b 技术的标准化组织w 3 c 推出了一种精简的语言- - x m l ，它将s g m l 的丰富功能与 h t m l 的易用性结合到w e b 应用中。x m l 是“可扩展标识语言”( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 的缩写，也是目前网络上流行的h t m l 语言的延伸。 与h t m l 不同的是，x m l 语言能把数据与数据表示( 例如界面) 分开。这种特性能够让 x m l 适合在网络上不同计算环境( 无论是不同的操作系统环境，还是不同的设备显示方式) 中 采n - - ：9 - ! 均信息表示方式。x m l 技术被称作是下一代网络计算的核心技术，是因为它能够按照 一定的语法和词汇表定义各种专业知识，而且还能够以文本的方式在网络上传递，让各种联网 的计算机能够解释这些知识，并协同工作完成不同的计算任务。这种特性使x m l 成为了网络上 分布式计算的最佳载体，使p 2 p 计算方式轻松实现。 x m l 的特点： x m l 的本质特点是表达知识的语义。具体地包括： 有助于构造三层的应用框架 x m l 能集成不同的数据源，并与分布式对象技术相结合，构造三层的应用框架。 可在本地进行个性化计算和处理 在客户端处理数据，减轻了服务器端负担，并且可根据不同用户的要求作相应的处理。 各种编辑操作非常方便 特别是支持对文档局部进行更新，减少了数据传输量。 广泛的适用性 支持多种应用环境，具有跨平台、跨空间和跨设备的优点，适合网络传输。 表达知识能力强 与h t m l 不同，x m l 主要是描述数据本身而非数据的显示格式，因此，它特别适合知识 表示。 x m l 的优点： 更有意义的搜索 x m l 使我们能够方便的定义任何行业的数据，用户可以定义1 2 t 己的有内容含义的标记，使 得数据的搜索变得更加容易。 开发灵活的w e b 应用软件 数据一旦建立，x m l 能被发送到其他应用软件、对象或者中间层服务器做进一步地处理， 也可以发送到桌面用浏览器浏览。x m l 和h t m l 、脚本、公共对象模式一起为灵活的三层w e b 应用软件的开发提供了所需的技术。 不同来源数据的集成 现在搜索多样的不兼容的数据库实际上是不可能的。x m l 能够使不同来源的结构化的数据 很容易的结合在一起。软件代理商可以在中间层的服务器上对从后端数据库和