新型纯硬件多媒体教学网的设计与实现.doc

新型纯硬件多媒体教学网的设计与实现【摘要】该文介绍了一种新型纯硬件多媒体教学网的组网技术和方法，给出了纯硬件多媒体教学网的网络布局和教学流程图。该教学网能够方便地实现广播教学、个别辅导和自由练习等多种教学方式，具有经济实用、组网简单、操作方便等特点。该技术还特别适合将老机房改造为多媒体网络教室。【关键词】纯硬件，多媒体，教学网一、引言多媒体教学网是指借助于网络实现多媒体教学的一种教学系统。在计算机应用知识（如计算机应用软件的教学：文字处理、图形图像处理、工程制图及其他视窗软件等）的课堂教学方面，目前采用的方式有三种：1、传统的黑板教学+上机操作。2、多媒体投影教学+上机操作。3、利用多媒体教学网，讲讲练练。在第一种方式中，教师在课堂黑板上讲授有关知识及具体的电脑操作步骤，再到机房上机实践。这种方式教学效果较差，使用越来越少1。第二种方式，教师在多媒体投影教室讲授有关知识并演示电脑操作步骤，然后带学生上机练习。上机练习时，教师需要多次重复讲授和示范。目前，因这种教学方式投资少，效果尚可，使用较为普遍。第三种方式，利用多媒体教学网多媒体网络教室，实时传输大量语音、图像信息。教师能够将教学内容播放到所有学生的终端机，学生在终端上同步了解学习内容及教师的每一步操作。教与学实现了讲讲练练，控制了教学节奏。有了它，教师就可以充分利用图形、动画乃至声音，尤其是多媒体软件等丰富的教学资源，使教学模式和内容更加生动活泼、丰富多彩。显然，在计算机应用知识的课堂教学方面，采用多媒体教学网的教学方式，符合人的认知规律，是取得良好教学效果的重要途径。目前，这种教学方式已经具有一定的市场。随着计算机价格的进一步下降，它必将成为今后的主要发展方向。二、现有多媒体教学网的分析目前，商品化的多媒体教学网涵盖了电脑教室、语音教室及电化视听教室的大部分功能。市场上多媒体教学网产品有几十个品种，依据信号的实现及传输方式，可分为三种类型：软硬件结合型、纯硬件型和纯软件型。（一）软硬件结合型多媒体教学网的特点早期的产品借助于计算机局域网，通过软件实现文本的传递及交互，没有涉及影音的传输。随着多媒体技术的发展，使人们能够利用多媒体计算机实现多媒体信息的处理。软硬件结合的多媒体教学网借助专用影音传输卡和底层局域网控制开关通断，实现信息传输，故称其为软硬件结合类产品2。该产品的最大问题是对局域网有依赖性，一旦局域网出现故障，教学活动就会被迫中断。（二）纯硬件型多媒体教学网的特点纯硬件多媒体教学网，因其独立于局域网络环境、不占用系统资源、对计算机配置无具体要求、安装简单、即插即用，不论在其上运行何种多媒体教学软件、接入何种多媒体节目源都不存在兼容性问题，故而受到普遍欢迎。但是，目前市场上这类产品价格偏高。 上述两种多媒体教学网在应用中存在着一些共同的问题：1、需要专门布线专用的多媒体传输线和控制线，维护工作量大。2、在每个终端的主板上，需插入一块专用多媒体教学卡；外接一拖多端子，分别用于连接键盘、耳机、话筒、显示器和控制线等。无论这当中的哪部分出现故障，都将影响教学的正常进行。3、在教学过程中，一旦学生重新启动计算机,就会在教师不知情的情况下脱离教学环境，进入自由状态。4、涵盖功能过多（电脑教室、语音教室及电化视听教室的大部分功能），有些功能在教学中很少使用，加大了设备购置费用。（三）纯软件的多媒体教学网的特点随着计算机软件水平及网络通信速度的不断提高，又推出了纯软件产品。它直接在局域网上运行，不需要专门布线，实现课堂教学。这种纯软件多媒体教学系统对网络设备及终端设备的配置要求较高，加大了设备采购费用；同时这类产品对局域网有强烈的依赖性，一旦局域网出现故障，教学活动就会被迫中断。该系统在教学活动中也无法控制终端机有意退出教学状态进入自由状态的事情的发生。综上所述，无论是纯硬件型、还是纯软件型的多媒体教学网，都有各自的不足。造成这种不足的原因是，设计者追求功能多、涵盖面广。这既是导致“纯硬件”多媒体教学网成本高、故障率高的最直接的原因；也是导致“纯软件”多媒体教学网信息传输能力差的最主要的原因。教学实践表明，多媒体教学网最主要、最常用的功能就是将老师的教学内容播放给所有学生，并能及时了解学生的掌握情况，调整教学进度。为此，本文针对计算机教学提出一种具有“一键锁机”功能的新型纯硬件多媒体教学网。三、多媒体教学网的构建（一）教学系统的组成本文提出的多媒体教学系统主要由多媒体教师机、教师控制器、学生控制器、喇叭、视频分配器、传输电缆、信号选择器以及学生工作站等部分组成，如图1所示。（二）教学系统工作原理系统的信号源为教师机（或视频展示台），教师机的输出信号通过电缆传送到视频分配器，再根据学生工作站的数量对视频分配器进行配置，最后将信号送到信号选择器；同时，学生工作站输出信号也被送入信号选择器。信号选择器中的信号，可用教师控制器或学生控制器进行选择。通过选择器输出的信号就显示在学生终端显示器上。其工作原理如图2所示。信号选择器是置于学生终端外部，具有“选通、锁机”功能的电子装置，配有两路输入和一路输出，输入信号是教师机信号和学生机信号，输出信号由控制器控制，系统默认的输出信号为学生机信号，如图3所示。图1 系统结构图图2 系统工作原理（三）信号控制系统信号控制系统的工作原理及工作状态表如图3、表1所示。图3 信号控制系统的工作原理表1 信号控制系统工作状态表1、当教师控制器或全部学生控制器的控制信号均为低电平时（系统默认状态），整个教学系统处于自由练习状态，学生显示器上为本机输出的信号，此时为自由练习状态。2、当教师控制器为低电平时，而部分学生控制器的控制信号为高电平时，启动控制器的学生所接收的就是教师机输出的内容，此时为教学辅导状态。3、当教师控制器的控制信号为高电平时，强制全体学生接收教师机的信号，整个教学系统处于教学状态；这时，学生控制器不起作用，即使个别学生重新启动计算机，也无法退出教学状态，保证了教学的有效性。（四）系统音频信号传输的解决方案1、系统音频信号的传输。音频信号从教师话筒到多媒体教师机，再传输到喇叭上；或从教师话筒直接通过功放传输到喇叭上。在音频信号传输的解决方案中，本文提出了用喇叭作为音频信号的接收装置。用喇叭取代传统的学生耳机，有以下优点：（1）消除了因耳机损坏造成教学无法正常进行的隐患，同时也降低了系统的维护费用。（2）喇叭音质好，寿命长，可靠性高。（3）喇叭远离人体器官，消除了使用耳机可能给学生带来的伤害。2、音箱的选择。音箱分为有源音箱和无源音箱两类。而有源音箱又分为普通音箱和多声道音箱，在教学系统中，通常选用普通音箱作为音频信号的接收装置。由于有源音箱的输出功率较小，这类音箱适合于单班教室使用。无源音箱必须与功率放大器配合使用，其输出功率主要取决于功率放大器，音质的优劣取决于所选音箱，适合于阶梯教室使用。在构造系统的解决方案中，还要考虑音箱配置的数量，以保证声音传递到教室的各个部位。通常，选用一对音箱，放置在讲台两侧的墙壁上。如果教室结构细长（由老教室改造而成），需要在教室的后部再添一对音箱。另外，为教师机选择一个优质的声卡，是保证声音悦耳的前提。四、教学过程的控制教学方式分为广播教学、分组教学、个别化教学和自由练习。通过控制器进行信号切换就可以实现教学方式的选择广播教学、分组教学、个别辅导和自由练习。所谓广播教学就是将教师电脑上正在演示的教学过程及丰富多彩的多媒体资源（如图像、动画等），传输到全体学生的电脑上。对教学方式的选择分两种情况，分别由教师和学生控制：在广播教学或自由练习时由教师集中控制；分组教学和个别辅导则由相关的学生控制。教学过程的控制，就是教师或学生通过信号选择器实现教学与练习信号相互切换的过程。（一）广播教学通过讲台上的教师控制器，将信号控制权交给教师，实现广播教学或自由练习。在进入教学状态时，教师按下讲台上教学控制器的信号开关，通过选择器就将学生终端机屏幕的信号强制转换成教师机输出的教学信号，学生即使重新启动，也无法退出教学状态锁机功能，从而避免学生在教学过程中进入自由练习状态，影响其他同学。而当教学进行到一定程度，需要学生练习时，教师通过释放控制器开关，又可使学生终端机的信号显示在自己的屏幕上，进入教学练习状态。（二）分组教学 根据教学安排，在需要分组教学时，教师释放控制器开关，让学生进入自由练习状态。根据分组情况，需要进入教学状态的那组同学，通过自己终端机旁的学生控制器开关，使选择器输出教师机信号，教师就可以对这组同学进行个别教学了；其他同学仍处于自由练习状态。（三）个别化教学教师还可以随时对个别学生进行辅导教学，学生与学生之间互不干扰。该功能的实现有赖于被辅导学生的配合。教师通过释放控制器开关，让学生进入自由练习状态。有问题的学生通过自己终端机旁的学生控制器开关，使选择器输出教师机信号，教师就可以对这部分同学进行个别化辅导了；其他同学仍处于自由练习状态。 （四）自由练习 在教师没有选择广播教学的情况下，多媒体教学网自动处于自由练习状态，也就是说，自由练习是多媒体教学网的默认状态。这样，按照图2所示结构，一个新型的多媒体教学网就建立起来了。五、结论本文提出的纯硬件多媒体教学网，自成系统，不需要局域网或广域网支持，从根本上解决了一些由于网络故障造成的系统瘫痪，并且避免一些由于未上网或刚起动或重新开机的用户因未登录服务器而脱离多媒体网络控制。信号传输选择控制系统置于主机箱外，真正实现不占用主机中断地址，不占用系统资源，进而与系统不发生冲突。教学网本身不需要加载任何驱动程序，即开即用，即使单机用户无CPU、无硬盘或硬盘损坏及主板被破坏，只要显示器能正常，系统都可以照常运行。具有构思巧妙、组网简单、使用方便、成本低廉的特点。同时，独创的教师 “一键锁机”功能使学生在上课时无法分心，保证了教学秩序的正常进行，真正使教学与练习落到实处，提高了教学效率。利用这种技术还可以方便地将原有的普通机房改造成多媒体网络教室，甚至386、486计算机也可以作为教学终端使用。参考文献1 李令达，蒋丽现代媒体与教学内容的有机相合J浙江水利水电专科学校学报，2001.3，13（1）：P60-622 王翱我看纯软件多媒体教学网N中国计算机报， 2002-06-12，16Design and Establish a Whole Hardware-supported Multimedia Instruction Network Abstracts: This article introduces the establishment of a whole hardware-supported multi-media instructional network. The network layout and instructional flow chart are described in detail. Various instructional forms are supported by that network, including broadcasting, answering and self-exercise etc. The network has following features: economical, easy to establish and easy to operate. Final