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第七章 计算机辅助教学中的数据库及其管理 网络教学中的多媒体资源库及其管理 1 多媒体资源库的基本组成多媒体资源库是由多媒体素材库 VOD视频点播系统 多媒体课件库 网络课程库 教学案例库和试题库等部分组成 1 多媒体素材库多媒体素材库是为了方便教师进行多媒体课件的制作和多媒体电子教案的制作而建立的 多媒体素材库中包含大量的多媒体信息 如各类教育教学所需的文字材料 图片资料 图表资料 各种动画 声音 视频等 教师可以方便地从多媒体素材库中查找 调用各类素材进行多媒体课件制作 还可以在上课时 通过网络直接调用显示某一图片 声音 动画 视频素材进行课堂教学 学生也可以通过网络 查问 观看 下载各类素材进行自主学习 2 多媒体课件库多媒体课件库中存放有各种专业和课程的多媒体教学软件 教学软件的来源有两种 一种是购买有效实用的多媒体教学光盘 再将光盘上的内容拷贝到服务器中即可 另一种是学科教师设计制作的多媒体课件 因为市场上真正优质 适用的多媒体教学光盘不多 教师根据实际教学需要进行开发的多媒体课件往往能起到很好的教学效果 教师做好课件之后可以上传至服务器上的多媒体课件库中 形成共享 共享的简单方法是通过关键词查找所需的课件 然后下载使用 课件上传 管理 下载等功能和环节针对不同的用户 教师和学生 设有权限 以便整个系统的维护管理 并对教师的作品进行版权保护 3 VOD视频点播系统VOD视频点播系统内装有大量的教育教学用视频资料 如教育电视片 教学电视片 各类经典影视片 爱国主义教育片 各门课程的实操教学环节录像片等 教师和学生可以对所有视频资料进行查询检索 找到自己所需的资料 教师可以先进行预览 看过之后再决定是否用于教学 学生则可以随时进人此系统选择自己感兴趣的视频资料进行观看和学习 4 网络课程库网络课程库内存放有成熟的网络课程 网络课程库中的课程软件绝大部分需要教师进行开发 因为市场上成型适用的网络课程极少 网络课程开发统一基于WEB格式 每一门网络课程内有多个功能模块 如本课程教学目标 教学计划 教学进度安排 教师特征 学生特征 教师的电子教案 各类参考文献 背景材料 或是超链接 习题库 E MAIL作业布置与答疑 课程BBS论坛 各种图片 声音 动画和视频素材库等 还应设计有注册登陆 用户认证功能 任课教师是本网络课程的管理员 学生的权限作相应的限制等 5 教学案例库教学案例库中存有各个专业 各门课程的教学案例 案例以多媒体课件或是视频录像片的形式存在 来源一方面是各类大众媒体上传播的内容 如电视台播出的案例 报纸刊出的事例 Internet网上的实例等 如中央电视台的焦点访谈 今日说法等 均可作现存的案例用于教学 另一类是为了教学需要 自己开发制作的 教师和学生都可以使用案例库中的材料进行教学和学习 教学案例库的组织管理方式与VOD视频点播系统相似 6 试题库试题库中存放有大量的试题 试题可以按系 专业 课程进行逐级分类存放 试题库是开放式的 可扩展 管理员或是本课程教师可以灵活地添加 删除试题库中的试题 以便进行试题库更新 教师和学生可以利用试题库灵活组卷 自动选题 对每一道题可以自动评判 可以模拟考试 自动进行成绩统计 排序等 2 多媒体资源库的特点网络教学中对多媒体资源库的要求很多 各种要求综合形成网络资源库的特点 其中主要的特点如下 1 能存储巨大的信息量 2 教学资源有多种表现形式 如文本 图像 影像 动画 声音和游戏等等 3 教学资源的结构可以采用层次模型 Outline方法 网状模型 超文本 关系模型 关系型数据库 及对象模型 面向对象方法 来组织 4 具有精品意识 多媒体应用于教学时 需要一定规格的硬件设备来满足其大容量的内容 同时在网络上使用也限制其不可太滥 所以多媒体资源库的素材内容必须经过精心挑选 表现形式的设计也要化费一定的心思和精力 5 多媒体资源库的资源信息可供快速查询 实时存取和多路并发 满足多媒体教学的需求 基于网络教学的多媒体资源库系统设计 设计网络教学用的多媒体资源库必须首先明确需求要求和软硬件要求 1 多媒体资源库系统的设计需求通用型多媒体素材库设计与建设是为多媒体网络教学与学习服务的 适用于校园园区内部网使用 多媒体素材库的教学与学习功能是为以教师为主导的教学和以学生为主体的学习提供直接的技术支持 设计方案主要可从以下几个方面提出基本需求 1 建立一套本校内部使用的多媒体素材数据库系统 主要面向教师 为教学推备 也即为教师的备课提供服务 该系统对短片型的视音频文件 图片 动画和文本类等文件具有入库 管理与发布等功能 2 为各种教学素材的入库提供入库工具 在入库的同时自动生成可进行预览的缩微文件 特别是图片资料文件 对于基于表示形式的检索方式显得特别重要 3 多媒体素材库应具有海量存储能力 在超过数据库50万条记录的情况下 依然具有强大的检索能力 4 与多媒体素材库并行建立VOD视颠点播系统 既可面向教师 也可面向学生 提供全方位的教学任务 系统带有可控视频流技术 支持传送超过100个MEPG 1或MPEG 4点播视频流 视频图像质量回放平滑 流畅 5 与多媒体素材库并行建立多媒体课件库 支持用PowerPoint Authorware Director等多媒体著作工具制作的电子教案上传与下载 用于教师教学的同时 也为学生预习与复习课堂教学内容的个别化学习提供有效的帮助 6 多媒体素材库 课件库和VOD视频点播系统集成整合 形成后台数据多元内容 前台表现一致的多媒体资源库门户网站系统 搜索引擎实现跨平台检索 为海量多媒体信息资源检索提供高查准率和高查全率的技术支持 2 构建多媒体资源库的硬件条件多媒体资源库的硬件设备要求比较高 主要是要达到大容量 高速 安全和多路并发的性能 一般需要具备以下的硬件条件 视频数据服务器 用来作为大型的多媒体数据服务器 包括视频点播 VOD 以及管理网上多媒体课件 是多媒体资源库中的核心设备 多媒体数据素材服务器 作为多媒体课件制作和管理素材的服务器 硬盘阵列 与多媒体数据素材服务器配套使用 储存多媒体CAI课件 素材以及视频资料 光盘库 用来存放大部分购买的以及自行开发的多媒体CAI光盘和VCD盘 光盘库服务器 作为光盘库管理和应用的服务器 光盘塔 存放使用率较高的多媒体CAI光盘和VCD盘 能以较高的速度进行读取 3 构建多媒体资源库的软件条件选择合适的软件也是保证多媒体资源库正常运行的重要条件 目前 与多媒体资源库相关的主要软件有 Solaris7 Solaris7中文版已于1998年底在中国发布 是基于Internet标准的具有高缩放性 高可靠性的64位环境 是视频服务器最理想的操作平台 Oracle8 Oracle8通过其DataCartridges支持复杂数据类型和所有类型的应用程序 在对象 关系型支持方面的定义比较广泛 使扩展模块在系统中的加载和卸载更加简单 提供了数据的多维查看功能 SQLserver7 0 SQLserver7 0是一种比较通用的语言 在关系数据库领域里有着重要的作用 SmartCD光盘库管理软件 该软件主要是对光盘库的应用进行管理 视频点播软件 该软件主要是满足网上对视频流进行实时读取 多路并发 服务端 客户端应用程序 该程序可以联系多媒体资源库和用户之间的枢纽 能顺利保证多媒体资源库的安全 可靠和高速运用 多媒体资源库的检索技术 所谓检索 是指对文献或记录的信息集合进行查询以查找出含有能够满足个人或团体信息需求或感兴趣的信息内容的过程 检索技术是应用于提问与文件表示的匹配比较技术 依据检索文献集合及其所用的标引方法的特性 可分为准确匹配技术与模糊匹配技术两大类 准确匹配要求文献 标识 中包含的需求模式必须与提问表达的模式完全匹配 才能作为命中文献输出 模糊匹配只要求文献 标识 中包含的需求模式与提问表达的模式部分匹配 即为命中 信息检索技术从开始时基于关键词的检索发展到基于概念的检索 concept basedretrival 再到基于内容的检索 CBR content basedretrival 这一演化过程反映了对某一素材的检索由对内容知识的检索代替了对关键词 概念知识的检索 1 基于关键词的检索基于关键词的检索方法是最基本也是最常用的方法 几乎每一个搜索引擎都采用了这一方法 它的核心是关键字符的匹配 只要发现某个网页中含有这个关键字符 就将该网页作为查询结果返回给用户 还可以结合布尔逻辑运算提供更为复杂的表达方式 但都是以关键字符匹配为基础的 这种方法面临比较突出的问题有 一词多义的问题 例如table在计算机数据库中有两种意思 表格 和 桌子 而用户往往指的是其中一个意义项 如果不加处理 把所有包含 table 一词的页面全都返回用户 则用户将得到一大堆不必要的信息垃圾 故查准率不高 同义词问题 计算机 与 电脑 是同义的 但用户输入 计算机 则keyword的方法将不把包含 电脑 的文档列进搜索结果 显然查全率有待提高 这种方法所得的结果与用户输入的关键字又密切关系 关键字选取不当将严重影响搜索效果 如用heartdisease作为keyword搜索心脏病方面的文章可获得很好效果 但用cardiac 心脏的 disease 却几乎查不到一篇文章 因此 在实际使用中 基于关键字的检索有一定的局限性 2 基于概念的检索 1 何谓概念检索概念检索通过对文献的原文信息进行语义层次上的自然语言处理来析取各种概念信息 并由此形成知识库 然后根据对用户提问的理解来检索知识库中的相关信息以提供直接的回答 请看一段摘自著名的SCISOR系统中用户与系统之间的对话 用户 ACE五金公司是否并吞了ACME食品公司 系统 是的 上星期五并吞的 用户 ACE与ACME并吞交易的详情如何 系统 五月十三日便有传闻说ACME将会被并吞 ACME的股票因此上涨了八美元 五月十六日 ACE公司发布了并吞的消息 对话中提到的ACE公司并吞ACME公司 五月十三日的传闻 股票的上涨以及五月十六日发布的消息 都曾是新闻报导中的零星消息 由于SCISOR系统将分散的关于ACE公司并吞ACME公司的新闻信息经过分析与处理形成了一个共有的知识库 这样 为回答用户的提问而检索这个知识库便能得到相关的信息 2 概念检索与传统信息检索的比较作为一种新型的信息检索 概念检索与传统的信息检索相比 有着如下优点 概念检索打破了关键词障碍 由于传统信息检索只是通过关键词的出现与否来检索文献 故查全率和查准率都很低 因此 关键词不适合用来表达文献的概念内容和意义 要打破这种关键词障碍 必须设法让信息检索系统具有分析和理解文献内容和意义的能力 由于概念信息检索具备了这种能力 故而能够鉴别文献的相关性 避免漏检和误检 提高了查全率和查准率 概念检索具有较好的自然语言接口 传统信息检索的检索语言具有很强的专门性 有着特别的规定和规则 用户必须经过学习才能掌握运用 因此 它在人机交互方面具有较大的局限性 概念信息检索采用自然语言提问与自然语言回答 在人机交互上较好地改善了信息检索系统的用户友好性 概念检索可以为用户提供能直接利用的信息 传统信息检索提供给用户的只是检索到的文献信息 这些文献信息是否有用则需要用户根据情况做出鉴别与取舍 概念信息检索由于能够理解文献的概念内容和意义 以及为用户提供相关的回答 故提供的信息能够被用户直接使用 具有较高的信息使用率 3 基于内容的检索所谓基于内容的检索 CBR 是指根据媒体对象的语义和上下联系进行检索 可分为基于内容的图像检索 视频检索和音频检索 与传统的信息检索相比 基于内容的检索具有如下特点 1 从媒体内容中提取信息 CBR突破了传统的基于表达式检索的局限 它直接对文本 图像 视频 音频进行分析 抽取特征 然后利用这些内容特征建立索引并进行检索 2 基于内容的检索是一种近似匹配 或者说局部匹配 传统的信息检索都是采用准确匹配技术 CBR是采用相似性匹配的方法逐步求精来获得查询的结果 3 具有大型数据库 集 的快速检索功能 CBR往往拥有数量巨大 种数繁多的多媒体数据库 能够实现对多媒体信息的快速检索 4 能满足用户多层次的检索需求 CBR数据库系统通常由媒体库 特征库和知识库组成 媒体库包含多媒体数据 如图像 视频 文本等 特征库包含用户输入的特征和预处理自动抽取的内容特征 知识库包含领域知识和通用知识 其中的知识表达可以更换 以适应各种不同领域的应用要求 5 它是一种交互式的 形象化的检索 CBR通常是按照与用户输入的查询信息相似程度排列检索结果 并能为用户提供人机交互的 形象化的操作示例与浏览界面 从本质上来说 基