虚拟分布式教学环境的设计

1、虚拟分布式教学环境的设计钱红建 江宝全 陈庆章浙江省淳安县人民政府信息中心 311700 qhj浙江工业大学 310032 qzchen摘要:网络普遍的使用，对于教育的影响日益增加。本文介绍了在因特网支持的学习环境下，利用Virtual Reality、HTMLpages、ASP及Java等技术实现一个虚拟的教学环境的项目的工作。该项目通过因特网连接各种教学用的服务器来提供相关教学教材和工具，组成一个完整的教学系统。项目的重要特色是分布式的系统设计。关键字：远程教学、虚拟现实、分布式计算环境、多媒体The Virtual Design of Distributed Teaching And L

2、earning EnvironmentHongjian Qian, Baoquan Jiang, Qinzhang chenInformation Center of Chunan City GovermentChunan ,Zhejiang 311700,E-mail: qhjZhe Jiang University Of Technology 310032 qzchenWith the popularization of the web, its effect on education are increasing. This article introduce us a project

3、how the technologysuch as Virtual Reality, HTML pages, ASP and Javawill work under a virtual environment. This project provides of several relatively teaching materials and tools by linking all kinds of service wares used for teaching to the Internet. Thus, it forms an integrated teaching and learni

4、ng system. The most distinctive feature is the distributed systematic design.Key Words: Fronttraining、Virtual Reality、Distributed Computing Environment、Multimedia1. 项目背景因特网的普及使得教育上的应用也由传统的师生课堂教学、利用单机的电脑辅助教学 12发展到现在基于网络的辅助教学。通过网络来进行学习活动，不仅可以将学习的信息通过网络传送，更增加了随时、随地可以学习的特点3，这就是正在蓬勃发展的的“远程教学”。远程教学(distan

5、ce learning)45一词出现于十九世纪上叶，指的是有别于学校教育的自修教学，后来泛指教师与学生不在同一地点进行教学6。因此远程教学必须通过媒介来将知识经由教师传递给学生，以往都是利用书籍、录音带、录影带等传统媒介，现在由于网络的普及，我们也可利用网络来作为教学传播媒介。利用网络的特性，将有关于学生学习的历程传送到一个数据服务器统一储存与管理，不仅可以控制整个学习流程的进行，还可以使帮助老师随时掌握每个学生的学习进度与状况，适时介入给予学生指导。本项目将利用因特网设计一个虚拟学校的教学环境。2. 项目设计图1为本系统的结构，在设计系统时考虑到系统运作方式及人机介面等等的因素，将系统分为五

6、大单元。虚拟教学系统学习历程小组学习网上教材实验系统搜寻系统图1 系统结构系统整体规划时遵循以下设计理念：2.1分布式设计由于远程教学会因为太多学生同时上网导致服务器反应变慢甚至无法服务，由此造成学习流程不顺畅将会影响学生的注意力，学习活动中最忌讳的就是学生的注意力无法集中，轻则学习效果不佳，重则会中断学习的情绪，因此在学习系统设计时应当要将所有可能影响学生注意力的因素排除。通过分布式计算结构的设计，我们将系统依功能分为若干子系统，负责各功能的子系统可集中运行于同一主机或通过网络在多台电脑上分别执行，以减轻主机负荷并增加系统的扩充性与灵活性；系统中主要的四种服务器程序可依需求安装在同一台主机或

7、多台主机上。2.2集中控制学生的学习历程数据会集中放置在一数据服务器，如此老师可随时通过网络连接上此服务器，读取相关学习数据，掌握学生学习状况。2.3数据易于修改本系统在开发时即考虑到未来之扩充性，因此不论是在教材与教具的制作、题库的制作、相关说明的连接等等，均可在系统中以所见即所得的方式做修改，增加系统界面的亲和力，让老师可以因应不同课程或课程修改的需求来更改相关数据。3. 系统结构本系统的服务器依其所负责的功能可分布于多台主机或同一台主机，可以依当时环境或需求做变化，如果经费不足，则可以把所有服务器安装在同一主机，或是有足够的硬件设备，则可以依服务器负载轻重，把负载较重的服务器独立使用一台

8、主机，甚至是多台主机一起服务，增加系统运作与需求的弹性和安全性。服务器端主要分为学习控制服务器(Learning Control Server)、学习数据库服务器(Learning Database Server)、教材服务器(Teaching Materials Server)、电子布告栏服务器(BBS Server)四个服务器，服务器之间通过TCP/IP进行沟通，每个服务器均通过因特网与用户沟通。3.1学习控制服务器(Learning Control Server)学习控制服务器是整个系统的中心，主要的工作是负责对用户通过网络所提出的要求做服务，当用户需要其他服务器服务时，协助用户将网络连

9、线转到用户提出需求的服务器，所以此服务器可以说是整个系统对外的服务窗口。除此之外，学习控制服务器主要就是在纪录与分析学习历程。学习控制服务器依功能可以分为两个子系统学习历程子系统(Learning Track Subsystem)和统计分析子系统(Statistic and Analysis Subsystem)，图2是各子系统的运作流程图。ClientStatistic and Analysis SubsystemLearning Track SubsystemRead Learning TrackStore Learning TrackLearning Control ServerLear

10、ning Database Server图2 各子系统运作关系图学生从登入本系统开始，学习历程子系统就开始记录学生在使用系统时的学习状况，这些学习记录包含学生使用系统时间、学生在各阶段的学习状况、学生在问答时的状况、观看花费教材时间，以及使用实验教具的过程等等，都会一一加以纪录，以作为统计分析之用。当学生学习告一段落之后，学生或是老师需要知道目前学习进度时，我们希望用很简单的方式，就能够让学生或老师得到充分的学习信息；为此我们设计了统计分析子系统，来解决这个问题。统计分析子系统将会取出学习历程子系统所纪录有关于学生的学习历程信息，利用饼图或曲线图等图表，将众多的学习历程信息加以分析整理，并通过

11、统计后的信息来了解学生的学习状况。3.2 学习数据库服务器(Learning Database Server)在学生未使用系统前，系统管理员或是老师就必须将学习活动中会使用到的相关数据输入到系统中，如教材版面规划、教材的内容或连接位置、学生帐号等等，这些数据会放在学习数据库服务器中。另外在学习的过程中会产生各种新信息，我们也将这些信息存放在数据库中集中控管，因此学习数据库会存放所有系统的信息。3.3教材服务器(Teaching Materials Server)由于学生在进行学习活动时，若学生对于正在学习的内容不了解时，需要提供教材让学生进一步学习；因此教材服务器就是负责将相关教材搜集、整理后

12、让学生使用，而不用让学生还要四处去找数据或是只能重复看到一些老旧的数据，图3为教材服务器子系统结构图。ClientTeaching Materials Page SubsystemExperiment SubsystemTeaching Materials ServerSearching SubsystemInternet教材服务器除了可以存放静态的教材或是教材的网络连接之外，还能提供虚拟及实际实验教具作为教材；另外还能够从因特网上搜寻相关的数据成为教材，提供多样化的信息来源，让学生有丰富的数据可以作为学习之用。由于教材服务器负责管理上述这些教材，为避免教材服务器的结构过于杂乱无章，因此根据教

13、材来源，我们把教材服务器分为三个子系统，依序说明如下图3 教材服务器子系统结构图第一个子系统是教材网页子系统(Teaching Materials Page Subsystem)。这个子系统负责管理静态的教材网页，这些网页是由老师事先编辑而成的，网页内容是文字叙述或图片说明。第二个子系统是实验教具子系统(Realia Subsystem)。所包含的内容里多半和实验有关联，如果学生只通过文字叙述或是静态图片的教材学习，效果不大并且不切实际，因此系统设计了虚拟和实际教具来配合教材作为学习之用，学生可以通过教具的操作，而对学习有更进一步的体会。最后一个子系统是智能搜寻引擎子系统(Intelligne

14、t Searching Engine Subsystem)。由于在因特网上目前拥有众多的教学网站，这些网站都已提供大量的教材，只是学生在众多的网站或网页中必须花费大量的时间或精力才能找到自己想要看的内容，因此我们设计了一套智能搜寻引擎，帮助学生在因特网上找出相关的教材。3.4电子布告栏服务器(BBS Server)学生在进行学习活动时，除了可以阅读教材之外，还可以借操作实验教具来达到学习的目的，但是这些学习活动还是属于单人的学习活动，如果学生所遭遇的问题，在系统所提供的教材中都没有解说的话，学生就无法继续学习了；因此电子布告栏服务器提供一个可以让学生讨论的地方，学生可以把学习上所遇到的问题发表

15、在电子布告栏上，知道解答的学生可以把自己知道的解答也回复在版面上，通过这种交互讨论的方式可以让学生对于问题有更多方面的想法，加强学习效果。电子布告栏以BBS方式呈现。3.5用户端结构用户端只需使用浏览器就能够连接到系统进行学习。另外由于所有信息皆统一存放于数据库服务器中，因此用户端不需要再做额外的设定。4. 结论在本文中，我们建立了个虚拟的教学环境，由于远程教学网站会因为太多学生同时上线导致服务器反应变慢甚至无法服务，如此会影响学生的注意力。本系统通过分布式结构的设计，将系统依功能分为若干子系统，整个学习系统可依上线人数、经费多少、网络环境等因素，将各子系统作任意的搭配安装在网络服务器上，负责

16、各功能的子系统可集中建立在同一主机或通过网络建立在多台电脑上分别执行，以减轻主机运算负荷并增加系统的扩充性与灵活性。另外我们通过服务器的整合，提出多元化的教材的系统结构，让学生能够有大量的教材进行学习活动；除了传统的超媒体网页之外，系统还提供实验教具让学生通过教具的操纵，与文字叙述的教材相辅相成，达到实践中学习的目标。参考文献1.Araki, Y.1993 Araki, Y. , Imamura, H. , Obo, T., Kobori, Y.(1993) ；Computer assisted instruction learning system using CAI，Frontiers i

17、n Education Conference, 1993. Twenty-Third Annual Conference. 'Engineering Education: Renewing America's Technology', Proceedings. , 1993 , Page(s): 804。2.Poole, N.R.1994 Poole, N.R.(1994)；The application of simulators in teaching digital electronics，Engineering Science and Education Jou

18、rnal Volume: 3 4 , Aug. 1994 , Page(s): 177 -18。3.Taylor, K.D.1996 Taylor, K.D. , Honchell, J.W. , DeWitt W.E.(1996) ；Distance learning in courses with a laboratory，Frontiers in Education Conference, 1996. FIE '96. 26th Annual Conference., Proceedings of Volume: 1 , 1996 , Page(s): 44 -46 vol.1。4.David Jones1996 David Jones(1996)；Computing by Distance Education : problems and solutions，Department of Mathematics & Computing Central Queensland University，Proceedings of the conference on Integra