計算機基礎課程遠程教學(xué)系統的設計與實(shí)現論文

　　 摘要：本文討論了基于Web的計算基礎課程遠程教學(xué)系統的設計思想及其實(shí)現方法。教師使用該系統可以進(jìn)行網(wǎng)上授課、布置作業(yè)、批改作業(yè)、出試卷、評卷等；學(xué)生使用該系統在瀏覽器中觀(guān)看教師授課視頻圖象（廣播或點(diǎn)播）、在網(wǎng)上做作業(yè)、提交作業(yè)、考試、答疑或課堂討論。

　　1．引言

　　隨著(zhù)多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的發(fā)展，基于Internet的計算機遠程教學(xué)作為一種全新的教學(xué)手段，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。計算機遠程教學(xué)是指利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)。它有著(zhù)傳統教學(xué)模式所無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它創(chuàng )造了一種全新的教學(xué)模式，打破了傳統教學(xué)模式在時(shí)間、空間上的限制，采用了先進(jìn)的教學(xué)手段和教學(xué)方法，大大提高了教學(xué)效率和教學(xué)效果，使教學(xué)活動(dòng)上了一個(gè)新臺階。

　　作者所在單位承擔我校除計算機系以外的所有系所的計算機基礎公共課（包括《計算機應用基礎》、《C語(yǔ)言》、《Foxpro》等課程）的教學(xué)任務(wù)，每學(xué)期平均有3000多學(xué)生，各教師均負責2~3個(gè)班共200~300多人的教學(xué)，教學(xué)任務(wù)繁重。為了使教師能通過(guò)先進(jìn)的教學(xué)手段提高教學(xué)效率，增強學(xué)生應用Internet網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的能力，以此來(lái)加強和鞏固對課程內容的理解和掌握，我們從1999年開(kāi)始，開(kāi)發(fā)了《計算機基礎課程遠程教學(xué)》系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《遠程教學(xué)系統》）。在Internet/Intranet環(huán)境下實(shí)現作業(yè)、考試、授課、答疑/輔導等功能，使用一年多來(lái)，取得了很好的教學(xué)效果，以下討論該系統的設計與實(shí)現方法。

　　2．《遠程教學(xué)系統》的體系結構

　　《遠程教學(xué)系統》是在Internet/Intranet環(huán)境下實(shí)現的，是典型的瀏覽器/服務(wù)器模式。服務(wù)器以Windows NT 4/2000 Server為操作系統平臺，Microsoft SQL Server 7.0為RDBMS，客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)系統提供的服務(wù)。系統不允許匿名訪(fǎng)問(wèn)，它要求用戶(hù)提供帳號/密碼，通過(guò)驗證后才能進(jìn)入系統主頁(yè)，以此追蹤用戶(hù)身份。本系統將用戶(hù)分為三類(lèi)：系統管理員、教師、學(xué)生，他們都有各自的主頁(yè)，訪(fǎng)問(wèn)系統的權限也不相同。其中權限最高的為管理員，其次為教師，最低為學(xué)生。權限高的能訪(fǎng)問(wèn)其下級所能訪(fǎng)問(wèn)的所有資源，反之則不然。例如教師能進(jìn)入學(xué)生主頁(yè)，而學(xué)生則不能訪(fǎng)問(wèn)教師主頁(yè)所提供的功能（布置作業(yè)、批改作業(yè)等）。本系統可同時(shí)為不同課程的多組教師/學(xué)生（上一門(mén)課的教師及其學(xué)生為一組）提供服務(wù)，它們之間既有一定的隔離性（例如某個(gè)教師帳號不能批改屬于另一個(gè)教師的學(xué)生的作業(yè)等），又有資源的共享性（例如公共作業(yè)、試題的共享等），很好地解決了本單位各個(gè)教師負責不同班級，課程也有所不同的問(wèn)題�！哆h程教學(xué)系統》體系結構按用戶(hù)角色的不同，劃分如下：

　　2.1 管理員模塊

　　由于《計算機基礎課程遠程教學(xué)》系統可同時(shí)為多組教師/學(xué)生提供服務(wù)，各組間的課程不盡相同，因此教師/學(xué)生組間應具有一定的隔離性。例如一門(mén)課程的教師對其學(xué)生具有管理權，但不能對屬于其它教師的學(xué)生進(jìn)行管理、某個(gè)學(xué)生只能訪(fǎng)問(wèn)其教師的作業(yè)等。因此系統主頁(yè)需要教師或學(xué)生均以帳號/密碼登錄后才能訪(fǎng)問(wèn)，以此追蹤用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)系統資源的身份。而用戶(hù)帳號的開(kāi)設與刪除、教師與學(xué)生的對應關(guān)系、課程名稱(chēng)、學(xué)生人數等信息，由系統管理員負責管理。這里，我們將系統資源訪(fǎng)問(wèn)帳號作為操作系統帳號開(kāi)設，由Windows NT和Web服務(wù)器IIS負責進(jìn)行用戶(hù)驗證。這樣做的好處，一是可以充分利用操作系統的安全機制，使操作系統與數據庫服務(wù)器（SQL Server）無(wú)縫集成；二是可同時(shí)為用戶(hù)提供其它輔助服務(wù)，如：電子郵件、個(gè)人主頁(yè)、FTP服務(wù)等。使系統應用與課程內容緊密結合，學(xué)生在應用系統的使用過(guò)程中可進(jìn)一步加深對課程內容的理解。

　　2.2 教師模塊

　　教師模塊中包含了教師授課所需的各種功能。如：網(wǎng)上實(shí)時(shí)授課廣播、布置作業(yè)、批改作業(yè)、出試卷、評卷、考試結果統計分析、網(wǎng)上答疑、課程資料（素材）制作、學(xué)生帳號管理（修改學(xué)生密碼）、設置聯(lián)機會(huì )議等。系統使用組件對象模型（COM）以及Office Automation技術(shù)自動(dòng)批改《計算機應用基礎》課程作業(yè)并登記成績(jì)。教師可對作業(yè)結果進(jìn)行查詢(xún)、統計。教師可利用OutLook向系統請求聯(lián)機會(huì )議，以此進(jìn)行網(wǎng)上答疑、群體或個(gè)別輔導。

　　2.3 學(xué)生模塊

　　學(xué)生模塊包含查看教師布置的作業(yè)、（在網(wǎng)上或本地）做作業(yè)、測驗（考試）、教師授課視頻廣播收看、點(diǎn)播、網(wǎng)上答疑、課程資源瀏覽、輔助服務(wù)等。學(xué)生使用瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)系統主頁(yè)時(shí)，需要提供帳號/密碼進(jìn)行用戶(hù)驗證，通過(guò)驗證后，在瀏覽器關(guān)閉之前，均以該帳號身份訪(fǎng)問(wèn)系統資源�！队嬎銠C應用基礎》課程的作業(yè)可直接在瀏覽器中完成并提交，對于《C語(yǔ)言》課程作業(yè)，為學(xué)生提供Web界面，完成作業(yè)程序的編輯、編譯、鏈接、運行，一氣呵成。遠程考試功能既提供選擇題形式的傳統筆試試題，也提供實(shí)際操作形式的試題�？荚囃ㄟ^(guò)WWW界面進(jìn)行，有時(shí)間限制。學(xué)生在規定時(shí)限之前完成考試內容時(shí)可通過(guò)"交卷"按鈕提交試卷；若考試時(shí)限到達時(shí)學(xué)生仍未交卷，則系統自動(dòng)將考生當前的考試結果提交。試卷的批改、考試結果的統計均由程序自動(dòng)完成。自我測驗功能則提供測驗試卷，不限時(shí)間，由學(xué)生自主選擇進(jìn)行，測驗完畢后系統立即評卷并給出成績(jì)及學(xué)生測驗時(shí)的選項與正確答案的對照表，以便學(xué)生查閱。為了更好地提高學(xué)生對網(wǎng)絡(luò )的應用能力，增強學(xué)生對教學(xué)內容的興趣，本系統為每位使用《計算機公共課遠程教學(xué)》系統的學(xué)生和教師提供Email、FTP、個(gè)人主頁(yè)、BBS、聯(lián)機會(huì )議（在線(xiàn)聊天Chat、應用程序共享、白板）、等功能。讓學(xué)生在實(shí)際操作中提高對課程內容的理解以及對課程學(xué)習的興趣。另外，本系統還配備資源庫，內置與教學(xué)內容相關(guān)或與網(wǎng)絡(luò )應用相關(guān)的多媒體資料，供學(xué)生課外瀏覽、學(xué)習。

　　3 《計算機基礎課程遠程教學(xué)》系統的特點(diǎn)

　　《計算機基礎課程遠程教學(xué)》系統功能涵蓋了教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)方面，用戶(hù)界面完全由瀏覽器提供，維護方便。其中采用了多項現時(shí)多媒體和網(wǎng)絡(luò )的最新技術(shù)，如下所述：

　　3.1 組件對象模型（COM）技術(shù)

　　組件對象模型（Component Object Model，簡(jiǎn)稱(chēng)COM）是一個(gè)軟件規范，它是基于對象的編程模型，只要遵循COM規范，應用程序和組件對象之間就可實(shí)現二進(jìn)制代碼級別上的重用，解決了對編程語(yǔ)言和環(huán)境的依賴(lài)。COM是Microsoft其它許多技術(shù)的核心，它允許用某種語(yǔ)言編寫(xiě)的位于二進(jìn)制代碼中的對象，為其它語(yǔ)言所訪(fǎng)問(wèn)（或稱(chēng)二進(jìn)制兼容）。COM技術(shù)已經(jīng)滲透到Microsoft的各個(gè)產(chǎn)品中，如：Windows NT/2000、SQL Server、Visual Studio、Office 97/2000、BackOffice等�！队嬎銠C基礎課程遠程教學(xué)》系統使用C++或ASP腳本、Perl腳本作為編程語(yǔ)言，其中大量采用了基于COM的技術(shù)，例如：

　　3.1.1 ADO（ActiveX Data Object）

　　ADO是數據庫訪(fǎng)問(wèn)組件，應用程序通過(guò)ADO訪(fǎng)問(wèn)數據庫的原理如下：

　　上圖中OLEDB是Microsoft 繼ODBC后新的數據訪(fǎng)問(wèn)機制，它不但可以訪(fǎng)問(wèn)數據庫數據，而且還可以訪(fǎng)問(wèn)其它非數據庫類(lèi)型的數據，如Email、目錄服務(wù)（LDAP）等。ADO是位于OLEDB上層的應用程序接口，操作較為簡(jiǎn)單。

　　《計算機基礎課程遠程教學(xué)》系統中作業(yè)、試卷、考試結果等信息都是保存在SQL Server數據庫中，系統使用ASP腳本通過(guò)ADO對象訪(fǎng)問(wèn)數據庫以及電子郵件、進(jìn)行全文索引，如下圖所示：

　　《計算機基礎課程遠程教學(xué)》系統利用Office Automation對象，使教師利用程序自動(dòng)批改學(xué)生提交的《計算機應用基礎》課程（Word、Excel）的作業(yè)，以此提高教學(xué)效率。

　　3.1.3 ADSI

　　ADSI（Active Directory Service Interface）是Window NT/2000活動(dòng)目錄接口。利用該接口對象實(shí)現操作系統帳號的管理（開(kāi)帳號、刪除帳號、帳號屬性設置）以及訪(fǎng)問(wèn)權限設置，簡(jiǎn)化帳號管理任務(wù)。

　　3.1.4 Developer Studio對象

　　Microsoft 的Visual Studio相信是廣大程序員喜愛(ài)的開(kāi)發(fā)工具，但大家都不太注意其中的Developer Studio對象：

　　Application Debugger

　　Breakpoint Project

　　使用他們，可以使程序的開(kāi)發(fā)達到一定程度的自動(dòng)化。許多在Visual Studio集成環(huán)境下通過(guò)菜單完成的命令或功能，都可以用Developer Studio組件對象的屬性或方法來(lái)實(shí)現，如程序的語(yǔ)法分析、編譯、鏈接、調試、表達式求值等。而這些都是教師批改C語(yǔ)言作業(yè)所要進(jìn)行的操作。我們使用這些對象輔助教師批改C語(yǔ)言作業(yè)，減輕教師負擔。

　　3.2 視頻流技術(shù)

　　在Internet/Intranet環(huán)境下，文字、靜態(tài)圖像信息的傳輸是不成問(wèn)題的。對于視頻/音頻信息的傳送，則由于網(wǎng)絡(luò )帶寬等原因，需要進(jìn)行特殊處理。而遠程教學(xué)系統中的授課功能就要求在Internet/Intranet環(huán)境下傳送大量視頻/音頻數據，以便實(shí)現教師授課的實(shí)時(shí)廣播和視頻點(diǎn)播（VOD）。在有限的網(wǎng)絡(luò )帶寬資源的限制下，視頻/音頻數據必須經(jīng)壓縮處理后才在網(wǎng)絡(luò )中傳輸。以往多采用MPEG I等壓縮技術(shù)，其特點(diǎn)是用戶(hù)必須等待壓縮文件完全下載到客戶(hù)端后再播放，增加了客戶(hù)等待的時(shí)間。目前，視頻/音頻數據采用經(jīng)特殊算法處理的流技術(shù)，使視頻/音頻數據邊下載邊播放。流技術(shù)的典型代表是Microsoft 的Media Technologies（Netshow）和Real Network的Real Video/Audio�！队嬎銠C基礎課程遠程教學(xué)》系統主要采用了Media Technologies壓縮技術(shù)，使用其Multibit功能在一個(gè)流文件中壓縮適合多種網(wǎng)絡(luò )帶寬（從28.8Kbps~3Mbps）的視頻/音頻流（最多6個(gè)）。由視頻服務(wù)器根據客戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò )傳輸能力選擇其中一種帶寬流向客戶(hù)傳輸。另外，還根據Netshow和Real Video/Audio支持多播（Multicast）的特點(diǎn)，在網(wǎng)上對教師授課場(chǎng)景進(jìn)行直播（廣播）。在授課功能中，單是教師的授課圖像是遠遠不夠的，還必須配有同步的教師授課演示文稿（Powerpoint或HTML網(wǎng)頁(yè)），真正將課堂搬到網(wǎng)上。

　　3.3 網(wǎng)上實(shí)時(shí)交互

　　《計算機基礎課程遠程教學(xué)》系統中的一個(gè)重要的特點(diǎn)就是教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下通過(guò)文字、視頻、音頻的實(shí)時(shí)交互，以此實(shí)現課堂討論、教師操作示范演示、學(xué)生個(gè)別輔導等功能。教師通過(guò)瀏覽器或Outlook向系統發(fā)出聯(lián)機會(huì )議（Online Conference）請求，在聯(lián)機會(huì )議持續時(shí)間內，學(xué)生可通過(guò)瀏覽器加入會(huì )議，并使用系統提供的聊天（文本）、白板（圖畫(huà)）功能與與會(huì )者進(jìn)行討論；教師可通過(guò)應用程序共享功能向全體與會(huì )者演示某個(gè)程序的操作過(guò)程，或（通過(guò)語(yǔ)音）要求指定學(xué)生完成某個(gè)操作（個(gè)別輔導）�？蛻�(hù)端使用NetMeeting，還可以實(shí)現一對一的視頻/音頻交互、聊天、白板、文件傳輸等。

　　4 結束語(yǔ)

　　《計算機基礎課程遠程教學(xué)》系統使用一年多來(lái)，極大地促進(jìn)了我單位計算機公共課教學(xué)，提高了教學(xué)效率和教學(xué)手段，達到了較為理想的教學(xué)效果。

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