分类： 系统运维
2006-07-31 10:55:07
关键词 ：网络教学 虚拟教室 课件点播
当今世界处于信息爆炸式的增长并且迅速更新的时代，这一客观现实对教育改革提出了全新的要求。教育体制和教育模式必须有重大变革，才能满足 21 世纪要求培养高层次、能够适应社会发展、而且具有创造性人才的需求。传统的黑板加粉笔的教学手段无法适应当前大信息量的教学内容需要，为适应 21 世纪对高素质创造型人才的需要，必须创造一个在教师指导下的学生自主式学习的环境。在当前技术条件下，在网络环境实施教学为教育改革提供了一个可行的解决方案。
为了培养面向 21世纪的创造型人才， 新型教学模式必须打破传统教室的时空限制，充分利用现代化的教学手段和多种教学资源， 为学生提供良好的自主学习环境。这样的环境必须能够支持教师备课、 讲课，学生自主学习，教师和学生课后交流、答疑、批改作业以及考试等教学环节。它 要能解决由传统教学方式转向 新型教学模式时产生的 问题，这些问题包括：
1) 教师备课、制作课件难 ：传统的教学方式是教师用笔备课、用粉笔讲课。在现代化的教学环境中，教师通过多媒体计算机网络系统授课，因此必须制作电子讲义和多媒体课件。而现阶段由于缺乏有效的手段和技术支持，教师备课素材少、环境差，往往费了很大力气也难以完成高水平电子讲义；由于教师不是多媒体专业制作人员，他可以写好课件脚本却没有足够的力量制作，因此课件制作低水平重复严重。
2) 高水平教师和热门课程教师资源缺乏 ：现在高校为了培养学生的学习主动性，纷纷实行学分制。但是由于物理条件的限制，热门课程学生很难选上，大师讲学很多学生听不上，学分制受到很大限制。
3) 师生交流不方便 ：传统的师生交流多采用面对面的答疑形式，效率很低；而师生交流的另一个途径是布置与批改作业，传统交作业本的方式教师批改作业很不方便，特别是需要上机处理的作业，收发作业本既繁琐，又浪费时间。
4) 学生自主学习条件差 ：受资源的限制，原来以到图书馆借参考书为主的自学方式难满足当今学生学习的需要，如果能够提供充足的 CAI课件，特别是网络交互式的精品课件，将极大地改善学生的自学条件。
5) 传统考试不适应新的教学方式 ：随着新的教学模式的开展，传统的笔试费时费力，并且很难及时掌握学生的学习效果；另外，信息量多和学生人数多的考试对教师来说负担也很重，不利于教师集中精力做好课程的设计与教学。
总之，在教学改革的过程中将会遇到很多新问题，网络教学系统就是利用信息技术提供一种可行的解决方案，使在教师指导下学生自主式学习的新型教学模式能够高效率、高质量地开展。另外，在校园内开展网络教学，将极大地丰富网上教学资源，并且提高教师运用多媒体网络教学的能力，这对蓬勃发展的远程教育来说将有积极的推动作用。
从上面的分析可以看出，网络教学系统实际上应该面向教学的全过程，为教学的各个环节服务，包括教师备课、授课、师生交流、学生自学和考试。网络教学系统是一个集成平台，通过此平台，可以进行如下教学活动：
1) 教师可以利用网络教学系统方便地制作电子讲义和多媒体课件，并能将讲义和课件存放在教学服务器中。
2) 讲课时，教师能方便地将讲义从教学服务器中传送到讲课教室，并使用多媒体教室给学生授课。对于大量学生选修的热门课程，教师可以在一个多媒体网络教室（主教室）讲课，而学生则可以分布在多个多媒体网络教室中听课，对于在从教室（主讲教师不在的教室）听课的学生，他们除了看不到教师本人之外，可以接受包括教师声、像和讲义在内的所有信息，并且同样享有和教师课堂交流的权利。
3) 课后，教师和学生能够通过网络方便地交流，教师使用网络教学系统为学生提供教师介绍、课程介绍、讲课要点等信息，并和学生进行课程讨论、答疑，另外，还可以布置、提交和批改作业等。
4) 学生自学是培养创造性的重要手段，通过网络教学系统，学生能够方便地检索到自己喜爱的 CAI 课件并能自主学习。网络教学服务器上存储有丰富的 CAI 课件和多媒体教学软件，保证绝大多数学生在校园任何联网计算机上都能学习自己感兴趣的课程。
5) 传统的考试需要大量的人力物力，使用网络教学系统进行网络考试，能及时掌握学生的学习情况，并且将极大地减轻教师监考、判卷的任务。
要实现上述功能，网络教学系统需要使用一系列协同工作的子系统构成，这些子系统依赖于校园网络，将校园网上多媒体课件制作室、多媒体网络教室、学生微机实验室以及学生宿舍微机有机地联系起来，实现“教”与“学”的不同环节在一个通用网络应用平台上进行与统一管理。图 1 描述了网络教学系统的体系结构，它示意了网络教学系统的各个子系统之间，以及与用户（教师和学生）和校园网络之间的关系。
图 1 网络教学系统结构图
清华大学网络教学系统是信息基础设施建设的重要组成部分，它是面向全校师生的用户面最大的校园网络应用系统。
清华大学网络教学系统主要是在校园网建设一个 网络教学环境，在该环境中可以开展网上的各项远程教学活动，包括教师备课、课件制作、实时交互式多媒体网络教学、师生网上交流、学生自学与网络考试。它依托校园网络，将多媒体课件制作室、多媒体网络教室、计算机开放实验室、网络教学服务器、以及学生宿舍微机有机地联系起来，实现“教”与“学”的不同环节在一个通用网络应用平台上进行与统一管理。网络教学系统是一个新的教学环境，它为网上的同步远程教学提供实时双向交互的多媒体网络教学环境（网络虚拟教室），为网上的异步远程教学（自主学习）提供支持、监督与控制等管理机制，在充分利用教学资源、提高教学效率的基础上，为教学质量提供技术保证。
清华大学网络教学系统初期主要面向校园网上的用户，因此采用的技术主要基于高速局域网，网络协议采用 TCP/IP 为主， NetBEUI 为辅。它由六个子系统构成，分别如下：
1) 多媒体课件制作系统 为教师制作多媒体课件和备课提供一个先进的开发环境，它是网络教学的资源制造工厂。它通过建设教学素材库及其应用管理系统，为开发高质量课件提供丰富的素材和方便的使用环境。
2) 主从式多媒体网络教学系统 是建立一个校园网上虚拟教室授课环境，以解除热门课程和著名大师的课程授课的时间和空间限制。它用两个流同时转播教师影像和教师讲义，并且通过网络播放的讲义质量与教师机播放的相同；授课现场可实时课件化存档，以供重播使用；教师和远程教室的学生可以通过音视频方式实时讨论，并可使用电子白板进行书写交流；观众可通过文字的方式与发言人进行交互式问答。
3) 网络辅助教学系统 提供白板、论坛等网络讨论工具以解决师生交流问题，另外，它还支持作业布置、提交与批改，以及网络教学系统的资源检索，它为网络教学提供监督与控制机制，是保证教学质量的主要手段。
4) COD 课件点播系统 是 为广大师生在网络上方便使用课件而开发的网络自学支持系统。采用两级服务器架构，以 SUN 服务器为中心， NT 为区域缓冲服务器，实现动态课件分发和负载平衡，并能跨路由、跨平台提供课件点播服务；采用大容量共享课件库，可以通过 Web 目录，实现一致访问多种类型（包括 WEB 页面、音视频流和 Windows 应用程序等）课件。
5) 网络考试系统 提供基于 Web 的在线自测和基于客户／服务器模式的安全考试两种考试方式，可以分别取代传统的单元测试和期末考试。它能及时考查学生的学习情况，可以解决传统考试需要比较集中的大量人力物力问题，例如出题、印刷、保密、监考、判卷等。
6) 网络教学运行管理系统 是为网络教学提供一个自动化的管理手段，它包括用户管理、资源管理、目录管理、计费管理、安全管理、以及信息统计与分析等。
清华大学网络教学系统以网络教学服务器为中心、以校园网络为纽带，各子系统协同工作，将教学相关的资源组织起来，通过统一的界面提供给教师和学生。其应用结构可以用图 2 表示。
图 1 清华大学网络教学系统应用结构图
网络教学系统是继学校综合管理信息系统后校园网上最引人注目的网络应用系统，它拥有最大的用户群，几乎包括学校的所有教师和学生。校园网络教学系统的建设，将极大地促进和配合学校的教学改革，在充分利用教学资源、提高教学效率和质量、培养学生自主学习和创造性方面发挥积极的作用。同时，该系统建成后，也将成为远程教育的资源基础，为社会需求强烈的终身教育提供不竭的教学资源。
参考文献：
1. 沈培华、钟玉琢、蒋东兴 . 清华大学网络教学系统项目规划 . 清华大学计算机与信息管理中心文档 . 1999.10
2. 宋云娴 . 网络教学的现状和未来 . 多媒体世界 . 1997.2
在二十一世纪，我们居住的地球正处在一个信息革命和知识经济的时代，随着我国经济的发展，生产力的发展和人民生活水平的提高，学生宿舍除了满足学生最基本的居住要求外，还必须满足学习、娱乐、会客、健身、获取信息等多项需求，学生们对生活的舒适性、便利性、安全性和高效性提出了更高的要求，带有一定智能型的学生公寓小区的概念由此而产生。
智能建筑的概念起源于美国，同时美国也是智能建筑发展最为迅猛的国家。继美国之后，日本的智能建筑行业也得到了飞速发展。在中国，引进智能建筑的概念较晚，但发展速度却极为迅猛。一个国家的信息化程度及民众对信息化的接受程度直接代表着这一国家的发达程度。曾几何时，中国人的居住环境不再是灰色的火柴盒式的筒子楼，不再有四世同堂的尴尬，不再瑟缩于钢筋丛林的包围，学生宿舍也不再是简单的八人一间，新一代的学生公寓成为各个学校关心的热点。良好的房型结构、采光透气、绿化布局、小区环境、配套设施、物业管理、交通便利等软件功能是首位。另一方面，随着信息技术的飞速发展，学生宿舍已经超越了其基本的休憩功能，变成学习之外的生活、工作、学习、娱乐中心。智能型的学生公寓小区的出现正好适应了这个社会需求。
清华大学大石桥学生公寓区位于海淀区东升乡大石桥一带, 是我国规模最大的学生公寓，这个占地28.4公顷，总建筑面积35万平方米的大学生公寓建成后将容纳22400名学生。该项目也是清华建校90年来最大的建设项目。按照本科生四人一间、硕士生二人一间、博士生一人一间的标准进行设计。区内公共设施齐全，配有各式学生餐厅、学生活动中心、学生服务中心、标准运动场等，并且与现在的学生宿舍及运动场地相互连接，融为一体。公寓内或居室内备有热水淋浴设施，室内预留空调插座；楼内有学生交流场所，备有电话、电视和电脑高速网络终端。
建筑情况
(1)共计23幢公寓式建筑，其中本科生宿舍13幢，硕士生宿舍2幢，博士生宿舍1幢，留学生宿舍4幢，继续教育生宿舍3幢；
(2)共计10240间宿舍，其中本科生宿舍3500间，硕士生宿舍3500间，博士生宿舍3500间，留学生宿舍3500间，继续教育生宿舍3500间；
设计原则
(3)本科生宿舍每个房间设置5个信息点位(4个网络点+1个电话点)
硕士生宿舍每个房间设置3个信息点位(2个网络点+1个电话点)
博士生宿舍、留学生宿舍、继续教育生宿舍每个房间设置1个信息点位(1个网络点+1个电话点)
信息点统计如下
房间数 网络点 电话点
本科生宿舍 3500 14000 3500
硕士生宿舍 1500 3000 1500
博士生宿舍 1240 1240 1240
留学生宿舍 2000 2000 2000
继续教育生宿舍 2000 2000 2000
小计 10240 22240 10240
在23幢公寓楼内配线管理方案均采用两级管理，逻辑结构如下图
园区布线采用光纤主干网方案，将园区的管理中心设在学生活动中心，逻辑结构如下图
此次方案设计为公寓区一期，包括西南侧三座本科生公寓楼(编号为A01、A02、A03)。
设计要求
主干系统传输带宽速率为1000M；
信息点传输带宽速率为独享100M。
设计原则
网络布线系统具有实用性、灵活性、扩展性、通用性、经济性。
·实用性：布线系统将能够适应现代和未来通信技术的发展，且实现语音、数据通信等新好的统一传输；
·灵活性：能满足各种应用的要求，即任一信息点能够连接不同类型的终端设备；
·扩展性：网络布线系统是可扩充的，以便将来有更大用途时，很容易将新设备扩充进去；
·通用性：对符合国际通信标准的各种计算机和网络拓扑结构均能适应，对不同传递速度的通信要求均能适应，可支持和容纳多种计算机网络的运行；
·经济性：在满足应用要求的基础上，尽可能降低造价；
·安全性：具有防人为破坏措施。
工作区子系统设计
清华大学大石桥学生公寓西南三座楼（编号为A01、A02、A03）工作区信息点位置基本相同，采用暗装方式。本方案中的所有信息插座均为电话、网络通用设计，接电话或接网络由用户根据需要自由选择。在本投标方案中依据用户需求我们为用户共设计了 4285个信息点。
在进行工作区系统的设计时，考虑到用户的实际需求，为用户选用了西蒙（SIEMON）公司的MAX系列模块。此模块精巧美观易于安装，属西蒙布线接插件中的精品，在众多的大型项目中于以采用。
水平子系统设计
由信息出口至配线间的线缆部分称之为水平子系统。在水平子系统中，我们全部采用了增强超五类线缆，满足百兆、千兆以太网、ATM网及多媒体传输业务的需求。
本方案中水平线缆直接延伸到用户工作区，由配线间向各工作区连线，数据点、语音点均采用增强五类UTP线缆。
干线子系统设计
本方案设计考虑整个系统维护的方便，及尽量减少布线系统对建筑空间的占用，干线子系统不设。由房间工作区引出的水平线缆直接进入配线间。省掉二级交接间及干线子系统的费用。
配线间子系统设计
每个配线间管理相应的区域，以确保每个信息点的水平线缆长度不超过90米。管理子系统由配线架、跳线、光纤配线盒组成。此次项目中，配线间根据实际情况设置，A03号楼在三层中间位置设一个配线间；A02号楼在三层东西侧中间位置各设一个配线间；A01号楼在三层东西侧中间位置各设一个配线间。
考虑到配线间尽量少占用建筑空间，我们用2.0米的19"机柜作为各楼的配线柜，柜内可安放支持数据及语音传输的HD5型及S110型机柜式配线架、室内光纤接续箱。
建筑群子系统设计
本方案已经为整个公寓区的光缆连接留有接口，并考虑留有冗余。扩展到整个公寓区，各楼光缆连接至公寓区管理中心，组成公寓区光缆网，并可与清华大学校园光缆网进行连接。使居住在公寓区内的所有人充分利用清华大学的网络资源。
