空军第二飞行学院 陈少友 于昌平

   摘要：本文从网络教学的通信技术出发，突出强调计算机辅助教学的人机交互和网络教学的人人交互的重要性特征和需要解决的问题,提出建立网络教学的模型，指出网络教学的主要研究方向。

    关键词：网络 多媒体 在线教育 离线教育 远程教育

   科学技术的日新月异、信息化时代的来临，使以计算机技术为基础的信息科技在经济和社会生活各个领域得到极为广泛的应用，对教育带来巨大的影响。教师将计算机用作教学媒体工具，为学生提供一个学习环境，它具有生动形象、主动灵活、人机交互、个别化等特点。能根据学生的学习历史、学习风格采取不同的教学策略，并能根据反馈信息为学生提供学习指导。网络教学中教师对学生的控制，以及老师与学生、学生与学生之间的信息交流，克服了传统单机辅助教学交流中信息无法及时反馈的缺点。在网络教学过程中，不仅有自学模式，也有群体教学模式，充分利用网络的资源共享和通信功能，加强教师与学生、学生与学生之间的交流和对问题的探讨。网络教学不再是封闭式学习环境，它是一个开放的系统，实现双向教育，采取有信息传授、有提问、有反馈、有交流的教育方法。

    一、网络教学需要通信技术

  网络是由介质连接在一起的一系列设备（常被称为网络节点）组成。一个节点可以是一台计算机、打印机或是任何能够发送或接收由网络上其它节点产生的数据的设备。设备之间的链路被称为通信信道。使用最多的通信网络是普通电话线路，这种网络是电路交换方式，它的特点是呼叫一旦建立起来，两个用户之间就有了通过电话交换机而形成的直接通路。在电话线路上只能传输模拟信号，为了传输数字信息，必须利用调制解调器（MODEM）把数字信号变成模拟信号。普通的电脑线路的传输速率低，无法传输视频信号信息量大的媒体。

  开始人们使用的这种通信网络是计算机局域网(LAN)。这种网络采用分组交换的方式来传输数字信号。它把用户的数据分割成许多小段（称为分组）在网络中传输。分组交换的特点是传输速率高，并且可以根据需要改变速率。使用的以太网就是分组交换网络，传输速率一般为10MB\S，现有每秒100MBPS的高速的以太网。但是，分组交换传输的延迟较大，不太适于声音和电视信号这类媒体的传输。多媒体通信将采用宽带综合业务数字网(B-ISDN)，是异步传输方式(ATM)。这种有电路交换延迟，分组交换速率高等特点，可以传输高保真的立体声、普通和高清晰度的电视节目，是通信的理想传输环境。

    二、网络教学的相关技术

    1．计算机支持的协同工作

    计算机支持的协同CSCW(Computer supported cooperative work)工作是通信技术与计算机技术日益事例的产物，为协同工作提供了一种克服时空障碍的基于计算机的新型服务。CSCW的出现将显著的改善传统协同方式中存在的效率低、费用高、延迟时间长、错误多的特点，协同工作是一项复杂的社会活动，由于社会身份不同，地理位置分，工作时间各异等不同特点，参与协同工作用户间的冲突是在所难免的，通过联网研究协同的系统要比研究单用户系统复杂得多，协同工作的系统称为“群件”(groupware)，设计和开发各种富有新意的“群件”困难是很大的。

    协同系统分解的方法，采用如下时空矩阵：

  过去，数据处理系统处理数据，字处理系统处理文本，电话处理声音等，随着数字技术的成熟，这些媒体都能数字化，将各种媒体的信息集成在一起，且通过网络能高速地传输，多媒体包括静态的和基于时间的动态媒体，前者是数据、文本和静态图像，后者是音频和视频信息，实时动画类似于视频信号。而实际上是一系列按序存储且能快速显示的帧,其内容由软件控制并能很快再现。

  多媒体网络教学传输信息的特征是：

1. 多媒体信息数据量大，要求网络提供足够的可用带宽。

2. 多媒体信息与时间相关，对时延敏感，有连续性要求，要求网络提供同步传输服务。

3. 针对各媒体性质和对传输的要求不同，网络应提供优先级机制。

4. 多媒体的某些信息允许传输错误及数据丢失，网络可以降低对可靠性控制的要求。

5. 多种媒体必需有机的结合，要求网络提供各媒体本身及媒体间的时间同步和空间配置的控制机制。

  网络教学需要解决的问题：

1. 网络教学系统的统一性。

2. 网络传输速度问题。

3. 各类课件的可视性、可靠性。

4. 人机界面设计智能化、易学习、易操作。

5. 费效比。

   三、网络教学的模式

  网络教学可以分为：在线式教育（On-line），如实时通信，离线式教育(off-line)，如电子邮件等。基于多媒体的交互性强、情境真实等特点，目前网络教学有两种模式：集中教学和远程教学。集中教学网络是指集中学习，可以选用ATM网或普通的局域网。

  （一）基于网络的协同多媒体辅助教学

  利用网络进行学习有两种方式，一种是基于当前的局域网条件，学校建立网络教室，学生就像在教室一样在各自的计算机前进行学习。另一种是学生在各自的家里，通过以电子邮件的方式网络与都是相联，与教学探讨问题，完成老师布置的作业，教师通过网络批改学生的作业，对学生提出的问题进行解答。

  协同计算机辅助教学不仅要模拟面对的教室讲课环境，而且由于计算机的支持，可以提供更为方便有效的其它功能。在系统控制下，学生与网络之间的教学活动以交互方式进行。网络对学生而言相当于一个虚拟的教师，学生可以选择学习方式、学习内容，教师可通过网络调整学习的，批改学生由网络传来的作业，检查学生的学习效果。

  由于网络教学要模拟真实的教学活动，根据教学过程和系统特点，可把教学模式分成授课模式、自由讨论模式、习题测试模式。

1. 授课模式（如图１所示）。处于传统的教学模式之中，只是教师与学生间的相互交流。在授课过程中，为保证授课的质量，学生无法控制屏幕的内容，键盘和鼠标是锁死的。但学生可以通过途径获得发言权：在获得发言权后，可直接与教师进行双向沟通，发言完毕后，学生将发言权归还老师。

2. 自由讨论模式（如图２所示）。既可以是教师与学生

   之间进行交流，也可以是学生与学生之间的交流，也可以分成几组进行学习。这时的发言权的获得是通过自由竞争得到，可通过屏幕进行问题讨论，也可以通过语言进行讨论。教师在该模式下具有群组编制功能 ，可将学生按实际情况进行分组。

3. 习题测试模式。有条件的监控学习模式，学生不可与其它学生进行讨论，在得到教师由批准后，方可与教师与其它学生进行信息交互。

  这三种教学模式决定了群体教学的教学过程，教师根据教学计划安排课程，随时可以切换教学模式，灵活机动，充分提高效率。

  根据三种模式下的信息交互形式，提出如图３所示的协同CAI系统的模型。在群体教学环境下，不但要保证学生与教师窗口切换的同步，而且要保持数据获取的一致，教学效果的关键是教学画面和声音的实时同步传输。这样在程序的结构设计上有以下三种方案可供选择。

  第一种是集中共享式结构，在这种结构方式下，教师和学生都从文件服务器上运行同一个教学应用程序，老师和每一个学生的操作都是由各自的节点送经服务器进行处理，然后再将处理结果反馈给用户。这样的作法势必大大增加网络的负荷，在目前网络带宽条件下是不可取的。

  第二种是分散独立式，在这种结构方式下，每个工作站点都有一个应用程序和共享资源的副本。这种作法虽然专除了对服务器的要求，也对减小网络的负荷能力起一定的作用，但是相应对每个站点的要求提高了，同时也不利于共享资源库的修改与维护。

  第三种就是重复共享式，在这种结构方式下，共享资源还是存放在这件服务器上，只是把教学应用程序在每个工作站点上做了一个副本，系统工作时每个站点（教师、学生）都运行了各自一个副本，任何一个用户的应用程序都把本用户对其它用户有影响的操作通过网络传输到相应的工作站点，再由相应工作站点的应用程序对其进行处理。这样，也能保证各用户数据的同步性和一致性。

  在重复共享式结构中，由于教师和每个学生都运行着一个相对独立的应用程序，从而在学生与学生、学生与教师的协调和课堂秩序的控制问题上对教师素质提出了更高要求。在本系统中，教师主要是通过对教学模式的切换来控制学生的权限，从而实现完全控制课堂秩序的功能。

  由于网络教学是虚拟的教学环境，授课内容和学生学习的内容要根据实际情况作出调整或新，因此系统要提供一个多媒体制作平台，并对制作的内容作出管理，为教师备课和辅导学生提供方便，该模块要具有以下功能：支持多种字体；提供六种基本的绘图功能；能进行图像编辑，支持多种图像格式；可进行声音编辑；可进行视频编辑演播；支持多媒体协同工作。

  （二）远程教学的人人交互(Human-to Human)

  远程教学（distance Education 或On-line learning)是指学生与教师的地理位置是分离的，如函授大学，电视大学。这里所指定利用上教学。远程教学选用ISPN，利用公用网络实现远距离教学，可以学习其它国家的课程。计算机辅助的网络教学有以下特点：

1. 开放性

2. 灵活性

3. 分散性

4. 多媒体

  利用万维网(WWW)检索可得到强有力的支持，采用超文本标识语言（ＨＴＭＬ），利用浏览器联上个人主页，Internet Homepage 利用地址，个人Homepage出现图形菜单可选顶，实现虚拟学习环境应具备的特点，（１）模拟现实环境；（２）信息共享；（３）智能化。

  交互活动的方法：

1. 设立E—mail地址

   系统管理员的地址：用户可以通过它向系统管理员提出自己对教学的意见和建议，系统管理员根据这些意见和建议修改和完善教学系统。

   各种教师的E—mail地址：用户可以通过它向教师提出 在学习过程中所遇到的疑难问题，教师及时给予解答，并把这些问题和答案，放到系统的疑难问题解答栏中。

2. 设立讨论区

  自由讨论区：用户可以在上面相互讨论，使用户之间可以互相启发、互相帮助、开阔思路、共同提高。教师可在适当时候插入评语。

  对话（可用java预言实现，但只能在两者之间进行）：任意一用户右任选一用户（知道其用户名，并且正在使用本系统）进行讨论。

  四、网络教学的发展趋势

  随着网络技术的突飞猛进，网络教学将获得很大的发展。作为远程教学国外几所大学和公司已经开发了实验性产品。网络教学的主要研究方向有以下几个方面：

1. 实现实时交互，解决教师和学生的关系与作用问题。

2. 虚拟现实技术与人工智能技术的应用。

3. 教师代理（或称虚拟教师），软件代理概念的延伸。

  目前需要解决的问题：

  1、寻求更好的压缩，解压缩算法。

  2、设计和制定适用于多媒体信息，传输的网络通信协议。

  3、开发通用的网络教学系统。

  4、网络教学系统的安全。

  当现代教学技术正在探讨下世纪如何提高人类的文化和科技素质时，现代科技不仅急剧地改变着人类的生产和生活方式，而且正在从各个方面改造教育本身，遍布全球的交互式教学中心和“远程实验室”，将有可能在未来的三、五年以较大规模介入高等教育和高层次继续教育体系。利用先进的技术进行教学资源的共享。了解国际一流大学的课程体系和教学内容的改革，使课程改革和建设能够建立在高起点上，符合国情，又能真正体现面向21世纪现代教育技术的先进性。

参考文献：

1、胡寿松 自动控制原理。 北京：高等教育出版社,1994年。
2、雷震甲 计算机网络概论，西安：西安电子科技大学出版社，1990年。
３、张强华 吕新平 新编网络，北京：人民邮电出版社，1999年。
４、胡道元 计算机网络，北京：清华大学出版社，1999年。

作者简介：

陈少友 1970年11月出生，工程师，本科，空军第二飞行学院教育技术中心，长期从事电视教材和计算机多媒体课件开发工作，曾获空军科技成果三等奖，教育成果四等奖，协作中心优秀电视教材、优秀论文奖。

于昌平１９６２年１２月出生，工程师，本科，空军第二飞行学院 教育技术中心，长期从事电视教材和计算机多媒体课件开发工作，曾获全军优秀电视教材三等奖，空军科技成果三等奖，教育成果四等奖，协作中心优秀电视教材、优秀论文奖。