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现代远程教育模型探讨
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摘要:本文在简要分析了远程教学的发展形式的基础上,提出了一种远程教学系统层次化模型(DES model),其目的是为了帮助远程教学系统的设计者们根据不同的需要设计具有特殊远程教学环境的教学系统。该模型共有五层,它们是物理层、网络层、传输层、管理层和实施层的,每层中有不同的对象,每个对象又有一个或多个方法供设计者使用。文中详细分析了各层的组成和功能,并进一步讨论了基于模型设计远程教学系统的算法,最后通过设计实例说明了此模型的应用。
关键字:远程教学, 层次结构,对象,方法

 

  引言远程教学已经有一百多年的历史,经历了四个时代[1],分别是①邮件通信时代②广播教学时代③卫星广播时代④互联网时代。近年来,由于互联网的广泛应用,远程教学在全球也受到了越来越多的关注,很多国家都建立了自己的虚拟学校或者虚拟教室。但是从现有的情况来看,远程教学这种教学模式并没有得到推广,这在很大程度上与远程教学系统的复杂性有关,如果我们能设计出一种简单、有效、实用的远程教学系统模型,这会给远程教学系统的设计者们带来很多的方便,也将对远程教学模式的推广起到积极作用。鉴于此,本文定义并描述了一种远程教学系统模型,本模型是层次化结构,共由5层构成,每层又由不同的对象组成,每个对象包含一个或多个方法。远程教学系统设计者根据所处的环境,能够获得的硬件、软件支持来选择不同的远程教学形式。模型给设计者提供了一个工具,只要设计者根据模型一层一层地设计他们的系统,并按自己的目的来设计每层中对象,同时给对象选择方法,就可以设计出符合自己需要的个性化的远程教学系统了。下面,我们将提出此模型,并在对模型的各层进行分析说明后,提供一种利用此模型进行远程教学系统设计的算法,最后,通过一个实例来说明模型的应用。

  1.1层次结构此模型结构如图1所示,在此模型中,最基础的结构是层。根据这种层次化的方法,每个远程教学系统都由一系列有组织的层组成,每一层代表一个子系统,它包含了所选择的相应的服务对象。层中的每种对象被定义了一套与该层相关并可被执行的特殊功能。每种对象都由能够执行这个服务对象所选择的方法组成。方法是用以完成对象所提供服务的特殊策略。打个比方,模型就像是个包含五个柜子的房间,每个柜子里又有一些文件夹(对象),每个文件夹里包含了一个或多个文件(方法)。在远程教学中,很多方法能实现特殊的教学效果,但这些方法必须依赖于特殊的远程教学环境,不同的远程环境有不同的方法。比如,我们在授课过程中要进行通信交流,我们把“课程通信”称为对象,为这一对象可以选择的方法有:电话、传真、信函、e-mail、电视电话会议、聊天室、讨论组等1.2服务对象和方法每个层中的对象都有一个或多个方法,这些方法决定了对象的属性,为了建立实用的系统,有些对象在设计中是必须的,而另一些是可选的。在上面的那个“课程通信”对象的例子中,我们发现问题不在于我们是否应该选择这个对象(因为这个对象是必须的),我们只需要为这个对象选择合适的方法就可以了。层次间的方法使我们能够定义相邻层间的工作流。每一层,除了最底层,使用一系列的服务,这些服务由(N-1)层对象提供,最底层包括一些通信技术对象,这是实现个性化远程教学的基础,第(N)层为第(N+1)层提供服务,并使用第(N-1)层提供的服务。最高层给远程教学中的教师和学生实施教学提供透明的服务。

  2.各层功能2.1远程教学实施层这一层为远程教学中的教师和学生提供了一个交互窗口,师生无需了解技术的细节,可以透明地进行教学活动。该层是模型的最高层,利用下层提供的服务构建了远程教学环境[2]。象其它层一样,根据远程教学环境的不同该层也包括不同的对象,每个对象又有不同的方法。我们以这层中的辅导答疑对象为例。辅导答疑对象为教师与学生、学生与学生间交流讨论学习过程中出现的问题提供了一个交互窗口。在这个对象中我们可以根据系统的需要和所具备的条件,设计不同的方法,这些方法包括信函、e-mail、电话、电子留言板、电子白板、电视电话会议、课程讨论组、视频点播等等,师生可以通过这一对象的方法完成辅导答疑活动。我们再以授课对象为例。授课对象使得学生学习课程内容,掌握技能,这些技能有批判性思考、深入理解、分析问题、解决问题、阅读和写作能力等等。这个对象可以包括以下方法:看书学习、课件学习、视频点播学习、协作学习等,在设计系统时,一个或多个方法被用在系统中以实现功能。该层中还包括选课、作业、测试、实验等对象,每个对象又有各自的方法。不同对象的方法间也是存在联系的,如上述的例子中,授课对象的协作学习方法就会使用辅导答疑对象中方法如电子白板、课程讨论组等以达到协作学习的目的。2.2远程教学管理层管理层为实施层提供服务,以保证课程教学能顺利地进行。该层的主要功能是保证教学计划的实施,数据的保存和打印,作业的提交和批改,练习和考试。我们再用例子说明这一层中的对象和方法。以视频点播管理对象为例,视频点播对象为视频点播的顺利进行提供保障。它包括以下方法,格式转换、资源分配、流监控[3]、QOS保证[4]。格式转换将原视音频文件转换成流文件的形式以利于在网络中传输,资源分配为用户分配带宽,流监控对每个视音频流监控其状态,QOS保证使每个用户能平滑地收看视频节目。这一层中还有学生管理、课程管理、作业管理、考试管理、打印管理、数据库管理、课件管理等对象,设计者可以根据需要选择使用。2.3远程教学传输层传输层为教学活动能在远程进行提供技术保证,这一层中的对象主要有同步传输[5]对象和异步传输[5]对象,在同步传输对象中有电视电话会议、课程讨论组、电子白板、电话、卫星直播等方法,异步传输对象中有email、电子公告牌、信函、广播、视频点播等方法。在设计远程教学系统时,我们可以选择其中一种或全部两个对象,可以根据系统的需要为每个对象选择不同的方法。比如我们要建立一个基于互联网的远程教学系统,我们这两个对象就都需要,我们可以为同步对象设计电视电话会议、课程讨论组、电子白板方法,可以为异步对象设计email、电子公告牌、视频点播方法。又比如我们要建立基于卫星广播的远程教学系统,我们只选择异步传输对象,我们可以为对象设计信函、广播、电话等方法。2.4远程教学网络层网络层使得远程教学在网络环境中进行,为传输层提供网络保障。传输层不需要考虑网络的结构和传输方式,而实现端到端的连接。这一层中有拓扑结构和传输方式两个对象,拓扑结构对象可以有星型、总线型、环形等方法。传输方式对象可以有互联网、卫星广播、普通广播、信函等方法。我们还以上面的例子来说明。我们要设计基于互联网的远程教学系统,可以为拓扑结构设计星型方法,为传输方式设计互联网方法。2.5远程教学物理层这一层是模型的最底层,是模型的基础,为以上的层提供硬件和软件支持,使得信息在远程教学的师生间透明传输,这一层包括一些硬件和软件对象以完成远程教学。对象所有的方法可以是一个或者可以扩展成两个,如这一层中有互联网连接[6]对象,这一对象有互联网必要硬件和软件两个方法,以保证完成连接。2.6远程教学资源远程教学资源跨越实施和管理两层,这是远程教学中必不可少的部分,它包括电子教案、电子书籍、课件、试题库、常见问题库、视音频资料等,管理层管理资源的积累、整理、调用、备份、删除等,实施层使用资源完成远程教学。比如学生可以通过调用课件进行自学,教师可以调用试题库布置作业。2.7远程教学效果反馈这一层也跨越了管理和实施两层。一个好的系统如果没有信息反馈则会变得封闭和陈旧,所以我们对教学效果进行跟踪,收集反馈信息来及时调整教学管理方式和教学实施办法,使得系统更加完善,教学效果更加理想。反馈信息从管理和实施层获得,又反过来作用于这两层,起到监督教学过程,优化教学效果的目的。

  3.基于模型的系统设计算法有很多算法都可以根据此模型设计出个性化的远程教学系统,在这里,本文提供两种的算法来设计系统。一种是自下而上的算法,另一种是自上而下的算法。自下而上的算法主要适用于那些在物理层受到限制的情况,比如无法连接互联网,或者连接互联网的带宽受到限制;比如没有租用卫星,无法把制作的教学节目通过卫星传送等等。自上而下的算法主要适用于那些在物理层不受限制的系统,所有的远程教学方法都可以实现。下面,我们就分别来介绍这两种算法。远程教学系统的设计者在设计系统时可能会受到各种限制,如在物理层没有足够的硬件支持,如教学要受时间、地点、设备的约束等,因此,我们在设计系统时,从物理层开始就要考虑清楚这些限制,选择好对象和方法,在传输层中根据物理层的对象选择传输方式,然后对管理层所应提供的服务进行评估,选择相应的对象,并为对象选择方法,往上的实施层中的对象就很好确定了,最后再设计资源和反馈策略,个性化的远程教学系统就完成了。具体过程如图3.2自上而下的算法在自上而下的算法中,我们可以根据我们的远程环境选择远程教学实施层的对象,并为这些对象选择方法,这些方法可以顺利地实现我们计划在远程教学系统中将要完成的功能。接着,我们为远程教学管理层选择对象,并为对象选择方法,这些对象和方法必须能够为上一层提供服务,以保证上一层对象方法的实现;另外,在这一层中还可以选择其他一些对象和方法,这些对象和方法不一定直接为上层提供服务,它们的目的是为了扩展系统的功能和保证系统的可靠性。比如可以设计系统维护对象,给系统维护对象选择日常维护和定期检查两种方法,这一对象和方法并不直接对上层提供服务,但对系统的可靠性是必须和有效的。然后,依次设计传输层、网络层和物理层的对象和方法,在设计这些对象和方法时候可以充分听取教师和学生的意见,以提高远程教学的教学质量,比如,教师在实施层的授课对象中建议使用电视电话会议方法进行教学,就可以在传输层设计同步对象,在网络层设计互联网连接对象,而在物理层设计相应的硬件和软件对象以实现电视电话会议的功能。最后,设计远程教学资源和反馈中的对象和方法。我们可以注意到,无论是那种算法,最后都要设计远程教学资源和反馈,远程教学资源是保证远程教学能够顺利实现的物质基础,而反馈则是提高远程教学系统稳定性和保证远程教学教学效果的重要环节。远程教学平台是动态的,是开放的,在平台的运行过程中,会产生很多很有价值的教学资源,这些教学资源通过相应的管理系统的管理,本身就可以纳入到平台中并成为远程教学平台的组成部分。另外,教学平台的设计也不可能一步到位,需要在平台的运行过程中,不断收集教师与学生的反馈意见,以及实际的教学数据,根据这些数据再对平台的设计做进一步修订。

  4.应用举例我们基于DES模型设计建立了中国科学技术大学远程教学平台,下面简单介绍一下该教学平台的设计过程。我们考虑到该平台主要用于中科大校园网,是基于互联网的远程教学系统,最终目标是建立中国科学技术大学多媒体网上教学体系,提供一个较完整的网上教学与管理平台,从而使科大即将开发的约60门网上课程能正常运行。所以,我们采用自下而上的算法。在物理层中选择了互联网连接对象,并为对象设计了相关的硬件和软件方法,如路由器,集线器,WINDOWS2000操作系统,TCP/IP协议,RSVP协议[37],RTP/RTSP协议[37],HTTP协议,FTP协议等,而其它的广播、邮件等对象在此系统中并不适用,没有选用。在网络层我们为拓扑结构对象选择了环形方法,环形结构对于校园网这样的环境非常适合,有利于信息的更快传输。传输层我们选择了同步和异步两种对象,为同步对象设计有电视电话会议、在线答疑室、电子白板等方法,为异步对象设计了email、课程讨论组、电子公告牌、视频点播、邮件列表等方法,因为在教学活动中,我们有时需要实时地交流,比如当堂辅导、大型的学术报告会、公开教学等,这时我们就要使用同步对象和方法;有时又需要非实时地交流,比如课前预习、课后复习、课下提问等,这就需要异步对象和方法。在管理层我们设计有学生管理、课程管理、选课管理、教师评价管理、学生学习评价管理、系统信息管理、行政公文管理、作业管理、考试管理、打印管理、数据库管理、课件管理、视频点播管理等对象,并给每个对象设计了方法。在实施层我们选择了教师、学生、管理员三个对象,并为每个对象设计了不同的方法。为教师对象设计了辅导答疑、作业发布与评阅、常见问题库维护建设、试题库维护与建设、选课学生认证、课程资源上传等方法;为学生设计了看书学习、课件学习、视频点播学习、协作学习、辅导答疑、作业等方法,通过这些方法,学生可以学习课程内容,掌握技能,这些技能有批判性思考、深入理解、分析问题、解决问题、阅读和写作能力等等;为管理员对象设计了教师认证、学生认证、专业设置、课程设置、权限控制、数据备份与恢复、打印控制等方法。在设计系统时,每个对象都设计了一个或多个方法以实现功能。通过实施层这些对象和方法的设计,使用者拥有了一个友好的界面,只需要利用IE或者netscape就可以方便地进行教学活动。最后,我们还设计了远程教学资源和反馈,在网上提供有电子教案、电子书籍、课件、试题库、常见问题库、视音频资料等,并通过用户信息反馈表和教学效果评估表的形式对教学效果进行评估,根据教师、学生填写调查问卷,实时收集到的数据,对教师、学生的教、学行为做出定性评价,及时将其反馈给被评价者,以期对网上教学工作提供指导。5.结语本文中,我们定义了一种五层结构的层次化远程教学模型,设计者在此基础上不仅可以设计出基于互联网的新一代远程教学系统,也可以设计基于广播和卫星的远程教学系统。这种层次化的方法,把复杂的工作分割成不同的逻辑关联的几个单元,使得原本复杂的工作简单化,更容易设计出灵活的系统来。当然,互联网技术日新月异,我们要把这些新技术用在远程教学上,就要对新技术有深入的了解,才能使模型的对象和方法更加丰富,模型的适用性会更强,也将更加有助于远程教学模式的推广

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