作者:装甲兵工程学院教育技术中心 杨军 赵春光
摘要:伴随信息技术蓬勃发展而诞生的网络教学,凭借其信息量大、交互性强、覆盖面广等强大特点,为信息化教育提供了新的发展机遇,成为军、地教育领域中最具优势和发展前途的教育模式之一。本文依据装甲兵工程学院网络教学信息资源系统建设和应用实践,结合军队院校教育的实际需求,对军队院校如何开展网络教学信息资源建设和网络教学应用进行了深入的探讨和研究。
关键词:网络教学信息资源 建设 应用 一、引言
“利用现代教育技术手段搞好部队的教育与训练”是军队教育训练的一项重大改革,是提高教学质量的具体措施。随着全军军事训练信息网的建成与完善,网上信息资源的建设和应用已成为当前和今后一个时期军事训练信息化工作的主要任务。
通过网络信息资源的建设可以实现多媒体信息的存储管理、快速查询、实时存取和随机编辑;同时依托军队院校网络教学应用系统,开展网上教学、网上自学、网上作业、网上考试等教学活动,实现教学资源的充分共享和有效管理,加快军事训练现代化、信息化建设步伐。
装甲兵工程学院是“全军军事训练多媒体信息资源系统”(以下称“系统”)第一批试点建设院校之一。系统于2000年11月建成并投入使用,先后进行了四次开发升级工作。本文根据几年来进行网络资源建设和网络教学实践探索,讨论一个“方便实用、安全稳定、着眼发展、充分共享”的网络教学资源系统的结构形式,提出开展网络教学活动的措施和思路。 二、网络教学信息资源管理系统的建设 1、建设的基本原则 (1)可靠性
教学资源的可靠性对远程教育来说是至关重要的,加上教学资源的庞大数量,系统必须采用性能优越的,大型商业数据库系统。这样有利于缩短大批量数据的吞吐时间,使整个系统管理规范化;而且随着数据库的增大和操作扩展到一天24小时、一周7天,能够执行备份操作而不影响系统的正常运转。此外,在灾难性故障发生后能够还原数据库,能在最短时间内还原它,使数据的完整性、安全性得到保障。 (2)灵活性
素材的管理在数据管理方面应具备较大的伸缩性和扩展性,它可以集中管理远程教育工程中的所有素材,也可以将素材按类型或学科划分开来,单独进行管理。比如,军队院校可以按照系(部)——教研室——课程的模式进行设置,一方面,资源条理清楚,专业学科明确,便于使用和查找;另一方面,各单位资源信息的种类数量一目了然,为机关和系、室领导进行网络资源管理、检查和评价提供了方便的条件。系统还应提供接口,可以把多种渠道收集的教学资源纳入系统的管理之中。 (3)开放性
网络教学所涉及的专业范围大,学习者的数量多,教学内容的形态需求复杂,这就要求系统具有完全的开放性,能够容纳各种形态的网上教学内容。不能仅仅限于支持某些专用工
具开发的教学内容,不能只是支持某些文件格式。系统要支持开放的文件存储格式,能管理所有能够在网上运行(包括需要插件的文件)的课程内容与文件格式,不对教学资源作限定要求。
系统软件体系结构采用浏览器/服务器的网络模式,系统服务器采用可扩展的分布式多服务器计算模式,采用分模块层次结构,多模块分立,允许系统分布式并行处理提高系统的工作效率。各功能模块是普通的网络程序,建立在开放的网络标准之上,遵循HTTPFTPXML等普通网络协议和数据格式进行消息处理和数据交换。 (4)安全性
由于网络教学应用系统是运行在军训网上,是远程的,开放的,所以安全性显得尤为重要。如:保护远程访问会话中传输的信息和局域网络中传输的信息;限制不同权限用户对各种层次的信息的访问等。安全性包括保密、完整性保护、身份验证、授权和预防重播。 2、系统结构的技术实现
我们在开发建设系统过程中发现,开发难点在服务程序,如网络通信、进程协调、资源冲突等许多技术问题非常棘手。这里主要介绍系统设计的一些关键技术。这些关键技术主要有网络数据库的呈现模式,资源的共享与安全性,教材库中课件播放的多平台支持,文件的传输方法,读写冲突的解决,数据的存储技术,服务器RAID冗余磁盘阵列技术,视频点播技术,以及实时广播用的流媒体技术。 (1)网络数据库的呈现模式
至今为止,广泛使用的数据库呈现方法有两种,一种是网页呈现模式:如ASP。ASP技术是MICROSOFT公司推出的新一代开发动态网页的技术它可以构造功能更加强大的WEB应用程序而且提供了一个开发环境开发工作变得简单。最常见的是网站的注册登陆功能;另一种是窗口模式,即用WINDOWS的界面呈现数据,如ICQ(你的好友名单存储在远方服务器的数据库中),超星阅读器等。我们学院的系统实现采用了ASP的网页呈现模式。两者的特点如下:两者的数据库分布结构都是CLINT/SERVER型即数据存放在远方的数据服务器中。主要区别在于基于浏览器方式的数据库呈现由于网络安全性的限制,无法对本地的文件进行(COOKIE除外),而基于WINDOWS窗口方式可以对本地机的资源进行必要的操作。但前者的远程通讯连接由浏览器自动完成而后者必须由程序员调用WINSOCK API进行连接。由此可见基于浏览器的方式无需安装客户端的软件,但对客户端资源的操作方面有很大限制。基于WINDOWS窗口方式对客户端资源的操作方面有很大的灵活性。但由于其连接程序必须由程序员自行完成。
(2)课件播放的多平台支持
用不同多媒体开发平台开发的课件需要不同的播放环境,重新开发一个统一的播放环境是不现实的。我们的设计思路是分析各种常用的多媒体开发工具,将播放环境剥离出来,打包成一个统一的播放环境,用户在向服务器提交课件时,自动将课件的有关信息,包括开发者、课件开发平台(播放环境),教研室、科目、章节等信息记入服务器上的数据库,这些信息不由用户通过ODBC写入,而是由运行在服务器端的服务程序来完成。这就完全解决了数据库更新与课件更新的同步问题。用户在使用课件时,首先查找服务器上的数据库,确定文件所有位置和播放环境,再自动调用相应的播放器进行播放。这一过程对用户透明,使用户觉得使用了统一的播放器,更加方便。这种方法还便于增加对新出现的播放环境的支持,以及对用编程语言编制的课件的支持。 (3)文件的传输方法
在播放时,如果使用服务器上的播放环境,则通常必须将服务器上存放播放环境的只读共享映射为本地资源。为安全起见,在上载和下载课件时不能这样,那么使用什么协议呢?我们一开始使用FTP进行文件传输,整个过程对用户透明,用户只通过用户界面对课件进行操作,非常简单。但是,一个课件可能大到数百MB,用FTP上传一个课件实在太慢,因此,我们将服务器上课件所在目录给一个隐藏的可写共享名,用COPYFILE函数直接向服务器拷贝,速度明显提高。这样做的结果是留下了安全隐患,服务器上课件所在目录是不应该为所有人共享的,否则,无论是有意还是无意,都可能破坏服务器上的重要数据。为了提高安全性,也为了实现简单,我们使用了一个改进方法。用户端每次在上传课件之前,先向运行在服务器上的服务程序发出请求,服务程序得到请求后,判断是否可以上传,如果可以,则随机产生一个共享名(如ABC$)并返回给用户(终端程序)。当课件所有文件上传完毕,用户端向服务程序发送一个结束信号,服务器取消先前建立的共享。这种方法同样存在比较大的安全隐患,而实现起来比预想的难得多。其实,既然使用客户/服务器结构,完全可以将文件操作交给服务器端。方法是在服务器与客户程序之间建立一个管道,客户端在得到确认后,连续向管道写入数据,服务端负责将数据转移到相应的目录,此法比用COPYFILE略慢,比FTP快得多。
(4)读写冲突的解决
如果每次只是上传新课件,由于新课件的信息是在课件上传完毕后才记录入数据库,用户看不到正在上传的课件,因此不会引起读写冲突。而如果用户试图重传一个课件,为了有序管理和节约服务器资源,我们总是希望将课件上传到原来课件所在目录,这就可能引起读写冲突。另外,在用户删除一个课件时也可能引起冲突。课件通常由许多文件组成,不能通过锁定文件来避免冲突。解决冲突要从读写两方面来着手:在播放课件时,首先向服务程序发出请求,服务程序接到请求后,首先从数据库中检查课件的删除标记,其中,删除标记=0为正常状态,1表示删除,2表示上传中。若被删除或正在重传则拒绝播放,否则,将数据库中该课件的使用人数加一,返回播放参数(播放器、课件路径)。用户端根据播放参数进行播放。课件播放完成后,向服务程序发送一个结束信号,服务程序将课件使用人数减一。在提交课件时,由于用户端只能播放正常状态的课件,删除状态和重传状态的课件使用人数会很快变为0,此时,服务程序可将临时目录中的文件移到原目录,完成后将删除状态改为0。 5)数据的存储技术
我们设计思路是多媒体网络教材以HTML页面形式存放在WEB服务器中,多媒体光盘教材和素材以硬盘阵列作为一级库、光盘库作为二级库的方式进行保存,视频教学资源以多通道快速响应的应用RAID 5技术的硬盘阵列的方式进行保存。而其中视频数据和其他多媒体数据是分开保存的。由于多媒体数据量非常大,要求网络响应请求快、并发性强,所以我们采用了NAS(NETWORK ATTACHED STORAGE,网络附加存储)技术。它被定义为一种特殊的专用数据存储服务器,内嵌系统软件,可提供跨平台文件共享功能。NAS设备完全以数据为中心,采用“瘦服务器”的模式,将存储设备与服务器彻底分离,集中管理数据,从而有效释放带宽,并且在网络运行中可以同时更换添加存储设备而不用停止在线服务等优点,大大提高了网络整体性能,也可有效降低总拥有成本。而传统的DAS(DIRECT ATTACHED STORAGE,直接附加存储)技术是直接连接在各种服务器或客户端扩展接口(如SCSI接口)下的数据存储设备。它完全以服务器为中心,寄生在相应服务器或客户端上,其本身是硬件的堆叠,不带有任何存储操作系统,具有初始化慢、管理复杂、在线添加容量会影响网络运行等缺点。采用NAS技术可有效的解决信息资源库中数据实时性传输、大规模并发的问题,据测试采用该种存储模式可提高网络性能40%-50%。我们采用了该设备后,使大量传统的单机版课件无须下载
和处理即能以较高速度通过网络运行,基本解决了单机版课件网络化运行的难题,这也是系统设计时重点解决的难题之一。
(6)WINDOWS MEDIA SERVICE技术在系统中的应用
在系统中设计了两路实时广播。一路是电视新闻和教育节目实时广播。首先在配备了PCTV接受卡的PC机上用WINDOWS MEDIA AUTHOR将录制好的其它格式的音视频数据文件转换成ASF文件,然后MEDIA ASF INDEXER对ASF添加标记MARKER 和描述SCRIPT ,并在事后将其放到媒体服务器的发布点上。然后,发布ASF文件。这时,媒体服务器启动MEDIA UNICAST SERVICE服务模块,并且工作在ON-DEMAND UNICAST模式下,用MMS协议发布ASF文件。最后,客户端用内嵌的WINDOWS MEDIA PLAYER接受和播放信息。我们根据我们的网络带宽和计算机的配置,设置了ASF流的码率和同时点播人数。另一路用于实时授课。服务器端预先发布教学安排,按安排播发教学内容。学生定时被动的听课。教师端用摄像机和麦克风等采集教师的实时授课现场信息,并用WINDOWS MEDIA ENCODER直接制作成ASF流,用MSBD协议送到媒体服务器的广播站上进行实时广播。同时,MEDIA SERVER的启动STATION SERVICE服务模块,直接发布ASF流;客户端用内嵌的WINDOWS MEDIA PLAYER接受和播放ASF流。 三、网络教学活动的开展 1、多媒体教学信息资源建设
经过几年建设,我院拥有较为丰富的网络信息资源。目前,系统的资源总量已达675G包括单机版课件320部,网络版课件170部,开设网络课程130 门,教材压缩包66个。素材库包括文本、图形图象、音频、视频、动画、模型六种数据类型,涵盖TXT、DOC、HTM、JPG、BMP、PCX、GIF、EWB、DXF、WAV、MP3、MOV、AVI、RM、DAT、MPEG、SWF、FLC、MAX 19种格式的素材。网络信息资源涉及车辆工程、机电工程、电气自动化、仿真、管理工程、机械工程及自动化、车辆运用工程、火炮与自动武器、火力控制、材料工程、电气工程及自动化、指挥自动化、计算机应用管理、军事技术指挥、机械维修、计算机科学与技术等27个专业教学内容。
2、积极推进网络教学应用
建设丰富的网络信息资源是基础,而开展网络多媒体教学才是目标。学院有33个多媒体教室,42个网络机房,2500余台多媒体电脑接入校园网。目前,各教研室涉及的专业都能积极利用系统开展备课和教学,网上开设的虚拟课堂以达到130门,多数教员和学员能利用本系统开展网上自学、多媒体教学、网上作业、网上答疑、网上考试和网上选修。 (1)制定政策,发挥广大教员的积极性
为了推动系统建设与系统应用,加快网络化教学步伐,学院制定《关于深入开展网络化教学的意见》、《关于学院实施现代化教学工程的意见》等政策文件,明确网络化教学的目标原则、平台建设、资源建设、队伍建设、奖惩措施,使学院的网络化教学走上了实际运行轨道。
(2)建章立制,使网络教学走上规范化轨道
建立和完善的网络教学规章制度,从政策和制度上规范多媒体信息资源的开发和应用,加快多媒体教学的步伐。学院研究制定了《网络教学应用系统运行管理实施细则》、《院网络教学应用系统管理暂行规定》等规章制度,建立了教学信息资源建设三级管理体制,形成了训练部首长和机关牵头指导,教育技术中心负责教学信息资源管理与建设,各教学单位负责各专业信息资源建设和应用的良性运行机制。由于明确了网络信息资源建设和网络教学管理的责任单位、职责分工、三级管理员职责、机房管理制度和安全管理规定等规章制度,对
系统资源的建、管、用、责等方面进行了规范,为系统管理和建设科学化、规范化奠定了良好的基础。
(3)措施得力,是深入开展网络教学的有力保障
在网络资源数据建设与维护方面,我们提出“谁的课程谁建设,谁的资源谁维护,谁的信息谁负责”的原则。对于专业性的资源,主要由各专业教研室建设和管理,其他单位协助;对于通用性的资源,主要采取大家共同建设,系统管理员集中管理的方式。要求系统一级管理员、二级管理员定期检查,严格登记,及时通报。在资源建设与系统应用的管理评价方面,我们完善资源建设的立项与审查制度,提高资源建设的质量。学院成立了电教教材建设委员会,负责全院教学信息资源建设的申报、立项、检查、验收、评比和多媒体网络教学应用推广工作,定期组织多媒体教材制作评比评比,定期进行优质课程教学评比,定期开展网络教学展评活动。
3、开展网络教学面临的问题
(1)网络教学对服务器、网络存储和网络环境等设备提出了较高的要求,因此,各单位应该在系统管理维护、设备升级改造、资源信息建设、系统应用推广等方面进行长期建设,持之以恒。
(2)教学资源的建设需要大量的人力、物力和财力投入,而且是一个长期的过程。因此,一方面需要单位更加重视,加快发展,特别是加快有专业特色教学信息资源的建设;另一方面希望上级机关协调和改革资源管理机制,单位之间加强协作交流,以实现最大可能的资源共享。
(3)系统在运行过程中需要高度的安全稳定性,从某种意义上讲,系统安全和数据备份措施比系统建设还要重要。由于多媒体资源的数据量庞大,需要具备大量存储空间、强大的运算能力和海量备份媒体。而目前有效的安全和备份手段又缺乏专项资金支持,因此,相应的措施和方案急需研究确定。
(4)系统建设与维护应用是院校教学的新任务、新方向,需要人员定职、定岗、定位,人数应设3-5人,而目前教育技术中心的人员编制、职责和任务没有相应规定,急需总部明确、院校落实。
(5)系统是否得到充分应用,系统建设是前提条件,但决定因素还在于总部有利用系统的措施要求,院校有利用系统的教学计划,首长机关有利用系统的思想意识,教员有利用系统的积极性。
(6)网络教学是一项新兴的教学模式,网络课程建设相对滞后,已开课的网络课程相对较少,很多教员对网络课程的建设目的不明确,对于网上教学不适应。在培训中,我们发现尤其是一些计算机技能不高的教员,需要加大培训力度。 四、结束语
由于采用了面向对象的程序设计技术和WEB技术的动态交互和数据库技术,融入了人工智能思想,使得我院的网络教学与远程教学有机地结合起来。学生可以采取多种方式完成学习任务,教师也可容易地完成教学内容的组织工作。但是由于时间和条件的限制,本系统的应用还有许多方面的工作未能完善。我们将进一步加强开发和研究,使系统的智能化得到进一步提高。
网络教学应用系统的建设是一个系统工程,它引起了越来越多领导、专家、教员、学员的关注和兴趣,这必将引起人们对教育思想、教学方法、教学计划、教学步骤、教学过程、教学手段、教学管理和教学评价等一系列的思考,相信一场深层次的教育教学改革即将到来
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