国外智能多媒体教室现状研究论文

摘 要 随着Internet的进一步发展及其在全球的迅速蔓延，引发了对传统教育模式的新一轮革命。以网络为特征的现代远程教育的崛起和发展，必将促进各类信息教育技术的进步，也将对社会经济形态结构、文化教育体系带来潜移默化的影响。本文介绍了多媒体远程教育领域目前在国内外的发展现状，并指出了目前我国远程教育与西方发达国家相比，在开出的课程种类、课程内容、课程质量以及实时性等交互方面都还有一定的差距。尤其在实时远程教育系统方面存在着较大问题，并提出了一些设想。关键词 多媒体，远程教育，发展现状，实 时 进入数字化、信息化时代的二十一世纪，人们对教育的需求日益增加。多媒体远程教育作为一种新的教育模式，将最大限度利用现有的教育资源，是实现高等教育的大众化、现代化、终生化和国际化的新型教育形式和必然途径。同时现代计算机技术、网络技术、通信技术、多媒体技术、数据库技术和人工智能技术等的发展，为多媒体远程教育的发展提供了强有力的技术保障条件。1．远程教育的定义及分类 Desmond Keegan 曾经给远程教育定义了5个要素：学生和教师在地理上是分开的，不是面对面的；政府教育部门对教育机构的资格认证；应用现代通信技术；提供双向的交互功能；学生可以随时随地上课。它的最大特点就是远程和交互。 从采用技术的角度分类，远程教育可以分为基于邮政方式、基于广播电视方式、基于Internet 网方式和基于电信网方式。前两种方式已经形成一定规模，目前在世界上对于远程教育的研究主要集中于后两种模式。基于Internet网方式 这种方式采用Internet网的WWW 技术和其他如浏览器、E-mail、FTP、BBS 等应用实现在时间上、地点上完全独立的教学模式。可组织网上讨论，利用Internet 网组建网络学校。学生可以增强自治力和逐渐形成一个“自我安排进度的、专家和优秀教师指导的、时间和空间独立的学习环境”。学生们可以通过电子的“虚拟对话”争论课程中提出的问题，Internet 的访问者也被邀请加入“课堂讨论”，这些观点对于课程来说是一个很好的补充，基于电信网方式 基于电信网方式是把学校的教室安排在远端，可以解决学校教室不足的问题。学生们在多个远端教室同时上一名优秀教师的课。在技术上，利用了电信网的高数据量传输和数据传输的可靠性。一般有演播室（中心教室）、远程教室和通信网络三部分。 2．多媒体远程教育领域目前在国内外的发展现状 计算机从单机到网络的发展已经触动了传统的教育模式，各种形式的教育模式中最活跃、最有前途的一个领域就是远程教育（Distance Education）。这种教育改革并不意味着就是让计算机代替教师的角色，计算机应该作为辅助教学的一种有效的工具。国外的发展现状 在世界范围内，网络时代信息化社会的到来正一步步推动学校教育改革，校园的围墙逐渐消失，学生在网络上的虚拟学校中学习的新型教育模式已悄然兴起。 1996年8月美国加利福尼亚、德克萨斯等十个州共同创建了各州认可的、各高等院校承认课程学分的虚拟大学，学生在电子课堂中上课、考试并获得学位证书，从而正式拉开了网络远程教育的序幕。目前美国有80所大学通过网络修得学位，网上虚拟大学开出的课程已覆盖了各个主要的学科领域。例如，美国国家技术大学（NTU），1998年夏季学年开设了化学工程、桥梁工程、工商管理等16门课程。威士康辛大学1998年元月建成了它的第一个电子教室，并为商业、文学、教育、图书馆学和社会科学5个门类开设了17门课程。以亚特兰大和乔治亚洲为主的美国南部地区教育董事会，开始通过Internet来转播南部50所大学的课程。同时，美国已经开始把注意力放到中小学校基础设施的建设上来。美国总统克林顿于1996年提出了“教育技术行动” （Education Technology In-itiative）。行动纲领指出：到2000年，全美国的每间教室和每个图书馆都将联上信息高速公路，让每个孩子都能在21世纪的技术文化中受到教育。 另外，加拿大、英国等其它西方国家也在大力开展网络远程教育工作；例如，加拿大滑铁卢大学远程教育和继续教育学院使学生可以方便地进入虚拟课堂完成该大学文学、理学、和环境方面所需的全部课程，该大学提供250多门课程供选择，并提供非全日制的技术管理硕士课程，可边工作边另学习，西蒙福莱士大学开设了地理学、历史学和心理学等28门课程；英国的开放大学开设了数学、农业、结构工程等十一门课程。国内的发展现状 与西方发达国家相比国内的网络技术应用工作开展地相对较晚，1995年底我国首条覆盖全国的计算机互联网络CERNET才正式建成和投入使用。受技术条件的限制，国内在CERNET建成后才开始进行网络远程教学的研究工作，但发展相当迅猛。目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看，国内清华大学、北京大学、上海交通大学、同济大学、华南理工大学、北京医科大学、中山医科大学、中国人民大学、湖南大学、华南师范大学、中国科技大学、长春邮电学院、辽宁大学、浙江大学、北京广播电视大学、广东广播电视大学、浙江广播电视大学、西安交通大学等十几所高校已陆续提供了自己的网上远程教育资源，此外还有一些中学，如北京101中学、深圳中学、南京师大附中、江苏省常中等中学也开设了网校，其它如一些省市地区机构也纷纷在网上设立了远程教育站点，如COL网校、云舟网校、新疆远程教育资源网、吉林教育教学网、万恒远程教育网等。3．我国多媒体远程教育目前所存在的问题 当象美国这样的发达国家，已经将计算机多媒体网络教育普及到幼儿教育阶段的时候，我们的高等院校才开始步入远程教育领域。所以与西方发达国家相比，在开出的课程种类、课程内容质量以及实时性等交互方面都还有很大的距离。大多数的高校远程服务站点仅仅推出了基于WWW方式的课件教学的服务。这些课件教学一部分是多媒体形式的，剩下一部分甚至仅仅是文本加图片方式的课件教学，仅有个别高校的远程教育网点加入了测试、管理以及实时文字、语音交流的模块（如清华、北大、上海交大等）。 尤其是实时远程教育方式还亟待发展，学生们在多个远端教室同时上一名优秀教师的课，这种方式目前仍缺乏很好的交互性。虽有学校已成功地实施了，如湖南大学、浙江大学采用先进的双向交互式技术的远程教育系统正式启动了，广西远程教育系统最近也建成了。但对于大多数院校来讲，实时远程教育系统都是目前亟待解决的难点与重点。国内实时远程教育目前最大的一个问题就是交互性差的问题，很多学校的电子教室仍然是沿用传统的电教模式，教师在里面讲，学生只能在外面听，只是媒介从电视机上搬到了计算机的显示器上。4．一个有关实时远程教育系统的部分设想CSCW的概念的介绍 计算机支持的协同工作（CSCW）是近年来出现的一种新的计算机应用模式，它表明计算机应用有了新的突破，从过去实质上仅支持个体工作，发展成为支持群体工作，群体中的用户可以通过计算机交流信息和讨论问题，共同完成某项任务。 一般而言，CSCW是指某群体中的人们，在计算机的协助下，执行某项共同的任务，并为他们提供一个共享环境的界面。其中群体可以是一个或多个单位、项目或小组。但这里特别强调的是，群体中的人们必须执行共同的任务，CSCW为他们提供一个共享的工作环境和一个友好而灵活的计算机的交互手段。CSCW是研究群体如何工作，探讨各种技术特别是计算机技术如何支持群体工作的一个新的研究领域。 我们所讨论的实时远程教育模型是建立在集中式结构CSCW系统与多媒体通讯信的基础上。系统的交互性 在实时远程教育系统中，教师如何才能在讲课时就能不断提问学生；在课后又能专门留一段时间提问或回答学生的问题？ 视频会议系统是一个很好的参考模型，可将以视频会议系统为主的实时在线远程教育和以WWW为主的自主式远程教育两种方式有机地组合起来。教师与学生之间、学生与学生之间的会话，对共享媒体的同时访问，会引发并发控制的问题。并发访问共享的媒体在分布式网络系统中是一个重要的设计问题，大多数研究人员认为应该在某一时刻仅有一个访问者来访问共享媒体。设定教师在整个系统中享有最高的权力，他控制着通信与访问共享白板的权限，所有想要取得授权的请求被送到教师端，教师可以根据情况授权给其中某一个学生。教师也可以在任何时刻收回对某一学生的授权。系统的通信方式 系统中主要的通信方式为点到多点的通信。通常，点到多点的通信方式主要有广播通信（broadcast）和多点通信（multicast）两种。广播通信的方式是消息从一点发出，发向网上的所有端点，这些端点上运行的软件将判断收到的消息是否是发向自己的，是发向自己的消息则接受，否则，就丢弃该消息。多点通信，是指消息从一点发出，发向网上所有等待该消息的端点，这些端点都使用同一个用于多点通信的地址。 本系统的传输媒体是Internet。如果采用广播通信，将消息发向全网的所有机器上，然后通过机器的IP层去识别该消息是否应该接收。Internet遍布全球，让所有有关或无关的机器参与消息的发送，显然不切实际。此外，由于我们将传送的是多媒体信息，数据量大。因此，如果向网上每台机器广播的话，势必会占用大量的网络带宽，造成网络拥塞。 而Internet上的IP协议是支持多点通信的，它通过在消息的目的地址中填入IP的多点通信地址，通话同时向一组遍布于Internet网上的主机传送同一个消息。 拥有一个IP多点通信地址的所有机器构成一个多点通信组。一个通信组可以跨越多个物理网络。每次多点传送后，多点通信组的成员接收到的数据都相同。一台主机可以任意加入或退出一个多点通讯组，一台主机也可以同时加入多个多点通信组。TCP/IP提供了A、B、C、D、E五类IP地址。IP多点通信地址是IP地址中D类地址。 由于多点通信组的数量有限，可以集中管理，因此多点通信地址没有层次结构，所有Internet网的多点通讯组采用单一层次，在逻辑上是等同的。每个多点通信组都拥有唯一的多点通信地址，一类是标准的永久性地址，由Internet中央管理机构（NIC）统一分配，另外一类是暂时性的多点通信地址，根据需要创建。为了能够对跨越多个物理子网的多点通信发送进行控制，TCP/IP提供了Internet网的组管理协议IGMP，管理多点通讯网关和多点传送机器间的组员身份信息交换。 因此，在设计该系统时，在点对多点通信时采用多点通信的方式是比较合适的。教师端在授课时应首先上网，申请到一个多点通讯组（固定或临时均可）的地址，随后加入该“虚拟课堂”的学生登录，教师端统计成员列表，同时将申请到的多点通讯组地址传送给学生，这样，教师和学生可通过多点通信方式来传送消息。多媒体数据的传输 该系统的另外一个重要问题，就是如何解决多媒体数据的传输？系统中需要传送动态的视频数据、语音数据。首先，如何实时地传送它们是这个系统工作台的关键所在。一般由于未经压缩的音、视频数据具有很大的数据量，要实时地传送多媒体数据，除了仰仗网络传输速度的快慢之外，还需对视、音频数据作压缩处理，一方面压缩减少了声音、图像和运动视频的存储容量，另一方面压缩降低了在网络上传送这些数据所必要的比特率。 ISO/MPEG是为运动视频的压缩制定的标准，该标准不仅利用了每帧数据的信息冗余，而且也利用了各帧间的信息冗余，压缩比率很高，最高可达到100：1，平均为50：1。此外，CCITT 是国际电报电话咨询委员会的提供可视电话和电视会议中视频的压缩解压标准。CCITT 是可视电话和电视会议中音频的压缩解压缩标准。由于有了这些压缩标准，使多媒体数据在Internet网上传送成为可能。系统的工作原理（以西安交通大学远程教育系统为例） 教师端 在多媒体电子教室中，安装二、三台带云台的摄象机、视频捕捉卡、计算机、麦克风及音箱等多媒体设备。通过多媒体通信服务器（又称Producer）中的视频捕捉卡，获得现场教学实况（视、音频数据），通过Real Producer Plus G2软件（Real Network公司的），把这些数据转换成实时的多媒体数据流Real Video格式，传送到位于远程教育中心的Real Server G2服务器（SUN E3500）上。一方面，由Real Server服务器直接播放；另一方面，以文件（*.rm）格式的形式存放到服务器上。 客户端 用户使用普通的多媒体PC机，安装了Real Player G2的客户端浏览器软件后，就可以通过校园网或Internet网，接收实时网上示范教学。再安装上视频头，用于摄取学生图像，便于教师观察学生听课情况；耳机，用于接收教师声音；话筒，用于收集和传输学生的声音。 Real Server G2媒体播放服务器使用Real Server G2版软件，该软件可根据用户的网络带宽，自动提供从、56K的Modem直到高速局域网的图象压缩质量。 用户使用普通的多媒体PC机，通过拨号或者专线接入校园网，只要安装了Real Player G2客户端软件, 可以通过WWW浏览方式，查询并点播本系统提供的视频服务。5．结束语 国家教委目前也特别重视远程教育在我国的发展，以6月21日国家教育部高教司召开的试点工作会议为标志，“中央电大人才培养模式改革和开放教育试点”项目正式启动。这一试点项目是教育部组织实施《面向21世纪教育振兴行动计划》和现代远程教育工程的重要组成部分，也是教育部改革高等教育人才培养模式、发展现代远程开放教育的重要举措，为我国的远程教育发展拉开了新的帷幕。了解远程教育目前在我国的发展现状及问题，可以群策群力，大家一起来为远程教育事业添砖加瓦，使我国的远程教育水平早日迈入发达国家行列，这是本文的宗旨。