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基于局域网的多媒体教学系统的设计与实现
摘要：随着计算机网络技术和教育、教学理论的发展，网络教学越来越得到重视与研究。本文以建构主义学习理论为基础，对网络教学（NI）的定义和系统平台的设计作了分析与研究，提出了基于宽带IP网的分层网络教学系统模型以及系统的软、硬件平台模型。基于这一模型的网络教学系统目前的使用效果良好。
关键词：网络教学 建构主义 宽带IP网 计算机教育 教育技术
自二十世纪八十年代以来，为了迎接信息化社会对教育提出的种种挑战，国内外的学者作了许多探索，从CAI、ICAI、卫星电视、多媒体到教育网络，努力运用各种最新的信息技术手段来优化教育与教学过程，并且取得了显著的成效。到了九十年代，随着计算机网络技术和教育、教学理论的发展，计算机教育从传统的计算机辅助教学（CAI）向着网络教学（NI）发展。这主要表现为，多媒体化与网络化（指基于Internet 的教育应用迅速发展）的结合日益紧密；认知主义和建构主义在教学理论中日益得到重视。前者使教学条件、教学环境大为改观，后者使教师从传统的知识授予者转变为学习的促进者，学生不再是被动的知识接受者而是知识的主动建构者，媒体则由原来的简单的辅助工具向复杂的教学环境转变。因此，网络教学是现代教育技术理论研究的重点课题之一，也是现代教育技术的重要组成部分。
网络教学的概念和理论基础
网络教学（NI-Network Instruction）是以计算机网络作为传输教学信息的载体，将计算机网络技术与多媒体技术以及现代化教学设备相结合，使学习者从知识的被动接受者转为知识的主动建构者，使教学管理更为简便、科学的一种新型的教育技术。它改变了传统教师课堂授课的线性教学模式，而转变为学习者突破时间和空间限制的非线性自主学习模式。
网络教学是计算机网络技术在教育学中的应用，它是基于计算机科学、教育学、心理学、行为科学等多学科而发展起来的一门新兴技术。它日益受到重视的原因，除了技术和教学资源的支持之外，更重要的是现代教育、教学理论的发展为其提供了全面的指导。
1、建构主义学习理论
二十世纪计算机教育应用的理论基础曾有过三次大的演变。图1是计算机教育应用的三大发展阶段。
图1 计算机教育应用的三大阶段
行为主义学习理论强调教育就是要不断地对学生进行“刺激”，强化记忆，大部份CAI课件都是基于第一代行为主义学习理论而开发的。认知主义学习理论要求CAI课件作为一种辅助媒体，让学生自己选择学习的对象和内容，着重于引导学生内部心理结构、知识结构由“不平衡”向“平衡”的转变。由于加入了计算机多媒体技术，华丽的界面，加上播放课堂录像式的AVI文件，以及简单的跳转、链接是这类课件的共同特征。典型的有计算机学习软件“开天辟地”和“万事无忧”等。
建构主义学习理论强调以学生为中心。它不仅要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者，而且要求教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。这就意味着教师应当在教学过程中采用全新的教学模式、全新的教学方法和全新的教学设计思想，因而必然要对传统的教学理论、教学观念提出挑战，从而在形成新一代学习理论——建构主义学习理论的同时，逐步形成与建构主义学习理论、学习环境相适应的新一代教学模式、教学方法和教学设计思想。
网络教学正是基于建构主义学习理论而产生的。计算机网络为学习者提供了良好的建构学习环境，主要包括丰富的学习资源、信息检索与查询工具、各种通信工具等，支持学习者独立或合作获取知识。在网络教学的环境中，教师根据教学目标，确定问题的种类，然后利用网络技术中的信息检索与查询等工具，确立达到目标的最佳学习环境，促进学生进行建构学习。学习者则可以根据自己的实际情况建构知识，完成学习任务。
2、合作学习理论
合作学习理论强调在师生真诚的合作中实现目的与手段、教学与教育、教学与发展的深刻的一致性。学生在网络教学环境中，可以通过计算机的信息网络系统快速、准确地查阅有关的知识，在Internet和Intranet中，学生还可以通过BBS、Chat Room、E-mail、ICQ等计算机网络功能进行交流，学习者可以选择性地对某一问题展开讨论、协商、会话，每个人根据自己对问题的看法与解决方案发表意见，实现学习者之间的信息交流，同时培养学习者的社交能力与创造能力。
3、个别化学习理论
个别化学习理论是以个体各自特点为出发点，以发展个性为目标，以服务社会为归宿，以适应个人需要为原则，以学生自我管理和自主学习为活动方式的教学。从教学活动本身看，个别化教学包括两方面：第一，在个别化教学中，教学活动让位与学习活动，教学从学习者本人出发，把教学的对象变成自我教育的主体，受教育的人成为自我教育的人；第二，学习者成为教育与教学活动的中心，随着个体的发展允许他有的自由越来越大，并且学习者决定其学习内容、学习方式以及学习时间与地点、教学内容与方法。网络教学中的电子阅览室就是个别化学习理论的最好体现，它为学习者提供了种类繁多、数量庞大的知识信息，既有面向教学需要的系统教学内容，又有扩大学习者知识面的各种学习资源。学习者可以根据自己的能力、水平、爱好，选择所需要的知识内容，明显适合于个别化自主学习。自学能力强的学习者可以从中获取个人所需的大量信息，自学能力差的学习者可以根据自己的实际情况适当的选择学习内容，循序渐进地学习知识。因此，在目标明确的条件下，学习者可以自己找到问题的答案，问题解决的过程就是自学能力锻炼成长的过程。
随着计算机网络技术和教育、教学理论的发展，教学不再是教师简单地课堂讲授，而是通过网络教学实现教师、学生之间的相互合作、相互促进的关系。网络教学系统平台是网络教学得以实现的关键所在，设计一个好的网络教学系统平台是网络教学成功与否的基础。
网络教学系统平台的设计
网络教学是一种新兴的教育技术，也是一种全新的教学模式，它可以完全按照个人的需要进行，不论是教学内容、教学时间、教学方式甚至指导教师都可以按照学习者自己的意愿或需要进行选择。由于在这种教学模式下，能为学习者提供图文音像并茂的、丰富多采的交互式人机界面，能为学习者提供符合人类联想思维与联想记忆特点的、按超文本结构组织的大规模知识库与信息库，因而很易于激发学习者的学习兴趣，并为学习者实现探索式、发现式学习创造有利条件。从而有可能在这种教学模式下，真正达到让学习者主动建构知识的意义、实现自己获取知识自我更新甚至创造新知识的理想目标。
1、网络教学系统的组成结构
根据建构主义学习理论、合作学习理论、个别化学习理论，网络教学系统的设计应考虑可以最大限度地发挥学习者的主动性、积极性，既保留传统的教师授课模式，又可以进行个别化学习，以及合作学习，还可以将“个别化”与“合作”二者结合起来。这就要求网络教学系统应具备Internet接入、网络化多媒体教室子系统、音视频子系统、信息数据库子系统、教学资源网站子系统、电子阅览室子系统、课件制作子系统、教学管理子系统、Internet远程教育子系统以及BBS、E-Mail、Chat-Room、ICQ等子系统。图2是网络教学系统结构示意图。
图2 网络教学系统结构
2、分层的网络教学系统
经过对网络教学系统的研究与实践，网络教学系统可以分为四层：即网络层、软件层、资源层、应用层。图3是分层网络教学系统示意图。
图3分层的网络教学系统
网络层(NetworkLayer)是网络教学系统的基础。由于音视频是网络教学不可缺少的教学手段，而MPEG1格式提供VCD质量的画质，带宽为200Kbps~1.5Mbps，MPEG2则提供广播级的DVD质量图像，带宽为1.5Mbps~15Mbps，同时，为满足网络信息资源的查询以及远程教育，与互联网相连也是必不可少的，因此，只有宽带IP网才能满足网络教学的需要，这也适应当代网络发展的方向。
软件层(Software Layer)是网络教学的手段和桥梁。通过聊天室、电子邮件和电子论坛等，可以实现教师与学生、学生与学生、教师与教师之间跨时间、跨空间的交流，使用音视频点播、音视频实时转播可以取代传统的广播式电视教学和非网络多媒体教学模式，同时它增加了学习者学习的随时性和现场感。基于BROWSER/SERVER模式是网络教学软件开发的基本模式。
资源层(Source Layer)是网络教学实现的关键。所有的教学内容都集中在资源层。各教学资源网站、信息资源数据库为学习者提供了广泛的学习资源，同时也为教师提供教学资源。教学资源网站包含各种教师和学生所需要的教学内容，教师的教案以及课程辅导内容均存放在网站内；信息资源数据库包含各种光盘数据库、图书资料信息以及试题库等；教学管理不仅包含所有教师和学生的个人信息、课程设置以及课表等，还是整个网络教学系统运行的中枢。
应用层(Application Layer)是网络教学实施的场所。教师可以通过网络化多媒体教室形象、生动地传授知识，学生也可以通过电子阅览室查询和访问分布在世界各地的各种信息，跨时间、跨空间地与学生或教师进行咨询、辅导、讨论和交流，和教师或其他学习者共享或共同操纵某个软件或文档资料的内容，也可以自己选择所需要的知识，完成自主对知识的建构，培养自己的社交能力。由于采用宽带IP网，真正意义上的远程教育也就变得不再遥远。
3、网络教学的实践
基于分层的网络教学系统模型，我校网络中心经过系统设计，系统建设，功能模块开发，功能组合，试验运行等发展阶段，初步在我校建立起了新型的网络教学系统，并在教学区和家属区全面建立了以光缆为骨干的宽带IP网络，保证教师、学生方便有效地在网上备课、制作网络化教学课件以及自主学习。我校研制和实施的网络教学系统与传统的广播式电视教学及非网络多媒体教学相比，具有以下特点： ·基于统一的浏览器(Web)使用模式，降低了使用难度，便于教师和学生普遍掌握使用。
·基于网络的教学系统信息传播模式多样、灵活。视频点播、音频点播、网络动画以及音、视频实时转播等技术代替了传统电视广播教学中的录像、录音等材料的使用。
·可以提供适合互联网的交互式超文本课件。使教材、教案结构立体化，非线性化。·可以提供交互式的电子公告板、电子留言板、电子邮件、课件下载等多种教学交互手段。并将这些材料的使用由单向改变为双向可交互式使用。
·突破了时间和空间的限制。改变了远程教学的模式，学生在网上的学习可以不受时间和和空间的限制，同时由于可以使用交互功能，为远程解答问题、辅导、交流、讨论等创造了条件，还可以简单方便地利用广域网中的教学资源，共享全球各地的各种知识和信息资源。
·对课堂教学模式产生了重大影响。网络化多媒体教室的使用效果特别明显，受到校内外的重视，目前出现供不应求的局面，同时，电子阅览室的使用率也相当高。
结束语
网络教学解决了原来教育技术存在的瓶颈和限制。教师可以在计算机网络环境下，不受时间和空间的限制，在广阔的网络空间中编辑、制作、存储和使用教学材料，利用新型教学设备展示网络上的教学材料，更有效地进行课堂教学和课后辅导，高效率的进行教学活动。学员可以在网络环境下，突破时间和空间的限制，充分利用多种手段自主地获取知识。教学管理部门也可以通过网络更加有效地检查和管理教学。由于网络教学是一种新兴的教育技术，目前存在的主要问题是软件平台设计中的动态性与复杂性，如何把各种网络软件集成在一起，并与理想的教学模式相结合，有待于教育工作者的进一步研究。
随着网络化教学系统的实施和发展，教育模式、教育结构和教学管理体系必将进入一个崭新的阶段。参考文献
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