1、虛擬分布式教學環境的設計錢紅建 江寶全 陳慶章浙江省淳安縣人民政府信息中心 311700 qhj浙江工業大學 310032 qzchen摘要:網絡普遍的使用，對于教育的影響日益增加。本文介紹了在因特網支持的學習環境下，利用Virtual Reality、HTMLpages、ASP及Java等技術實現一個虛擬的教學環境的項目的工作。該項目通過因特網連接各種教學用的服務器來提供相關教學教材和工具，組成一個完整的教學系統。項目的重要特色是分布式的系統設計。關鍵字：遠程教學、虛擬現實、分布式計算環境、多媒體The Virtual Design of Distributed Teaching And L

2、earning EnvironmentHongjian Qian, Baoquan Jiang, Qinzhang chenInformation Center of Chunan City GovermentChunan ,Zhejiang 311700,E-mail: qhjZhe Jiang University Of Technology 310032 qzchenWith the popularization of the web, its effect on education are increasing. This article introduce us a project

3、how the technologysuch as Virtual Reality, HTML pages, ASP and Javawill work under a virtual environment. This project provides of several relatively teaching materials and tools by linking all kinds of service wares used for teaching to the Internet. Thus, it forms an integrated teaching and learni

4、ng system. The most distinctive feature is the distributed systematic design.Key Words: Fronttraining、Virtual Reality、Distributed Computing Environment、Multimedia1. 項目背景因特網的普及使得教育上的應用也由傳統的師生課堂教學、利用單機的電腦輔助教學 12發展到現在基于網絡的輔助教學。通過網絡來進行學習活動，不僅可以將學習的信息通過網絡傳送，更增加了隨時、隨地可以學習的特點3，這就是正在蓬勃發展的的“遠程教學”。遠程教學(distan

5、ce learning)45一詞出現于十九世紀上葉，指的是有別于學校教育的自修教學，后來泛指教師與學生不在同一地點進行教學6。因此遠程教學必須通過媒介來將知識經由教師傳遞給學生，以往都是利用書籍、錄音帶、錄影帶等傳統媒介，現在由于網絡的普及，我們也可利用網絡來作為教學傳播媒介。利用網絡的特性，將有關于學生學習的歷程傳送到一個數據服務器統一儲存與管理，不僅可以控制整個學習流程的進行，還可以使幫助老師隨時掌握每個學生的學習進度與狀況，適時介入給予學生指導。本項目將利用因特網設計一個虛擬學校的教學環境。2. 項目設計圖1為本系統的結構，在設計系統時考慮到系統運作方式及人機介面等等的因素，將系統分為五

6、大單元。虛擬教學系統學習歷程小組學習網上教材實驗系統搜尋系統圖1 系統結構系統整體規劃時遵循以下設計理念：2.1分布式設計由于遠程教學會因為太多學生同時上網導致服務器反應變慢甚至無法服務，由此造成學習流程不順暢將會影響學生的注意力，學習活動中最忌諱的就是學生的注意力無法集中，輕則學習效果不佳，重則會中斷學習的情緒，因此在學習系統設計時應當要將所有可能影響學生注意力的因素排除。通過分布式計算結構的設計，我們將系統依功能分為若干子系統，負責各功能的子系統可集中運行于同一主機或通過網絡在多臺電腦上分別執行，以減輕主機負荷并增加系統的擴充性與靈活性；系統中主要的四種服務器程序可依需求安裝在同一臺主機或

7、多臺主機上。2.2集中控制學生的學習歷程數據會集中放置在一數據服務器，如此老師可隨時通過網絡連接上此服務器，讀取相關學習數據，掌握學生學習狀況。2.3數據易于修改本系統在開發時即考慮到未來之擴充性，因此不論是在教材與教具的制作、題庫的制作、相關說明的連接等等，均可在系統中以所見即所得的方式做修改，增加系統界面的親和力，讓老師可以因應不同課程或課程修改的需求來更改相關數據。3. 系統結構本系統的服務器依其所負責的功能可分布于多臺主機或同一臺主機，可以依當時環境或需求做變化，如果經費不足，則可以把所有服務器安裝在同一主機，或是有足夠的硬件設備，則可以依服務器負載輕重，把負載較重的服務器獨立使用一臺

8、主機，甚至是多臺主機一起服務，增加系統運作與需求的彈性和安全性。服務器端主要分為學習控制服務器(Learning Control Server)、學習數據庫服務器(Learning Database Server)、教材服務器(Teaching Materials Server)、電子布告欄服務器(BBS Server)四個服務器，服務器之間通過TCP/IP進行溝通，每個服務器均通過因特網與用戶溝通。3.1學習控制服務器(Learning Control Server)學習控制服務器是整個系統的中心，主要的工作是負責對用戶通過網絡所提出的要求做服務，當用戶需要其他服務器服務時，協助用戶將網絡連

9、線轉到用戶提出需求的服務器，所以此服務器可以說是整個系統對外的服務窗口。除此之外，學習控制服務器主要就是在紀錄與分析學習歷程。學習控制服務器依功能可以分為兩個子系統學習歷程子系統(Learning Track Subsystem)和統計分析子系統(Statistic and Analysis Subsystem)，圖2是各子系統的運作流程圖。ClientStatistic and Analysis SubsystemLearning Track SubsystemRead Learning TrackStore Learning TrackLearning Control ServerLear

10、ning Database Server圖2 各子系統運作關系圖學生從登入本系統開始，學習歷程子系統就開始記錄學生在使用系統時的學習狀況，這些學習記錄包含學生使用系統時間、學生在各階段的學習狀況、學生在問答時的狀況、觀看花費教材時間，以及使用實驗教具的過程等等，都會一一加以紀錄，以作為統計分析之用。當學生學習告一段落之后，學生或是老師需要知道目前學習進度時，我們希望用很簡單的方式，就能夠讓學生或老師得到充分的學習信息；為此我們設計了統計分析子系統，來解決這個問題。統計分析子系統將會取出學習歷程子系統所紀錄有關于學生的學習歷程信息，利用餅圖或曲線圖等圖表，將眾多的學習歷程信息加以分析整理，并通過

11、統計后的信息來了解學生的學習狀況。3.2 學習數據庫服務器(Learning Database Server)在學生未使用系統前，系統管理員或是老師就必須將學習活動中會使用到的相關數據輸入到系統中，如教材版面規劃、教材的內容或連接位置、學生帳號等等，這些數據會放在學習數據庫服務器中。另外在學習的過程中會產生各種新信息，我們也將這些信息存放在數據庫中集中控管，因此學習數據庫會存放所有系統的信息。3.3教材服務器(Teaching Materials Server)由于學生在進行學習活動時，若學生對于正在學習的內容不了解時，需要提供教材讓學生進一步學習；因此教材服務器就是負責將相關教材搜集、整理后

12、讓學生使用，而不用讓學生還要四處去找數據或是只能重復看到一些老舊的數據，圖3為教材服務器子系統結構圖。ClientTeaching Materials Page SubsystemExperiment SubsystemTeaching Materials ServerSearching SubsystemInternet教材服務器除了可以存放靜態的教材或是教材的網絡連接之外，還能提供虛擬及實際實驗教具作為教材；另外還能夠從因特網上搜尋相關的數據成為教材，提供多樣化的信息來源，讓學生有豐富的數據可以作為學習之用。由于教材服務器負責管理上述這些教材，為避免教材服務器的結構過于雜亂無章，因此根據教

13、材來源，我們把教材服務器分為三個子系統，依序說明如下圖3 教材服務器子系統結構圖第一個子系統是教材網頁子系統(Teaching Materials Page Subsystem)。這個子系統負責管理靜態的教材網頁，這些網頁是由老師事先編輯而成的，網頁內容是文字敘述或圖片說明。第二個子系統是實驗教具子系統(Realia Subsystem)。所包含的內容里多半和實驗有關聯，如果學生只通過文字敘述或是靜態圖片的教材學習，效果不大并且不切實際，因此系統設計了虛擬和實際教具來配合教材作為學習之用，學生可以通過教具的操作，而對學習有更進一步的體會。最后一個子系統是智能搜尋引擎子系統(Intelligne

14、t Searching Engine Subsystem)。由于在因特網上目前擁有眾多的教學網站，這些網站都已提供大量的教材，只是學生在眾多的網站或網頁中必須花費大量的時間或精力才能找到自己想要看的內容，因此我們設計了一套智能搜尋引擎，幫助學生在因特網上找出相關的教材。3.4電子布告欄服務器(BBS Server)學生在進行學習活動時，除了可以閱讀教材之外，還可以借操作實驗教具來達到學習的目的，但是這些學習活動還是屬于單人的學習活動，如果學生所遭遇的問題，在系統所提供的教材中都沒有解說的話，學生就無法繼續學習了；因此電子布告欄服務器提供一個可以讓學生討論的地方，學生可以把學習上所遇到的問題發表

15、在電子布告欄上，知道解答的學生可以把自己知道的解答也回復在版面上，通過這種交互討論的方式可以讓學生對于問題有更多方面的想法，加強學習效果。電子布告欄以BBS方式呈現。3.5用戶端結構用戶端只需使用瀏覽器就能夠連接到系統進行學習。另外由于所有信息皆統一存放于數據庫服務器中，因此用戶端不需要再做額外的設定。4. 結論在本文中，我們建立了個虛擬的教學環境，由于遠程教學網站會因為太多學生同時上線導致服務器反應變慢甚至無法服務，如此會影響學生的注意力。本系統通過分布式結構的設計，將系統依功能分為若干子系統，整個學習系統可依上線人數、經費多少、網絡環境等因素，將各子系統作任意的搭配安裝在網絡服務器上，負責

16、各功能的子系統可集中建立在同一主機或通過網絡建立在多臺電腦上分別執行，以減輕主機運算負荷并增加系統的擴充性與靈活性。另外我們通過服務器的整合，提出多元化的教材的系統結構，讓學生能夠有大量的教材進行學習活動；除了傳統的超媒體網頁之外，系統還提供實驗教具讓學生通過教具的操縱，與文字敘述的教材相輔相成，達到實踐中學習的目標。參考文獻1.Araki, Y.1993 Araki, Y. , Imamura, H. , Obo, T., Kobori, Y.(1993) ；Computer assisted instruction learning system using CAI，Frontiers i

17、n Education Conference, 1993. Twenty-Third Annual Conference. Engineering Education: Renewing Americas Technology, Proceedings. , 1993 , Page(s): 804。2.Poole, N.R.1994 Poole, N.R.(1994)；The application of simulators in teaching digital electronics，Engineering Science and Education Journal Volume: 3

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