李　敏　陳振華　段渭軍

摘 要：本文系統(tǒng)地分析了國內(nèi)教學評估系統(tǒng)現(xiàn)狀，結(jié)合西北工業(yè)大學數(shù)字化教學環(huán)境建設(shè)，把嵌入式監(jiān)控技術(shù)與傳統(tǒng)的動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)和文本數(shù)據(jù)采集技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建了基于校園網(wǎng)的教學過程評估系統(tǒng)。通過對教學過程信息實時采集模塊、設(shè)備控制模塊、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器模塊和評估客戶端模塊的設(shè)計，解決了監(jiān)控系統(tǒng)嵌入的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了評估工作的實時在線管理，提高了教學和管理的信息化水平。

關(guān)鍵詞：校園網(wǎng) 教學過程評估系統(tǒng) 嵌入式視頻服務(wù)器 模塊設(shè)計 屏幕共享

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：B 文章編號：1673-8454（2009）05-0037-03

一、引言

教學評估是根據(jù)既定的指標體系收集信息，通過定量或定性分析，對教師的課堂教學進行評價的過程。[1] 其目的是以評促改、以評促建，不斷提高辦學水平和教學質(zhì)量，增強辦學活力，是當前高校教學管理和教學質(zhì)量監(jiān)控的重要手段之一。目前，國內(nèi)高校的教學評估活動有聽課、督導(dǎo)、教學檢查和學生評教四種形式。高校教學評估系統(tǒng)模式可歸納為以下兩種：

（１）網(wǎng)頁瀏覽型教學評估系統(tǒng)。[2] 采用靜態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)實現(xiàn)，由工作人員將事先整理好的紙質(zhì)評估材料轉(zhuǎn)化為電子形式并錄入網(wǎng)頁。這種系統(tǒng)功能簡單，主要是為方便評估專家和領(lǐng)導(dǎo)查看評估材料而設(shè)計。

（２）數(shù)據(jù)收集型教學評估系統(tǒng)。[2] 這類系統(tǒng)使用最為廣泛。它采用了動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，基于B／S模式進行設(shè)計，支持評估數(shù)據(jù)的動態(tài)輸入、修改、輸出、查詢、排序和統(tǒng)計，方便了各院系部門、師生個人提供評估材料，從而提高了評估材料收集的速度和質(zhì)量。[3][4]通過建立評估數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)實現(xiàn)了評估材料的集中管理。

教學評估系統(tǒng)對高校的教學管理起到了極大促進作用，但仍存在以下不足：

（１）教務(wù)管理人員因業(yè)務(wù)繁忙，難以親臨教學現(xiàn)場或通過教學實況錄像了解課堂狀況，僅靠統(tǒng)計數(shù)據(jù)對教學活動進行決策和指導(dǎo)，具有一定的局限性。

（２）教學督導(dǎo)組采取單人抽樣聽課方式，存在樣本代表性差和評估結(jié)果可信度不足的問題,會造成統(tǒng)計數(shù)據(jù)權(quán)威性減弱。另外，隨著新校區(qū)的建設(shè)和使用，督導(dǎo)組老師在抽樣檢查中奔走于兩個校區(qū)、多個教室之間，既浪費時間且效率較低。

（３）采用人工方式分析、管理調(diào)查表等大量評估數(shù)據(jù)，時效性較差，難以對教學活動做出及時的決策和指導(dǎo)。

基于以上分析，研究開發(fā)能夠?qū)崟r監(jiān)控教學活動開展的教學過程評估系統(tǒng)對提高教學管理和改進教學方法具有現(xiàn)實意義和重要價值。

二、教學過程評估系統(tǒng)框架及工作原理

1.教學過程評估系統(tǒng)的構(gòu)建基礎(chǔ)

現(xiàn)代信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，促進了高?，F(xiàn)代化教學環(huán)境的長足發(fā)展，并初步形成了支撐教學活動開展的校園網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)多媒體教學系統(tǒng)、流媒體教學實況采集制作系統(tǒng)、精品課程制作系統(tǒng)、教學信息發(fā)布系統(tǒng)等各類系統(tǒng)。所有這些基礎(chǔ)環(huán)境，為進行教學過程評估提供了將教師、學生、教學管理者、教學設(shè)施融合為一體的統(tǒng)一平臺。

2.教學過程評估系統(tǒng)的框架及組成

本文研究的教學過程評估系統(tǒng)是基于校園網(wǎng)，并依托以上教學環(huán)境中各系統(tǒng)構(gòu)建而成。它可以實時采集電子文本材料和教學實況信息等各類評估數(shù)據(jù)，能夠高效地統(tǒng)計與分析原始評估數(shù)據(jù)，對教學活動進行及時決策分析和指導(dǎo)。

該系統(tǒng)基于C/S模式，利用數(shù)字音視頻采集技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過對教學過程信息的實時采集及管理，實施有效的教學質(zhì)量監(jiān)控。圖1為系統(tǒng)框架示意圖，教學過程評估系統(tǒng)主要由設(shè)備控制模塊、教學過程信息實時采集模塊、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器模塊和評估客戶端模塊四個功能模塊組成。其中設(shè)備控制模塊通過RS485串口技術(shù)實現(xiàn)了對教學實況轉(zhuǎn)播設(shè)備（包括音視頻矩陣、攝像頭和云臺）的遠程控制。教學過程信息實時采集模塊對教學過程中產(chǎn)生的信息（如教學實況的音、視頻數(shù)據(jù)，教師上課使用的課件圖像）進行采集和傳播，它由嵌入式視頻服務(wù)器和屏幕共享工具組成。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器模塊是教學過程評估系統(tǒng)的信息后臺，是構(gòu)建系統(tǒng)的核心組成部分，主要對教學評估指標體系、評估材料和評估相關(guān)文件等各類評估信息進行歸檔管理和共享；對量化的評估數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，生成并發(fā)布評估結(jié)果，同時提供評估信息查詢服務(wù)業(yè)務(wù)。評估客戶端模塊為教學管理人員和評估人員，提供網(wǎng)絡(luò)交互式評估模式，如：實時播放教學實況，對教學過程進行記錄；遠程獲取授課教師計算機的屏幕信息；遠程控制教室攝像頭和云臺；評估結(jié)果數(shù)據(jù)的錄入等。

3.教學過程評估系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)需求分析，教學過程評估系統(tǒng)的構(gòu)建原理如圖2所示。其工作原理為：評估者在評估客戶端登錄，然后在評估界面中選擇評估對象（被評估的課程）；根據(jù)評估者的課程選擇，設(shè)備控制模塊將課程教學實況的模擬音、視頻信號傳給嵌入式視頻服務(wù)器；視頻服務(wù)器完成對模擬信號的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字壓縮后，通過以太網(wǎng)將多媒體數(shù)據(jù)分發(fā)到評估客戶端進行播放，從而實現(xiàn)評估者對教學過程的實時評估。除了獲得教室的實況信息外，評估者在評估過程中還能在客戶端上對云臺和攝像機進行控制，通過屏幕共享工具觀看到教師計算機的圖像（PPT課件或其他多媒體教學內(nèi)容），并對評估結(jié)果進行統(tǒng)計。

三、教學過程評估系統(tǒng)各模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

1.教學過程信息實時采集模塊的設(shè)計

教學過程信息實時采集模塊由嵌入式視頻服務(wù)器和屏幕共享工具組成。嵌入式視頻服務(wù)器完成對音視頻信號的數(shù)字采集和數(shù)字壓縮，壓縮后的多媒體數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給評估客戶端。通過快速的圖像采集和發(fā)送（可以達到18pic/s），評估客戶端顯示出流暢的動態(tài)圖像效果。

在教學過程評估系統(tǒng)中，評估者通過屏幕共享工具來獲得遠程計算機上的幻燈片內(nèi)容。在屏幕共享工具服務(wù)器端，屏幕截取模塊定時截取屏幕數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳遞給圖像壓縮模塊，后者用LZ77算法進行屏幕圖像壓縮，隨后圖像報文發(fā)送模塊將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。[7] 在屏幕共享工具客戶端，圖像報文接收模塊從指定網(wǎng)絡(luò)端口接收圖像報文，并將收到的數(shù)據(jù)交給圖像解壓縮模塊進行解壓縮，然后由屏幕顯示模塊將解壓后的圖像顯示在評估端界面上。圖像數(shù)據(jù)保存模塊可以把圖像數(shù)據(jù)寫入指定的磁盤進行保存。

2.設(shè)備控制模塊的設(shè)計

教學過程評估系統(tǒng)將教學實況轉(zhuǎn)播設(shè)備組成一個RS485總線網(wǎng)絡(luò)，評估客戶端通過一個以太網(wǎng)轉(zhuǎn)RS485總線網(wǎng)關(guān)完成與多設(shè)備的通信，從而實現(xiàn)對設(shè)備的集中控制，如圖3所示。具體的控制功能包括音視頻矩陣的切換控制、攝像機鏡頭及云臺的控制。

3.數(shù)據(jù)庫服務(wù)器模塊的設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是整個教學過程評估系統(tǒng)開發(fā)中至關(guān)重要的一環(huán)。為滿足多用戶并發(fā)訪問的需求，本系統(tǒng)選用高效的Oracle 9i+Windows 2003 server搭建評估數(shù)據(jù)庫。[8] 此數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由5個模塊組成，分別是課表系統(tǒng)模塊、設(shè)備控制信息模塊、評估指標模塊、原始評估數(shù)據(jù)模塊和用戶認證模塊。如圖4所示，課表系統(tǒng)模塊存放課程安排及其他相關(guān)信息，設(shè)備控制信息模塊存放RS485網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有受控設(shè)備的地址，評估指標模塊存放評估體系的各項指標和評估規(guī)則，原始評估數(shù)據(jù)模塊存放實時教學評估工作中產(chǎn)生的所有評估數(shù)據(jù)，包括課堂教學實況截圖、課件截圖、各種定性、定量的評價數(shù)據(jù)等，用戶認證模塊存放用戶身份認證信息。

4.評估客戶端模塊的設(shè)計

評估客戶端為評估人員提供交互式評估平臺，評估者通過此平臺獲取各類評估信息（如教學實況、評估數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)等）。該平臺采用Visual C++ 6.0開發(fā)完成，主要在以下四個方面進行設(shè)計。

（１）用戶界面。程序主體采用Document/View結(jié)構(gòu)，在View中向用戶顯示獲得的信息。同時為了方便用戶的控制，使用了自由?？抗ぞ邫诩夹g(shù)封裝一些諸如云臺控制之類的窗口，允許用戶自由地安排主界面風格。

（２）用戶認證。用戶在進入評估系統(tǒng)時必須進行身份認證，以確保數(shù)據(jù)安全。系統(tǒng)通過訪問數(shù)據(jù)庫中的user表來核對用戶身份，通過認證后才能進行評估工作或教學質(zhì)量監(jiān)控工作。

（３）數(shù)據(jù)庫的訪問。評估客戶端使用ODBC（開放數(shù)據(jù)庫互連，Open Database Connectivity）方式實現(xiàn)對Oracle數(shù)據(jù)庫的訪問。

（４）網(wǎng)絡(luò)通信。評估客戶端通過網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)兩個功能：接受來自嵌入式視頻服務(wù)器和遠程屏幕共享工具服務(wù)器的數(shù)據(jù)；發(fā)送對攝像頭和云臺的控制命令。

四、系統(tǒng)應(yīng)用效果與特點

本文研究的教學過程評估系統(tǒng)已應(yīng)用于西北工業(yè)大學教學活動中，成為現(xiàn)代教學環(huán)境的主要組成部分。系統(tǒng)在教學過程評估中表現(xiàn)出的特點有：視頻實時性高，圖像流暢穩(wěn)定；音頻播放平滑，與視頻同步性良好；評估客戶端界面簡潔，操作方便；數(shù)據(jù)查詢速度快等。與其他類型的教學評估系統(tǒng)相比，教學過程評估系統(tǒng)的優(yōu)點在于教學管理功能強大。它不僅可以用于對教學過程涉及的人、設(shè)備進行監(jiān)控管理，其采集的教學過程信息也能為以后進行的教學方法交流提供支持。表1是西北工業(yè)大學教學過程評估系統(tǒng)與其他類型教學評估系統(tǒng)在主要指標上的比較。

五、結(jié)束語

在應(yīng)用動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)和文本數(shù)據(jù)采集技術(shù)的基礎(chǔ)上，把嵌入式監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于教學評估系統(tǒng)研究，實現(xiàn)了評估工作的實時在線管理，提高了教學和管理的信息化水平。隨著教學方法的改革、教學評估體系的改變和教學環(huán)境的建設(shè)，教學過程評估系統(tǒng)還將引入數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)以增加網(wǎng)絡(luò)安全，加入SPSS系統(tǒng)以增強數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，加入智能化的評價模塊和決策模塊以提高評估客觀性。

參考文獻：

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