付建清

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，福建福州350108）

基于互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)及其功能

付建清

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，福建福州350108）

互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展和成熟，為現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育提供了技術(shù)保證。本文探討基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的構(gòu)成和主要功能。

遠(yuǎn)程教育；傳輸網(wǎng)絡(luò)；教育資源

一、概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速崛起以及網(wǎng)絡(luò)課程的逐步普及，遠(yuǎn)程教育作為課堂教學(xué)的有效形式，越來越引起人們的重視。遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)不僅吸取了傳統(tǒng)教育的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了時(shí)間、空間和財(cái)務(wù)上的限制，廣泛應(yīng)用于提高城市和農(nóng)村教育水平，以及教師及行政人員的培訓(xùn)。遠(yuǎn)程教育是集圖像、語音、數(shù)據(jù)與視頻為一體的多媒體通信業(yè)務(wù)，通過電信網(wǎng)向位于兩點(diǎn)或多點(diǎn)的教學(xué)點(diǎn)傳遞教學(xué)信息，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生面對面的溝通，打破時(shí)空局限，實(shí)現(xiàn)千里對話如同親臨其境的臨場感覺。其特征是：首先，教師和學(xué)生是分離的，學(xué)生與學(xué)生多數(shù)情況下也是分離的；其次，語言、圖像、文字、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫等教學(xué)內(nèi)容實(shí)時(shí)授課有多種傳播手段；第三，教師在教學(xué)活動(dòng)中的地位和作用發(fā)生變化，學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)的中心，自主學(xué)習(xí)；第四，遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)開放的交互式的教育資源共享系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

1．組網(wǎng)方式

遠(yuǎn)程教育是利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的一種全新的教育模式。它不同于會(huì)議電視系統(tǒng)，會(huì)議電視主要是傳輸語音和圖像，以語音圖像交互為主，而現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育除實(shí)現(xiàn)語音圖像交互外，還需進(jìn)行白板交互和數(shù)據(jù)交互。

遠(yuǎn)程教育組網(wǎng)方案如圖所示，它由傳輸網(wǎng)絡(luò)、終端設(shè)備和教學(xué)資源三部分組成。該系統(tǒng)可以分為兩個(gè)層次：校園中心網(wǎng)絡(luò)和二級分校、聯(lián)網(wǎng)院校的校園網(wǎng)。在中心校園網(wǎng)內(nèi)布置3～4個(gè)多媒體教室，每一個(gè)教室放置一套會(huì)議型視頻系統(tǒng)，同時(shí)在網(wǎng)管中心放置視頻多點(diǎn)控制器(MCU）、網(wǎng)關(guān)及其教學(xué)資源等設(shè)備。在二級分校、聯(lián)網(wǎng)院校內(nèi)布置一個(gè)多媒體教室，根據(jù)學(xué)生及學(xué)校規(guī)模放置一套會(huì)議室型視頻系統(tǒng)或桌面型視頻系統(tǒng)。同時(shí)，所有的視頻終端都可以引一路視頻信號進(jìn)入多媒體教室的投影機(jī)，這樣可以通過投影幕投影出遠(yuǎn)端的視頻信息。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在校園中心網(wǎng)絡(luò)及各下屬分校的IP局域網(wǎng)上，各局域網(wǎng)經(jīng)ISDN或PSTN網(wǎng)相互接通。這樣各個(gè)校區(qū)的終端之間可以通過MCU開展全交互式的遠(yuǎn)程教學(xué)。在進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)時(shí)，當(dāng)主持課程的教室進(jìn)行多點(diǎn)廣播時(shí)，任何一個(gè)教室都可以加入，且可以通過請求來進(jìn)行交互。

圖 遠(yuǎn)程教育組網(wǎng)方案

通過這種遠(yuǎn)程教育組網(wǎng)方案，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互式授課、遠(yuǎn)程專家授課及講座，通過存儲(chǔ)在多媒體服務(wù)器上的課件進(jìn)行非實(shí)時(shí)授課、自學(xué)以及網(wǎng)上考試等多種教學(xué)方式，在校園網(wǎng)建設(shè)中廣泛應(yīng)用。

2．遠(yuǎn)程教育傳輸網(wǎng)絡(luò)

遠(yuǎn)程教育傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展從技術(shù)角度上講大體經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：基于PSTN的電話網(wǎng)；基于專線、專網(wǎng)的系統(tǒng)和基于Internet的集多業(yè)務(wù)種類為一體的系統(tǒng)。

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的傳輸網(wǎng)絡(luò)有多種模式可供選擇，應(yīng)根據(jù)各地各部門情況擇優(yōu)確定。最常用的有異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、幀中繼網(wǎng)（FR）、因特網(wǎng)（IP）、衛(wèi)星網(wǎng)（VAST）等。

（1）利用ATM組建遠(yuǎn)程教育網(wǎng)

1）ATM是一種較新型的單元交換技術(shù)，采用53字節(jié)固定長度信元交換來替代傳統(tǒng)的包交換。信元交換將一個(gè)簡短的指示器稱為虛擬通道標(biāo)識符，并將其放在TDM時(shí)間片的開始，從而使得設(shè)備能夠?qū)⒈忍亓鳟惒降胤旁谝粋€(gè)ATM通信通道上，使得通信變得能夠預(yù)知而且持續(xù)，主要用在視頻和音頻上。

由于ATM采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)，所以它具有電路交換延時(shí)和延時(shí)抖動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)，又具有普通分組交換網(wǎng)絡(luò)資源利用率高的優(yōu)勢，很適合開展實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù)類型，遠(yuǎn)程教育就屬于這種類型。

2）ATM網(wǎng)作為遠(yuǎn)程教育的傳輸網(wǎng)，對H.320系統(tǒng)，編碼器E1端口連接ATM的電路仿真E1端口，傳送實(shí)時(shí)音頻信息；對H.323系統(tǒng)，接入ATM網(wǎng)絡(luò)，利用ATM速率快的特點(diǎn)，借助于IPOA或LANE技術(shù)實(shí)現(xiàn)LAN的高速互連，傳送音、視頻和數(shù)據(jù)信息。遠(yuǎn)程教育租用ATM電路費(fèi)用較低，電路利用率較高。

（2）利用DDN組建遠(yuǎn)程教育網(wǎng)

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（Digital Data Network，DDN）利用光纖、數(shù)字微波或衛(wèi)星等數(shù)字傳輸通道和數(shù)字交叉復(fù)用設(shè)備組成，為用戶提供高質(zhì)量寬帶的數(shù)據(jù)傳輸通道，傳送各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其特點(diǎn)是傳輸延時(shí)短、質(zhì)量高，路由自動(dòng)迂回，實(shí)現(xiàn)全透明傳輸，可支持?jǐn)?shù)據(jù)、圖像和語音等多媒體業(yè)務(wù)，可選速率從2.4～2048kbit／s。DDN數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)在我國已廣泛應(yīng)用，覆蓋區(qū)域廣，配套設(shè)備比較完善，非常適合于遠(yuǎn)程局域網(wǎng)間的固定互聯(lián)，遠(yuǎn)程教育中各教室的終端設(shè)備接至本地的DDN，接入速率有N×64kbit／s（N=1～31）不等。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)是透明的傳輸網(wǎng)，在遠(yuǎn)程教育中最小的接入速率為384kbit／s，若同時(shí)還有電子白板，速率還要更高。由于DDN對用戶來說如同專線一樣，無論是否使用，都被視為用戶占用，費(fèi)用較高。但DDN的安全可靠性和延時(shí)短的特點(diǎn)，使其在遠(yuǎn)程教育中也得到廣泛使用。

（3）利用FR（幀中繼網(wǎng)）組建遠(yuǎn)程教育網(wǎng)

以FR為傳輸網(wǎng)的遠(yuǎn)程教育工程設(shè)計(jì)中，各教室編解碼器通過接入設(shè)備，如路由器、網(wǎng)橋或幀中繼拆／裝設(shè)備等接入幀中繼網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)交換機(jī)。

幀中繼具有安全、可靠、延時(shí)短、網(wǎng)絡(luò)開銷小的優(yōu)點(diǎn)；支持多點(diǎn)互聯(lián)，各節(jié)點(diǎn)間采用PVC線路連接，網(wǎng)絡(luò)利用率高。

（4）利用Internet組建遠(yuǎn)程教育網(wǎng)

Internet具有其他網(wǎng)絡(luò)無法比擬的開放性、方便、價(jià)廉的優(yōu)勢，但也存在著安全性不夠理想、QoS（服務(wù)質(zhì)量）無法保障等缺點(diǎn)。目前Internet在遠(yuǎn)程教育中主要用來實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、考試系統(tǒng)和教師答疑等。學(xué)生只需一臺終端，在任何能夠接入Internet的地方，通過調(diào)制解調(diào)器連接遠(yuǎn)程教育網(wǎng)站，可查找課件、作業(yè)批改、考試、發(fā)布通知、BBS討論、IP電話實(shí)現(xiàn)面對面答疑等。

雖然Internet存在很多缺陷，但是，在現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)上開發(fā)的資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）和實(shí)時(shí)協(xié)議（RTP）給予Internet較好的服務(wù)質(zhì)量保證。同時(shí)，IETF公布的IPv6，使Internet具有支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)功能、增強(qiáng)IP層的安全機(jī)制。另外，隨著H.323標(biāo)準(zhǔn)的日漸完善，Internet以其具有較高的靈活性和建設(shè)的簡便性，將是現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育實(shí)時(shí)授課系統(tǒng)今后的發(fā)展方向。

對于桌面系統(tǒng)，只需將多媒體PC通過調(diào)制解調(diào)器接入Internet；對于教室型遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，通過編碼器的E1端口接入Internet，不同系統(tǒng)的終端之間依靠網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。

（5）利用VSAT組建遠(yuǎn)程教育網(wǎng)

衛(wèi)星通信特別是VSAT具有覆蓋面廣、建設(shè)方便等優(yōu)勢。工程設(shè)計(jì)中，只需安裝一副天線即可接入VSAT遠(yuǎn)程教育網(wǎng)。但是采用衛(wèi)星傳輸，其圖像和聲音質(zhì)量不太理想，傳輸誤碼率較高，傳輸延時(shí)較長，圖像易出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。

衛(wèi)星在遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用主要有兩方面：一是利用衛(wèi)星的寬帶廣播功能開展以圖像和聲音為主的單向教學(xué)活動(dòng)。這種方式在早期的單向廣播教學(xué)中有較多的應(yīng)用，但無法滿足現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中實(shí)時(shí)授課的要求。二是利用衛(wèi)星電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，比如利用衛(wèi)星電路實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互聯(lián)。使分布在各地的終端通過地面站（衛(wèi)星接收站天線）與主站的局域網(wǎng)（LAN）上的終端（計(jì)算機(jī)）進(jìn)行通信。

三、功能設(shè)計(jì)

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)從功能上分為授、聽課系統(tǒng)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)、答疑系統(tǒng)、作業(yè)與考試系統(tǒng)、教學(xué)教務(wù)管理系統(tǒng)五大系統(tǒng)。

1．授、聽課系統(tǒng)

授、聽課系統(tǒng)的功能就是通過現(xiàn)場講授向?qū)W生傳授知識。從傳輸系統(tǒng)上分為雙向系統(tǒng)和單向系統(tǒng)兩類。雙向系統(tǒng)就是教師和學(xué)生能進(jìn)行聲音、圖像、白板、數(shù)據(jù)等的交互，教師和學(xué)生互問互答，如同在一間教室內(nèi)。單向系統(tǒng)就是教師講、學(xué)生聽的廣播式教學(xué)，教師的圖像和聲音能傳送到學(xué)生端，而學(xué)生的一切，教師無所知曉。也可采取網(wǎng)上直播和點(diǎn)播方式：

（1）網(wǎng)上課堂直播或會(huì)議直播：可以將課堂內(nèi)容，包括聲音、圖像、教師計(jì)算機(jī)屏幕、教師板書內(nèi)容等四路數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行直播（學(xué)生端能同時(shí)看到三個(gè)畫面，聽到聲音）。

（2）網(wǎng)上課堂點(diǎn)播：可以將教學(xué)或會(huì)議內(nèi)容在直播的同時(shí)記錄在服務(wù)器上，供事后點(diǎn)播使用。

教師授課分為語言教學(xué)、電腦教學(xué)、圖文教學(xué)、電子白板教學(xué)和教師圖像教學(xué)五種方式。

1）語言教學(xué)

教師在臺前用無線傳聲器，將講話聲音轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波傳出，經(jīng)接收機(jī)接收變成電信號傳給編解碼器后傳輸?shù)铰犝n教室。教室里的學(xué)生可直接聽教師的語音或從擴(kuò)音機(jī)傳出的聲音。

2）電腦教學(xué)

教師將所講的內(nèi)容、圖形、符號等輸入電腦中，將電腦接到VGA—TV數(shù)／模轉(zhuǎn)換器上，輸出模擬視頻信號，為方便教師監(jiān)視是否有信號輸出及播放效果，接一個(gè)視頻二分配器，其中一個(gè)端子接監(jiān)視器，監(jiān)視課件情況，另一個(gè)端子接到編解碼器（CODEC）上，供學(xué)生觀看。

3）圖文教學(xué)

教師將準(zhǔn)備的課稿做成底片或現(xiàn)成文件，放在圖文攝像機(jī)平臺上，調(diào)整照明和聚焦，攝像機(jī)工作，視頻信號經(jīng)過切換器輸出，再經(jīng)視頻分配器，一路接監(jiān)視器，供教師觀看，另一路接編解碼器，供學(xué)生觀看。

4）電子白板教學(xué)

遠(yuǎn)程學(xué)生計(jì)算機(jī)的“教師白板”區(qū)域，完全跟蹤教師一筆一畫的板書過程，支持教師在有學(xué)生的場合在普通白板上進(jìn)行板書，或者在沒有學(xué)生的場合直接在普通紙上進(jìn)行板書（這樣攝像機(jī)可以固定不動(dòng)對準(zhǔn)教師，提高錄制效率）。

教師使用選好的顏色筆在電子白板上寫畫，所寫內(nèi)容經(jīng)電子白板RS-232端口輸出到編解碼器經(jīng)傳輸至聽課教室，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換投影機(jī)投影到電子白板上，供學(xué)生觀看。如學(xué)生有異議時(shí)，可在電子白板上書寫，反傳到主教室電子白板上，供師生討論。

5）教師圖像教學(xué)

教師在講臺上活動(dòng)范圍較大，靠一般攝像機(jī)難以捕捉，只能用特殊跟蹤攝像機(jī)，通過教師跟蹤圖像識別系統(tǒng)控制攝取教師的行動(dòng)、表情。然后經(jīng)視頻切換器、視頻分配器輸出。一路接監(jiān)視器，供教師觀看圖像的好壞，另一路接編解碼器，供學(xué)生觀看。教師圖像教學(xué)在授課過程中能取得較好的教學(xué)效果，而在一些特殊的人群中教師的圖像是至關(guān)重要的，如聾啞學(xué)校。

2．學(xué)生自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)

學(xué)生自主學(xué)習(xí)就是學(xué)生利用現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的教學(xué)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)幾乎都是學(xué)生自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)。通常由教師或?qū)I(yè)人員將學(xué)科內(nèi)容和圖書資料精心制作成多媒體形式的電子教材，稱為課件，放在專門的服務(wù)器上，學(xué)生可隨時(shí)隨地通過網(wǎng)絡(luò)訪問這些電子教材，即視頻點(diǎn)播（VOD），實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。

3．答疑系統(tǒng)

答疑系統(tǒng)主要功能是解答學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，同時(shí)檢查學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

（1）多媒體交互答疑模式

答疑系統(tǒng)包含雙向單工音頻、視頻，單向電子筆板書，單向計(jì)算機(jī)白板等三路單向數(shù)據(jù)流和一路雙向數(shù)據(jù)流。學(xué)生在平常上課的時(shí)候，可以通過語音及文字的方式向授課教師提問，這些問題將依次送給授課教師。該交互系統(tǒng)支持多個(gè)學(xué)生同時(shí)提問，但不支持將多個(gè)學(xué)生聲音進(jìn)行混音，不同學(xué)生的語音將被嚴(yán)格分開，并被排隊(duì)后送給教師，教師可以視學(xué)生的名字決定是否聆聽他／她的問題，也可決定是否回答某個(gè)學(xué)生的問題。獨(dú)特的答疑模式，能有效地避免個(gè)別學(xué)生上課搗亂（這個(gè)功能在網(wǎng)絡(luò)答疑時(shí)尤其重要），也可讓教師回避某些暫時(shí)回答不出的問題，避免出現(xiàn)尷尬局面。

（2）課堂答疑和課后答疑

1）課堂答疑是教師講課時(shí)學(xué)生若有問題，先按請求發(fā)言鍵，得到教師的許可后，攝像機(jī)對準(zhǔn)發(fā)言學(xué)生，經(jīng)視音頻切換器至編解碼器，再經(jīng)多點(diǎn)控制單元切換給所有授、聽課教室，師生都能看到該學(xué)生圖像，聽到他的講話，教師回答所提的問題時(shí)，所有多媒體教室都能看到教師的圖像，聽到教師的聲音。

2）課后答疑有兩種方式，即面對面式和背對背式。所謂的面對面式，就是在授、聽課教室安裝的多媒體PC機(jī)（在PC機(jī)上加攝像機(jī)、視頻卡、傳聲器、音箱、音頻卡等）和聽課教室的多媒體PC機(jī)之間進(jìn)行通信。有疑問的學(xué)生通過多媒體PC機(jī)按確定的網(wǎng)址尋找教師的多媒體PC機(jī)，這樣學(xué)生和教師之間相互交流，既能看到彼此的圖像也能聽到聲音，學(xué)生問，教師答。所謂背對背式，就是有問題學(xué)生通過PC機(jī)或電子信箱提出問題，教師通過PC機(jī)或電子信箱做出回答，教師與學(xué)生之間看不到圖像，也聽不到聲音，達(dá)不到圖像和聲音的交互。在遠(yuǎn)程教育中由于教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生是分離的，所以必須有答疑系統(tǒng)。

4．作業(yè)與考試系統(tǒng)

作業(yè)與考試系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)學(xué)生作業(yè)的布置、提交和批改以及學(xué)習(xí)效果的測試。包括公布作業(yè)、提交作業(yè)和批改作業(yè)。作業(yè)可以當(dāng)堂公布，也可以在網(wǎng)頁上公布，或利用電子郵件直接發(fā)送到學(xué)生的信箱中；學(xué)生完成作業(yè)后，可以將其發(fā)回給教師，也可以由當(dāng)?shù)芈犝n教室管理人員集中后特快郵寄給教師；同樣，教師也可以用同樣的手段將批改后的作業(yè)再郵寄給學(xué)生。

5．教學(xué)教務(wù)管理系統(tǒng)

教學(xué)教務(wù)管理系統(tǒng)的主要功能是對學(xué)生注冊、課程設(shè)置以及畢業(yè)情況等進(jìn)行綜合管理。建立學(xué)生數(shù)據(jù)庫，包括所有已注冊學(xué)生的基本情況，諸如姓名、性別、年齡、專業(yè)、課程(包括已修課程和在修課程)、相應(yīng)課程的學(xué)分、已修滿的學(xué)分、學(xué)生交納的費(fèi)用等資料，在信息系統(tǒng)頁面上應(yīng)提供在線注冊界面等。學(xué)生數(shù)據(jù)的管理中還包括學(xué)生學(xué)位證書的管理。☉

[1]丁興富.遠(yuǎn)程教育的實(shí)踐發(fā)展和理論成熟[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育,2007(1).

[2]何守才.網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用大全[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2005.9.

（編輯：隗爽）

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TP393

B

1673-8454(2011)13-0009-04