（教育技术学专业论文）多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 摘要 远程学习是学习者自行利用网络媒体，主动地运用和调控自己 的元认知、动机和行为进行网络课程的学习。它对学习者提出了自 主和能动的要求，尤其是学习者要具有较强的自我控制能力。但是 中国学生的整体特性表现为“缺乏自主性、独立性，缺乏自我控制 学习能力”，因此在远程学习中增加对学生学习的必要的引导与控 制显得非常重要。 论文对远程教学系统实现过程中的教学控制难点进行了研究， 关键解决三个问题。第一，在远程教学中采用什么样的方式来保证 教学质量。论文提出在网络教学过程中采用教学引导与教学控制相 结合的方式来保障远程学习的质量。第二，如何在现有多媒体网络 教学中实现教学引导与教学控制。论文在深入分析了相关资料在原 有多媒体网络教学系统中设计与开发出相应的教学模块。第三，怎 样让多媒体网络教学系统能够适应不同学习水平的用户的需求。论 文提出了利用自适应的门槛分数与导读课件相结合的方式来满足不 同学习者的需求。 目前，所开发的教学引导与控制模块已经投入使用，教师和学 生的反馈为开发工作提供了强大的支持。经过我们的努力，多媒体 网络教学系统顺利完成，收到的良好的效果，验证了相关技术解决 方案和设计的可行性。 关键词：教学控制，教学引导，网络教学，j 2 e e 北京邮电大学硕士学位论文多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 t h er e s e a r c ho ft e a c h n 呵gg u i d ea n dc o n t r o l l i n gi n m u 【j i m e d i an e t w o r kl e a r n i n g s y s t e m a b s t r a c t d i s t a n c el e a r n i n gi st h a tl e a r n e r sm a k eu s eo fi n t e r n e tm e d i at ol e a r n n e t w o r kc o u r s e sb yt a k i n gt h ei n i t i a t i v et ou s ea n dc o n t r o l l i n gt h e i ro w n m e t a c o g n i t i o n ，m o t i v a t i o n a n db e h a v i o r i tp r o v i d e s a u t o n o m ya n d d y n a m i cr e q u i r e m e n t sf o rl e a r n e r s ，e s p e c i a l l yt h el e a r n e r st oh a v es t r o n g s e l f - c o n t r 0 1 h o w e v e r , t h eo v e r a l lc h a r a c t e r i s t i c so fc h i n e s es t u d e n t s s h o w e d ”al a c ko fa u t o n o m y , i n d e p e n d e n c e ，l a c ko fa b i l i t yt ol e a r n s e l f - c o n t r o l ，t h e r e f o r ei ti sv e r yi m p o r t a n tt oi n c r e a s et h en e c e s s a r y g u i d a n c ea n dc o n t r o l l i n gi nt h ed i s t a n c el e a r n i n g i nt h i s p a p e r , c a r r y i n go u tas t u d y a b o u tt e a c h i n g c o n t r o l l i n g d i f f i c u l t yi nt h ep r o c e s so fd i s t a n c et e a c h i n gs y s t e m t h i sp a p e rs o l v e s t h r e ep r o b l e m s f i r s t ，w h a tk i n do fm e t h o d sw a st a k e nt oe n s u r et h e q u a l i t yo ft e a c h i n g ? i nt h i sp a p e r , p u t t i n gf o r w a r dt h ec o m b i n a t i o no f t e a c h i n gg u i d ea n dt e a c h i n gc o n t r o l l i n gi nt h ep r o c e s so fd i s t a n c e t e a c h i n g ，i tc a ne n s u r et h eq u a l i t yo fd i s t a n c el e a r n i n g s e c o n d ，h o wt o a c h i e v et h et e a c h i n gg u i d ea n dt h et e a c h i n gc o n t r o l l i n gi nt h em u l t i m e d i a i i 北京邮电大学硕士学位论文多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 n e t w o r k t e a c h i n g ? i n t h i s p a p e r , a n a l y z i n gd e e p l y t h er e l e v a n t i n f o r m a t i o n o ft h e o r i g i n a l m u l t i m e d i an e t w o r k t e a c h i n gs y s t e m ， d e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n gt h ec o r r e s p o n d i n gt e a c h i n gc o n t r o l l i n gm o d u l e ， a n dv e r i f y i n gt h et h e o r yi nt h eu s e t h i r d l y , h o wt om a k em u l t i m e d i a n e t w o r kt e a c h i n gs y s t e ma d a p tt on e e d so fu s e r sw h i c hh a v ed i f f e r e n c e l e a r n i n gl e v e r ? i nt h ep a p e r , t a k i n gu s eo ft h ec o m b i n a t i o no fa d a p t i v e t h r e s h o l ds c o r ea n dr e a d i n gt om e e tt h en e e d so fd i f f e r e n tl e a m e r s a tp r e s e n t ，d e v e l o p e dt e a c h i n gg u i d ea n dc o n t r o l l i n gm o d e lh a sb e e n p u tt ou s e ，t h ef e e d b a c ko ft e a c h e r sa n ds t u d e n t sp r o v i d ep o w e r f u l s u p p o r t t h r o u g ho u re f f o r t s ，m u l t i m e d i an e t w o r kt e a c h i n gs y s t e mh a s c o m p l e t e ds u c c e s s f u l l y , a n dh a sr e c e i v e dg o o dr e s u l t s ，a n dv e r i f i e st h e f e a s i b i l i t yo ft h er e l e v a n tt e c h n o l o g ys o l u t i o n sa n dd e s i g n k e y w o r d s ：t e a c h i n gc o n t r o l ，t e a c h i n gg u i d e ，n e t w o r k b a s e d e d u c a t i o n ，j 2 e e 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：衄 本人承担一切相关责任。 日期：塑童竺 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文 的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密 的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：壅垒釜日期：塑垒! 至 导师签名：_ ：二：查i ! 圭 日期： ! ! 互：乡 北京邮电大学硕士学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 第一章绪论 1 1 论文选题背景 近十几年来，飞速发展的计算机技术和网络技术在教育领域得到了广泛的 应用，网络教育作为一种新兴的教育形式已在世界各国蓬勃发展。网络教育突 破传统教育受时间、空间限制的不足，使每个学生都能随时随地的学习；突破 学校的限制、实现跨部门、跨地区的资源共享；便于实施一对一的个性化交互 式教学；学习者可以选择自己感兴趣的内容学习，拥有充分的主动权，便于调 动学习者的积极性和主动性；并且能够实现教育资源的无边界共享和教育规模 的不断增长。在传统的课堂教学过程中，教与学之间有良好的反馈，教师可以边 讲授，边观察学生的反应，教师根据学生听课的不同反应可以得出学生整体的学 习状况。但是在网络学习中由于师生的时空分离，使得远程学习中不能像传统课 堂学习的师生面对面的交流，教师不可能向传统课堂教学那样来对学生的学习 进行有效的监控，学习者没有能够及时的得到反馈和指导，从而降低学习的效 率。g a y l e 等人的实验表明n 1 ，靠自信、系统指示和练习为基础的学习比那些依 靠好奇、熟悉和兴趣等的学习效果要好，且在测验中所得分数也比较高。所以在 网络教学中，教学过程控制是一个非常必要和重要的环节，它是教学质量的重要 保证。 网络教学模式以学生为中心、以学为主，这种教学模式由于强调学生的“学， 往往忽视教师主导作用的发挥，忽视师生之间的情感交流和情感因素在学习过程 中的重要作用；此外，由于忽视教师主导作用，当学生自主学习的自由度过大时， 还容易偏离教学目标的要求。为了克服这种教学模式的不足，我们必须探讨一种 适合网络学习的教学控制方式，来弥补由于时空分离而造成的对学习的有效监 控。本文提出了利用作业来在多媒体网络教学系统上进行教学引导与控制的观 点，并且设计与开发出教学引导与控制模块，有效的解决了上述问题。 1 2 研究的目标和意义 基于网络教育在当今教育教学中的重要地位和目前存在的一些问题，笔者 通过对多媒体网络教学系统的深入研究，在现有的系统上设计和开发出以作业 为基础的教学引导与控制的教学模块，从而为网络教学尽一份微薄力量，论文 意图达到的主要研究目标及研究意义如下： 1 2 1 研究的目标 ( 1 ) 通过对自主学习和教学控制等相关理论的研究，总结出网络学习中的相 l 北京邮电大学硕士学位论文多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 关概念、特征，从而为教学引导与控制模块的开发提供有力的理论依据。 ( 2 ) 通过程序开发得到教学引导与控制模块，该模块通过教师布置给学生作 业和学生做相应的作业来检测学生的学习情况，不仅让教师能够及时了解学生学 习情况，而且系统能够根据学生的当前学习情况进行动态的调整学习策略以适 应不同学习者的使用，从而为其他网络教学系统的开发整合提供可以借鉴的设 计思路和实现方法。 ( 3 ) 通过对j 2 e e 开源框架的研究，总结出一套适合教学软件的设计开发方 法，从而为教学软件的开源技术尽一份微薄力量。 1 2 2 研究的意义 在理论方面，本研究从网络教学的特点出发分别对自主学习理论、控制论、 和个别化学习理论进行了相关的研究，尝试探索在多媒体网络教学中开展教学 控制与教学引导的教学方式，对于当前和今后很长一段时间内的多媒体网络教 学系统的建设与开发，信息化教学改革具有启发作用。在实践方面，不仅在原 来的多媒体网络教学系统中为教师提供了一个基于作业模块的教学评价与教学 控制的使用系统，而且为学生提供了一个自主学习和学习引导的学习平台，具 有较强的实践价值。 1 3 论文研究内容和研究方法 1 3 1 研究内容 多媒体网络教学系统的应用更好地体现了“以学为主，师生互动 的教学 思想瞳1 。本文通过对多媒体网络教学系统实现技术及应用现状的研究，对基于 j 2 e e 的网络教学系统的实现技术进行了全面的分析和探讨。具体研究内容如 下： 1 通过对教学理论的研究提炼出在多媒体网络教学系统中教学控制与引导 模块开发的相应指导思想，奠定开发的目的及意义； 2 利用u m l 进行模块的需求分析与设计； 3 基于多媒体教学系统基础框架，完成对教学引导与控制模块的设计与开发 1 3 2 研究方法 基于网络教学系统研究方法很多，比如数学建模法、实验与分析法等，本 文在研究过程中主要用如下方法： 1 文献研究法：查阅国内外相关技术的文献资料，掌握网络教学系统设计与 开发的方法，加深对网络教学系统设计与开发新技术应用的理解。在此基础 上，结合多媒体网络教学系统开发出教学引导与控制模块。 2 软件建模与分析：本网络教学系统是一个辅助教与学的应用系统，在研究 和实现过程中必须从软件工程学的角度出发，利用面向对象的分析工具 2 北京邮电大学硕上学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 u m l ，对其进行分析与建模，直至最终模块的实现严格按照需求分析、系统设 计、功能实现等过程执行。 1 4 作者在研究生阶段所做工作 在研究生阶段主要参与了四个课题的研究工作。最早参与的课题是国家 “十五重大科技攻关项目“面向中小学的远程教育关键技术及示范 的“基 于国产基础软件的多媒体网络教学及远程支持系统”。主要参与了需求分析、 设计，资料收集，调研工作，为项目中新模块的开发做出一定的贡献。在此期 间掌握了用建模语言u m l 来分析用户的需求，在此期间调研了许多国内外相应 的网站为论文的撰写提供了相应的教育理论指导。 参与的第二个课题是对教育部科技司网站的二次开发，在这个课题中，参 与了用户的前期需求分析到用户界面的设计与实现。进一步熟悉了软件开发的 流程，并且对j a v a 开发有了较深的理解。 参与的第三个课题是对s a k a i 教学系统的本地化，在这个课题中对于开源教 学系统s a k a i 的系统架构以及系统的功能进行了深入的研究，并且对网络教学系 统的国际化有了进一步的了解。 参与的第四个课题是国家科技攻关项目成果“基于国产基础软件的多媒体网 络教学及远程支持系统 的产品化和继续开发，在这个课题中，我做的工作是在 多媒体网络教学系统中增加教学引导与控制模块，在这个项目中对于在软件工 程中的开发流程及所应用到的技术有了更近一步的了解，并且验证了在前面项 目中所总结的一系列经验。 3 北京邮电大学硕士学位论文多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 第二章教学引导与控制系统的学习理论研究 2 1 自主学习理论 2 1 1 自主学习理论概述 早在古希腊时期，苏格拉底就指出，教师的任务并不是创造和传播真理， 而是要作为一名“知识的助产婆，激发学生的思维，使之主动寻求问题的答 案，把存在于学生内心的知识引导出来。近五十年以来，自主学习理论越来越受 到教育界重视，许多研究者都对自主学习的本质进行了研究，开发了一些旨在促 进自主学习的方法口1 ，但由于研究方法和手段的不同，研究者对自主学习本质的 见解也各不相同。斯金纳( b f s k h a n e r ) 认为自主学习本质上是一种操作性行 为，是基于外部奖赏或惩罚而做出的一种应答性反应，自主学习包含自我监 控、自我指导、自我强化三个子过程。弗拉维尔( j h f l a v e l l ) 认为自主学习实 际上是元认知监控的学习，是学生根据自己的学习能力、学习任务的要求，积 极主动地调整学习策略和努力程度的过程。自主学习要求个体对为什么学习、 能否学习、学习什么和如何学习等问题有自觉的意识和反应h 1 。以班杜拉 ( a b a n d u r a ) 为代表的社会学习理论则从行为环境、个体的内在因素两者之间的 交互作用来解释自主学习，自主学习本质上是学生基于学习行为的预期、计划 与行为现实之间的对比评价来对学习进行调节和控制的过程。自主学习包括自 我观察、自我判断、自我反应三个具体的过程。齐莫曼( b j z i m m e r m a n ) 认 为，当学生在元认知、动机和行为三个方面都是一个积极的参与者时，其学习 就是t l 主的。进而他又从学习动机、学习方法、学习时间、学习的行为表现、 学习的物质环境、学习的社会性等六个方面对自主学习的实质做出了解释。他 认为，自主学习的动机应该是内在的或自我激发的，学习的方法应该是有计划 的或已经熟练达到自动化程度的，自主学习者对学习时间的安排是定时而有效 的，他们能够意识到学习的结果，并对学习的物质和社会环境保持高度的敏感 和随机应变能力睛1 。维果斯基( l s v y g o s t s k ) 认为自主学习本质上是言语的自我 指导过程，是个体利用内部语言主动调节自己学习的过程。我国学者董奇认为 自主学习可分为三个方面：一是对自己学习活动的事先计划和安排；二是对自己 实际学习活动的监察、评价、反馈；三是对自己的学习活动进行调节、修正和控 制。自主学习具有能动性、反馈性、调节性、迁移性、有效性等特征1 ；庞维国 认为自主学习是学习者自觉确定学习目标、选择学习方法、监控学习过程、评价 学习结果的过程口1 。宇文森教授认为自主学习是一种主动学习、独立学习、元认 4 北京邮电大学硕士学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 知监控的学习鹏】。 综上所述，尽管目前学术界对自主学习的概念并不统一，但我们不难发 现，自主学习是学生在教师指导下通过多种方式和途径进行能动的、有选择的 学习活动。在这种活动中，学生主动地获取知识，形成技能，发展能力，完善 人格。自主学习重视自主合作的教育氛围，能够积极发挥学生的主观能动性和 创造精神。 2 1 2 自主学习特征 1 学生是在教师指导下自主学习。传统的教学方式是教师独占讲台，采用 “满堂灌、填鸭式 的教学方式，学生被动地接受知识。而自主学习注重教师 指导下的学生自主探索、自主学习，学生由被动接受知识变为主动获取知识。 在教学方式上，由单纯的口头讲授转变为引发学生的内在学习动机。在教学手 段上，指导学生运用现代化教学手段( 如多媒体计算机、计算机网络等) ，主动 构建自身的知识结构和能力结构，自主地完成学习任务。 2 发挥学生的主体能动性。建构主义特别重视学生的主体地位，认为知识 是由主观建构的。自主学习不是由教师直接告诉学生应如何解决面临的问题， 而是由教师向学生提供解决该问题的有关线索，从而发展学生的自主学习能 力。 3 学习的开放性。自主学习不受时间、地点、教材等条件的限制，重视学 生自主选择学习的时间、地点，自主选择学习的方法、内容，自主制定学习计 划，自主进行学习反馈和评价，学习更加开放。 4 学习的合作性。自主学习虽然具有独立性的特点，但它并不是个人封闭 式的学习，与自学有本质的区别。学生可以根据自身的学习情况和特点选择学 习伙伴。在学习过程中进行相互交流、帮助，吸取他人之长，弥补自身之短。 5 学习的创造性。自主学习不是学生对学习内容的简单复制，而是学生根 据自身学习需要，完成知识的再创造。在整个学习过程中进行创造性的学习和 创造性的解决问题。 2 1 3 自主学习小结 从上述有关自主学习的探究中，可以将自主学习过程应分为两方面内容： “自控 和“他控”。所谓“自控 ，即是学习者在学习活动中，能够对自己 的学习过程、学习状态、学习行为进行自我观察、自我审视、自我调节；在学 习活动之后，能够对自己的学习结果进行自我检查、自我总结、自我评价、自 我补救、持续改进的一种自我监控行为。“自控 是自主学习过程中的关键环 节，只有自主学习者对自己的学习活动进行“自控 时，“自控一行为才有可能 变为现实。我国学者董奇等认为，学习过程的自我监控实施是由八个方面的要素 5 北京邮电大学硕士学位论文多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 构成：计划、准备、意识、方法、执行、反馈、补救、总结。其中，计划和准备 是学生具体学习开始之前自我学习监控的具体表现；意识、方法、执行是学生 在学习活动进行过程中自我学习监控的具体表现；反馈、补救、总结则是学生 在学习活动后期( 或某一个环节后期) 自我学习监控的具体表现。 所谓“他控”，是相对于“自控 而言，是指他人对自主学习者的学习活 动进行的“他人干预行为。即是说，在自主学习的过程中，学习者知识的获 得，除了“自我 的内因作用外，还会受外界诸多因素的影响。正如建构主义 所认为的那样：学习者知识的获得，不只是依赖于教师对知识的传授，还需要 学习者在一定的情境即社会文化背景下自主学习，并在获取知识的过程中，借 助他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。因而，学 习者在获取知识的过程中，教师应是其自主学习过程中的“引路人 ，是引导 者，同时教师、家长和学习伙伴又是自主学习者学习过程中的重要监控者。因 为知识的建构不是一蹴而就的，而是要经历一个漫长的积累过程。在学习初期， 学习者基于对自己的信任和对自主学习模式的好奇，表现出一种强烈的学习渴望， 求知欲强，处于学习的兴奋期。这一时期，学习者依靠“自控”进行自我调节，积 极进取。但随着学习的不断深入，学习难度的增加，学习变得困难重重，极易陷入 抑郁期。这时，他人的介入，如教师的引导，家长鼓励，同学的帮助，对激励学习者 走出学习困境是有益无害的。 由于在网络环境中，对学习情境的理解不同，不同的学习者在同一课程学 习中学到的知识不同，学习进度与掌握程度也不同，并且由于网络环境的资 源、课程和教师通过交互平台和技术平台被集成到新的网络时空环境中，由于 资源的共享和网络环境的开放、灵活以及交互性特征，使得基于网络的自主学 习比传统意义上的自主学习更灵活，资源更丰富。所以在网络教学中对于学生 的自主学习的研究尤为重要。 2 2 控制论 2 2 1 控制论概述 控制论是“关于在动物和机器中控制和通讯的科学，是自动控制、电子 技术、无线电通讯、神经生理学、心理学、医学、数学逻辑、计算机技术和统 计力学等多种学科相互渗透的产物。它研究生物体和机器以及各种不同基质系 统的通讯和控制的过程，探讨它们共同具有的信息交换、反馈调节、自组织、 自适应的原理和改善系统行为、使系统稳定运行的机制，从而形成了一大套适 用于各门科学的概念、模型、原理和方法。 控制论的创始人是美国数学家诺波特维纳，他于1 9 4 8 年发表专著控制 论，标志着这一新兴学科的诞生西1 。维纳的控制理论虽然没有明确地表示控制 6 北京邮电大学硕士学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 论可以用来研究社会现象和思维现象，但是从他对控制论的定义：控制论是对 于机械、生物体和社会消息中的某种同构性的分析研究，我们可以看出控制论 的研究对象就是关于自然、社会和思维的控制和通讯的共同规律。这样，我们 如果把教育教学看作是一种对思维进行培养、对信息进行传达的手段的话，教 育教学完全可以成为控制论的应用对象。 同一时期美国学者拉尔夫泰勒出版了课程与教学的基本原理，他在书 中提出了课程编制和教学设计著名的四个问题：学校应该达到哪些教育目标? 提供哪些教育经验才能实现这些目标? 怎样才能有效地组织这些教育经验? 我 们怎样才能确定这些教育目标正在得以实现? 从这里我们同样可以看出泰勒也 是注重于对教育教学过程的控制研究，注重于对教育目的优化实现。在教学 中，无论是哪个学科，教授的都是基础知识，具有涉及面广、基础性强的特 点。在教育过程中存在着信息不能集中传递，易于受其他信息干扰的特点。同 时由于学校教育时间、能量有限，如何在有限的资源环境中使教学目的得到最 佳状况的完成，我们也就必然、也必须将控制论应用到教学当中来。 对教学过程进行控制必须要解决控制什么和如何控制的问题。俄罗斯著名 教育家塔雷金娜认为“人类学习过程控制的最优化既是程序教学的内容，又是 程序教学的目的n 町 。控制是为了保证动作的正确、快速地完成和获得必然的结 果。动作和认识活动方式的控制在定向、执行和监督三个过程中都要进行。因 此对学习条件和学生的活动进行控制时，首先必须使教学程序化，实施程序教 学；其次，在教学过程中，必须建立良好的反馈联系，以便及时发现和纠正一 切背离正常控制的种种倾向。由于塔雷金娜倡导控制教学，因此在她看来，教 学就是一种有目的、有计划的实施控制的活动过程。教学通过老师和学生的共 同活动来完成，其中尤为重要的是教师的控制性。 2 2 2 控制论的方法 控制论是具有方法论意义的科学理论。控制论的理论、观点，可以成为研 究各门科学问题的科学方法，这就是撇开各门学科的质的特点，把它们看作是 一个控制系统，分析它的信息流程、反馈机制和控制原理，往往能够寻找到使 系统达到最佳状态的方法，这种方法称为控制方法。控制论的主要方法有反馈方 法、黑箱方法和功能模拟方法等。 1 、反馈方法 反馈方法是指信息从受控系统输出端回输到施控系统，并对系统的再输出 发生影响的过程方法。现用框图2 - 1 表示如下： 7 北京邮电大学硕士学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 一目崩 输入广一一输出卜 图2 1 反馈方法 从上图可知，反馈系统必须有施控者和受控者，并有使信息由受控者输出 端输回施控者的信道，这是反馈得以实现的前提和条件。在不同的控制系统 中，作为子系统的受控系统、施控系统、信道以及控制机制等都有不同的内 容。反馈有正反馈和负反馈之分。凡是回输信息与原输入信息起相同作用，总 输出增大，叫做正反馈，正反馈能放大控制作用，实现自组织控制。但也使偏 差愈益加大，导致振荡；凡是回输信息与原输入信息起相反作用，总输出减 少，叫做负反馈，负反馈能纠正偏差，实现稳定控制，但它减弱控制作用、损 耗能量。反馈就是原因和结果不断地相互作用，以完成一个共同的功能目标。 反馈应同时具备两个基本条件，一是准确性，二是及时性。二者是缺一不可 的。准确性是指反馈信息要真实可靠，因为错误的情报会导致作出错误的决 定，而使控制失效，所以反馈信息必须准确，不准确的信息再及时也是没有意 义的。及时性是指反馈的速度要大于被控系统状态改变的速度，即反馈要在下 一次控制决策之前完成，因为反馈的意义在于调整下一次控制，不能调节下一 次控制的反馈再准确也是没有意义的n u 。 2 、黑箱方法 黑箱方法就是通过考察系统的输入与输出关系认识系统功能的研究方法。 它是探索复杂大系统的重要工具。黑箱是指不知其内部构造细节，只知其外部 功能特性的系统。所谓黑箱方法，就是通过对系统的输入( 外界对系统的影响) 和输出( 系统对外界的影响) 的外部观测，而不需要对系统内部结构进行剖析， 来对系统的功能和行为特性进行分析和研究的方法。利用黑箱方法，可以不考 虑系统内部具体的物质构造细节和能量转换形态，只需将其中的信息传递、变 换和处理过程抽象出来，通过对输入与输出的信息观测、分析研究，就可以探 索各种不同领域的、不同物质构造和能量形态的控制系统的内部的过程和机 理。这是一种间接的曲折的方法。 3 、模拟方法 在控制系统中，人们为了更形象、更可靠地实施控制，往往将对象模型 化，以便更好地研究揭示对象的特性和规律，以达到有效控制的目的。如猎手 瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的，但二者的内部结构和物 8 北京邮电大学硕士学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 理过程是截然不同的，这就是一种功能模拟。功能模拟法为仿生学、人工智能 等提供了科学方法。 2 2 3 控制论在教学中的应用 根据控制论的观点，受控系统还需要具备的条件：一是有多种发展的可能 性。二是对事物的发展具有可选择性。三是运动状态具有可变性，而不是不可 改变的。要成为施控系统，也要具备如下条件：一是有明确的控制目的和控制 标准。二是对受控系统的发展可能性是已知的。三是要具备制约受控系统状态 变化的条件1 。教育系统具备上面所说的条件： 首先，作为教育对象的学生有多种发展可能性。社会发展需要各行各业的 人才，既要有科学家，也要有工人、农民。另外，受教育者的个体存在差异， 其所处的环境也不尽相同，这些都使得学生有多种发展的可能性。 其次，教育有明确的目的和标准。教育的目的随着社会的发展而变化。学 校的目的是满足社会的需要，满足个人身心发展的需要。对于一定的教育目 的，就会有明确的标准。而学校及教师也具备教育、引导学生发展的各种硬件 与软件条件。 另外，教育的多种可能和教育的目的性，决定了教育的选择性。在教育过 程中要不断加以选择，不仅教育者在选择，受教育者也在自发或自觉地选择。 教育要正视这种选择，只有当教育者与受教育者双方的选择耦合时才会达到教 育的预期目的，这是教育成功的基础。 因此，教育系统是可控系统。而教学系统则是教育系统在实施中的具体体 现，因此，教育系统和教学系统都是可控系统。由于教育控制论运用系统控制 方法研究和解决教育问题，对教育现象进行科学的系统分析，进行比较和预 测，全面综合运用现代化手段，因而它将是实现教育面向现代化、面向世界、 面向未来所不可缺少的科学工具。正如黑格尔所说：“目的需要有实现自己的 手段 ，教育控制论是实现教育目的的一种手段n 。 2 3 个别化学习理论 2 3 1 个别化学习理论概述 在个别化学习中，学习者自定学习进度，自我强化学习结果，自我总结反 馈信息，及时改进学习方法等内容。个别化学习有利于调动学习者的主动性、 积极性，使学习者得到合适的发展。学习者的独立性是个别化学习的基本特 性。独立性也可说成“自在性 ，有不受他人干扰的意思。在个别化学习模式 中，学习者不再以班级集体的形式出现，一般是以个体的形式出现，学习者在 参加学习活动时以独立的形式存在，可以不受传统教育环境中时间、空间的限 制，随时随地的进行学习。与传统教学形式相比显得灵活，学习过程可以满足 9 北京邮电大学硕士学位论文多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 学习者的个性要求，符合人本主义教育思想。个别化学习的研究对象是学习者 个体。通过个体的研究来适应、满足每个学习者的认知能力、认知方式和认知 需要，调动学习者的自觉性、主动性和创造性，谋求全体学习者的发展，促进 学习者的个性发展。个别化学习并不意味着与教学的脱离，更不是排斥教学活 动的存在。个别化学习和个别化教学始终是一个整体。个别化教学对于学习者 的因材施教和创新能力的培养有着重要的作用。 2 3 2 个别化学习特征 1 学生的独立性 学生个别化学习的独立性从形式上看表现为学习活动的个体化。如：在个别 学习模式中，学生不是以班集体的形式出现而总是以个体的形式出现，这是个别 化学习的基本现象，也就是说学生在参与活动的时候都是以独立的形式而存在， 学生可以不受教育中的时间、空间的限制，随时随地进行学习，学习时间、地点 可以任意安排。与传统教育相比显得非常灵活，非常自在。个别化学习的内在本 质表现为学生的个性化，即学习活动以学生个性要求来驱动，学生更多的是追求 个性的独立，根据个人的能力和感觉学习个人所需要的知识。 2 个别化学习的基本形式是自主学习 由学生自己并非别人决定学习活动的过程、内容和形式是个别化学习的本意 所在，这是因为不同的学员在同一课程学习中学到的知识是不同的，而知识不独 立存在于拥有它的人身上，总是以适应学习者现存的理解为框架，并为这种框架 所定型，为理解而学习。因此，在个别化学习概念中的学习应是一个积极的理解 和构筑个体知识的过程，而这个过程的有效性则完全依赖于学生自身程度。 3 个别化学习的价值取向应该是追求学生的全体发展，全面发展和个性发展 个别化学习所研究的对象是个体，但就是通过这种个体对象的研究来适应、 满足每个学生的认知能力、认知方式和认知需要，调动每个学生的自觉性、自动 性和创造性，从而谋求全体学生的发展和学生个性的全面发展，这在传统教学中 不可能做到。根据学生的不同情况进行个别化教学，让更多的学生能够学习并完 成学业，让所有参加学习的学生挖掘出自己最大的学习潜力，获得自身个性应有 的发展。 2 3 3 个别化学习的影响 随着人们对认知过程的进一步理解，个别化学习的理论逐渐影响到了教育 者对学习内涵的理解，表现为元认知策略得到了空前的重视，教学活动中的行 为主义逐渐被认知主义代替。以学习者为中心的教育思想盛行起来，特别是随 着网络学习环境的兴起，人们普遍地用学习( l e a r n i n g ) 这个概念去替代教育 ( e d u c a t i o n ) 、教学( t e a c h i n g ) 的概念，因而个别化教学的概念自然就被个别化 1 0 北京邮电大学硕士学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 学习的概念所取代。个别化学习是随着网络多媒体技术广泛应用而逐渐受到重 视的。网络环境下的学习本身就是一种个别化学习活动。个别化理论用以指导 网络教学实践，为网络环境的教学设计提供理论依据。个别化学习可以促进教 学组织活动内涵的革新，对于网络环境下教学设计的发展有着十分重要的意 义。网络环境下的个别化学习是指学习者在网络环境中，根据自己的特征进行 有针对性的自主学习。教学设计者通过网络构建不同的学习环境，选择不同的 学习方式和学习内容，为每个学习者提供最佳的教学支持，让学习者自由选择 学习内容，制定学习计划，自由安排学习时间、地点，从而自我获取知识的过 程。 北京邮电大学硕士学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 第三章网络教学引导与控制实现技术及相关工具分析 3 1 模块实现技术及其相关工具分析 3 1 1 统一建模语言u m l u m l ( 统一建模语言，u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 是一种建模语言n2 1 ，是第 三代用来为面向对象开发系统的产品进行说明、可视化和编制文档的方法。它是 由信息系统( i s ，i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 和面向对象领域的三位著名的方法学家： g r a d y b o o c h ，j a m e sr u m b a u g h 和i v a r j a c o b s o n 提出的。这种建模语言得到了“u m l 伙伴联盟 的应用与反馈，并得到工业界的广泛支持，i 扫o m g 组织( o b j e c t m a n a g e m e n tg r o u p ) 采纳作为业界标准。u m l 取代目前软件业众多的分析和设计 方法成为一种标准，这是软件界的第一次有了一个统一的建模语言。 u m l 提供九种不同的图，可以分成两大类，一类是静态图，包括用例图、 类图、对象图、构件图、实施图；另一类是动态图，包括顺序图、协作图、状态 图和活动图。也可以根据它们在不同架构视图的应用把它们分成： 用户模型视图：用例图( u s ec a s ed i a g r a m ) ，描述系统的功能； 结构模型视图：类图( c l a s sd i a g r a m ) ，描述系统的静态结构；对象 ( o b j e c t d i a g r a m ) ，描述系统在某个时刻的静态结构； 行为模型视图：顺序 ( s e q u e n c ed i a g r a m ) 按时间顺序描述系统元素间的交 互；协作 图( c o l l a b o r a t i o nd i a g r a m ) ，按照时间和空间的顺序描述系统元素间的交 互和它们之间的关系；状态图( s t a t ed i a g r a m ) 描述系统元素的状态条件和响应； 活动 ( a c t i v i t yd i a g r a m ) 描述系统元素的活动； 实现模型视图：组件 ( c o m p o n e n td i a g r a m ) ，描述实现系统的元素组织； 环境模型视图：部署图( d e p l o y m e n td i a g r a m ) ，描述环境元素的配置，并把 实现系统的元素映射到配置上。 在需求分析阶段，可以用用例来捕获用户需求。通过用例建模，描述对系统 感兴趣的外部角色及其对系统( 用例) 的功能要求。分析阶段主要关心问题域中的 主要概念( 如抽象、类和对象等) 和机制，需要识别这些类以及它们相互间的关系， 并用u m l 类图来描述。为实现用例，类之间需要协作，这可以用u m l 动态模型 来描述。在分析阶段，只对问题域的对象( 现实世界的概念) 建模，而不考虑定义 软件系统中技术细节的类( 如处理用户接1 2 、数据库、通讯和并行性等问题的类) 。 这些技术细节将在设计阶段引入，因此设计阶段为构造阶段提供更详细的规格说 明。 1 2 北京邮电大学硕士学位论文多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 编程( 构造) 是一个独立的阶段，其任务是用面向对象编程语言将来自设计阶 段的类转换成实际的代码。在用u m l 建立分析和设计模型时，应尽量避免考虑 把模型转换成某种特定的编程语言。因为在早期阶段，模型仅仅是理解和分析系 统结构的工具，过早考虑编码问题十分不利于建立简单正确的模型。 3 1 2m v c 设计模式 m v c 英文即m o d e l - v i e w - c o n t r o l l e r ，即把一个应用的输入、处理、输出流 程按照m o d e l 、v i e w 、c o n t r o l l e r 的方式进行分离，这样一个应用被分成三个层 - 模型层、视图层、控制层。 视图( v i e w ) 代表用户交互界面，对于w e b 应用来说，可以概括为h t m l 界 面，但有可能为x h t m l 、x m l 和a p p l e t 。随着应用的复杂性和规模性，界面 的处理也变得具有挑战性。一个应用可能有很多不同的视图，m v c 设计模式对 于视图的处理仅限于视图上数据的采集和处理，以及用户的请求，而不包括在 视图上的业务流程的处理。业务流程的处理交予模型( m 0 d e l ) 处理。比如一个订 单的视图只接受来自模型的数据并显示给用户，以及将用户界面的输入数据和 请求传递给控制和模型。 模型( m o d e l ) ：就是业务流程状态的处理以及业务规则的制定。业务流程 的处理过程对其它层来说是黑箱操作，模型接受视图请求的数据，并返回最终 的处理结果。业务模型的设计可以说是m i c 最主要的核心。m v c 设计模式告诉 我们，把应用的模型按一定的规则抽取出来，抽取的层次很重要，这也是判断 开发人员是否优秀的设计依据。抽象与具体不能隔得太远，也不能太近。m v c 并没有提供模型的设计方法，而只告诉你应该组织管理这些模型，以便于模型 的重构和提高重用性。我们可以用对象编程来做比喻，m v c 定义了一个顶级 类，告诉它的子类你只能做这些，但没法限制你能做这些。 业务模型还有一个很重要的模型那就是数据模型。数据模型主要指实体对 象的数据保存( 持续化) 。比如将一张订单保存到数据库，从数据库获取订单。 我们可以将这个模型单独列出，所有有关数据库的操作只限制在该模型中。 控制( c o 咖l l e r ) 可以理解为从用户接收请求，将模型与视图匹配在一起， 共同完成用户的请求。划分控制层的作用也很明显，它清楚地告诉你，它就是 一个分发器，选择什么样的模型，选择什么样的视图，可以完成什么样的用户 请求。控制层并不做任何的数据处理。例如，用户点击一个连接，控制层接受 请求后，并不处理业务信息，它只把用户的信息传递给模型，告诉模型做什 么，选择符合要求的视图返回给用户。因此，一个模型可能对应多个视图，一 个视图可能对应多个模型。 模型、视图与控制器的分离，使得一个模型可以具有多个显示视图。如果 1 3 北京邮电大学硕士学位论文 多媒体网络教学系统中教学引导与控制的研究 用户通过某个视图的控制器改变了模型的数据，所有其它依赖于这些数据的视 图都应反映到这些变化。因此，无论何时发生了何种数据变化，控制器都会将 变化通知所有的视图，导致显示的更新。这实际上是一种模型的变化一传播机 制。模型、视图、控制器三者之间的关系和各自的主要功能，如图3 - 1 所示。 模犁 状态查询 7 封装应用程序状态 响应状态查询 通知改变 应用程序功能 状态 改变 通知视图改变 r 视图 一一视图选择- 一 控制器 解释模型 模型更新请求 定义应用程序行为 发送用户输入给控制器 用户请求一 用户动作映射成模型