多媒体网络教室的设计与应用.doc

多媒体网络教室的设计与应用Multimedia Network Classroom Design and Application本文通过作者为学校和培训中心建立的多媒体网络教室，和对它们使用情况的调查了解，结合几年来对计算机辅助教学的教学方式的研究，从多媒体网络教室的设计、应用等方面，分析了它的结构、功能、系统配置和应用方式。关键词：多媒体网络教学系统 多媒体教学 网络化教学1 引言现代教育的改革，将计算机技术和网络通信技术引入教学各个环节，从而引发教学方法，教学工具的重大革新，这些变革对提高教学质量，推动教育现代化的发展起着不可估量的作用，因此，我国各级教育研究部门，教学设备供应商，各级学校和培训中心正组建覆盖多个学科的多媒体计算机教学网络。多媒体网络教室提供了一个先进的多学科授课环境及学习平台，利用了视觉，声觉同步教学的手段，使学生多种感官参与学习，提高了知识接收的效率，充分发挥了计算机辅助教学的作用， 从根本上改变并促进了师生之间的信息交流，资源共享和教学合作。2 多媒体网络教室的设计方案所谓多媒体网络教室就是装备了多媒体教学网络系统的教室，由于该系统突出多媒体和网络两项功能，并且可用于各科教学，因此大大提高了计算机辅助教学的教学能力。2.1 用户需求分析根据用户的要求及分析，用户需建立一个传统的网络教室，进行网络教学并能进行声音、图像的多媒体教学，模拟真实环境教学。多媒体教学网络功能特点：（1） 能实现文件信息及其他网络设备的共享。所有学生共用一个账号实现模拟的因特网操作环境，同时该模拟环境对学生来说是完全透明的，不会感觉到与实际的上网操作的不同。（2）学校的教学方式：它改变了传统的教学模式，将电脑教学的功能变得多样化，老师不必再花费很多时间写黑板，或是来回巡视教室，学生也不必再挤在一起，围在小小的屏幕前观看老师的示范，实现了集体教学，分组练习与个别辅导的教学环境，使普通的电脑教室与高级演示、视听、语音教学融于一体。由传统的被动式教育变为互动式的双向交流，提高教学质量和学生的兴趣。2.2 多媒体网络教室布局教室网络布局采用星型结构方式，即可以满足系统需求，教师机可连接安放在整个网络上的任何位置，由于星型结构的网络使用了集线器或交换机，每个工作站通过单独的网线与其连接，如果某根网线出现连接故障，只影响一台计算机的使用而不会导致全网瘫痪，因而系统的可靠性高，易于维护。现在多媒体传输的方式主要有三种：（1）纯硬件方式。这种方式不需要任何驱动软件，可以在任何网络上运行，不受操作系统和应用软件限制，不占用系统资源，对工作站无特殊要求。但必须安装专门的硬件控制台和硬件控制卡进行控制信号的切换，使用专用电缆传输多媒体信号，而且多媒体音、视频传输网络必须单独布局，一般为总线型，一段信号线出现故障，整个网络瘫痪，难于维护，并且升级困难。随着计算机产品的更新换代，硬件产品在几年后可能就走向淘汰的命运。投资得不到很好的保护。（2）软件和硬件组合方式。这种方式采用传输硬件和操作控制软件组合，窗口式人性化的操作界面，易学易用，系统容易升级，虽然需要占用一定的系统资源，但对工作站要求也不高。与纯硬件方式相同，多媒体音、视信号通过专用电缆传输，网络布线也同样复杂，硬件维护也同样困难。另外，对硬件控制卡操作的控制信号传输以及其他功能的实现如网络考试，必须通过局域网，因此对网络的依赖性比较大。（3）纯软件方式。这种方式采用专用软件实现多媒体信息的传输，易于升级、拥护介面友好、功能强大、易于管理、容易扩充、价格便宜、性能稳定。但需要占用一定的主机资源，对工作站的要求较高。并且多媒体音、视频信号完全通过局域网传输，对网络带宽的要求很高，对网络的可靠性要求比较高。鉴于以上分析，我们在具体的实践中，使用了北京中育公司的软、硬件结合产品中育多媒体教学系统和南京远志公司的纯软件产品LanStarVc3.0多媒体教学系统。其共同特点如下：（1）学、教并行。独创的视窗接收广播方式，一改传统教学模式中学、教分离的模式，使学生可以在接收教师屏幕广播教学的同时，边学习边操作练习；（2）影音传输实时、同步、效果好。顶尖的音视频处理技术和独特的动态频道分配模式，改变了一般多媒体教学网软、硬件产品对网络带宽的过分依赖，完美实现多媒体教学；（3）教师机和学生机可双向控制，实现手把手教学和学生代课示范；（4）屏幕实时同步监看，轻松掌握学习效果；（5）真正的完全任意分组，各组互不影响，组内可实现各种教学；（6）网络画板可实现网上论坛。网络控件同步操作技术，使多人同在网上实时操作网络画板，进行交互演示讨论；（7）高可靠性、高稳定性、高实用性。由于这两种产品的实现方式的不同，其主要区别如下：（1）对工作站软、硬件配置要求不同，以软、硬件结合方式实现的中育多媒体教学系统，对工作站要求不高，在硬件上可以实现对学校原有旧机器、老设备进行改造，在软件上提供支持Dos、Win32系统的应用软件。而纯软件方式实现的LanStarVc3.0多媒体教学系统，对工作站要求比较高，在硬件上CPU必须在CII333以上，内存必须在32M以上，只有这样才能保证对图象、声音、视频等多媒体信息的处理，实现影音信号传输的实时、同步。在软件上，系统的运行环境必须在Win95/Win98以上。（2）对网络的性能要求不同，软、硬结合的中育多媒体教学系统，由于另加一块传输卡，专门传输影音信号，因此占用网络资源相对比较少。尽管也依赖于数据网络，但可以通过简单的端口操作，避开局域网，直接进行视频的接受和发送，进行广播教学。而纯软件的LanStarVc3.0多媒体教学系统中各种音、视频信号全部由网络传输，且还要保证传输的实时和同步，因此对网络的带宽要求比较高，至少是10M网，并且占用比较大的网络资源，完全依赖数据网络，因而稳定性较差，经常出现工作站无辜死机的情况。（3）性能、价格方面，在软、硬结合的中育多媒体教学系统，每台工作站都必须另加一块传输卡，即使现在价格下降了，也还需要400元左右，而且随着工作站数量的增加，以总线结构连接的影、音信号传输网络，不可避免的会出现大量的信号衰减，图象质量受到明显的影响。而在纯软件的LanStarVc3.0多媒体教学系统中，价格比较便宜，且各种数据传输中衰减非常小，图象效果相对比较好，当机器性能和网络性能比较高时，完全可以实现音、视频传输和播放的流畅。2.3 多媒体网络教室的系统配置多媒体网络教室应以现有的计算机房或新建的计算机机房为基础，建立局域网，同时增加多媒体信息I/O处理、传输等功能。网络多采用星型拓扑结构的快速以太网，结构如图1所示：图1 多媒体网络教室的结构网络教室建成后，一方面可利用已有的校园网，实现多媒体网络教室、普通多媒体教室、图书馆、机关办公室、教研室等单位的互连，构成一个完整的多媒体教学网络。在校园网上教职工及学生都能共享信息、交流信息，并通过网络的代理服务器实现对INTERNET的访问。另一方面也可以简单的以教师机为代理服务器，通过MODEM或ISDN连接到广域网上，实现对INTERNET的访问。（1）多媒体网络教室的硬件配置 计算机：为了有效地实现交互式多媒体教学功能，组建计算机网络的计算机的配置应相对较高，最好选用Pentium机系列，内存在16M以上，学生用机既可选用无盘工作站形式，也可配备硬盘；教师用机和服务器可选用PII系列计算机，内存应在64MB以上，硬盘容量应在6.4GB以上。 网络设备：为了实现多媒体教学的实时传输，一般选用10/100MB自适应网卡，网络连接线可选用五类或超五类非屏蔽双绞线，网络连接器可选用100/10MB自适应HUB或Switch HUB。 必备的辅助设备：如选择纯软件方式实现的多媒体教学系统，每台工作站必须配置声卡。教师机声卡可选用Creative的Sound Blaster系列的32位全双工声卡，学生机可选用普通的16位声卡；在选择软、硬结合的多媒体教学系统，每台工作站都必须另加一块传输卡和专用的传输电缆配件。为了保证工作站中硬盘资料快速恢复或再生，免受病毒及破坏性操作危害，保护卡也是必备的设备，如远志32位智能硬盘还原卡。 可选的外围设备：能够向计算机提供视频信号和声音信号的录象机和摄象机，加之用于视频信号采集和转换的视频卡，可以方便系统获取外界的视听教学素材。实物投影仪能将文本图片实物或模型、 胶片显微等转换成可用的教学题材，对于讲解物体的结构与原理内容有很好的效果，并能节省课前准备时间。目前常选用SONY产品。大屏幕液晶投影仪可以将计算机的显示输出信息投影到大屏幕上，为学生提供较好的视觉效果。目前该类设备可选的种类较多，如：SONY、National等。为了能使教室内的每位学生均能感受到较好的音响效果，网络多媒体教室一般应配备相应的音响设施，主要包括：功率放大器、立体声音箱等。（2）多媒体网络教室的软件配置 操作系统软件：网络操作系统软件主要选用Windows NT4.0或Windows2000，单机操作系统软件主要选用Windows 98。多媒体网络教室控制软件：根据教室选用的结构，目前常选用的有LanStar、WINSchool或New Class等。 多媒体CAI制作及处理软件：如：AuthorWare 4.0、洪图多媒体编著系统、PowerPoint 97、Photoshop 5.0和3DMax等。 各种学习工具软件：包括：计算机语言类（VB、VC、VFP）、图形处理及辅助设计软件（3DS、Auto CAD等）、办公自动化系统软件（Office 97、WPS 2000等）、计算机网络应用软件（IE4.0、Netscape、Front Page 98、Fox Mail等）。 各类CAI教学软件和其他应用软件。3 多媒体网络教室的应用方式大家公认计算机辅助教学的难点之一是如何创造学生自主学习环境。经验证明，使用多媒体网络教室有助于问题的解决。在多媒体网络教学的环境中，教师可以利用网络的广播功能，通过多媒体教学信息的呈现，完成班级集体授课，也可以通过点对点的操作与学生交流，针对不同程度的学生布置不同的学习内容，并且实施有针对性的辅导，这种师生间的交互作用既有助于构造学生自主学习的环境，也便于收集反馈信息，这些都有助于改善课堂教学的协调性与适应性。3.1 课堂教学中的应用 课堂教学一般可分为教师讲课和指导学生练习两大方面。教师讲课多是强制性的，要求学生必须听讲，可以通过计算机网络环境的一对多广播操作来实现。在广播教学模式下，所有学生的键盘被封锁，学生操作被强制性地中断，然后教师通过多媒体网络教学软件将自己屏幕上的教学信息实时地传递到各个学生机，学生机屏幕上的显示内容与教师机同步。使用这种实时传递屏幕的方法，可同时满足实时性和强制性的要求，很方便教师讲课。教师指导学生则是一对一的过程，它不仅要求学生在练习过程中能向教师提出问题，而且要求教师能对不同程度的学生布置难度不同的学习内容，并且能够及时提供指导意见，这种一对一的过程在网络中可通过点对点的操作来实现。在个别指导的教学模式下，教师可以选择需要指导的学生机进行查看和辅导。进行指导操作时，不仅要求学生机屏幕上的内容能在教师机上显示，而且要求教师机能实时地将指导信息传递给学生，这样在教师的指导下，学生机屏幕上的内容能发生相应的变化。利用多媒体网络教学系统提供的键盘与鼠标交互功能，提供的师生文字、语音的交谈功能，很方便教师指导学生。综上所述，多媒体网络教室的优势在于形成课堂教学的闭环结构和具有个别化教学的能力，而这两点正是传统课堂教学所缺少的。3.2 在多媒体辅助教学中的应用多媒体教学系统可存储和传播大量信息，多媒体的教学设计配合多感观的学习，不仅大大提高了教学密度，而且由于符合认识规律，必然加速学习进度，促进学生对知识的理解和记忆，激发学习动机，从而提高学习效率。常见的教学媒体使用方法有以下几种：（1） 积累资料法，平时将与教学有关资料(包括背景材料)以多媒体形式存入电脑，教学时根据需要选择其中的一二个镜头或片断在课堂上播放. （2） 再现过程法，把教材中的复杂过程通过多媒体形象地展示出来，以帮助学生理解。（3） 控速展示法，把漫长的过程快速地展示出来，或是将稍纵即逝的过程慢速地播放出来，其中可以使用定格技巧。（4） 动态展示法，教材中有许多静态图形图象，其中隐含运动变化的因素，揭示图形图象的丰富内涵，使其动态化(二维三维动画或图形图象变换)，以便全面深入地揭示事物的本质。（5） 创设情境法，借助多媒体技术，创设教学情境，引导学生进入意境，将教学引向深入。（6） 激发兴趣法，利用多媒体直观形象丰富多彩的特点，进行多感观的学习，激发学生的兴趣，启迪学生的智慧。多媒体的使用应注意针对性和适度性，切不可滥用。虽然多媒体技术以其声画并茂，形象直观吸引着学习者，正确运用多媒体技术会提高教学效率。但是，视听的形象直观也会给学生带来消极影响。心理学研究表明，在教学过程中当学习者持续注视屏幕画面时，头脑活动会减慢 (二十分钟后脑电波呈现大脑活动趋于睡眠状态)，思维受屏幕内容的抑制，教学中过度运用多媒体技术会使学习者主动性降低，想象力和抽象思维能力减弱，课堂教学如何合理运用多媒体技术，是我们面临的新问题。3.3 在网络教学中的应用网络环境下的自主学习比传统课堂教学更能促进师生之间的交流与合作，这种新的教学模式会促使教师的观念和行为发生深刻变化，教师们会感到自己更多是一个管理者和引导者，而不是说教者，这就从根本上改变了传统的师生关系和交往模式。多媒体网络教室在实施的网络化教学中，主要由提出任务、创设情境、自主学习、协作学习、意义建构五个环节组成。实现过程的结构图如图2所示。 图中的教学过程为：图2 （1）提出任务：分析教学目标，确定学习内容，提出本课或本单元要完成的任务，以任务为中心组织课堂教学，学生通过学习操作实践去完成任务。教师提出的任务的难度应以大多数学生能通过为宜，并应具有层次性，以适应能力不同的学生。（2）创设情境：情境是指使学生进行意义建构所需要的外部学习环境。在该环节中，教师要创设与当前学习主题相关的情境，并提供相应的网上资源和支持，营造学生主动学习的良好氛围。 （3）自主学习：在这环节，学生可根据自身的水平，寻找适合自己能力的学习起点、学习任务的难度、学习资源及学习目标，扩大学习活动的自由空间，解决个体差异的需求问题，使每个学生的潜能得到最有效的开发。在这一环节学生学习主体的作用得以充分发挥，学生有多种机会在可控制的情境下去应用他们所学的知识，并能根据自身行动的反馈来形成对学习内容的认识和实施完成任务的方案。在自学过程中学生如有困难和问题，教师要有意识让学生利用在线帮助去寻求解决问题的方法，培养学生探索软件功能的能力，或通过网络功能控制学生屏幕，与他进行双向交流和辅导。（4）协同学习：教师根据需要将学生分组，组内多个学生针对同一学习内容彼此交互合作与支援，对问题解决方案进行探索，共同完成学习任务，达到对教学内容比较深刻的理解和掌握。在这一环节，教师可以利用网络的群组功能，组织学生使用Internet及教学资源中心的网络资源，开展小组合作探索、协商讨论、模拟通讯等学习。也可以安排各个小组在网上搜集资料，讨论分析完成任务的可行方案，共同协作完成学习任务。在这个过程，学生商讨制定解决问题完成学习任务的计划，互相交流学习心得、交流使用软件的各种技巧，既在小组内合作学习，也在小组之间进行合作，小组成员在亲和、协商、讨论、认同、感染中获得最有效的学习效果。此环节可培养学生的团队精神和协同解决问题的能力。（5）意义建构：意义建构是学习过程的终极目标，所要建构的意义是指知识或学习主题的意义，即事物的性质，规律以及事物之间的内存联系。在这个环节，学生根据教学目标的要求，汇报学习成果并进行总结评价。在教师指导下学生归纳总结正反经验和知识的规律性，把所学知识同已有知识结构重构，促进知识迁移。（6）反馈调控：最佳的网络化的学习进程，应是在网络学习的空间，从起点不断向学习目标逼近的一条直线，当学生在学习过程中偏离了学习目标的方向，就应引导他们，拨正方向，实现有效的学习，这就是反馈调控。在网络化学习模式中，构造有教师与学生之间、学生与学生之间、学生与网络系统之间的三个反馈回路，学生根据反馈信息，补充和完善原的的认识，不断修正解决问题的方案，实现有效的调控。 多媒体网络教室代表了电脑教育网络化的发展方向，它涵盖了计算机室、语音室和电化教育视听室的大部分功能，目前已成为现代教育技术的一个重要体现，是21世纪创新和优秀人才首要的和必要的教学认知工具，它的应用，势必会带来