基于互联网的现代远程教育系统及其功能

付建清

（福州职业技术学院现代教育技术中心，福建福州350108）

基于互联网的现代远程教育系统及其功能

付建清

（福州职业技术学院现代教育技术中心，福建福州350108）

互联网的不断发展和成熟，为现代远程教育提供了技术保证。本文探讨基于互联网技术的现代远程教育系统的构成和主要功能。

远程教育；传输网络；教育资源

一、概述

随着互联网的迅速崛起以及网络课程的逐步普及，远程教育作为课堂教学的有效形式，越来越引起人们的重视。远程教育系统不仅吸取了传统教育的所有优点，同时也克服了时间、空间和财务上的限制，广泛应用于提高城市和农村教育水平，以及教师及行政人员的培训。远程教育是集图像、语音、数据与视频为一体的多媒体通信业务，通过电信网向位于两点或多点的教学点传递教学信息，实现教师与学生面对面的沟通，打破时空局限，实现千里对话如同亲临其境的临场感觉。其特征是：首先，教师和学生是分离的，学生与学生多数情况下也是分离的；其次，语言、图像、文字、数据、动画等教学内容实时授课有多种传播手段；第三，教师在教学活动中的地位和作用发生变化，学生成为教学活动的中心，自主学习；第四，远程教学系统是一个开放的交互式的教育资源共享系统。

二、系统构成

1．组网方式

远程教育是利用现代信息技术，建立在现有通信网络基础上的一种全新的教育模式。它不同于会议电视系统，会议电视主要是传输语音和图像，以语音图像交互为主，而现代远程教育除实现语音图像交互外，还需进行白板交互和数据交互。

远程教育组网方案如图所示，它由传输网络、终端设备和教学资源三部分组成。该系统可以分为两个层次：校园中心网络和二级分校、联网院校的校园网。在中心校园网内布置3～4个多媒体教室，每一个教室放置一套会议型视频系统，同时在网管中心放置视频多点控制器(MCU）、网关及其教学资源等设备。在二级分校、联网院校内布置一个多媒体教室，根据学生及学校规模放置一套会议室型视频系统或桌面型视频系统。同时，所有的视频终端都可以引一路视频信号进入多媒体教室的投影机，这样可以通过投影幕投影出远端的视频信息。整个系统运行在校园中心网络及各下属分校的IP局域网上，各局域网经ISDN或PSTN网相互接通。这样各个校区的终端之间可以通过MCU开展全交互式的远程教学。在进行远程教学时，当主持课程的教室进行多点广播时，任何一个教室都可以加入，且可以通过请求来进行交互。

图 远程教育组网方案

通过这种远程教育组网方案，可以实现实时交互式授课、远程专家授课及讲座，通过存储在多媒体服务器上的课件进行非实时授课、自学以及网上考试等多种教学方式，在校园网建设中广泛应用。

2．远程教育传输网络

远程教育传输网络系统发展从技术角度上讲大体经历了以下几个阶段：基于PSTN的电话网；基于专线、专网的系统和基于Internet的集多业务种类为一体的系统。

现代远程教育系统中的传输网络有多种模式可供选择，应根据各地各部门情况择优确定。最常用的有异步转移模式（ATM）网、数字数据网（DDN）、帧中继网（FR）、因特网（IP）、卫星网（VAST）等。

（1）利用ATM组建远程教育网

1）ATM是一种较新型的单元交换技术，采用53字节固定长度信元交换来替代传统的包交换。信元交换将一个简短的指示器称为虚拟通道标识符，并将其放在TDM时间片的开始，从而使得设备能够将比特流异步地放在一个ATM通信通道上，使得通信变得能够预知而且持续，主要用在视频和音频上。

由于ATM采用统计复用技术，所以它具有电路交换延时和延时抖动小的优点，又具有普通分组交换网络资源利用率高的优势，很适合开展实时性要求高的业务类型，远程教育就属于这种类型。

2）ATM网作为远程教育的传输网，对H.320系统，编码器E1端口连接ATM的电路仿真E1端口，传送实时音频信息；对H.323系统，接入ATM网络，利用ATM速率快的特点，借助于IPOA或LANE技术实现LAN的高速互连，传送音、视频和数据信息。远程教育租用ATM电路费用较低，电路利用率较高。

（2）利用DDN组建远程教育网

数字数据网（Digital Data Network，DDN）利用光纤、数字微波或卫星等数字传输通道和数字交叉复用设备组成，为用户提供高质量宽带的数据传输通道，传送各种数据业务。其特点是传输延时短、质量高，路由自动迂回，实现全透明传输，可支持数据、图像和语音等多媒体业务，可选速率从2.4～2048kbit／s。DDN数字数据网在我国已广泛应用，覆盖区域广，配套设备比较完善，非常适合于远程局域网间的固定互联，远程教育中各教室的终端设备接至本地的DDN，接入速率有N×64kbit／s（N=1～31）不等。数字数据网是透明的传输网，在远程教育中最小的接入速率为384kbit／s，若同时还有电子白板，速率还要更高。由于DDN对用户来说如同专线一样，无论是否使用，都被视为用户占用，费用较高。但DDN的安全可靠性和延时短的特点，使其在远程教育中也得到广泛使用。

（3）利用FR（帧中继网）组建远程教育网

以FR为传输网的远程教育工程设计中，各教室编解码器通过接入设备，如路由器、网桥或帧中继拆／装设备等接入帧中继网络的节点交换机。

帧中继具有安全、可靠、延时短、网络开销小的优点；支持多点互联，各节点间采用PVC线路连接，网络利用率高。

（4）利用Internet组建远程教育网

Internet具有其他网络无法比拟的开放性、方便、价廉的优势，但也存在着安全性不够理想、QoS（服务质量）无法保障等缺点。目前Internet在远程教育中主要用来实现学生自主学习、考试系统和教师答疑等。学生只需一台终端，在任何能够接入Internet的地方，通过调制解调器连接远程教育网站，可查找课件、作业批改、考试、发布通知、BBS讨论、IP电话实现面对面答疑等。

虽然Internet存在很多缺陷，但是，在现有IPv4网络上开发的资源预留协议（RSVP）和实时协议（RTP）给予Internet较好的服务质量保证。同时，IETF公布的IPv6，使Internet具有支持实时业务功能、增强IP层的安全机制。另外，随着H.323标准的日渐完善，Internet以其具有较高的灵活性和建设的简便性，将是现代远程教育实时授课系统今后的发展方向。

对于桌面系统，只需将多媒体PC通过调制解调器接入Internet；对于教室型远程教育系统，通过编码器的E1端口接入Internet，不同系统的终端之间依靠网关进行通信。

（5）利用VSAT组建远程教育网

卫星通信特别是VSAT具有覆盖面广、建设方便等优势。工程设计中，只需安装一副天线即可接入VSAT远程教育网。但是采用卫星传输，其图像和声音质量不太理想，传输误码率较高，传输延时较长，图像易出现马赛克现象。

卫星在远程教学中的应用主要有两方面：一是利用卫星的宽带广播功能开展以图像和声音为主的单向教学活动。这种方式在早期的单向广播教学中有较多的应用，但无法满足现代远程教育中实时授课的要求。二是利用卫星电路实现数据的交互，比如利用卫星电路实现局域网互联。使分布在各地的终端通过地面站（卫星接收站天线）与主站的局域网（LAN）上的终端（计算机）进行通信。

三、功能设计

现代远程教育系统从功能上分为授、听课系统、学生自主学习系统、答疑系统、作业与考试系统、教学教务管理系统五大系统。

1．授、听课系统

授、听课系统的功能就是通过现场讲授向学生传授知识。从传输系统上分为双向系统和单向系统两类。双向系统就是教师和学生能进行声音、图像、白板、数据等的交互，教师和学生互问互答，如同在一间教室内。单向系统就是教师讲、学生听的广播式教学，教师的图像和声音能传送到学生端，而学生的一切，教师无所知晓。也可采取网上直播和点播方式：

（1）网上课堂直播或会议直播：可以将课堂内容，包括声音、图像、教师计算机屏幕、教师板书内容等四路数据，同时进行直播（学生端能同时看到三个画面，听到声音）。

（2）网上课堂点播：可以将教学或会议内容在直播的同时记录在服务器上，供事后点播使用。

教师授课分为语言教学、电脑教学、图文教学、电子白板教学和教师图像教学五种方式。

1）语言教学

教师在台前用无线传声器，将讲话声音转变为无线电波传出，经接收机接收变成电信号传给编解码器后传输到听课教室。教室里的学生可直接听教师的语音或从扩音机传出的声音。

2）电脑教学

教师将所讲的内容、图形、符号等输入电脑中，将电脑接到VGA—TV数／模转换器上，输出模拟视频信号，为方便教师监视是否有信号输出及播放效果，接一个视频二分配器，其中一个端子接监视器，监视课件情况，另一个端子接到编解码器（CODEC）上，供学生观看。

3）图文教学

教师将准备的课稿做成底片或现成文件，放在图文摄像机平台上，调整照明和聚焦，摄像机工作，视频信号经过切换器输出，再经视频分配器，一路接监视器，供教师观看，另一路接编解码器，供学生观看。

4）电子白板教学

远程学生计算机的“教师白板”区域，完全跟踪教师一笔一画的板书过程，支持教师在有学生的场合在普通白板上进行板书，或者在没有学生的场合直接在普通纸上进行板书（这样摄像机可以固定不动对准教师，提高录制效率）。

教师使用选好的颜色笔在电子白板上写画，所写内容经电子白板RS-232端口输出到编解码器经传输至听课教室，经数模转换投影机投影到电子白板上，供学生观看。如学生有异议时，可在电子白板上书写，反传到主教室电子白板上，供师生讨论。

5）教师图像教学

教师在讲台上活动范围较大，靠一般摄像机难以捕捉，只能用特殊跟踪摄像机，通过教师跟踪图像识别系统控制摄取教师的行动、表情。然后经视频切换器、视频分配器输出。一路接监视器，供教师观看图像的好坏，另一路接编解码器，供学生观看。教师图像教学在授课过程中能取得较好的教学效果，而在一些特殊的人群中教师的图像是至关重要的，如聋哑学校。

2．学生自主学习系统

学生自主学习就是学生利用现代远程教育系统中的教学资源进行自主学习。现代远程教育系统几乎都是学生自主学习系统。通常由教师或专业人员将学科内容和图书资料精心制作成多媒体形式的电子教材，称为课件，放在专门的服务器上，学生可随时随地通过网络访问这些电子教材，即视频点播（VOD），实现自主学习。

3．答疑系统

答疑系统主要功能是解答学生在学习过程中遇到的问题，同时检查学生学习的效果。

（1）多媒体交互答疑模式

答疑系统包含双向单工音频、视频，单向电子笔板书，单向计算机白板等三路单向数据流和一路双向数据流。学生在平常上课的时候，可以通过语音及文字的方式向授课教师提问，这些问题将依次送给授课教师。该交互系统支持多个学生同时提问，但不支持将多个学生声音进行混音，不同学生的语音将被严格分开，并被排队后送给教师，教师可以视学生的名字决定是否聆听他／她的问题，也可决定是否回答某个学生的问题。独特的答疑模式，能有效地避免个别学生上课捣乱（这个功能在网络答疑时尤其重要），也可让教师回避某些暂时回答不出的问题，避免出现尴尬局面。

（2）课堂答疑和课后答疑

1）课堂答疑是教师讲课时学生若有问题，先按请求发言键，得到教师的许可后，摄像机对准发言学生，经视音频切换器至编解码器，再经多点控制单元切换给所有授、听课教室，师生都能看到该学生图像，听到他的讲话，教师回答所提的问题时，所有多媒体教室都能看到教师的图像，听到教师的声音。

2）课后答疑有两种方式，即面对面式和背对背式。所谓的面对面式，就是在授、听课教室安装的多媒体PC机（在PC机上加摄像机、视频卡、传声器、音箱、音频卡等）和听课教室的多媒体PC机之间进行通信。有疑问的学生通过多媒体PC机按确定的网址寻找教师的多媒体PC机，这样学生和教师之间相互交流，既能看到彼此的图像也能听到声音，学生问，教师答。所谓背对背式，就是有问题学生通过PC机或电子信箱提出问题，教师通过PC机或电子信箱做出回答，教师与学生之间看不到图像，也听不到声音，达不到图像和声音的交互。在远程教育中由于教师和学生、学生和学生是分离的，所以必须有答疑系统。

4．作业与考试系统

作业与考试系统主要负责学生作业的布置、提交和批改以及学习效果的测试。包括公布作业、提交作业和批改作业。作业可以当堂公布，也可以在网页上公布，或利用电子邮件直接发送到学生的信箱中；学生完成作业后，可以将其发回给教师，也可以由当地听课教室管理人员集中后特快邮寄给教师；同样，教师也可以用同样的手段将批改后的作业再邮寄给学生。

5．教学教务管理系统

教学教务管理系统的主要功能是对学生注册、课程设置以及毕业情况等进行综合管理。建立学生数据库，包括所有已注册学生的基本情况，诸如姓名、性别、年龄、专业、课程(包括已修课程和在修课程)、相应课程的学分、已修满的学分、学生交纳的费用等资料，在信息系统页面上应提供在线注册界面等。学生数据的管理中还包括学生学位证书的管理。☉

[1]丁兴富.远程教育的实践发展和理论成熟[J].现代远距离教育,2007(1).

[2]何守才.网络通信技术应用大全[M].上海:上海科学技术文献出版社,2005.9.

（编辑：隗爽）

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