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标题: 清华教育在线网络教育支撑平台的研究与设计 [打印本页]

作者: susanna07 时间: 2009-7-30 21:48
标题: 清华教育在线网络教育支撑平台的研究与设计
清华教育在线网络教育支撑平台的
研究与设计
Research and Design on Web-based Instructional Platform of Tsinghua Education Online
程建钢*
韩锡斌*
赵淑莉*
陈
刚**
马勃民*
杨
超*
* 清华大学教育软件研究中心 E-mail：chengjg@mail.tsinghua.edu.cn
** 清华大学教务处 E-mail：cheng@mail.tsinghua.edu.cn
网络教育支撑平台是实施网络教育的基础环境。本文详细讨论了“清华教育在线”网络教育支撑平台的开发环境和技术路线、设计原则、各个模块的功能和设计思想、以及构建系统的主要技术特点和使用的关键技术。
关键词：网络教育支撑平台 网络教育 教学环境 基于Web
1
引言实施基于Internet的网络教育，需要网络教育支撑平台提供教学环境，包括网络教学支持、网络教育资源库管理、教学管理与评价、系统管理等。
目前在国际市场上已有一些这样的产品，
如LearningSpace[1]、WebCT[2]、TopClass[3]和Virtual-U [4] 等。国内许多公司和学校也正在开发类似的软件[5]，但在国内真正投入应用的系统并不多。
“清华教育在线”网络教育支撑平台是应用教育技术学理论和计算机网络技术构建的一个集教学、教学资源库管理、教学管理与评价于一体的综合性网络教育支撑平台，是清华大学教育软件研究中心近年来的一项科研成果，目前已在国内许多家高校投入实际应用，也获得教育部组织的2001年全国多媒体教育软件评奖网络教育平台类一等奖。
本文将详细讨论“清华教育在线”网络教育支撑平台的开发环境和技术路线、设计原则、各个模块的功能和设计思想、以及构建系统的主要技术特点和使用的关键技术。
2
“清华教育在线”的开发环境和技术路线2.1
开发环境（见图1）

NAS磁盘阵列

支撑
平台
服务器

教材中心服务器

学科网站服务器

BBS

服务器

邮件

服务器

磁盘阵列

数据库服务器

交换机

防火墙

1000M

接校园网

图1 “清华教育在线”硬件配置拓扑结构图

2.2
技术路线“清华教育在线”网络教育支撑平台开发的软件系统采用先进的显示/逻辑/数据处理分离的三层技术架构模型（见图2），基于J2EE规范，使用EJB与Java Servlet控制内部逻辑运算，采用JSP与XML进行基于模板的灵活输出。

XML/ HTML

Applet

客户应用程序

客户

应用程序逻辑

数据

Web
服务器

安全管理程序

错误日志

JDBC

JavaMail

JNDI

RMI

IIOP

图2
软件开发模式图
3
网络教育支撑平台的设计原则“清华教育在线”网络教育支撑平台的设计目标是利用网络技术，根据不同的教学模式、不同教育对象的特点，在各种不同的教学环节中为网络教育提供灵活的、可缩放的、适合于多种层面、多种对象及多种网络环境的交互式教学支撑环境。它的设计遵循以下原则：
（1）遵循以学员为主体，教师为主导的原则，体现现代教育理论的最新思想。基于角色的系统设计体现出学员和教师在教学活动中的不同地位，学员空间为学生构建自主学习的环境，而在教师空间教师通过组织学习材料，实时和非实时的教学辅助手段引导和帮助学生学习。
（2）参照国际国内远程教育资源开发标准，力求教学系统及其资源设计的规范化。网络教学平台、网络课程、网络教学素材的设计充分参考了国内外的相关标准，结合中国教育的实际情况强化了实用性，确保开发的网络教学环境和教学资源符合标准化、适用性、兼容性和可扩展性的原则，并能跨平台应用。
（3）建立完整的教学科研综合平台，突出研究型教学的特点。围绕某一个学科建立完整的供教师和学生进行教学和科研活动的网上环境，解决教学与科研相脱离的状况，突出研究型教学的特点，促进开放式教育体系的形成。
（4）建设丰富而标准的网上教学资源库，支持网络教学的实现。清华大学网络教育资源库建设工程从内容上保障了网上教学活动的开展。
（5）以人为本的个性化设计使用户可以定制界面环境、学习和研究的路线、方式及其资源，使用灵活便捷的个人工具等。
（6）电子校园营造校园文化氛围，满足网络环境下校园社区交流的各种需要，弥补网络环境下校园文化对学生心智健康发展的不足。
4
网络教育支撑平台模块的结构与功能设计“清华教育在线”网络教育支撑平台包括网络教学支持、网络教育资源库管理、教学管理和系统管理四个部分，下面分别介绍各部分的结构和功能。
4.1
网络教学支持系统

学生空间

教师空间

课程教学平台

教师备课系统

实时授课系统

辅导答疑系统

作业评阅系统

虚拟试验系统

学习跟踪系统

远程考试系统

协同学习支持系统

学术活动平台

个人资源系统

笔记本

备忘录

通讯录

个人主页生成工具

电子校园

校园新闻、热点报告、师生沙龙、学生组织、

校园刊物、交流天地……

资源与工具

学术活动

课程学习

课程教学

网络教学支持系统为学生和教师两种角色提供相应的网络教学环境（见图3），实现课程学习和教学。
图3
网络教学支持系统结构图
（1）教师备课系统
为教师提供一个网上备课的环境。教师可以根据实际讲课的情况，利用个人资源库和公共资源库中的教学资源，灵活编制、修改和发布多媒体电子教案。学生可以浏览教师编制的教案。
（2）辅导答疑系统

教师通过答疑讨论室和BBS讨论区解答学生的问题，并将学生经常提出的问题进行整理，予以解答后放入“常见问题库”中供学生查询。为学生提供常见问题查询、智能答疑系统、答疑讨论室、BBS讨论区等四种答疑讨论方式。
（3）作业评阅系统

教师可以布置、批改、统计、分析课程作业，并且能够浏览作业的总体情况。学生可以浏览作业、联机完成和修改作业、联机提交作业，并可以浏览由教师评语与系统分析结果组成的作业分析报告，了解知识点掌握情况。
（4）虚拟实验系统
教师可以布置课程的实验，并且能够对实验结果和实验报告进行批改、统计和分析。学生可以对教师布置的实验进行实验前的预习，可以进行网上模拟实验，还可以在实验完成后提交实验报告。
（5）远程考试系统
教师可以选择人工或智能组卷方式，生成试卷对学生进行在线考试或测验。系统可以自动生成并发布考试试卷，并且能够对考试结果进行批改、统计和分析。学生可以在线查看测试、完成并提交测试，系统提供测试分析报告。
（6）试题生成系统
教师可以在线编辑各种形式的试题，包括单选、多选、判断、问答等题型。教师编辑的试题可以自己使用，也可以共享给指定范围的人员或全部人员使用。
（7）其他辅助系统
课程通知：教师可以随时撰写课程通知并选择适当时间发布。学生能够查阅所选课程的有关通知。
课程介绍：教师可以随时修改所教课程的基本信息和相关介绍信息。学生可以查阅由教师制作生成的课程的基本情况、教学目标、教学大纲、知识结构图以及参考教材等信息。
教师介绍：教师可以使用平台提供的个人主页生成工具制作个人主页，作为个人介绍（如教师的基本情况、教育背景、教学成果、研究领域、、研究成果、学术专着等）供用户查询。
（8）个人资源系统
教师可以使用平台提供的个人资源系统管理自己在平台服务器上的资源。这些资源可能是教师本地机上传的文件，也可能是教师选择的本平台公共资源库中的资源。
（9）我的海报
教师和学生可以在此发布海报，组织各种活动，促进用户的交流。
（10）编写个人主页
这是平台提供的个人主页生成工具。教师可以制作个人主页，在上面发布个人的基本情况、教育背景、教学成果、研究领域、在研课题、研究成果、学术专著、主要兼职等信息。
（11）通讯录
教师和学生可以在平台上建立自己的通讯录。
（12）备忘录
教师和学生可以在平台上为自己设置提醒功能。当指定的提醒时间到达时，用户登录平台就会弹出消息框提醒用户完成某事。
（13）个人信息
教师和学生可以在平台上修改个人信息，以便管理员和用户查阅。
4.2
网络教育资源库管理系统网络教育资源系统由公共资源数据库、个人资源库、资源库控制系统、资源查询系统、教师角色应用接口和学生角色应用接口六部分构成（如图4），其中除了公共资源数据库和个人资源库外，其余模块均提供资源库管理的功能。

个人资源库

教师角色应用接口

资源查询系统

公共资源数据库

上载资源需审核

学生角色应用接口

课件

网络课件、视频流课件、电子图书、电子讲稿、光盘课件等

集成单元

微教学单元、案例、试题、常见问题、名词术语、资料、网址、共享软件

基础资源

文本、图形图像、动画、音频、视频、学科符号、学科基本图形

file:///C:/DOCUME~1/杨青青/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif
公共资源数据库内的资源被系统统一管理，教师无权直接将教学资源上载至该库。同时为了满足教师使用资源的灵活性，教师拥有属于个人的个人资源库，该库内的资源以文件格式存在，由教师自主管理。教师如果需要将个人资源库内的资源上载到公共资源数据库，需要经过管理系统的严格审核，但是可以将公共资源数据库中的教学资源下载到个人资源数库中。这种资源库的结构既保证了公共资源数据库中教学资源的安全和统一，又兼顾了教师个性化资源的管理。
图4
网络教育资源系统结构图
教师可以利用教师接口提供的功能，可以将公共资源数据库中的基础资源按照教学要求进行任意组织，并将结果以电子教案的形式发布给学生，也可以利用集成单元完成特定的教学活动，还可以直接将课件库的各种课件直接发布给学生。学生只能通过学生角色应用接口使用指定资源。
网络资源管理系统只对资源数据库内的资源进行严格管理，不会干涉教师个人资源。
网络资源库管理系统具有审核、添加、修改和删除等功能。在资源库管理系统的管理下，教学资源库会随着教师在教学活动过程中的不断参与，而迅速“成长”丰富起来，从而更好的服务于教学。
4.3
网络教学管理系统教学管理是教学活动的中枢，完整的网络教学管理系统应当在提供教学服务管理这一核心功能的同时，还提供教学分析及电子结算功能，并可与相关的组织机构共享和交换教育信息（如招生信息、毕业生分配信息等），如图5所示。
下面主要介绍系统中的三个主要模块。
（1）用户管理
用户管理的面向对象为学生、教师以及管理员，对用户进行的管理包括用户基本信息的管理维护（包括用户的基本身份信息，奖惩信息，异动信息等）；用户相关应用的管理维护（包括邮箱分配、硬盘空间分配等）；通过与结算系统之间的信息接口接受用户财务信息（包括用户的费用预算，交费情况等）。
用户管理系统同时为教学情况分析与评估系统提供对用户进行行为分析的数据（包括登录情况，操作记录等），成绩分析的基本信息（包括学生的平时成绩，总成绩，群体成绩曲线，个人成绩曲线等）。
（2）课程管理
对课程的管理包括添加修改新课程，制定修改培养计划，设置相关课程的先导关系。在课程管理方面，管理员所管理的部分属于“教学服务管理”的公共信息，教师所管理的部分属于“网络教学”以及“课件制作”的课程和课件信息。
对校际课程的管理包括课程共享管理，培养计划扩展管理（将外校共享课程纳入本校培养计划），使得本校学生可以在多校课程中进行有一定条件限制的选择。对本校及外校共享课程的需求信息分析，为培养计划的调整提供信息。通过对外校学生的行为与成绩分析，调整课程共享目录、互认学分系统等。
（3）成绩与公共信息管理

管理员

学籍管理

教师管理

角色

管理项目

关系

对象

新用户

课程管理

课程

教师任课

公共信息管理

教师

学生

成绩管理

电子结算系统

相关教育机构和组织

教学情况分析评估系统

培养计划

学习计划

学生选课

学生成绩

成绩管理模块主要管理学生当年及历年成绩报表，学生成绩单等报表，学生成绩录入与修改的时限等。公共信息管理的功能为发布、管理、维护和查询教务公告、部门间报表通信等。

图5
网络教学服务管理系统基本元素关系图
4.4
网络教育系统管理为了使网络教育支撑平台安全稳定地运行，需要对整个系统进行日常维护。这种维护由系统管理员来完成。
系统管理主要包括用户管理和论坛管理。用户管理的主要功能包括用户权限管理、添加用户和统计用户信息的功能；论坛管理的主要功能包括消息管理，分类管理和为课程分配新的论坛。
5
网络教育支撑平台的主要设计特点和关键技术5.1
主要设计特点（1）教师自主设计教案：教师可以根据授课的实际需要，利用教学资源库的素材和自己的教学资源，在线编写自己的HTML化的教案发布给学生。教案支持文字、图形图象、动画、视频、音频等多种媒体形式，使教师可以充分利用多媒体技术改善教学效果。
（2）教师个人教学资源与公共教学资源的结合：构建基于XML技术的标准化教学资源库，该资源库包括课件、课程素材、案例、试题、资料、公共素材、网址资源、共享资源、共享软件等，弥补网络资源匮乏的不足。教师可以根据教学需要从公共资源库提取需要的资源，实现网络教学资源利用率的最大化。同时教师也可以将自己的教学素材共享到公共资源库，进一步丰富网络教学资源。
（3）构建学术活动平台：学术活动是大学本科和研究生进行研究型教学的重要环节，是提高学生学习兴趣，激发学生创新能力的有效方式。构建学术活动平台能够为学生进行学术交流和学术研究提供网络支持环境。
（4）以知识点为核心组织网络教学：以知识点为核心组织网络教学突破了传统教学以章节为主线的教学方式，有利于教师准确评估自己的教学效果，有利于学生对知识的准确把握，有利于网络教材的编写制作，同时为建立智能化的学习跟踪、智能答疑提供了基础。
（5）自适应的学习机制：根据学生浏览课件的情况，比如哪种知识点看到多，哪些知识点看得少，哪些页面浏览时间长，哪些页面浏览时间短，就可以判断出学生背景知识水平，知识点的掌握情况，个人的学习能力强弱。根据这些判断的结果动态调整教学资源链接，提供最适合个人的学习资源，达到最佳的教学效果。同时为学生提供方便的个人资源管理工具，使学生能够根据自己的需要组织自己的学习资源，与教师提供的资源形成互补，激发学生自主学习的兴趣，发挥网络教学的优势。
（6）智能答疑系统：系统可以方便快捷地解答学生的问题，同时结合知识点的结构分析学生问题的分布情况，指导教师采取进一步的辅导措施。教师可以根据自身教学的情况调整知识点的结构。
（7）对象的行为跟踪：教师通过查看学生的在线学习记录，能够了解到学生的学习情况，比如学生的自测情况，学生实验的完成情况，作业、测试成绩等，使教师可以方便准确的评估自己的教学效果。教师还可以根据学习跟踪掌握学生在线行为，引导学生正确合理利用网络教学资源。教务人员也可以通过该系统了解教师的教学情况，评估教学质量。
（8）学生自我测评：学生可以随时向系统发出申请，系统根据学生申请的难度要求和学生学习的范围生成相应的试卷。学生完成试卷后系统自动批阅试卷并将批阅结果返回给学生，使学生能够看到哪些知识点存在不足，以便在后续的学习过程中作相应的调整。
（9）远程考试系统：教师可以选择人工或智能组卷方式，生成试卷对学生进行在线考试或测验。学生的考卷经系统自动评分后存入成绩库，教师可按需要获得各类统计分析信息。
（10）试题生成工具：教师可以在线编辑各种类型试题，包括单选、多选、判断、问答、论述等题型。教师编辑的试题可以自己使用，也可以共享给指定范围的人员或全部人员使用。
（11）先进的网络教学管理系统：以教学服务管理为核心功能，同时提供教学分析和电子结算功能。模块化设计便于不同部门构架适于自己的管理系统，通用标准数据交互为校际管理提供透明交互操作，教学行为分析与数据挖掘为网络教学调整管理提供反馈数据。
5.2
关键技术（1）应用XML技术进行网络教育的标准化研究和规范建设，以便和其他系统的信息共享。
（2）基于J2EE标准构件的网络平台，采用客户端、逻辑处理、数据库的三层结构，实现跨平台使用，适应不同类型软硬件环境。
（3）基于企业级服务器，采用Solaris+Java+Oracle软件环境，保证超高流量下的访问质量和效率。
（4）采用面向对象的设计思路，引入UML技术进行全程建模，使升级、维护更为方便。
（5）采用积件式、模块化设计，能够针对不同的要求整合具有个性化特点的网络教学系统。
（6）采用先进的B/S（Browser /Server）结构，客户端只需通用的Internet浏览器即可。
（7）采用防火墙、用户身份认证、S S L、用户信息库安全保障和备份等多种网络安全措施，确保系统安全。
（8）采用流媒体技术，实现视频、音频与H T M L多媒体内容的同步。
（9）采用网络公式技术，方便的网络公式编辑工具可以使用户在教学过程中方便的书写公式，并可以将公式存储为个人资源，以便重复使用。
（10）采用协同学习的支持技术，可以根据不同的教学模式、不同的教学对象，在各个教学环境中为网络教育提供灵活的、可缩放的、适用于多种层面的协作学习支撑环境。
（11）采用数据挖掘技术，在大量的教学信息的基础上，利用数据分析和挖掘工具，开发教育行为分析工具，指导学生学习和教师教学，提高远程教育的质量。
6
结论网络教育支撑平台是实施网络教育的基础环境。“清华教育在线”网络教育支撑平台依据教育技术理论和网络技术为实施网络教育构架了一个集教学、教学资源库管理、教学管理与评价于一体的综合性网络教育支撑环境，在实际应用中取得了良好的效果。
参考文献[1] LearningSpace. http：//www2.lotus.com/home.nsf/ welcome/learnspace. Lotus公司.
[2] WebCT(Web Course Tools). http：//homebrew.cs.ubc.ca/Webct. 英属哥伦比亚大学计算机科学系.
[3] TopClass. http：//www.wbtsystems.com，WBT System公司.
[4] Virtual-U. http：//virtual-u.cs.sfu.ca/vuWeb. 加拿大Simon Fraser大学.
[5] 新叶网络教学平台. http：//202.112.88.32/aboutvclass/index.htm. 北京师范大学现代教育技术研究所.
The instructional network platform is a fundamental environment for Web-based education. This paper discusses several key topics for developing the Web-based instructional platform of Tsinghua Education Online. These topics include hardware condition，software tools and developing mode used to build the platform，principles for designing the platform，structure，function and design ideas of software modules，main features of the platform and key computer techniques for developing the platform.
Key
words：Instructional Network Platform Distance Education Instructional Environment Web-based

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