網絡教學系統設計概述

一、

1 需求分析

    從廣義來講，凡是在教學過程中運用了網絡技術的教學活動均可稱之為“網絡教學”，無論你是通過網頁發(fā)布教內容；通過電子郵件與學生交流；通過網絡傳遞視頻信息，將一堂課以多種方式共享給另外一個或多個課堂的樣式；以及基于網絡的任何形式的教學廣播等等都屬于“網絡教學”。

    智能化是多媒體網絡教學向深層次發(fā)展的客觀要求。盡管多媒體網絡教學迅速發(fā)展，大量多媒體課件和多樣化的教學模式被開發(fā)使用并取得較好成果，但人們在開發(fā)使用中發(fā)現，這些系統始終存在一些缺陷：操作過于繁瑣，系統不夠穩(wěn)定，網絡教學過程不夠協調，教學方式不夠靈活，實際達到的下過不佳等等。因而需要未來系網絡教學系統能夠做到：

    1．能夠非常方便快捷的對整個系統進行操作。一般整個系統中與教育相關的部分都稱之為網絡教育資源，包括環(huán)境、信息和人力三大資源。為了能夠設計有效的網絡課程，實施有效的網絡教學，便捷的操作是非常重要的。

    2．能夠穩(wěn)定可靠的長時間運作。教學是一個長期的過程，這就要求整個系統設施都能夠經受長時間穩(wěn)定可靠運作的考驗。同時，擁有一套可行的突發(fā)事件處理方案。

    3．總控中心和各多媒體教室能夠完美的統一和協調工作。其中，總控中心負責整個系統的宏觀控制，同時，各多媒體教室能夠根據自己的需要選擇恰當的教學方式，兩者任何時間均能夠協調工作。

    4．靈活的多樣化媒體表現方式的接入。如教師能夠非常方便的使用自帶的優(yōu)盤、便攜機等接入整個系統進行各種媒體演示等等，同時，方便教師不斷積累教學經驗，并能針對具體情況及時調整系統的教學策略等。

    5．充分考慮對整個教學效果的提高。在整個網絡教學系統的建設中均要能夠考慮考慮到實現友好和自然的人機對話，方便教師對未預期的提問和錯誤能給出合理的反饋操作，學生能夠非常方便的表達自己的思想等等。

    這樣的系統實際上就是智能化的多媒體網絡教學系統�；�于網絡的多媒體教學系統應以智能化網絡和多媒體技術為基礎，當前，多媒體網絡教學系統的研制和開發(fā)已成為網絡教學應用領域中的一個重要的前沿課題。

    諸多資料表明，建設這樣一個現代化的網絡教學環(huán)境，面對復雜的教學軟硬件資源，必須有一套有效的網絡控制系統，才能使得整個系統能夠有序化的工作，事半功倍，真正達到建設網絡教學系統的目的。

2 系統概述

    隨著近幾年教育的不斷發(fā)展，新建校區(qū)和大學城如雨后春筍般發(fā)展起來，多間至數十間多媒體教室的集中控制和管理將成為學校多媒體教學進一步發(fā)展的方向。

    思美特網絡融合控制系統徹底解決了以往中控系統的先天缺陷，通過網絡主機充分實現多間教室的集中控制和后臺管理功能，同時思美特控制系統能夠與其他如安防、辦公以及教務等子系統無縫集成，全面支持網絡教學的各個環(huán)節(jié)，充分利用現有教學資源，為網絡教學提供一體化解決方案。同時，思美特網絡教學系統為“數字校園”建設提供了強大的技術手段。

3 系統設計原則

    1、先進性原則

    系統設計、施工和設備選型遵循先進性原則，能夠使多媒體網絡教室的建設與學校其他系統的建設在技術平臺水平上保持相對的時代同步性，以保障系統的生命周期盡可能地延長；以保證與現有或在可以預見的將來可以采用的設備相兼容。 

    2、資源共享性原則

    網絡教學系統的實質是通過網絡教育信息資源的傳輸和共享來實現教學。建立在網絡基礎上的多媒體系統，把多媒體技術與網絡通信技術緊密結合，大大擴展了單機多媒體系統的功能。它不僅具有各種媒體信息處理和人機交互功能，更重要的是它實現了網上多媒體信息傳遞和多媒體信息資源共享，形成了一種最理想的多媒體網絡教學環(huán)境，代表了多媒體教學應用的最新發(fā)展和必然趨勢。

    3、經濟實用性原則

    系統設計和設備選型應注重實用功能、降低總體投資，求得先進性與經濟性的完美統一，做到設備性能/價格比的最好綜合。從學校教學管理的實際需求出發(fā)，摒棄一切學校不需要的華而不實的東西。 

    4、安全可靠性原則

    系統設計方案要求將人機安全、設備的長期穩(wěn)定運行等可靠性要點，作為系統建設方案的首要設計原則，以保證系統在運行期間，為用戶執(zhí)行安全防范和服務質量管理任務提供有效的技術支持手段，為用戶降低系統運行方面的人工和資金成本。本期建設對前端設備的穩(wěn)定性和可靠性要求非常高，要能夠每周7天，每天16小時不斷工作。對關鍵的設備應提供冗余熱備份，提供各種故障的快速恢復措施，并應充分考慮系統的應變能力和容錯能力。在滿足上述可靠性要求的前提下，應盡可能優(yōu)化方案，減少設備的投資。

    5、操作、維護的簡便性原則

    以提高系統的整體運行效率為出發(fā)點，根據簡便性原則，針對系統內各子系統操作人員的實際情況和實際操作需要，進行信號采集、傳輸和操作控制等各子系統的操作功能設計。 

    6、可擴展性原則

    系統設計和規(guī)劃時必須支持將來的擴容和平滑升級。在保障滿足學校現有需求的同時，為學校將來的系統擴展打下基礎。系統應采用模塊化，并在設備選型方面有一定的可替換性。在系統設計時，要考慮系統對通過光纖網傳輸和通過衛(wèi)星傳輸的兼容性和可替換性。多媒體教育系統應能兼容和支持將來開展的增值業(yè)務；應能支持多種形式的節(jié)目及用戶的管理和控制。

思美特網絡教學系統功能特點概述

二、網絡教學系統功能特點概述

    1 總控中心集中控制和管理

    系統管理人員可以在總控中心根據實際需要直接控制任意多媒體網絡教室的所有系統及環(huán)境設備，包括提前打開各個教室電源、投影、屏幕；根據需要在投影上播放指定的教學片斷以及課后自動延時關閉投影、屏幕和系統電源等，充分實現批處理和操作、大大簡化了管理和維護工作。

    同時，由于采用總控中心集中控制，故有利于整個教學計劃的實施和教學資源的管理，大大減輕了操作人員的負擔，提高了教學效率，增強了整個系統的可靠性和可維護性。

    1.1 總控原理示意圖

圖：網絡教學習系統總控原理示意圖

    1.2 集中控制和管理的優(yōu)點

    公共教學內容充分共享。由于整個教學過程中有很多的內容如科教片、歷史片欣賞，集體收看新聞，學科專家的集中演講廣播等等，均屬于公共教學內容，這一內容直接通過總控中心直接對各個多媒體教室進行音視頻等形式的廣播便可，省確了重復播放和講解帶來的多重教育資源的投入。

    大大降低人力、物力投入。通過使用總控中心宏觀控制每個多媒體教室，只需在總控中心按照教學計劃打開和關閉各個系統便可，如8點上課前，在總控中心提前10 分鐘打開教室門禁系統，然后根據需要依次打開投影設備、屏幕、計算機等，同時調節(jié)燈光、窗簾、系統音量等到預先設置的模式等。這樣，不必為每個教室配備專門管理和操作人員，同時總控中心擁有音視頻監(jiān)視，可以充分把握每個教室的每個環(huán)節(jié)，大大降低了人力、物力的投入。

    宏觀調控，便于整個教學計劃的逐步實施�？偪刂行目梢噪S時了解教學進展情況，管理人員只需要按照教學計劃逐步實施，大大減少了中間環(huán)節(jié)，同時配合教務管理子系統靈活安排和調節(jié)教學計劃，使其始終按照要求進行和發(fā)展。

    大大減少突發(fā)事件和提高故障響應速度。由于科技含量和智能化程度大大提高，整個系統設備的故障率大大降低，同時，由于該解決方案均配置優(yōu)秀的冗余控制方式，任何形式的突發(fā)事件均能夠在第一事件內的解決，不會造成教學的中斷。

    1.3 突發(fā)事件的處理

    總控中心突發(fā)事件的處理。當總控中心設備出現故障，可以使用備用機代替，此時直接通過控制系統切換便可；當總控中心觸摸屏部分出現故障，此時可使用計算機通過瀏覽器直接控制全部設備；當主控機出現故障，只需立即使用備用主控機（可選）便可。

    各多媒體教室突發(fā)事件的處理。一方面直接使用備用解決方案，另一方面直接請求總控中心尋求解決辦法。

    電力事件的處理�？偪刂行臑榱祟A防停電帶來的不便，主要設備如控制系統、網絡監(jiān)控系統建議接入備用電力系統或者配備在線UPS等；同時，由于整個監(jiān)控系統直接可使用備用電力系統，即使教室停電，在總控中心也可以隨時了解各個教室的現狀和進行進一步的處理等。

    2 強大的Web瀏覽和控制技術

    我們整個系統的控制界面可以非常方便的集成到瀏覽器中，使用計算機瀏覽和控制整個系統就像使用觸摸屏一樣簡單和快捷，同時，我們的控制界面支持權限分配和管理，大大增強了網絡控制的安全性。

    3 教學資源共享和監(jiān)視和監(jiān)聽

    為了增強每個網絡教室的靈活性，我們在每個教室增加了12鍵面板，這樣，教室可以直接通過面板控制本教室的燈光、屏幕、窗簾、系統音量；控制投影自行播放多媒體課件以及直接向總控中心尋求幫助等。

    4 子系統常用功能自行管理

    在總控中心可以直接根據教學計劃將相應的教學內容如多媒體課件、視頻片斷等傳輸到各個網絡教室并在大屏幕上顯示，大大降低了整個教學環(huán)境資源的投入，增強了可管理性。同時，由于每個網絡教室的安裝有攝像機和拾音器等設備，這樣，在總控中心可以監(jiān)視和監(jiān)聽任意教室的教學情況，當出現了意外情況，在總控中心就可以在最短的時間內恢復正常。

圖：12鍵按鍵應用示意圖

    5 完整的集成網絡教學平臺

    根據實際需要，該解決方案可以充分集成教學管理、教學資源管理、課程開發(fā)、網絡教學、師生交互、無紙化考試與測評等多方面的功能，可全面支持網絡教學的各個環(huán)節(jié)，為網絡教學提供一體化解決方案。

圖：控制系統支持與其他如教務管理、辦公自動化等平臺的融合

思美特網絡教學系統相關示意圖

三、相關示意圖

1 控制系統設備連接示意圖

    SMARTISYS網絡融合控制技術是融匯當今互聯網技術、通訊技術、控制技術和計算機軟硬件技術領域的先進技術成果，專門用于多媒體控制的新型技術，它舍棄了計算機和網絡技術中諸多繁雜環(huán)節(jié)，取其控制技術之精華，將智能觸摸技術、總線控制技術、無線技術和遠程控制集于一身，形成了簡明精干而功能強大、應用廣泛、接駁靈活的控制技術，實現了簡單、完整的多媒體控制功能。

    思美特控制系統設備連接，使用SMARTISYS控制系統，通過的SmartNet和TCP/IP網絡，可以將您的控制范圍延伸到世界的每一個角落，并且我們提供可視化多媒體控制界面直接控制本地或遠程多媒體系統，同時提供在線管理和維護。

    目前，思美特系統產品因其可靠性高、易用、易維護、功能強大、結構簡單、通用性好、易擴展，在A/V控制領域得到了廣泛的應用。

2 系統連接示意圖

    如下圖，該類解決方案直接使用網絡交換機將總控中心和其他各多媒體教室、應用子系統直接相連，同時支持使用觸摸屏和使用計算機通過瀏覽器等多種方式直接控制。主要使用12寸真彩觸摸屏系列產品搭配新一代網絡型控制主機來完成整個系統的智能控制和主控機的級聯功能。該類系統由于其具有強勁的網絡控制功能，豐富的媒體控制界面、智能控制接口以及系統的易擴展性，被廣泛應用于各種大、中型多媒體網絡教學應用場合。

圖：網絡教學系統連接示意圖