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優(yōu)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)媒體，促進(jìn)現(xiàn)代教育科學(xué)試驗(yàn)研究
優(yōu)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)媒體，促進(jìn)現(xiàn)代教育科學(xué)試驗(yàn)研究<內(nèi)容提要> 在教學(xué)改革的大潮沖擊下，全國(guó)各地積極地開(kāi)展現(xiàn)代教育科學(xué)研究。因此，配備先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化教學(xué)設(shè)備，提高教學(xué)效率已是當(dāng)務(wù)之急。本文主要論述如何采用最佳的方案，實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)化，達(dá)到促進(jìn)教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)的目的。 近幾年來(lái)，我校開(kāi)展了多項(xiàng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)漢字編碼技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)等為手段，把各科教育與計(jì)算機(jī)教育融為一體的現(xiàn)代教育改革試驗(yàn)研究。提倡教師開(kāi)展積極開(kāi)展以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)教學(xué)模式研究。也就是說(shuō)，既強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知主體作用，又不忽視教師的主導(dǎo)作用。教師由傳統(tǒng)的講解者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動(dòng)的組織者、指導(dǎo)者，學(xué)生由被動(dòng)地學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地參與學(xué)習(xí)。這種教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)教學(xué)資源的需求是極其迫切的，作為教師傳授知識(shí)的手段、方法的教學(xué)媒體，已經(jīng)要求用來(lái)作為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境、進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)和會(huì)話交流的主動(dòng)學(xué)習(xí)、協(xié)作式探索的認(rèn)知工具。 因此，學(xué)生所使用的計(jì)算機(jī)必須能滿足學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)需要，進(jìn)行瀏覽有關(guān)多媒體視頻、音頻資源，自由閱讀服務(wù)器上的多媒體光盤(pán)軟件，達(dá)到學(xué)生與學(xué)生，學(xué)生與教師之間能夠進(jìn)行互動(dòng)操作的目的要求。 我校早在1994年就已經(jīng)擁有兩個(gè)電腦網(wǎng)絡(luò)室共90多臺(tái)電腦，并利用當(dāng)時(shí)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)學(xué)科等的教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)，在全國(guó)、省、市各級(jí)取得過(guò)優(yōu)異的成績(jī)。然而，這套系統(tǒng)對(duì)于多媒體信息僅僅局限于教師的單向控制，學(xué)生要觀看多媒體軟件資料，都必須在老師的統(tǒng)一控制下集體或個(gè)體輪流進(jìn)行，學(xué)生的學(xué)習(xí)歸根到底始終還是掌握在老師的控制之下，學(xué)生無(wú)法自由進(jìn)行無(wú)法進(jìn)行真正的自主探究、互相交流，難以體現(xiàn)學(xué)習(xí)者的主體作用，也就無(wú)法跟上發(fā)展的需要。 因此，如何進(jìn)一步優(yōu)化計(jì)算機(jī)媒體資源，建設(shè)先進(jìn)的寬帶高速多媒體互動(dòng)型校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就成為了我校開(kāi)展現(xiàn)代教育科學(xué)研究試驗(yàn)，促進(jìn)課堂教學(xué)改革的關(guān)鍵基礎(chǔ)所在。 校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置。 1、校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的難題 1995年國(guó)際電氣電工協(xié)會(huì)IEEE正式頒布802.u快速以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加上主要網(wǎng)絡(luò)廠商3COM、BAY、CABLETRON、CISCO、IBM和INTEL的支持和推動(dòng)，100兆快速以太網(wǎng)迅速流行，成為了目前高速局域網(wǎng)的主流技術(shù)。 100兆的快速以太網(wǎng)對(duì)于在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)上的一般應(yīng)用，例如瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)電子郵件、傳送檔案、網(wǎng)絡(luò)打印等僅需要相當(dāng)有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況下，是足以應(yīng)付自如的，造價(jià)也非常適合目前學(xué)校所能承受的能力。 然而，要是需要滿足我校建設(shè)多媒體高速互動(dòng)型網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)展新型教學(xué)模式的研究這樣的要求，選用100兆快速以太網(wǎng)就可能成為日后網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的瓶頸，無(wú)法適合日后教學(xué)的實(shí)際需要。我們不妨作個(gè)簡(jiǎn)單的分析： 當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上播放視頻時(shí)，如果每一個(gè)視頻節(jié)目帶寬要求為2Mbps，那么以45個(gè)電腦終端計(jì)算，假若同時(shí)播放不同視頻，帶寬要求則為： 2Mbps*45=90Mbps 這樣的帶寬，100M快速以太網(wǎng)根本不勝負(fù)荷。因?yàn)閷?shí)際上在快速以太網(wǎng)可用的帶寬約為： 100Mbps*40%=40Mbps 2、解決方案 要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，要么考慮改用目前我們難以承受的昂貴造價(jià)的1000Mbps以太網(wǎng)（千兆網(wǎng)），要么就是有限地使用網(wǎng)絡(luò)上VOD視頻點(diǎn)播功能，犧牲各終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)上視頻資源的自由點(diǎn)播使用。然而，這些都無(wú)法切合我們學(xué)校的實(shí)際情況和需求。 經(jīng)過(guò)細(xì)致研究論證，我們從解決視頻傳輸?shù)膸捜胧郑捎孟冗M(jìn)的軟硬件技術(shù)，有效地解決了上述視頻點(diǎn)播的技術(shù)難題。校園網(wǎng)最后還是選擇了100兆快速網(wǎng)作為校園網(wǎng)骨干、10兆以太網(wǎng)接入教室、辦公室終端的建設(shè)方案，實(shí)現(xiàn)了高效低成本的升級(jí)改造。 A、硬件技術(shù)： （1）配置高性能服務(wù)器：作為提供軟件和硬件服務(wù)的結(jié)合體，在為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)，它的工作量是普通工作站的幾倍到幾十倍，特別是工作站從服務(wù)器讀取多媒體軟件數(shù)據(jù)時(shí)，承擔(dān)了相當(dāng)大的工作負(fù)荷。因此，我們采用了IBM Netfinity專(zhuān)用服務(wù)器，配置256M內(nèi)存、36GB SCSI硬盤(pán)、32速SCSI光驅(qū)。并采用了以往在大型機(jī)上才實(shí)現(xiàn)的磁盤(pán)陣列技術(shù)，安裝Windows NT server 4.0 服務(wù)器操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)具備了支持高頻度訪問(wèn)的能力。 （2）升級(jí)學(xué)生工作站：考慮到學(xué)生使用各種多媒體軟件和應(yīng)用軟件的需要，將工作站學(xué)生機(jī)器配置升級(jí)為Pentium Celeron300A電腦，增配大容量硬盤(pán)、64M內(nèi)存，安裝Windows95 操作系統(tǒng)。 （3）選擇高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)電纜：快速以太網(wǎng)100Base-T 和10Base-T幾乎完全兼容，同樣可采用3類(lèi)、5類(lèi)雙絞線，單�；蚨嗄９饫w作傳輸介質(zhì)，為了達(dá)到100M的傳輸速率和消除串?dāng)_，并考慮到學(xué)校內(nèi)部傳輸距離較短，我們采用了超5類(lèi)線進(jìn)行布線。 （4）采用交換機(jī)堆疊技術(shù)，有效克服網(wǎng)絡(luò)瓶頸：以往我們?cè)谑褂脗鹘y(tǒng)的以太網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為了改善集線器的不足，往往將原來(lái)共享同一網(wǎng)段的各個(gè)用戶分成幾個(gè)組，各組利用服務(wù)器內(nèi)部橋獨(dú)立擁有10Mb/s的吞吐量。現(xiàn)在，我們更采用了先進(jìn)的交換機(jī)（Switch） 設(shè)備，把工作站分別連接在五個(gè)做成堆疊的交換機(jī)上，大大保證了網(wǎng)絡(luò)的帶寬。 （5）安裝目前世界上技術(shù)先進(jìn)、成熟的多媒體互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)Winschool。實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的多媒體廣播、監(jiān)視監(jiān)聽(tīng)、單獨(dú)對(duì)講、討論發(fā)言、遙控輔導(dǎo)、答題示范、轉(zhuǎn)播示范、同步教學(xué)、電子舉手、實(shí)時(shí)檢查、鎖定鍵盤(pán)、遠(yuǎn)端復(fù)位、電子白板等一系列功能。滿足了教師進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下互動(dòng)教學(xué)的需要。 B、軟件技術(shù)： 網(wǎng)絡(luò)軟件平臺(tái) 以基于Internet應(yīng)用和基于網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用的Windows NT服務(wù)組成，實(shí)現(xiàn)多媒體WEB網(wǎng)頁(yè)來(lái)瀏覽、電子郵件、視頻點(diǎn)播等應(yīng)用。 應(yīng)用軟件平臺(tái)和應(yīng)用軟件 以Internet Explorer 來(lái)瀏覽多媒體WEB網(wǎng)頁(yè)，Media player來(lái)進(jìn)行視頻播放，另外，在各終端安裝虛擬光驅(qū)軟件以播放多媒體光盤(pán)軟件 C、關(guān)鍵技術(shù)： （1）我們采用目前世界最先進(jìn)的技術(shù)，高效地對(duì)電視節(jié)目、錄像帶、VCD等視頻源進(jìn)行捕捉、壓縮轉(zhuǎn)換成最新格式的網(wǎng)絡(luò)流式數(shù)碼文件，并可按網(wǎng)絡(luò)實(shí)際帶寬來(lái)定制壓縮，使圖像保持VCD質(zhì)量的同時(shí)，保持壓縮比為3M~4M/分鐘，約為VCD格式（Mpeg1格式）的1/3。由于采用了高壓縮比率的流文件，大大降低了網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求。 以上述例子計(jì)算，當(dāng)在45個(gè)終端在網(wǎng)絡(luò)上播放視頻時(shí)，假若同時(shí)播放不同視頻，原帶寬要求為：2Mbps*45=90Mbps，采用關(guān)鍵的軟件技術(shù)后，實(shí)際帶寬則降至：90M*1/3=30Mbps，小于100M快速以太網(wǎng)實(shí)際可用的帶寬： 100Mbps*40%=40Mbps。 不僅僅如此，由于流文件無(wú)須像普通的AVI文件或MPG文件那樣需要在網(wǎng)絡(luò)完全下載后播放，而僅僅稍需讀完一小段緩沖即可開(kāi)始邊播放邊下載，使視頻播放更為流暢。 （2）建立媒體播放服務(wù)器。 采用NetShow Server技術(shù)，建立先進(jìn)的媒體播放服務(wù)器，避免把服務(wù)器當(dāng)成簡(jiǎn)單的文件服務(wù)器使用，利用先進(jìn)的服務(wù)器軟件技術(shù)，克服網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存取、傳輸中出現(xiàn)的碰撞沖突等問(wèn)題。 實(shí)驗(yàn)表明，因此，我校校園100兆快速以太網(wǎng)已經(jīng)有效地克服了網(wǎng)絡(luò)瓶頸，使學(xué)生工作站能順利地讀取服務(wù)器上的多媒體文件數(shù)據(jù)。該網(wǎng)絡(luò)能完全滿足24個(gè)教學(xué)班、電腦室30個(gè)學(xué)生工作站同時(shí)流暢地播放服務(wù)器上讀取不同的視頻文件。達(dá)到了我們預(yù)先設(shè)計(jì)的速度目標(biāo)，滿足了新型模式的課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要。 D、特色技術(shù)：建立虛擬光盤(pán)庫(kù)。 在日常的教學(xué)工作中，我們有許多常用的多媒體教學(xué)軟件光盤(pán)，如我們學(xué)校參與研制開(kāi)發(fā)的國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目成果“小學(xué)語(yǔ)文擴(kuò)展閱讀”光盤(pán)軟件等。為了方便教師們對(duì)各種軟件的使用，我們采用了臺(tái)灣研制的虛擬光碟軟件VD2E，把有關(guān)的多媒體光盤(pán)教學(xué)軟件壓成文件保存在服務(wù)器中，建成光盤(pán)庫(kù)。當(dāng)VD2E啟動(dòng)后， 該光盤(pán)庫(kù)上的各個(gè)文件即虛擬成一個(gè)個(gè)相應(yīng)的光盤(pán)，并可通過(guò)軟件進(jìn)行仿真操作，不僅僅操作簡(jiǎn)便，更解決了光盤(pán)軟件管理、校園網(wǎng)絡(luò)資源共享的問(wèn)題。尤其值得一提的是，我們利用VD2E虛擬光碟能有效地對(duì)光盤(pán)的容量進(jìn)行壓縮轉(zhuǎn)換保存，節(jié)省了大量的磁盤(pán)空間，并解決了部分光盤(pán)軟件只能直接利用CDROM，而不能拷貝在硬盤(pán)上使用的技術(shù)難題。 E、防病毒技術(shù) 我們的校園網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)多，且都可以通過(guò)代理服務(wù)器連通外部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因此，我們的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遭受從硬盤(pán)或軟盤(pán)中傳播、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，甚至經(jīng)由 Internet 傳輸而來(lái)的日益猖獗的病毒侵襲的可能性極大。一旦不幸遭遇這樣的事情，將會(huì)給學(xué)校帶來(lái)重大的損失。 然而，要是采用普通的查殺毒軟件定期檢查機(jī)器，也能造成的不幸事情往往是：先染毒后殺毒，部分曾遭受病毒感染的電腦文件往往可能已經(jīng)遭受破壞，無(wú)法恢復(fù)，造成工作繁復(fù)且極為被動(dòng)；至于限制師生的網(wǎng)絡(luò)瀏覽、軟件交流的做法，則難免是因噎廢食。 針對(duì)上述種種問(wèn)題，我們建網(wǎng)后采取了目前最為先進(jìn)的技術(shù)，在每一臺(tái)服務(wù)器和工作站上都安裝了國(guó)際著名的防殺病毒產(chǎn)品-- Norton AntiVirus，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的都處于嚴(yán)密的后臺(tái)監(jiān)控狀態(tài)之中，實(shí)現(xiàn)病毒的自動(dòng)防護(hù)。此外，還設(shè)定每臺(tái)電腦逢星期五晚上進(jìn)行病毒代碼的自動(dòng)網(wǎng)上更新（目前系統(tǒng)包含有共4萬(wàn)多種病毒的最新定義檔案），保持電腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能抵抗最新型病毒的侵襲。 新型多媒體校園網(wǎng)絡(luò)的使用效應(yīng) 目前，我們已經(jīng)把大量的多媒體光盤(pán)軟件、相當(dāng)一部分的課堂教學(xué)錄像壓縮轉(zhuǎn)換成電腦數(shù)碼文件，在媒體播放服務(wù)器上建立了“錄像庫(kù)”和“光盤(pán)庫(kù)”。以供教師進(jìn)行課堂教學(xué)演示、學(xué)生進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)之用，滿足了課堂教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)的需求。 由于媒體資源得到了優(yōu)化，我校師生更加積極地開(kāi)展現(xiàn)代教育技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，使我們學(xué)校的各個(gè)課題實(shí)驗(yàn)工作迅速走上了正軌，在建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下的新型教學(xué)模式正在我們的課堂教學(xué)中進(jìn)行著初步的探索，并初見(jiàn)成效。 例如：三年級(jí)1班的一節(jié)語(yǔ)文作文課《荔枝》，老師就讓學(xué)生在電腦上直接用認(rèn)知碼輸入漢字進(jìn)行無(wú)紙寫(xiě)作，教師就通過(guò)多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，把畫(huà)面廣播到每臺(tái)電腦的屏幕上，提出寫(xiě)作的要求，然后老師在教師機(jī)上對(duì)每臺(tái)學(xué)生機(jī)進(jìn)行監(jiān)看，當(dāng)學(xué)生碰到疑難時(shí)，可通過(guò)電子舉手方式告訴給老師，老師就在教師機(jī)上與學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)視、對(duì)話和控制，及時(shí)給予輔導(dǎo)。而當(dāng)學(xué)生忘記了描寫(xiě)的情景時(shí)，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)查看《荔枝》的影片資料、圖像資料，并且隨時(shí)查看老師剛才提出的寫(xiě)作要求，查看軟件提供的寫(xiě)作幫助（包括可能用到的優(yōu)美詞語(yǔ)等等）。最后，教師還可以利用網(wǎng)絡(luò)的廣播功能對(duì)學(xué)生的習(xí)作進(jìn)行集體講評(píng)，學(xué)生與學(xué)生之間除了小組可以協(xié)商外，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接調(diào)用其他任何一位同學(xué)的習(xí)作進(jìn)行學(xué)習(xí)參考。這種多媒體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了課堂教學(xué)的效率。
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