ＣＳＣＷ技术在教学领域中的应用研究
本文作者： 黄晓橹， 顾君忠， HUANG Xiao-lu， GU Jun-zhong
文章编号："""#$%&（’"""）"&#""’#"("#技术在教学领域中的应用研究黄晓橹，顾君忠（华东师范大学计算机科学技术系多媒体技术研究室，上海’"""%’）摘要：该文基于)*)+概念，论述了)*)+技术引入教学领域中的可行性，概括了教学领域中)*)+系统的特点，分析了本人认为较为可行、值得深入研究的基于不同时空关系的几种)*)+教学系统。关键词：)*)+,-./0-/.协作教学12/-.远程教育网络带宽345多媒体中图分类号：6&7&文献标识码：1)*)+的产生和概念在当今的社会生活中，绝大多数工作都是在特定的群体环境中，由群体成员互相协作、共同完成的，人们的工作方式明显地具有群体性、交互性、分布性与协作性等基本特征。)*)+（)89:;./0#*;80./<)88:/0=.>?/+80@，计算机支持的协同工作）正是在支持人们协同工作方式为背景下产生的，它有着广泛的应用领域。)*)+的研究内容基本上分成两个层次：支持群体协同工作（)+）的研究处于上层，它为系统提供指导性意义的系统理论方法，这一层次主要涉及社会学、管理学、心理学、人类行为学等领域的理论，充分体现了自然科学与其他多学科的交叉（如群体协作机制研究）有关计算机化的人与人交互的相关技术（)*）的研究则处于下层，它为系统提供底层支撑技术，这一层次仅涉及计算机和通信领域的纯技术问题（如计算机网络技术、多媒体技术、数据库技术等），如图所示。图)*)+领域的两个研究层次A>2BCD80/E/=0FGH/?/HE>-)*)+在)*)+中用来支持或增强协作群体工作的软件和硬件称为群件（608;D=0/），群件的应用不是指在交互过程中代替人的因素，而是一种增强协作活动的工具，它与单用户应用的系统具有显著的区别。协作过程是一个两维空间，即时间与位置，因此按照协作者的工作时间和位置的不同可把群件分为四类：本地同步、本地异步、异地同步、异地异步。
收稿日期：III#"7作者简介：黄晓橹（I%I#），男，博士生B第&期’"""年’月华东师范大学学报（自然科学版）J8;0-=H8KL=E.)G>-=M809=HN->?/0E>.O（M=.;0=H*F>/-F/）M8B&P/FB’"""教学领域中"传奇文章#"$系统的特点教学事业是整个人类的一项长期的系统工程，教学过程是教与学两者的群体协作过程，是人类的一个重要的协作活动。
对于一个特定的教学过程采用哪一种教学模式最为有效，这在教育界一直是一个讨论的热点。
传统的教学模式主要是在一个教室里教师讲课学生听课的过程，其所起的巨大作用是毋庸置疑的，但是这种教学模式存在着无法逾越的缺陷，即不能突出学生学习的主动性、个体性和协作性。
因此，人们除了课堂教学以外，开始借助于计算机技术，试着寻求辅助教学的方法和手段，由此而产生了一个新的教学法的研究领域"%&（"’*+,-.%/0,0&123+-*4+/’1，计算机辅助教学），目前已涌现出大量的"%&软件及开发平台，几乎所有有条件的学校都进行了这种教学手段的尝试，并有效地提高了教学质量。但目前在"%&上面的研究大多还只局限于"5.678的制作上。
随着人类社会的不断发展，学习群体的划分必将朝年龄层次、知识层次、专业领域更加细化，同一学习群体又将更加分散。同时，随着教学规模的不断扩大，教学资源必将不断丰富，但又将不断分散。这时，在有限的教学投资下，怎样充分发挥分散的教学资源，使更多、更分散的学习群体能有效地接受教育，这正是教学领域中面向未来的一个新的挑战。随着计算机技术的迅猛发展，利用计算机网络，发挥分布式的教学资源进行协作式教学活动成为可能，从而在教学领域中引入"#"$的概念。传统的教学模式是一种直接的人人（9:4,.+’.9:4,）交互模式。为了适合教学资源和学习者的分布性，分布式的教学模式将与传统的课堂教学模式区别很大，怎样合理地利用"#"$技术进行分布式的教学是极其复杂的问题。
教师和学生在利用"#"$系统进行教学活动时，其实是人与机器打交道，但一个好的"#"$教学系统应该让用户感觉还是一个人人交互过程，两者的比较见图。图传统与"#"$式教学模式的比较;/<="’1+-:3++-:0/+/’1:>,0*4:+/’1(’0,?/+@,0*4:+/’1(’0,A:3,0’1"#"$从图可以看出："#"$教学模式的最终目的是达到人人（9:4,.+’.9:4,）交互的效果，当然，这要借助于"#"$技术才能完成，并且其学习者的主体性和协作性将更为突出。因此，从传统的课堂教学模式过渡"#"$式的教学模式是一个螺旋式上升的过程，这是一种辩证的发展关系。一般的"#"$系统应具有这些特点：开放性、边界开放性、信息共享性、自动化支持、工作协同性、分布性、异质性、群体感知等特点。针对教学过程的特点，本人认为在教学领域中"#"$系统应更强调以下几个要求：（B）角色控制进入"#"$系统后，每个用户都扮演一定的角色。
新开传奇 在"#"$教学系统中教育者与学华东师范大学学报（自然科学版）CCC年习者应对系统中资源具有不同的访问权限，如某些数据库、考试答案等只有教师才能访问。这可以通过等级机制来实现，当然这样做的同时也不可避免地使系统更复杂化了。学习者的权限平等这个问题一般出现在远程教育系统中，"#"$教学系统中的学习者，不管是本地的还是远程的，其对系统资源的访问权限和向教师的提问权限的平等对待应在技术上得到解决。（%）对教师的备课要求不同于传统的课堂教学模式，教师在使用"#"$系统进行协作教学前，除了进行传统的课堂备课外，还要把这些备课内容编辑为网上超媒体形式。另外，在使用"#"$系统时，教师其实是直接的系统操纵、控制者热血传奇，因此在进行协作教学前，教师还必须对系统群件的使用相当熟悉。（&）$’#($(#多用户界面的实现$’#($(#（$)*+’,-#..(/$)*+(#.你所见即我所见）其实是"#"$系统的普遍要求。因此，在"#"$教学系统中各成员屏幕上必须具有一个多用户界面的共享窗口，使得对共享信息的更改能及时地通告其他成员。（0）无缝性、技术透明由于主要服务于教学，"#"$教学系统应更加注重于系统的无缝性和技术透明。无缝性是指系统的层次划分应尽量少但下层向上层提供的服务应极其完善技术透明是指用户使用系统时不用了解其内部的软硬件技术构造，而只通过人机交互界面进行协作教学活动，这样，系统的用户可以将主要精力集传奇文章中于教学过程而不用花时去研究"#"$系统本身的技术问题。（1）冲突消解、并发控制冲突消解和并发控制是"#"$系统中的难点和特点。冲突消解是指各角色在决策时就发生了冲突的解决技术，这在分布式系统和人类社会中是不可避免的。它涉及到人类行为科学、认知科学和哲学等方面的研究。这要求"#"$系统的研究者们必须充分借鉴人类行为科学等知识。并发控制则是涉及到各角色在使用系统内资源时的冲突，这涉及到操作系统和数据库的相关知识。
因为"#"$系统是分布式系统，所以其并发控制相对而言较为复杂。经典的处理技术主要有2,34567方法和时间戳方法等基于串行化的方法。（8）情感、暗示的表达在人们进行面对面交流时，人们习惯于用一些身体的动作（体势语）来表达某些情感、暗示。当我认为不是好的人们使用"#"$系统进行协作教学时，尤其是系统没有视频特性时，必须使用某种97.6+机制来代理。%基于不同时空关系的几种"#"$教学系统的研究随着计算机技术及网络与通信技术、多媒体技术、人机接口的迅猛发展，很多技术已开始应用于教学领域，如29:、$9:、(6+.;6.+、$$$、<=*5>、:.?/7;,-@、音频会议系统、视频会议系统、超文本、工作流系统、:.+=..+567、计算机虚拟环境、共享白版、协同书写系统、(A"（在线聊天系统）等。下面具体分析一下作者认为较为可行、值得深入研究的基于不同时空关系的几种%第&期黄晓橹等："#"$技术在教学领域中的应用研究"#教学系统：（$）基于%&’的"系统多年来关于&(的应用，主要局限于个体化教学模式，随着理论研究的深入和教育发展的需要，人们对&(提出了更高的要求，不仅要考虑个别化学习模式，还要考虑协作学习模式。目前，"（)*+,-./0+&("12.+3，协同式&(系统）已成为&(研究的一个主流方向。它一般在局域网环境中开发，并采用客户4服务器（56/+7.42+,0+,）结构。在整个系统中，协作成员（教师、学生）是采用助手&8+7.的方式进行交互的，主要的应用程序和数据库、资源库、方法库以及教师助手&8+7.都置于服务器上。
在"系统中，每个学生的屏幕被划分成三个区域：私有窗口、共享窗口和协同成员状态窗口。私有窗口是学习者进行个别学习的操作界面，可以查询、游览学习的内容。共享窗口是共同讨论的场所，大家都可以发表自己的意见，并且所有共享窗口的内容是一致的。协同成员状态窗口显示所有协作成员的姓名、身份等。这样既可以对个体化学习进行在线教师指导，又可以通过教师助不收费的网游手&8+7.的授权发言进行协作讨论学习。
"目前主要用于本地同步教学模式。
（9）基于###的远程教育系统远程教育是解决由于地域、经济原因而造成教育发展不平衡的良好途径，能够使教育更好地为全社会服务，充分地发挥科学技术在社会进步中的关键作用。随着(7.+,7+.网和###技术的飞速发展，进行远程教育已逐步成为可能。图:即为一个基于###的远程教育系统的框架，它与普通(7.+,7+.上的信息站点基本上是一样的。图:基于###的远程教育框架;/8<:=+6+>+?@5-./)7A,-3+B),CD-2+?)7###基于###的远程教育系统由于传输带宽和传输延迟的限制，目前一般用于异地异步教学模式。这种远程教育系统一般采用三方面的技术：第一，教师可以利用最普通的E3-/6的组播特性针对某一学员组布置作业第二，可以在#+D"+,0+,上建立#+D主页，把教学内容以形象生动的超媒体形式展现给学生，使他们能在较短的时间里多角度地理解所学的知识。如果引入导航机制，则可防止学生遗漏一些不太感兴趣的知识点。
同时，也可以在#+D主页上以公告牌的方式发布一些课程设置、教材信息及考试信息等第三，这种远程教育系统的主要功效是方便学生进行自学，因此必须在#+D"+,0+,上利用&F(技术嵌入相应的问题、解答动态、数据库。所谓动态是指学生可以通过游览器随时提出问题，而教师通过综合、分析解答这些问题，动态地改变解答数据库，以达到提高教学效果的目的。社会发展的趋势必将使教育趋向于全民化、终生化、职业化，传统的函授教育、成人教育和职业培训由于短时间的填鸭式学习往往使学生难于消化知识。随着(7.+,7+.有关的技术的飞速发展和日益成熟，基于###的远程教育系统必将在这些教育领域产生深远的影响。（:）虚拟教室9G华东师范大学学报（自然科学版）9HHH年虚拟教室（"#$%&’(’&)#**+）也是一种远程教育系统，它是一种异地同步教学模式。虚拟教室通过其,-界面效果能使得学习者能有一种身临其境的感觉，认为自己处于一个课堂之中。虽然一切面对着屏幕，但在这个环境中教师和学生可以进行实时教学活动、培训活动、协同思考工作和讨论。虚拟教室可以用."/#*)*0$12$+22$"34作为开发平台，它需要三方面的技术支持：第一，音频系统。它必须是一个,-声场空间，以能够精确地对发言角色在空间位置定位。第二，视频系统。当人与人交流时，表情、动作能很容易让对方领会其意图，在虚拟教室系统中必须具有视觉效果。目前的计算机上一般都具有一个567接口，可以接入567摄像头来建立,-视场。第三，共享工作空间。
人们在利用虚拟教室进行教学活动、讨论问题时，必须提供一些共享设备来公开一些思想、内容，目前一般使用共享白板、媒体播放器、应用程序共享等机制来实现共享工作空间。第四，实时多媒体课件模块。要使虚拟教室具有传统的课堂教育一样甚至更好的教学效果，实时多媒体课件模块一方面必须使用简便，另一方面必须充分考虑实时教学的技巧和需求。
由于."/#*)*0$12$+22$"34只支持点对点交互，因此如果要实现多点交互，必须依据一定的协议规范，在."/#*)*0$12$+22$"34的基础上实现多点控制单元.(5的功能模块。
这在作者参与开发的上海市西南七校远程教育系统中已取得了一定的突破性成果。虚拟教室系统由于较接近于面对面的教学模式，在远程教育领域中倍受青睐，国内外都在努力进行研究、开发。目前主要有两类：小组型虚拟教室，每个小组集中在一个具有接入网络系统中的投影系统的实际教室里来进行学习桌面型虚拟教室，每个教学个体通过自己接有摄像头的网络电脑进行协同教学，适合地个体更分散的情况。由于具有视频效果，各分布站点的环境设置也极为重要，一定要保证通过摄像头拍摄后的视频特性较为清晰、逼真，色彩柔和无反光，并且没有噪声。在我们国家，高等学校正朝着规模化、综合化的方向发展，由此将使每个大学的校区分布于整个城市里甚至几个城市里，为了节省教学设备、合理利用教学资源，使各个校区的学生能同时听取由知名教授上的课程，在大学里建立虚拟教室不失为一良策。但是由于虚拟教室的通信数据量很大，一般需要89.:;)以上的带宽，因此其运行较为昂贵。
当距离较大时，带宽的限制将更为突出。但随着网络的不断改善，这种矛盾将会逐步得到缓解。
（<）基于=.>的网络多媒体课件自动点播系统传统的基于创作工具的多媒体课件已较成熟，它是以(-?@A.的方式进行发布的，因此存在着一个不可逾越的局限性，即媒体资源不能共享。随着B3$2#32$CB3$#&32$远程教育的不断发展，产生了网络多媒体课件的概念，目前网络多媒体课件主要是基于DE.>（DF;2#E2G$.&#H%;>&34%&42，超文本标记性语言）的，它有效地使得课件中媒体的组织变为超媒体方式、实现了媒体资源的共享，并进一步突破了距离的限制，使媒体资源可分布化地存放于网络中。但它也存在着一个致命的缺陷，即描述的不可扩展性，因此，有关网络多媒体课件的研究发展缓慢。近年来随着B3$2#32$新技术=.>（2=$23)":’2.&#H%;>&34%&42，可扩展的标记性语言）的不断完善和发展，有望能给网络多媒体课件的研究注入新的活力。=.>是一种基于6I.>（6$&3J&#JI232#&’"K2J.&#H%;>&34%&42，标准化通用标记性语言）语法，可以定义其它语言的元语言，因此可以用=.>定义一套专用语言，以描述具有ML第<期黄晓橹等：(6(N技术在教学领域中的应用研究特殊格式的文档。"#$（%&’"*’)#*’+&,$*-.&*.)，课件标记语言）即为作者参与定义的网络课件专用标记语言。
一个课件点播（%&’"*’)/-0)1*-2）系统的工作流程可简单表示为：“接收用户需求处理用户需求按需生成课件结果课件返回用户”。基于3#$的优点，作者参与设计了基于"#$的课件自动点播系统模型，图4即为其基本结构图。图4基于"#$的课件点播系统模型56.74%&’"*’)8%-82)1*-21%2)9:*2%-"#$当前，主流网络工具和软件越来越多地支持3#$的功能，这为建立基于3#$的课件自动点播系统提供了越来越多的便利。
目前，作者所在的课题组已基本实现基于"#$的课件自动点播模型，并正逐步发挥;<（%1,&=)’8;&,%’=)2%,)’*=6>)<2&?*=6%计算机支持的协同教育）的功能。虽然国内外有关;@的研究正蓬勃兴起，但在教学领域中采用何种协作机制效果最好，这不仅与教学群体的时空特性有关，而且与受教育者的心理、生理、行为特征也有很大的关系。
曾有有关研究得出某些人当与教师面对面交流时往往羞于提问而学习效果不太理想，但当让他通过基于A.)-=机制进行远程学习时效果却很好。有关这方面的研究将涉及教育心理学和社会学领域。B结束语人类已经跨入CD世纪，新的世纪是一个充满机会又是一个竞争更趋激烈的新时代。一个国家、一个民族若要生存、发展，若要富民强国，教育事业将显得更为重要。而对于面向CD世纪的新型人才，必须具有丰富的知识，这不仅要求发奋学习，更为重要的是要学会主动地去学习，要学会寻求最为有效的学习途径、学习技巧。
随着;@技术在教学领域的不断深化研究、发展，将会为更多的人提供学习机会、学习途径和学习技巧。CE华东师范大学学报（自然科学版）CFFF年参考文献谭郁松，王晓东，周兴铭"#$#%研究中关键技术分析&"计算机科学，’’(，)*（+）：+,-,.")郑庆华，李人厚"#$#%协作多用户接口的设计与实现&"小型微型计算机系统，’’(，’：,.-,*"+孙艳春等"面向协同工作的工作流管理中的组件集成技术的研究&"计算机科学，’’(，)*（+）：)-)(",欧阳春，吴启迪"#$#%冲突与协调问题的研究/"史美林，李红臣主编"第一次全国#$#%学术会议论文集#"北京：电子工业出版社，’’(，’-,"*王晓琳，曾广周，孟丽荣"基于#$#%的协同式#/0系统设计&"计算机应用研究，’’(，*（,）：)’-+*"1周睿斌，尤晋元，申瑞民"基于%的远程教学中/23456%57的建立&"计算机工程与应用，’’(，+,（：).-)*"8张毅斌，顾君忠"基于虚拟空间的远程教育环境9:#;<336>/"史美林，李红臣主编"第一次全国#$#%学术会议论文集#"北京：电子工业出版社，’’(，)+*-),"(周英飚，冯玉才"协同虚拟环境技术&"计算机科学，’’(，)*（,）：(’-’*"’刘立骐，吴启迪"基于/?52@的群体决策支持系统框架研究/"史美林，李红臣主编"第一次全国#$#%学术会议论文集#"北京：电子工业出版社，’’(，-8""#"$%&’*+*,’#-../0&$10#0)234&$10AB/CDEF<=9;G，DB&G29HI=2?（"#$%&’"(&)*+)’#,&"%-./"(."，0$1&+2/($3)%’$45(/6"%1/&7，-2$(82$/)...1)，+2/($）-5#1%$&1：02@IF3J
本文《ＣＳＣＷ技术在教学领域中的应用研究》 --- 作者： 黄晓橹， 顾君忠， HUANG Xiao-lu， GU Jun-zhong
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