现代远程教育系统应用研究

第３３卷１期　２０ｌ　０年１月　安徽师范大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｎｈｕｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２　０　１　０　

现代远程教育系统应用研究　

杨牧　

（解放军６１３９８部队，上海２００１３７）　

摘要：远程教育是随着现代通信技术和信息处理技术的发展而产生的一种以多媒体交互为主的　新型教育模式．它突破了传统学校教育在时间和空间上的限制，有效的发挥各种教育资源优势，实　

现教育资源的共享．这种教育模式逐渐成为构筑知识经济时代人们终身学习体系的主要手段．本文　对现代远程教育的特征、内涵、发展方向以及相关技术进行综合论述．通过分析某大学硬软件资源，　

教学对象，网络环境，设计出基于三网融合的实时交互远程教育系统．　关键词：远程教育；网融合；交互系统　

中图分类号：Ｇ４３４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—２４４３（２０１０）０１—００１５—０６　

目前国内外现代远程教学大致分为以下三种…：　

１）基于卫星数字广播电视的方式，这种方式具有技术成熟、覆盖面广等特点，但存在单向、时空限制、不　

适合自主学习等不足．　２）基于视频会议的方式，这种方式采用Ｈ．３２０标准，通过租用ＩＳＤＮ，ＤＤＮ专线，实现教学现场的直播，　

它也同样存在时空限制及学生无法自主按需点播学习等不足．　３）基于ＩＰ网，这是目前研究的热点和重点．因为Ｉｎｔｅｒｎｅｔ是一个双向交互式网络，没有时空限制，可以　满足学生自主学习的需求，并有效实现同步实时授课、异步按需点播、辅教工具、教学资源管理等应用的集　

成，形成一个完整的远程教学系统．　

本文以某多校区高校为设计对象，利用学校已有校园网、有线电视网和电话网络等相关资源，构建一个　集文本、数据、音乐、语音、图形、图像、视频等多媒体为一体，实时交互的现代远程教育系统．　，　

１　现代远程教育系统的构成　］　

远程教育系统主要由三部分构成：通信网络、终端设备、教学资源．　

１．１通信网络　主要解决如何将教育资源能够有效地由本地传送给学习者的问题，使学习者可以根据自己的情况合理　安排学习时间和进度，进行自主学习．　１．２终端设备　根据对象不同，常用的设备有电视机、多媒体计算机、数字投影机等．　

１．３教学资源　一　主要满足用于实时传输的网上授课，网络课程开发，多媒体课件制作，辅助学习材料，答疑解惑等方面的　

信息需要．　

２远程教育系统关键技术　

远程教育是以现代先进的通信技术及信息处理技术作基础实现教学目标的教育应用系统．远程教育系　统通常可以分为授课系统、学习系统、答疑系统、作业与考试系统以及教学教务管理系统等子系统［　．　

为了实现这些功能模块，使用了大量通信和网络领域的先进技术，例如视音频压缩编码技术、网络技术、　接入技术、视频会议技术、数据库技术等［５一　．　

收稿日期：２００９—１０—２０　作者简介：杨牧（１９８３一），

女，安徽芜湖人，硕士　１６　安徽师范大学学报（自然科学版）　２０１０矩　

２．１视音频压缩编码技术　

为了在有限的带宽和存储空间里提供最好的画面和音质，所以必须经过压缩才能进行传输．目前已开展　

的ＩＦｒｒＶ业务大多都是基于ＭＰＥＧ一２，但是它在编码时对图像和声音的处理是分别进行的，这种处理方式　压缩效率较低且不利于传输．目前的趋势是使用更适合流媒体系统的Ｈ．２６４和ＭＰＥＧ一４．　

视频信号输入计算机完成数字化后，还要经过视频编辑才能达到使用要求．常用的非线性视频编辑系　

统，包括计算机硬件、采集压缩设备、视频输出设备（刻录或重新录带）和相应的视频编辑软件及操作系统．其　

中编辑软件以Ａｄｏｂｅ公司的Ｐｒｅｍｉｅｒｅ功能最为强大．　２．２　ＩＰ网络技术　

承载视频通信业务的有线网络主要是基于ＩＰ技术的ＩＰ网络．近年来，宽带ＩＰ网技术发展迅速，出现了　

吉位以太网技术，迅速使以太网发展成公用网络技术．采用吉位路由交换机为核心设备，在光缆上直接架构　

宽带ＩＰ网的组网技术，已成为当前宽带综合业务骨干网主流之一，这种新技术简化了设备，统一了协议，能　较好地保证ＱＯＳ，同外围网络实现真正无缝连接全网络结构统一，具有现实经济性和持续先进性．　

２．３接入网技术　在远程教育系统中，接入技术解决学生及教学分站点与校本部的连接问题，即被认为是多媒体通信发展　

瓶颈的最后一公里的接入网难题．接入网过去基本上采用Ｍｏｄｅｍ，速度很有限．目前以ＳＤＨ技术作为宽带　接入网的系统，引入线部分可分别采用ＦＴＴＢ／Ｃ＋ｘＤＳＬ、ＰＴＴＢ／Ｃ＋ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ、ＦＴＴＢ／Ｃ＋局域网接入等　方式提供业务．接入网传输带宽的提高使得学习者大数据量接收多媒体信息变得方便快捷．　

２．４视频通信技术　视频业务可以分为两大类：一类是会话和会议型业务，其中包括点对点的视频电话和多方参加的视频会　

议．另一个是检索型业务，以视频点播（Ｖ０Ｄ）为代表，通常采用流媒体技术实现　６．　

远程教育实时授课系统中应用最多的就是视频会议技术．当教师在授课教室授课时，教师的图象、声音　

和相关的数据信息以及各个教室内学生的图象和声音都传送给多点控制单元（ＭＣＵ），该设备将教师的图象　声音传送给各个多媒体教室，这样各个听课室里的学生就能看到教师的图象并听到声音．当某个教室的学生　需要提问时，多点控制单元会将该教室的图象和声音送给教师，这样教师就可以看到学生的图象和声音，并　

与学生进行面对面的交流．在此过程中，教师还可以通过云台控制远端教室内的摄像机的动作，比如平摇、俯　仰、镜头的推进、聚焦等，以便能看清教室内的学生．　

为了方便学生灵活自主学习，视频点播是很好的补充方式．在远程教育系统中，利用流技术可以很容易　

地实现多媒体点播功能．例如，可以将教师的上课过程压缩编码成为多媒体文件，放置到相应的服务器上．当　学生浏览该服务器上的内容列表后，如果选中了某个感兴趣的课程，服务器就会将相应的流信息发送给用　

户．另外，采用流技术有利于知识产权的保护，用户只能在线点播收看，而不能下载到本地计算机上，从而保　护了制作者的权益．　

２．５数据库技术　数据库系统将远程教育的授课、学习、人员信息管理、教务管理、资源管理等多个方面以数据模型形式组　

织起来进行存储，能够方便有效的完成数据信息的插入、删除、修改、查询等管理操作，并保持数据信息的完　整性、一致性和安全性．　

３远程教育系统应用研究——以某高校为例　

３．１网络环境分析　某大学作为省属重点高等院校，是该地区人才培养的重要基地．学校现占地面积１９５万平方米，校舍建　

筑面积８７万平方米，全日制在校本科生２万余人，硕士博士研究生约２５００人，图书馆藏书２６６．３万余册，教　

学用计算机６６５２台，多媒体教室台位２２８２６个、语音室台位９６８个．该大学作为建校较早的高等学府，积累　了不少宝贵经验和可共享的资源．大学主要由多个校区组成，每个校区均已拥有计算机网、电信网、ＨＦＣ网．　

目前已建立了信息管理中心为学校教学、科研、管理和广大师生员工提供网络信息服务和网络技术支持．但　

由于大学的各个校区地理位置分散，使得资源优势不能充分发挥出来．为了适应现代化信息教学和办公的需　

要，充分发挥教育资源丰富、师资力量雄厚的优势，需要改进现有的校园网，建立一个集远程教育、学术交流、

　３３卷第１期　杨牧：　现代远程教育系统应用研究　１７　

视频会议、研究生答辩、教学管理等多项功能为有机整体的远程教育系统．　

３．２需求分析及网络改造设计　对于整个校园来讲，远程教育系统的主要服务需求：一是提供实时教学服务（实时会议室型教学服务、实　时桌面教学服务）；二是提供非实时多媒体教学服务（视频点播服务、多媒体课件服务）．实时教学服务可以满　

足多人异地同时上课；非实时多媒体教学服务由用户选择多媒体课件或选择视频文件进行播放或学　８＿９３．　网络核心中心设在信息管理中心大楼内，校园内各建筑物与网络中心互联形成整个校园网骨干，教学楼　

到信息管理中心用光纤通信线路互连，实现教学楼内带宽千兆到大楼、百兆到桌面，学生宿舍１０Ｍ到用户．　为了满足广大师生的需求，学校还需安装专用服务器，包括ＷＥＢ服务器、计费服务器、Ｅｍａｉｌ服务器、ＳＱＬ服　

务器、ＶＯＤ视频服务器、各种资源管理服务器等，各服务器通过配置千兆／百兆网卡，直接连接到核心层或汇　

聚层交换机内．可利用现有网管资源维护各校区网络，保证整个校园网安全运行．　学校通过ＡＤＳＬ线路与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接提供高速宽带接入．学校建设的目标是升级现有网络，采用　

ｌＯＯＭｂｐｓ／ｌＯＯＯＭｂｐＳ光纤交换网络实现校区内部各个子网的高速互联，满足各系自己的正常的教学计算机　

化的要求；为将来扩展和升级预留接口；能通过广域网完成与其他系或学校之间的信息交流；网络管理中心　能通过广域网的高速优质传输线路为各种请求提供多种功能的良好的服务．　

三兰　Ｉ＼——　ＡＤＳＬ　ＭＯＤＥＭ　－ｕ‘　ｒｕ　。　

层　旱　

汇聚层＼　＼＼、　孟　＼　

｜　＼　

图１校园网主干拓扑结构　从图ｌ可看出，整个校园网由图书馆子网、网络中心子网、教学区子网、办公区子网、宿舍区子网五个子　

网组成．学校采用一台网络核心交换机，放置在信息管理中心楼，通过光纤连接学校的各个子网，形成整个校　

园网的主干，服务器（如ＥＭＡＩＬ、ＷＥＢ、ＶＯＤ等）可用千兆网卡的方式直接连接到核心交换机内．　

３．３远程教育系统框架　

通过对该校硬件状况及现实需求的分析，确定了总体设计思路：首先是以一个校区作为承载远程教育的　

基础网络及交换平台，然后是引入电信网和有线电视网，最后实现基于三网融合，拥有多媒体信息检索和实　

时交互课堂两种远程教育方式的远程教育综合信息网．　

该校远程教育综合信息网由光纤网、经过改造的双向ＨＦＣ网、以及光纤以太网组成，建成连接各校区、　

单机和家庭用户的ＩＮＴＲＡＮＥＴ网络．该校宽带信息网络采用千兆以太网和快速以太网技术，其系统结构分　

为三层：核心层、汇接层和接入层．核心层采用环型拓扑结构．核心层、汇接层与接入层间采用星树型网络拓　

扑结构，带宽为１０００Ｍｂｐｓ到层，１０Ｍｂｐｓ到户．　

接入网以混合光纤与同轴电缆（ＨＦＣ）、双绞线电缆（ＵＴＰ）为基础逐步实现数字化、宽带化．进一步延伸　

光纤接入网，实现光纤到大楼（唧）、到办公室（ＦＷＩ＇Ｏ）．　

３．４

远程教育系统的设计　１８　安徽师范大学学报（自然科学版）　２０１０年　

图２远程教育系统设计框图　

●●●…●…。…●…　教学管理　：　

用户信息　

图３系统逻辑示意图　整个系统分为６大子系统，这些子系统将完整地实现远程教学过程．　

３．４。１教学资源管理系统　

（１）资源库远程教育资源库的建设包括媒体素材库、题库、案例库、课件库和网络课程建设．　资源库以科目（即几个类似课程的总合）为单位划分，各科目采用一致的标准建设，分别建立各自的库系　

统．为了更好地实现教学资源共享，将同一科目划分成各个知识点．知识点是教学展示的基本组成，若干知识　

点可以按照教学要求组合为知识结构图，实现一定的教学计划．　

园