第四章Vclass的体系结构与总体设计

基于WEB的远程教学平台

余胜泉、陈天、何克抗

北京师范大学现代教育技术研究所（100875）

网上教学支持系统设计的基本出发点在于：网上教学不仅仅是将教学材料在网上发布，而更多的是学生与教师之间、学生与学生之间的充分沟通与交流，由于远程教学教师与学生之间在空间上的分离，这种沟通与交流就显得尤为重要，另外，传统教学过程中一些保证教学质量的关键环节，如作业、考试、图书馆、笔记记录等，都应该能够在网上得到很好的支持。所有的沟通与交流以及关键教学环节的支持，都需要一些专用的工具来支持，而现有Internet技术并没有提供这些工具，因此需要进行工具开发。此外网上交互式的程序设计，是一般非计算机专业教师所难以做到的，因此，我们开发了一套网上的教学支持平台，为教师在网上实施教学提供全面的工具支持，屏蔽了程序设计的复杂性，使得教师能够集中精力于教学，也使得网上教学从简单的教学信息发布变成一个充满交互与交流的虚拟学习社区。

一、设计目标

1．一体化管理

网络教学支持系统应该与教学内容紧密集成，应该实施一体化管理，而不是相互分离的系统。目前，Internet上的一些现成工具，如电子邮件、WEB、新闻组等，都有一定的教学功能，还有一些大学也开发了一些教学支持工具，如用户注册系统、讨论组、聊天室等，但这些工具都是与教学内容相分离的，是一些相对独立的系统，对教学的紧密性要求支持不够，象某些系统，要学习几门课程，就需要登录几次，使用起来很不方便。一体化管理就是要使教学支持系统真正符合教学的要求，在一个统一的系统中可以完成教学（学习）过程中的各种活动，而不需要来回在几个系统之间切换，降低操作的复杂度及学习的难度。

2．完全开放

远程教学所涉及的行业范围大，学习者的数量多，教学内容的形态需求复杂，这就要求系统具有完全的开放性，能够容纳各种形态的网上教学内容，不能仅仅限于支持某些专用工具开发的教学内容，不能只是支持某些文件格式。本系统将采用开放的文件存储格式，支持所有能够在网上运行（包括需要插件的文件）的课程内容与文件格式，不对课程开发工具作限定要求，只要求该工具开发出的课程内容能够在网上运行即可。

3．简化交互式教学设计的复杂性

网上教学不仅仅是将教学内容在网上发布，更为重要的是教师与学生、学生与学生、教师与教师之间的充分沟通与交互，从而打破了传统课堂的授课模式，。由于师生在物理空间的分离，师生之间的交互显得更加重要，可以说，这种交互的广度与深度，是决定网上教学质量的关键性因素。网上教学包括一些基本的教学环节：教学内容的发布、作业、答疑、考试、讨论（同步／异步）、作笔记等等，而现有Internet工具并不能很好地支持这些活动，需要教师进行复杂的交互性程序设计，这对大部分教师来说，是无法完成的。教学支持平台就是要解决这些交互式工具支持问题，使得教师无需花费大量的精力去开发程序，就可以很方便获得很好的交互性支持，从而可以专注于教学内容与教学活动。教学支持平台的首要功能就是降低实施网上教学的技术难度，提供方便实用的教学工具，简化交互式教学设计的复杂性。

4．支持多种教学策略

网上教学完全打破了传统课堂授课的模式，改变了传统教学中教师与学生之间的关系，教师从知识的传授者和教学的组织者转变为学习的帮助者和引导者，学习者已经成为学习过程的

主体，加上教师与学生在地理空间上的分离，形成了一种全新的师生关系，在这种新的关系下，传统教学过程所采用的教学策略相当一部分已经不再适用，网上教学是一种新型的教学方式，在新的教学环境中，它不能完全沿袭传统的教学方式，而是要引进新的思想、新的教学方法。教学支持平台必须能够充分体现这些新思想与新方法，必须能够支持探索式学习、协作式学习、角色扮演式学习、辩论式学习等适合网络学习环境的新教学策略，应该提供实施这些教学策略的实用工具。

二、体系结构与功能

一个完整地支持基于Web教学的支撑平台应该由四个系统组成：网上课程开发系统、网上教学支持系统、网上教务管理系统和网上教学资源管理系统四个子系统。它是建立在通用的Internet/Intranet基础之上的，专门为基于双向多媒体通信网络的远程教学而提供全面服务的软件系统，它包括资源管理、网络课程开发、网络教学、网络教务管理四个方面的服务，在丰富的学科资源的基础之上，学科教师根据教学要求与教学计划，并根据自己的教学特色，开发网络教学课程，借助于网络教学的一些支持工具，开展双向的远程教学，教学管理系统可以保障这种教学更加高效，也更加规范化。

2.1网络教学系统

网络教学系统是一整套提供远程教学服务的系统软件，它以网络课程为核心，在教学管理系统的支持下，合理有效地利用学科教学资源，为实施全方位的现代远程教学提供服务，它将网络课程与学校的远程教学服务进行了有机的集成。网络教学系统不仅是先进计算机科学和技术水平的体现，更重要的是要符合现代化教育的一般规律，能够为远程教育提供一个真正高效的现代化教育手段。

网上教学支持系统的功能包括课程的网上发布，教学过程中对教师教的支持和对学生学的支持，以及对教学活动的管理。

1．在线发布网上课程

网上教学第一步要做的就是将教学内容在网上发布，一般一门课程都有很多文件，如何将这些文件内容很方便的发布到网上，并自动配置相关的教学支持工具，是个很重要的一个环节。系统应该提供多个文件一次性上载的功能，或者生成FTP帐号，供教师通过FTP上载。

2．教学活动设计和管理

网上教学支持系统应该为教师提供一系列的实用工具，帮助教师进行教学活动设计和管理，

（1）评估系统

网上教学支持系统所提供的评估系统包括测验试卷的生成工具、测试过程控制系统和测试结果分析工具。测验试卷的生成工具可以根据教师输入的一些组卷参数，自动生成所需的测验试卷，另外，还可以为每个学生产生不同的试卷，以防作弊。测试过程控制系统主要完成对网上测试过程的控制，如在需要时锁定系统，不允许学生进行与测试无关的浏览，控制测试时间，到时自动交卷等。测试结果分析工具一般是根据每道题中的知识点和学生的答题情况，对具体学生给出诊断，对下一步学习提出建议。有些网上教学支持系统还可以根据考试测验的统计数据，运用教育评估理论分析题目的质量，如区分度、难度等。

（2）学生管理系统

网上教学支持系统应该支持教员根据教学需要，设定学生的行为权限，如可以做什么，不

可以做什么，如是否可以查看成绩等。

由于网上教学非常适合于小组合作解决问题，分组学习、协同工作将是未来网上教学的重要组织形式。网上教学支持系统应该为老师给学生分组提供方便，比如老师只要设定分组条件（如按成绩），系统就自动将学生分组，同时自动产生相关的一系列设施设定，如小组的主页、小组讨论园地、邮件列表等。老师可以以小组为单位，为这组成员布置特别的教学任务。

（3）学习管理工具

对于教师来说，管理一个在线课程很花时间和精力，而网上教学又特别强调一个老师所教的学生数量，因此自动实现一些课程管理工作是十分必要的，使教师可以集中精力于学生的学习辅导。比如提供自动记分系统，在学生作完测验系统自动判分之后，自动将成绩登录，进一步系统还可以自动提供反馈信息，自动建议学生下一步的学习内容。

学生信息跟踪：在进行网上教学时，教师的角色已从讲课者变成学生学习的引导者和服务者，为此老师需要监控学生的学习情况，了解学生的学习进展，已取得的学习成就，及时地发现问题，加以引导。通过学生信息跟踪，教师可以了解到某个学生何时进入课程，花了多长时间阅读某页内容，做了什么练习，对几题，错几题，是怎么做的，有些产品还可以向教员提供学生曾经访问过的站点的地址。总之，学生跟踪系统可以为教员提供详细的学生进展报告，利用这些数据不仅可以有针对性地因材施教，还可以改进和提高课程的质量。

学习管理：应提供个别辅导、协作监控、讨论组管理、疑难解答、试卷管理、作业管理、成绩管理、学习进度管理等。

3．学习和探索

网上教学支持平台通过为学生提供一系列辅助学习工具支持学生在网上的学习和探索。

笔记本：在学习过程中，随时记录自己感兴趣的内容，通过记录学习内容，学生自己建构自己的知识体系。

书签：学生可以标记所感兴趣的内容，以后再看，有些系统是直接利用浏览器的书签功能，但是浏览器的书签功能在显示页面是多帧的情况下往往不能正确标记。

搜索工具：搜索工具也是很有用的学习工具，有的搜索工具只能搜索本课程内容，或者搜索本课程的讨论内容，但也有一些系统允许学生在他所选的所有课程内容中搜索。

学生学习记录：对学生个性的尊重，对学生学习的激励，如支持学生在课程内容上加注，允许学生去查看自己的作业完成情况，了解自己和班上其他同学的差距等。有些系统为了鼓励学生多做练习，允许学生多次完成同一套作业，只在成绩单上记录最好成绩，不过学生每次作业完成情况都会记录下来，老师可以查阅，发现学生的问题，提供适当的帮助。

学生工作区：有些产品还支持学生自己建主页，用以张贴小组工作成果，或个人的项目介绍，并提供对学生主页的统一管理。

4．讨论和协作

网络学习是一种地理空间分离分散式的学习，学习群体与教师的交流与协作至关重要，网上教学支持系统应该为师生提供方便实用的交流工具。

同步/异步讨论园地：网上教学支持系统大多都提供了若干种支持学生之间、师生之间交换信息和讨论的工具，如公告栏，聊天室等。另外一个很有用的讨论工具是电子白板，可以可视地表示公式及问题求解的过程，电子白板常与同步聊天系统、可视会议系统一起使用。

课程电子邮箱：在网上上过课的教师都有这样的体验，邮箱很快就被学生的问题邮件填满，当同时讲授多门网上课程时，区分管理这些邮件是很烦琐的事情。所以网上教学支持系统要为

师生按课程建立单独的邮箱帐户，这样可以将不同课程的信件和私人信件区分开来。

协同工作：使用计算机协同工作是计算机会议系统的功能，还没有成为网上教学支持系统的标准功能，但有这样的发展趋势。协同工作的意思是，在不同地方的人可以用同一种软件对同一文件一起编辑修改，每个用户都可以看到文件被实时编辑的过程。网上协同机制使不同地方的学生可以象现在的同班同学一样合作完成某个作业，一起做项目。

2.2网络教务管理系统

远程教学的目标是培养合格的人才，完成既定的教学任务和实现国家规定的教学目标，远程教育机构要达到这些目标，教学管理居于一个至关重要的地位，它起着调配教学资源、组织教学活动、总结教学数据等重要作用。教学管理系统使得教学能够顺利实施，也可实现整个教学管理过程的现代化和管理的规范化，另外还能及时、准确地反映教学现状，分析教学效果。整个远程教学管理系统可划分为四个相对独立的模块：课程管理、教务管理、学习管理和系统管理，它为学生、教师、管理人员提供全面的服务。学生可以通过管理系统保存自己的个人档案，及时获取教学机构发布的最新信息，得到教师的帮助与辅导等；教师可通过管理系统设置课程与教学计划，查看学生的学习档案，提供有针对性的帮助；管理者可管理教师档案、学生档案、发布最新信息、对远程教学系统进行管理和维护等。网络教学管理系统的功能结构如下图所示：

图1 网络教学管理系统的功能结构

1．教务管理系统

注册认证：该系统接受用户的注册，保留学生的档案数据，包括学生每次测试的成绩，修得学分，已修课目等教学过程中动态生成的信息。注册系统还应提供授权认证功能，只有正式注册过的学生才能进入教学支持系统。

学生学籍档案管理：学生的学籍管理覆盖学生从入学申请到毕业的各个环节，如入学申请，选课、学习、考试、毕业等。学生、教师和相关的管理者能够对相应的信息进行修改和添加等操作，学籍管理以学生为单位。

教师档案管理：教师管理包括对教师的档案管理、教师的资格审查、教师的业绩考核以及对于教师任课的管理。

数据统计与分析：将各个教学环节中的数据收集起来，定期整理、统计，并在此基础上，进行一定的智能推理，并将结果通过报表、Email等形式反馈给学生、教师或相关人员，以帮助学生更好的学习、教师更好的改进教学、管理人员更加科学的决策。

信息查询：学生、教师、管理人员以及一般的浏览者均可通过Internet，在相应的权限范围内，浏览相应的信息，如学生对专业、课程情况的查询，学生对考试成绩的查询，教师对学

生信息的查询等。

行政公文管理：为了更好地进行教学管理，需要进行教务信息的发布，以及相关部门间需要有大量的公文以及报表流通，因此，我们需要建立比较完善的行政公文管理系统。以实现各类信息、公文的发布、管理以及查询功能。

教师评价管理：对教师的教学情况作综合评价，它包括三个方面的评价：教师的自我评价：教师对自己的教学工作做出主观评价，以量化指标的形式体现；学生对教师的评价：通过在网上发布教师教学情况的评价表来收集学生对教师教学情况的评价信息，综合所有学生的意见后，以量化指标的形式体现；系统评价：教学系统自动记录教师通过远程教学平台来进行教学的过程信息，如布置作业、批改作业的数量，作针对性辅导的次数，上网的时间等等，这些数据最终也以量化指标的形式体现；最后的评价结果将以这些量化指标作加权评分。

学生学习评价管理：包括学生选择学习内容的深浅程度评价；学生的作业情况评价；学生的答疑情况评价；学生的讨论情况评价；学生的考试情况评价：试题难度、考试信度、考试成绩评价；学生参与的态度评价；最后通过加权评分作综合评价。

2．专业与课程管理

专业、课程的管理：包括专业的设置、管理，专业课程的设置、管理，培养计划的制定和调整。要求教师和相关管理人员均可在允许权限内进行访问、修改等操作。

课程管理：包括设立课程，指定课程相关人员（如开发人员、授课人员、助教人员和学生）的权限和口令，分配建立与课程相关的设施，如邮箱、讨论区、网址等。课程管理还可以提供灵活的数据库报表功能，为教员和管理人员提供有关课程的各种统计信息。

课程内容发布：将教师开发的课程内容，上载到相应的远程教学系统，在网上发布，实施网上教学。

教学计划发布：发布某门课程的教学计划，提供查询、修改、删除等功能。

选课管理：学生可以在已有的网络课程中，选择某些课程进行学习，选课系统自动为学生配置课程学习的资源，并记录本课程学习的过程。

3．系统管理

系统设置、维护功能：它负责系统的日常维护，参数设置、数据备份和恢复。系统的安全性和数据的完整性、一致性主要由本模块来保证。

网络计费管理：提供采集计费源数据的功能；计费功能可能分布在教学活动的各个环节，如学生在注册入学时应缴注册费，补考应缴补考费等，提供计费项目的管理功能包括：学习内容、学习时间、多媒体信息流量、传输的区间、使用的服务方式等项目；按时或实时自动更新用户费用；提供帐单的查询和统计功能（以报表形式或其它形式）；提供计费的数据分析和数据挖掘功能。

权限控制：将系统用户划分为不同的角色，不同的角色指定不同的功能、不同的权限。对于不同权限的用户，只提供他所能访问的功能界面，控制无关信息的显示。

数据备份：定期对系统关键数据进行备份，并对备份档案作详细记录，一旦出现意外，系统能够根据备份数据和备份记录数据进行恢复。

系统评估：跟踪记录用户行为数据，并以此为依据进行分析和统计，发现系统隐含的问题，对系统作出定量评估；通过问卷调查的方式，收集用户的反馈及评价意见，对系统作出非定量评估；根据评估意见，不断修订完善系统。

安全管理：提供权限控制、用户认证、恶意攻击监测等功能。

网络性能管理：收集影响网络性能的数据；提供对历史数据的分析、统计和挖掘功能；提供调整网络拓扑结构和配置的功能。

网络配置管理：硬件平台满足前述的规范要求；硬件平台的可扩充性要求；动态维护网络配置数据库。

2.3网络课程开发工具

通用的多媒体写作工具都是为商务用途而设计的，相对于教育领域的特殊需求针对性不够，特别是缺乏资源的支持，更增加了用户开发多媒体网络课件的难度。网络课程开发工具就是要让非计算机专业人员（普通教师）能够方便地构建网络课程和相关内容（备课、考试等），该工具可简化教师开发网络课程和备课的过程，降低课程开发对教师计算机技能的要求，使一般教师易于学习掌握。另外，该工具能够与远程教学系统进行紧密的配合，可直接将开发的网络课程发布到实施远程教学的因特网站点上。

网络课程工具可以针对不同性质学科的特点，将该学科的教学模式抽象为多个可以直接套用的模板，并给与相应资源库的支持，有了丰富的资源和使用简单的教学设计模板，就可方便地完成多媒体课件对交互性的要求。在课件编写过程中，从总体的教学设计到具体的教学方法，从版面设置到对象属性设置，由于每一步都有模板和提示支持，经过较短时间的学习，普通教师就可以轻松地完成课件的编写工作。教师不必再为缺乏素材而发愁，也不必再学习抽象繁琐的代码设计，可以大大减小制作多媒体课件的难度。

1．教学内容的表示：多媒体集成工具

随着技术的发展，网上信息的内容和种类已基本不受技术条件的制约，课程内容的开发可以根据需要，选择合适的媒体形式，如文字、图形、图像、动画、音频、视频等。一般来说，这些基本媒体素材的制作创建都可以利用相关的专用软件，如文字图形可以用字处理软件产生，图像可以用图像处理软件加工，动画可以用动画制作工具生成。

作为网络课程开发工具，对教学内容表示的支持主要是提供对各种素材的集成功能，这与传统的教学软件开发平台的功能是一样的，与传统教学软件开发平台的差别是所产生的最终结果必须能够在网上浏览，如可以转换为HTML格式的文件。

2．教学逻辑的设计：课程内容结构图

教学逻辑体现了教学内容的层次和相互间的关联。网上教学和课堂教学的差别在于，在教室里，课程内容层次性的展现是由老师通过讲述一步一步完成的；在网上教学时，老师需要将这些关联通过内容的组织立体地揭示，引导学生自己去体会，同时还要注意不要影响学生对课程主干框架的认识，不能使学生感到内容混乱。

因此，网上课程开发工具要为开发课程的教师提供课程内容的建设框架，提供方便老师针对不同学生设计不同教学路径的功能。目前这一功能的实现有两种做法：一是提供内容的层次树，另一种是提供内容的关联图。具体课程内容的切换可以通过设置按钮、热区和超媒体链接方式实现，但要注意提供界面友好的逻辑性强的导航系统。

目录树生成与修改：由经验丰富的老师编写好课件脚本后，课件制作工具可以采用自动与人工相结合的方式，生成树型结构的课程章节目录。教师可以随便对这样的目录树进行调整。

此外，有些系统还提供了自动索引工具和自动建词汇表的工具。索引和词汇表是学生学习很有用的信息检索工具。

3．制作视频课件：流媒体教学内容的生成

提供教师一个有效的制作工具，用于将教师在课堂教学的实况录制下来，进行数字化后，编码成流媒体格式，在网上以课件的形式发布。对于有讲稿的教学录像，还可以将已经数字化的视频数据和他所使用的PowerPoint或HTML的讲稿利用Javascript语言关联起来，以便客户端点播时的同步播放。教师只需要提供资源的存放地址（可以是URL）地址，和同步播放关系（例如播放的前后次序等等），利用本工具可以自动生成对应的Javascript脚本，并上传到服务器的指定目录中。同时，在指定的HTML文件中自动生成一条点播链结。

4．素材的组织与生成

网络课程开发工具应能够充分利用教学单位或教师提供的现有各类素材来构建新的网络课程或新教学功能模块。教师可以通过该工具抓取素材库中的素材来构建网络课程或网络教学模块。通过该工具构建的网络课程，能直接在网络上运行。具体功能描述如下：素材的搜集与利用：网上有大量丰富的教学素材，资源管理系统可将资源统一、规范地存放在数据库中以方便共享。教师能通过网络课程制作工具方便地访问这些资源，还可以进行分类查询。这样可以避免重复劳动，缩短研制开发周期。

素材的制作：教师一方面可以用其他的工具如Powerpoint等生成图片，幻灯片和声音等素材，然后通过制作工具载入利用，另一方面也可以利用制作工具提供的编辑功能，方便地生成自己需要的素材，然后保存到相应的素材库中以便再利用。

教学内容添加：将素材库中的素材拖动到目录树的叶节点中，在上下两个相邻的两个素材间可以方便地插入一些衔接性的文本和语音，以便承上启下。

连续播放和预览：提供连续播放和预览等功能，让教师随时看到课件的效果。

课件输出：最后将制作好的课件内容输出，自动生成网页形式的网上课程。

5．网络化学习模式：多学习策略支持

网络课程开发不应只是能够开发传授式的课程内容，还应能够设计可充分体现网络特色的，充分发挥学生认知主体作用的学习策略与学习方式，如协作式学习、发现式学习、角色扮演学习、问题解决学习、基于资源的学习等等，并支持生成这些学习策略所需要的内容。

6．课程的快速生成：模板和向导

网上课程的质量，不仅取决于教学内容的质量、教学内容的表现形式，还取决于教学方法的合理运用、教学策略的具体实施，因此开发网上课程需要综合运用教育学、心理学、计算机科学和各课程学科多方面的知识，这对于网上课程的开发者来说要求太高了，因此，网上课程开发系统就必须提供"低门槛"，在保证开发课程方便快捷的同时，保证所开发的课程具有合理界面布局，有助于学生的学习、记忆和掌握。具体的做法是提供模板或开发向导。

模板主要是某种类型页面设计的框架，向导可以引导教师完成教学模型或课程框架及页面的设计。使用模板和向导，教师只要按照要求填写有关的参数，系统就可以自动生成所需要的页面。

2.4教学资源管理系统

教学资源包括媒体素材库、试题素材库、案例库、网络课件库、网络课程库、文献资料库等。所有上述资源都分别建有其索引信息，以便快速地查询、浏览和存取，另外，资源的收集、编辑、修订等都是资料库能否得到充分利用的关键因素，需要一个强大的资源管理系统对它进