基于Web的学习系统设计的分析介绍

4.2.2　基于Web的学习系统设计

基于Web的学习系统是一个由硬件、软件、教学内容、教学管理组成的一体化有机的系统，对它整个结构的完整的认识，我们需要从4个方面考察：硬件结构、软件结构、内容组织结构、教学组织与管理。

1.硬件结构

支撑网络学习系统的物质基础是计算机网络，一般是一个网络中心。它根据支持的学生人数、范围、学生访问网络的方式等诸多因素的不同，变化很大，组织结构形式也各不相同，但一般来说，都具有如下模块：接入模块（电话拨号和Internet接入）、交换模块、服务器模块、网络管理与计费模块、课件制作与开发模块、双向交互式同步教学模块。其结构示意图如4－3所示。

图4－3　基于Web的学习系统结构

接入模块的主要功能是让学生和教师能够以多种方式访问网络资源，从而达到教学或学习的目的，它的主要设备是路由器和访问服务器。路由器的主要作用是通过网络专线将整个网络接入Internet，从而使本网的用户能够访问Internet资源，而其他网络用户能够访问本网信息；访问服务器的主要作用是使得没有连入Internet的学生可以通过电话拨号的方式来访问网上的教育资源，从而达到学习目的。

交换模块是整个网络连接与传输的核心，主要设备有主干交换机、分支集线器和连接各模块的网络电缆，由它们组成整个骨干网络。

服务器模块主要负责信息的收集、储存、发布，它们是对外提供教学与信息服务的主要实体，一般有Web服务器、FTP服务器、E－mail服务器、DNS服务器、数据库服务器等等，它们可以由一台或多台高性能的计算机承担。

网络管理与计费模块中，网络管理主要对整个网络进行监控、运行性能的监测、故障的预警和诊断等等；计费模块主要是记录网络使用者的资费信息，以控制网络资源的有偿使用。

课件制作与开发模块主要是开发、维护网上的学习内容与教育资源，以实现教育信息的不断更新。

双向交互式同步学习模块是一个基于高速数据网络双向可视会话系统，它可以将演播教室中教师的讲解情况实时传送到远程多媒体教室，教师在讲解中，还可以看到远程教室中学生的表情与神态，并能接收到学生的询问，类似于本地课堂教学。

2.软件结构

一个完整的基于网络的学习系统，不仅需要系统软件的支持，还需要一些专门支持教学的应用软件：

（1）适应性超媒体学习系统。由于基于Web学习的学员来自各行各业，他们没有一个统一的起点，能力参差不齐，因此，基于Web的学习系统必须能够针对不同能力的学生，提供不同形式的教学。

适应性超媒体学习系统指根据学生的个别能力特征，动态呈现与学习者当前学习能力最相关的基于超媒体教学内容。它有两个含义，首先是学习内容的选择上，系统根据学习历史记录和能力估计，选择学生没有掌握或是没有学习过的学习内容。这些学习内容是与当前学生能力最接近的。学习内容的选择与组织以认知单元为最小单元，一个认知单元就是教学目标中所规定的最小的一个知识点，针对这一个小知识点所展开的学习内容称之为一个认知单元。每个学习阶段，可以选择一个或几个认知单元。其次，是在学习内容的组织上，系统将根据对学生估测的能力和学生的认知风格，选择最适合学习者的内容呈献方式，在适应性学习系统中，每个认知单元的学习展开都有多种形式，有一些详细、有一些简略；有一些具体形象、有一些抽象；另外，提供给学生的相关辅助材料，练习试题等等都各不相同。学习内容的组织，主要以超媒体的方式进行，差别主要体现在链接的层次和链接的单元上，它将根据学生能力的不同而有所不同。具体说，适应性超媒体系统的主要功能有学习内容的动态适应、学习内容导航自适应、学习内容的动态构建的适应、协作式的问题解决以及自主选择学习策略的适应等。

（2）多媒体授课系统。基于流式媒体学习系统从功能上可以分成两个部分：一个是课件点播系统，一个是基于流媒体广播的同步授课系统。

课件点播系统

课件点播系统是一个适于教学的VOD（Video On Demand）视频点播系统。它与普通的VOD的区别是：课件点播不仅需要播放语音和视频，而且还需要同步播放教师授课的板书，大多是基于PowerPoint或HTML的讲稿。具体功能如下：

基于Web：客户端只需要一个Web浏览器和支持流媒体播放的插件，学习者访问授课的站点，单击点播链接即可。

授课实况的数字化：教师授课的视频信息事先数字化，并转换为流媒体的兼容格式存储在服务器中。同时教师授课时使用的PowerPoint或HTML的讲稿也在服务器端存贮。

视频和授课讲稿的同步播放：当用户在客户端点播相应的课程时，教师的授课视频将和PowerPoint或HTML的讲稿同步播放。用户可以暂停到某一个PowerPoint或HTML的讲稿观看当时的授课实况，也可以暂停到某一段授课实况来观看相应的PowerPoint或HTML的讲稿。

基于流媒体广播的同步授课系统

它不同于点播，流媒体广播的同步授课系统并不事先存储视频而后播放，而是直接广播到一组客户端播放。因此，它是实时和同步的。目前大多数的流媒体技术都支持广播，例如RealSystem的RealServer。其功能如下：

支持多个教室的视频同时广播：多个视频流可以同时向不同的教室广播。用户可以在这些教室中进行切换，观看不同授课实况。

支持服务器端的广播数据备份：在Stream服务器中能够将数字化后的Stream视频数据备份存贮以便为日后的点播服务。

支持同一页面中的多窗口显示不同教室的广播视频：利用SMIL，可以在同一个浏览器窗口中显示多个视频广播流。用户能够同时看到不同教室的授课实况的视频。

（3）师生交互工具。为了有效的支持分布在异地的师生间交流，远程交流工具应不仅提供传统的基于文本交流，还应提供包括图形、语音、视频等多媒体的支持。当前师生交互工具主要有以下几种：

传统文本交谈：与一般的文本聊天客户端程序有相同的功能，包括私人交谈和公众交谈两种方式。在私人交谈模式下，教师可以选定特定的一个在同一交流环境中的学生进行文本交流，也可以是一个学生与同环境中的另一个学生之间进行私人交谈。在公众交谈模式下，一个教师或者学生的键入的文本信息可以被同一交流环境中的其他学生和教师共享。

软件共享白板：软件共享白板是一个为在Internet环境进行教学的教师和学生提供文本以及图形共享的区域。教师端的白板中的图形和文字可以通过Internet同步传递到交流环境中的其他学生端白板中。学生可以同步的察看教师在白板中的板书内容。这样，共享白板实现了传统教室中黑板的功能。

语音交互：语音交互是异地师生之间一种有效的交流方式。为了达到理想的网上学习效果，在多媒体交流环境中设计支持同步实时语音的功能是十分必要的。在语音交互中，教师可以用语音授课，也可以赋予特定学生发言的权利，获得许可的学生也可以在交流环境中利用语音进行提问、回答或相互讨论。

视频交互：为了增加师生学习过程的生动性，需要师生间能够看到各自的视频图像。教师可以任意选择特定的学生端视频，也可以同时看到多个学生端的视频图像。学生端可以选择观看教师端视频。为了减少网络的流量，视频交互仅为一个可选项。

树状课程内容索引机制：在每一个交流环境中应具备一门主题课程，课程是以树状目录的形式组织的。教师可以依据树状目录索引来浏览课程内容，同时控制学生端的课件浏览器的显示内容。另外，教师可以利用树状目录索引，将课件中特定的图片转贴到共享白板中供大家详细讨论。这样教师只需要在树状目录索引中浏览，即可指导学生的学习进程。

（4）网络题库管理系统。基于Web的题库系统用于支持教师和学生通过网络进行组卷并进行相应的测试。题目内容主要是各级各类学科内容的测试题、达标题等。题库可以根据不同的测试目的运用相应的组卷策略进行组卷。基于Web的题库系统能够完成一般的题目管理功能，还能对学生的测验结果进行统计分析。网络题库管理系统功能模块如图4－4所示：

图4－4　网络题库管理系统功能模块图

其中：教师远程组卷是指教师通过在浏览器中输入相应的组卷参数，系统自动组出一份符合要求的试卷。试卷以两种方式呈现：一种是以HTML的方式，将一份试卷形成一个HTML文件；一种是RTF文件的方式，自动形成的试卷以RTF文件的方式打包，供教师下载使用。而个人远程组卷是指学生可以针对自己的学习特点，输入组卷参数，形成针对性的练习试卷，试卷以HTML网页或RTF文件的方式显示。

网络题库采用基本技术路线是：本地管理、远程使用。所谓本地管理是指所有试题库的管理工作，包括试题的录、删、改都在本地局域网上运行，采用客户/服务器（C/S）的体系结构；远程使用是指题库的用户通过浏览器远程使用，采用浏览器/服务器（B/S）体系结构。

（5）考试与评价系统。考试以及对考试结果的分析与评价，在远程教育中起着重要的作用。由于借助计算机和国际互联网，使得远程考试在许多方面优越于传统考试。

首先，远程考试系统具有快速和高效的优点。在传统考试中，教师要准备一次考试，从搜集资料开始，选考题、印制考卷、考试、批改到最后记录分数，工作量十分繁重，工作周期也从数周到数月不等。而使用了计算机的远程考试系统，可以大大提高工作效率，缩短考试周期，使教师有更多的时间专注于自己的教学工作。

其次，远程考试的另一优点是“远程”。通过国际互联网，考试突破了地域和时间的限制，任何人都可以随时随地开始一场考试来检验自己的知识和水平。当然，对于比较正式的考试，还是需要进行严密的组织，但比起传统考试，形式可以更加灵活多样。

此外，利用远程考试系统可以实现更高级的考试功能，更好地达到考试的目的。比如最近出现的自适应考试、多媒体考试等，都可以在远程考试系统中实现。

评价功能：系统可分析档案中的历次考试分数信息，得出统计分析后的评价结果。它可以提供四个方面信息，一是关于学生个人的信息，如学生有没有掌握好的知识点，学习是否进步等等；二是关于这次考试的信息，如考试信度、考试成绩的分布等；三是试卷中试题的信息，如试题的难度、有效性等；四是提供学习过程信息，如存在问题的学习单元，需要补习的知识点等。

基于Web的考试评价系统在具备上述功能的基础之上，还可以具备远程监考功能、多媒体考试功能以及学习信息收集功能等。

（6）资源库管理系统。资源库管理系统主要功能是对各种教学资源进行采集、管理、检索和利用。它由两部分组成：CAI软件库和学习资源库。CAI软件库包括通过各种渠道收集到的国内外继续教育优秀课件，它可能是一门完整的课程，也可能是一节课或一个知识点。学习资源库为各级各类学校提供丰富的学习背景材料、扩展学习材料以及其他各种分类多媒体素材。学习资源库也可用作培训教师备课用参考资料（包括各种史料、教参、优秀教案和优秀课例的分析等）。

学习资源库后台管理软件是服务器端管理软件。服务器端管理软件负责整个学习资源库的管理和维护，同时提供客户端浏览器的接口。服务器端管理软件应具有以下功能：①查询、修改资源库的索引数据库；②浏览并能全文检索资源库中的内容；③读取和下载资源库中的内容；④剪辑资源库中的内容；⑤支持并发访问。

（7）自动答疑系统。自动答疑是一个适应性的知识库系统，它分自动答疑与人工答疑两大部分。在教学设计阶段，教师将本学科最常见的疑难问题按一定的组织方式，存放到该领域知识库中，当学生在遇到疑难问题时，通过网络远程提交问题的描述，系统将根据学生提交的问题描述，对领域知识库进行智能搜索，按照检索内容相关程度的高低，将对该问题的解答呈现给学生。当在知识库中没有检索到对该问题的解答时，系统将通知学生，并采取两种方法进行后续处理：①自动将问题通过电子邮件的方式发送到主持这门课程的学科教师，当教师对该问题进行回答后，系统将自动将解答发送到学生的电子信箱；②将问题公布在答疑布告牌上，征求解答，有人对其解答后，系统将通过电子邮件通知该学生。同时，系统将对该问题的解答归纳到领域知识库中，以便其他学生遇到类似问题时，能给予自动应答。自动答疑还提供在线答疑功能，学生登录到答疑室，便可以将问题发送到答疑室的公共白板上，主持教师或其他学生可对学生作出适应解答，并将解答发送到公共白板上。

随着答疑系统的数据库中所存放的疑问和解答信息越来越多，它必将成为学习过程中的有用资源，答疑系统的另一重要作用就是为学生和教师提供多方面的查询功能。主要的查询方式有以下几种：①查询正在浏览章节中的问题；②以访问频率大小进行查询；③根据关键字进行查询；④查询其他学生提的问题。

学生在自动答疑系统中所提出的问题，直接反映了学习的效果和漏洞等。通过对疑难问题的统计和分析，可以协助教师调整教学的进度和教学方法等，改善教学效果。另外，教师对学生提出问题的处理情况统计也是检查教师工作效率的有效手段。统计和分析的方式和手段是多样的，包括：①按照章节进行统计分析；②按照知识点/关键词进行统计分析；③单个问题的统计分析；④统计单个学生的问题；⑤统计问题的解答情况。

自动答疑系统中积累的大量的问题/解答库是非常有用的资源，可以用来作为基于问题学习（Problem－based Learning）的资料库。

（8）学习管理系统。不管系统具备多么高的智能性，计算机并不能替代人类教师，计算机可以把人类从简单重复性的智力劳动中解放出来，但学习过程中的高级诊断、管理、推理必须由教师来完成。可以说，缺乏教师参与的学习系统，不是一个完美的学习系统。在基于Internet的学习系统中，教师的参与仍然非常重要，它可以弥补计算机系统的复杂智能的不足。具体的说，系统的学习管理应具备如下功能：

针对性的辅导：教师根据每一个学生的学习历史记录、学生认知模型中的知识结构和能力水平等数据对有学习障碍或学习效果不佳的学生提出有针对性的学习建议与学习辅导，学生可根据这些辅导与建议，调整自己的学习。

疑难解答：当学生在学习过程中，遇到适应性学习系统无法解答的疑难问题时，适应性学习系统将把这些问题提交给学科教师，学科教师要对这些问题作出解答，并提交给学习系统，学习系统将解答传送给学生，并将其纳入自己的知识库中。

协作监控：在学生进行协作学习过程中，当学生偏离学习内容或不遵守协作规则时，教师需要对这种协作进行干预，比如在讨论式学习时，学生写出不文明的语言，教师可屏蔽该学生的发言。另外，教师也可以做为协作学习的参与者，与学生一起进行学习。

3.内容组织结构

内容组织主要由同步教室、自习室、答疑室、虚拟论坛、虚拟图书馆等组成。

（1）同步教室实际上是一个课件库。已经开发出来的课件和其他学习材料以HTML文档的形式存放在网络的服务器上，用户通过Web浏览器选择自己需要的课件或材料。课件以超文本组织方式为主，并附有交互式教学软件、多媒体音像资料，可真正实现远程多媒体学习。学生在学习过程中遇到问题时，可以通过发送E－mail的方式向老师请教，也可以以在线交谈的方式向老师提出问题，老师可以实时地进行辅导。学生还可以用相同的方式从同学那儿获得帮助。

（2）自习室允许学生进行在线测试，以对自己的学习效果进行评估。在线测试有两种方式，一种是将测试作为课件的一部分，在使用课件的过程中进行测试；另一种是独立于课件的测试。自习室中基于网络的联机测试系统，可以在Web上实现我们通常所见的各种交互方式，如多项选择题、填空题、匹配题等。

（3）答疑室是一个集中解答学生在学习中遇到的各种疑难问题的地方，它分三个部分：第一部分是问题解答布告栏，它公布学生问过的典型问题以及学科教学专家对问题详细的解答。学生可以以查询的方式对这些答案进行全文检索，也可以以超文本的方式逐项查看；第二部分问题征集布告栏，学生可以通过填写布告栏中的各项表单提交问题，它由老师或其他学生进行解答然后放在问题解答布告栏中。学生也可以给专家答疑信箱通过电子邮件向学科教学专家请教；第三部分是一个联机的讨论组，每个课程都有一个，并有专门的老师进行主持。在这里，学生和学生，学生和教师之间，可以进行直接的、实时的交流。

（4）虚拟论坛为老师与学生、学生与学生之间进行交流提供一种场所。学生之间可以互相聊天，也可以就某个学科的问题进行学术研讨，既可以了解别人在该学科热点问题上的看法，也可以自由地发表自己的见解。讨论的主题可以包含各学科领域的方方面面。虚拟论坛的每个学科论题都有一个主持人，对讨论的方向进行引导。

（5）虚拟图书馆存放着各类电子杂志和电子报纸以及其他相关的学习资源，如：部分课件的文档资料、学术性文章、会议报告、影像资料、音频资料等。此外，虚拟图书馆还提供了其他一些大学图书馆的图书目录以及其他大学的Web地址等。在虚拟图书馆里，学生还可以学习使用查找信息的方法和技巧。网络教学系统的管理者们鼓励学术机构和个人把他们的研究成果或学术论文放到虚拟图书馆发表，以便有更多的资料供学生查找和使用。

4.教学组织与管理

同其他教学系统一样，基于网络的学习系统同样需要一个机构来维持它的运行，进行日常研究、管理和教学工作，这个机构的设置示意图如4－5所示。

图4－5　继续教育中心的机构设置

（1）教学研究组。研究基于网络的各种教学模式的特点，开发适合于网络教学的文字教材，研究网络教学发展动向，研究国家教育政策的发展变化趋势。主要的工作成果形式有：用于网络教学的文字教材；论述网络教学的论文；网络教学优化的具体意见等等。

（2）教学支持组。负责主持学生学习，对学生反馈信息的应答，如疑问解答、作业评阅等等；主要工作的成果是对学生反馈信息的应答的文字资料等等。

（3）业务发展组。负责发展上网学习的学生、广告策划、网络广告业务营销、相关辅导材料、软件、VCD的营销。主要工作成果是：上网学生的学生数，在本网上作广告的单位数，网络教学系统的知名度以及其他产品的营销业绩等等。

（4）技术支持组。主要职能包括负责将文字教材制作成网络上电子教材，教学业务系统的开发与维护，教学业务运作中总技术支持，学生反馈信息的收集，教师应答信息的发布，服务器的管理与维护，网络教学系统的维护与开发。主要工作成果是：课程的电子教材，业务系统软硬件的正常运作等等。

（5）财务。负责所有项目的财务审核与结算。

依据不同的学习理论和学习模式，基于Web的学习系统具有不同的设计策略。下面主要从自主学习和协作学习的层面探讨基于Web的学习系统个别化设计特性。