周瑩

摘要：在當(dāng)前信息化教學(xué)環(huán)境和教育資源建設(shè)上存在若干問題的基礎(chǔ)上，該文主要以分布式教學(xué)環(huán)境為基礎(chǔ)，介紹分布式系統(tǒng)在現(xiàn)代教育教學(xué)中的應(yīng)用，并對應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)加以研究分析，給出相關(guān)模型與設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：分布式系統(tǒng)；教學(xué)環(huán)境；資源共享

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)22-5416-03

A Research and Analysis on Distributed Teaching Environment

ZHOU Ying

(Mathmatic Department, Nantong Higher Normal Institute, Nantong 226001, China)

Abstract: On the base of some problems existing in the current teaching environment and education resources, this paper introduces the application of distributed systems in modern education teaching, analyzes the key technology of application and gives some design suggestion on research model.

Key words: Distributed system; Teaching environment; Resources sharing

以人為本，實(shí)現(xiàn)人的全面發(fā)展是新一輪課程改革的基本指導(dǎo)思想。教育信息化程度的高低已經(jīng)成為當(dāng)今世界衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。隨著教育現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)理念發(fā)生了重大變化，現(xiàn)有的教學(xué)系統(tǒng)因?yàn)樵O(shè)計(jì)、使用、資源的分類方式等種種原因，已經(jīng)不再適合現(xiàn)代的課程標(biāo)準(zhǔn)，建立新型的、適應(yīng)新課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)系統(tǒng)或者教學(xué)環(huán)境已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。

隨著信息技術(shù)在學(xué)校中的廣泛應(yīng)用，校園網(wǎng)技術(shù)的不斷更新，校園網(wǎng)環(huán)境也悄悄發(fā)生著變化。這種變化主要表現(xiàn)在：1）學(xué)習(xí)資源的通信功能。學(xué)習(xí)資源的廣泛性決定了學(xué)習(xí)資源只有具有一定的通信功能才能發(fā)揮其最大的學(xué)習(xí)功效?；谛@網(wǎng)或是更大的教育網(wǎng)或是互聯(lián)網(wǎng)，利用通信功能，各教學(xué)設(shè)施間的學(xué)習(xí)資源可相互檢索，共同利用，使得學(xué)習(xí)資源的使用超越地域的限制，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源共享。2）教學(xué)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)化。隨著基于光纖通信的校園網(wǎng)的建設(shè)，各教學(xué)設(shè)施之間都可以通過網(wǎng)絡(luò)相互交換信息。這樣學(xué)生可以根據(jù)自己不同的學(xué)習(xí)需求，進(jìn)行有效地選擇性地學(xué)習(xí)。教學(xué)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)資源和教學(xué)設(shè)施的共享，使多種學(xué)習(xí)資源和教學(xué)設(shè)施發(fā)揮其最大作用，取得最大的使用效益。3）多媒體環(huán)境的改善。教育信息化為學(xué)校的信息環(huán)境，特別是多媒體環(huán)境提供了改善和完備的保證。更多的先進(jìn)的多媒體技術(shù)被引進(jìn)到學(xué)校，為學(xué)生和教師服務(wù)。比如說多媒體通信系統(tǒng)中的視頻會議系統(tǒng)、LAN系統(tǒng)等。4）基于分布式系統(tǒng)教學(xué)環(huán)境技術(shù)的成熟。分布式技術(shù)可以使統(tǒng)一的教學(xué)資源庫可以分散管理，便于集結(jié)各網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)信息的共享最大化、最優(yōu)化。也可以利用校園網(wǎng)設(shè)計(jì)出各種分布式教學(xué)系統(tǒng)，優(yōu)化教師的課堂和學(xué)校的管理。目前，基于網(wǎng)格的分布式科研技術(shù)作為教育信息系統(tǒng)綜合集成的新興技術(shù)，漸漸使信息資源真正實(shí)現(xiàn)全面共享，用戶可以更加透明地使用各種所需資源。

1簡單的分布式教學(xué)環(huán)境

1.1基于校園網(wǎng)的教學(xué)系統(tǒng)

以校園網(wǎng)為基礎(chǔ)，以學(xué)校為基本單位，設(shè)計(jì)一套實(shí)用的分布式教學(xué)系統(tǒng)。首先確定教學(xué)模型。目前常用的教學(xué)模型有課堂教學(xué)、協(xié)作學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)。根據(jù)分布式教學(xué)環(huán)境的特點(diǎn)，它是一種非對稱的信息系統(tǒng)，由一臺教師機(jī)和多臺學(xué)生機(jī)構(gòu)成。教師機(jī)控制教學(xué)進(jìn)度，負(fù)責(zé)教學(xué)問題的決策，教學(xué)情況的查詢，協(xié)調(diào)管理學(xué)生間的通信，以及學(xué)生機(jī)控制和監(jiān)督；學(xué)生機(jī)有通用任務(wù)實(shí)施職能，完成教學(xué)任務(wù)，管理學(xué)生與教師、學(xué)生之間的通信。另外建立各系科教學(xué)資源庫，學(xué)生通過教學(xué)資源科瀏覽課件、生成習(xí)題、參加協(xié)作討論。根據(jù)以上要求，系統(tǒng)應(yīng)大致具有以下功能[1]：

1)學(xué)生教師登錄、登錄認(rèn)證、登錄時間和退出時間記錄。教師授課管理、課程管理，班級劃分，學(xué)生設(shè)置管理，密碼和權(quán)限設(shè)置等。

2)教師示教功能。教師用戶將課前準(zhǔn)備好的教案文件向?qū)W生機(jī)示范和講解。在示教過程中，教師用戶終端的屏幕顯示可動態(tài)地傳遞給所有的學(xué)生用戶終端。教師終端的屏幕劃分為教案和黑板兩個窗口，其中教案窗口可以顯示教師的教案，可以進(jìn)行屏幕滾動顯示換頁操作；黑板窗口為文字編輯器，教師可以叫示教的板書輸入界面。教師可以自由切換這兩個界面。

3)課堂練習(xí)功能。教師用戶向?qū)W生布置課堂練習(xí)，在規(guī)定的時間內(nèi)收集學(xué)生練習(xí)，并對學(xué)生練習(xí)進(jìn)行簡單的評價。學(xué)生用戶可以在規(guī)定的時間內(nèi)完成課堂練習(xí)。

4)通信功能。教師用戶和學(xué)生用戶之間可以進(jìn)行雙向通信，可以互相提問與回答。在通信過程中，提問和回答在用戶終端上以雙窗口的形式可以同時進(jìn)行。該功能既可以作為單一的教學(xué)活動，也可以嵌入到示教和課堂練習(xí)教學(xué)活動中。學(xué)生在完成練習(xí)過程中可以互相交流也可師生交流，共同協(xié)作性學(xué)習(xí)。

5)教學(xué)資源共享功能。作為一個完整的教學(xué)環(huán)境，教學(xué)資源庫是必不可少的。教師可以上傳試題上傳課件，也可以通過教學(xué)資源庫下載自己所需要的資料。學(xué)生更可以通過教學(xué)資源庫，進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)。

1.2分布式教學(xué)資源庫的設(shè)計(jì)

分布式數(shù)據(jù)庫(DDB)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的統(tǒng)一。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息系統(tǒng)的一個核心技術(shù),是一種計(jì)算機(jī)輔助管理數(shù)據(jù)的方法，它研究如何組織和存儲數(shù)據(jù)，如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究，解決了計(jì)算機(jī)信息處理過程中大量數(shù)據(jù)有效地組織和存儲的問題，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中減少數(shù)據(jù)存儲冗余、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、保障數(shù)據(jù)安全以及高效地檢索數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。另一方面，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一種分散的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它將地理位置不同的具有獨(dú)立功能的多臺計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞。因此，分布式數(shù)據(jù)庫是集中和分散的統(tǒng)一，它通過集合這兩個表面上矛盾的方法，實(shí)現(xiàn)了前所未有功能和優(yōu)點(diǎn)。

一般分布式教學(xué)資源庫的設(shè)計(jì)，首先需要考慮到讓各學(xué)科之間的知識差異在高一層次上實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理，保證各學(xué)科之間有靈活的數(shù)據(jù)流動，可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的信息管理。顯然集中式數(shù)據(jù)庫管理就不能滿足該實(shí)際需求，合理采用分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫雖然物理位置分布在不同的節(jié)點(diǎn)上，而邏輯和管理上同屬于同一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。

然后按照各學(xué)科對數(shù)據(jù)的要求和使用功能的區(qū)別進(jìn)行劃分，就近存放相關(guān)數(shù)據(jù)，在提高通訊效率的同時，又要保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性和透明性。采用的數(shù)據(jù)劃分原則是：水平分片，對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)全復(fù)制和就近數(shù)據(jù)存放。在設(shè)計(jì)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時，采用異步通信方式，這樣發(fā)送方在發(fā)送間歇可以等待較長時間，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后才發(fā)送；另一方面在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)間的服務(wù)是對等的，沒有固定的客戶機(jī)和服務(wù)器，接收方收到命令后直接在本地執(zhí)行。

處理相關(guān)數(shù)據(jù)的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器既可以在一臺服務(wù)器上運(yùn)行，也可以分布在多個服務(wù)器上運(yùn)行。采用多服務(wù)器方式時，能夠按照教學(xué)資源類型的不同或功能的不同劃分?jǐn)?shù)據(jù)庫在多個服務(wù)器上運(yùn)行。簡易構(gòu)建圖如下[2]：

圖1簡單分布式數(shù)據(jù)庫模型

2分布式教學(xué)資源共享技術(shù)分析

傳統(tǒng)教育方式中的教學(xué)資源，往往僅僅局限于一個學(xué)?；蛘咭粋€城市一個地區(qū)，想要真正實(shí)現(xiàn)資源的全面共享，使分布在不同區(qū)域、不同形式、存在于不同的數(shù)據(jù)庫或者不同的文件服務(wù)器中的教學(xué)資源透明地實(shí)現(xiàn)共享，共享模式的選擇至關(guān)重要。

目前，比較主流的數(shù)據(jù)共享方式有兩種，一種是基于C/S（客戶機(jī)/服務(wù)器）模式的共享，一種是基于P2P（點(diǎn)對點(diǎn)）模式的共享。C/S模式的共享是指一對多的模式的共享，在此模式中，整個資源匯聚的中心是服務(wù)器，客戶機(jī)通過“請求-響應(yīng)”模式從服務(wù)器得到所需的資源。P2P模式的共享是指客戶間的通信不需要通過中樞服務(wù)器，而是直接在客戶機(jī)之間實(shí)現(xiàn)信息交換的一種新技術(shù)。這兩種共享方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，C/S模式的優(yōu)點(diǎn)在于資源儲存和管理相對比較規(guī)范、安全性好，其缺點(diǎn)是投資和維護(hù)成本較高、資源很難實(shí)現(xiàn)動態(tài)地更新，如果負(fù)荷過大時會還會造成網(wǎng)絡(luò)的阻塞。P2P模式的優(yōu)點(diǎn)是在整個網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)都可以向網(wǎng)絡(luò)提供自己的資源，資源的存儲和傳輸是以異步、分散的方式進(jìn)行，各種節(jié)點(diǎn)所承載的負(fù)荷合理的均衡，資源的版本不斷更新，其缺點(diǎn)是在資源管理方面還缺乏有效的手段，搜索機(jī)制還不健全。通過優(yōu)缺點(diǎn)的分析，結(jié)合資源分布式的特點(diǎn)，可以試著采用C/S和P2P綜合模式[3]，吸取兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)共享模式中的缺點(diǎn)，建立一種相對實(shí)用的資源共享模式。

如果對于一個共享集群而言，可以指定網(wǎng)絡(luò)中的一臺服務(wù)器作為這個集群中的中心服務(wù)器，所有的客戶機(jī)都圍繞這個中心服務(wù)器共享資源，客戶機(jī)的數(shù)目越多，共享資源庫的資源就越豐富?？蛻魴C(jī)的用戶可以通過自己的ID注冊登錄到這個共享集群中，成為集群中的用戶。如果用戶要在此共享集群的共享資源庫中發(fā)布自己的共享資源，他必須發(fā)布資源中的相關(guān)信息，包括資源名稱、大小、保存的位置等等，類似于BT下載中的種子信息，而與該信息相關(guān)的資源數(shù)據(jù)可以根據(jù)實(shí)際情況選擇是否上傳到中心服務(wù)器中。資源的上傳完成后，其他需要該資源的用戶可以登錄服務(wù)器，獲得該共享資源庫中的分類資源信息，也可以按照關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，當(dāng)找到自己需要的信息資源后，根據(jù)該資源的相關(guān)信息找到保存位置，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｊ较螺d。根據(jù)下載模式資源保存位置一般有兩種選擇。第一種，如果資源提供者沒有將該資源上傳到中心服務(wù)器，而只是提供了“種子”信息，則用戶可以連接該資源所在的客戶機(jī)進(jìn)行P2P下載。第二種，如果資源提供者已經(jīng)將資源上傳到中心服務(wù)器，則可以根據(jù)當(dāng)前服務(wù)器的負(fù)荷以及資源提供者是否在線等情況，自動在C/S和P2P兩種模式中選擇，優(yōu)先選擇P2P模式。在這樣一種C/S和P2P混合的綜合模式下工作，P2P模式有效地分擔(dān)了中心服務(wù)器的大部分負(fù)荷，保證用戶可以高效率地下載共享資源，如果同時下載同樣資源的客戶機(jī)越多，則下載的效率越高，實(shí)現(xiàn)多通道暢通地資源共享[4]。將這種共享模式繪制示意圖，如圖2所示。

圖2中所構(gòu)建的客戶機(jī)數(shù)量和資源總是有限的，如果要構(gòu)建更大范圍的資源共享，可以構(gòu)建一個服務(wù)器群組。將網(wǎng)絡(luò)按照一定的區(qū)域位置劃分成若干個群組，每個群組有自己的中心服務(wù)器，然后在多個群組中設(shè)定一個中樞服務(wù)器。各群組的中心服務(wù)器將自己的數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息發(fā)布到中樞服務(wù)器上，同時將中樞服務(wù)器的信息保存到自己的數(shù)據(jù)庫中?？紤]到中樞服務(wù)器的負(fù)荷問題，中樞服務(wù)器上不保存資源信息。這樣群組即使無限地擴(kuò)充，也不會給中樞服務(wù)器帶來過重的負(fù)荷。如果此時群組中某一臺客戶機(jī)需要訪問某資源，客戶機(jī)可以通過訪問中樞服務(wù)器獲得其他群組中服務(wù)器的登記信息，通過解析登記信息，可以找到資源所在的群組，進(jìn)而可以訪問到該群組，并獲得該群組中的資源。如果分析實(shí)際的需求，一臺中樞服務(wù)器不能滿足實(shí)際的需求，那可以同時設(shè)置多個中樞服務(wù)器，群組服務(wù)器的信息可以注冊到多個中樞服務(wù)器，形成更大范圍的數(shù)據(jù)共享。中樞服務(wù)器也可以作為一個群組的中心服務(wù)器來用，適當(dāng)?shù)毓?jié)約硬件的成本。將服務(wù)器群組模式繪制示意圖，如下：

圖2共享集群的共享流程圖

圖3服務(wù)器群組共享流程圖

基于C/S和P2P混合模式的分布式資源共享技術(shù)，結(jié)合相關(guān)的共享模型，提供了一種實(shí)現(xiàn)分布式資源共享的有效途徑，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男?，?guī)范了資源的管理。對于教學(xué)資源，不論它所在的物理地址，不論它自身的資源大小，不論它的資源類型，都可以實(shí)現(xiàn)無差別的資源共享。

3結(jié)束語

分布式教學(xué)環(huán)境的研究，以及相關(guān)資源管理系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，將很大程度上改變當(dāng)前落后的教學(xué)方式，優(yōu)化教學(xué)資源管理，創(chuàng)建新型的教學(xué)環(huán)境。在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)交互式教學(xué)，改變傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式，向智能化多模式轉(zhuǎn)變。對于比較分散的軟硬件教學(xué)資源起到了整合作用。在信息化教學(xué)資源建設(shè)過程中，還可以整合各種資源，提高軟件開發(fā)能力、發(fā)展能力，提供各種技術(shù)保障，促進(jìn)信息化數(shù)字化校園的建設(shè)。

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