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  • 基于网络数字语言室方案设计与实现

    中国教育装备采购网 2004/10/30 15:22:00 围观789次 我要分享

           语言实验室是语言教学中的重要场地,随着信息技术的发展,信息化教与学的需求,基于网络的数字化语言实验室不断兴起,并逐步取代传统模拟语言实验室。本文根据华南师范大学教学主楼语言实验室的需求,设计了一个基于网络的数字语言实验室系统,并应用ATM和以太网技术相结合,解决了语言实时教学视音频同步传输的关键技术,同时利用蓝鸽开发的资源管
    理平台实现教学资源共享。
     
    【关键词】
           数字语言实验室;远程教育;自主学习;资源共享;ATM网络
     
    一、数字数字语言实验室的发展趋势
          随着教育现代化五个发展方向的提出,即“信息化、网络化、多媒化、个性化、国际化”,教育模式的改革已经迫在眉睫。传统教学模式基本上都是以教育者、教材、课室为教育活动的中心,学生则是被动接受的客体,教育就是教师对学生的训练、管理与控制。这种模式的优点是有利于教师主导作用的发挥,便于教师组织、监控整个教学活动进程,便于师生之间的情感交流。其严重弊病则是:完全由教师主宰课堂,忽视学生的认知主体作用,不利于具有创新思维和创新能力的创造型人材的成长。而传统的语音教学模式更是每教新课文时老师必须利用现有课文录音磁带让学生跟读、模仿。有条件的学生,可以购置一套教学录音带,经常进行听读和跟读训练。但实践证明,以培养学生听、说、读、写全面掌握语言为目的的语言教学,单用一本教科书作教材,单靠听声音,显然是不够的。要训练学生讲外语必须让学生听到并看到外国人的讲话和与其讲话有关的生活情景。“教育的目的在于培养学生的实践能力、再学习能力、创新能力。”按照现代的教育理念和信息化教学要求,必须彻底改变学生的被动地位,推动学生综合能力的提高。如果采用传统的模拟语言实验室模式,根本满足不了教学需要。并且,语言素质教学中的多媒体教学和趣味学指出,语言教学不主张循规蹈矩,目前的素质教材正朝着趣味性发展,通过乐感带动语感,采用多种教学媒体来激发学生的潜能,运用实时的网络信息或动感课件进行授课,充分提高教学效率。所以在语言试验教学上走数字化、网络化成为发展的必然趋势。只有这样语言教学才能实现:丰富多彩的多媒体教学,学生还能够根据自己的学习基础,在不受同班学生学习进度的影响下自主选择信息,反复操练、模仿强化;并且教师可及时收集学生的反馈信息,进行个别指导,调控教学。充分实现学生愉悦、主动地学习,真正成为学习的主体;也可以最大范围的实现学习资源的网络共享,达到活跃师生互动,充分体现教师既是教育者又是研究者、指导者、促进者的多重身份的目的。通过信息技术的交互性和共享性特点,以电子邮件形式提交作业、批改,采用“网上答题释疑”、“试题下载”、“教案共享”等栏目板块,实现师生之间的双向交流,共享学习成果。从而提高整体语言教学质量。
     
    二、基于网络数字语言实验室系统设计
    (一)系统方案设计依据和原理
          华南师范大学教学主楼共设置10间数字语言实验室,按用户需求这10套语言实验室除具有独立使用功能外,还可以基于大楼网络系统组成联网教学和远程教学系统;实时语音授课时音视必须同步并无传输延迟和断裂;基于以太网实现资源共享;教师基于校园网可以实现在线备课。   
    为了满足上述需求,我们设计方案采用ATM技术作为单个数字语言试验室的专用网络交换技术,组成ATM数字传输网,较好地解决了其他数字传输系统中语音传输的延迟和断裂问题;利用大楼的千兆以太网络,与每个数字语言实验室教师控制机互联,实现在每个语言实验室中都可以享用校园网和互联网上丰富的音视频资源;并使用蓝鸽公司开发的数字网络语言室系统实现网上教学和远程教学和在线备课。 
          整个系统采用WinSock API进行网络通信控制,支持TCP、UDP协议。用于传输控制操作指令和文本数据。音频及视频数据基于Microsoft Directshow技术开发,支持通用媒体格式及流媒体格式的网络传输,如:WAV、MP3、WMA、MPEG、ASF、WMV等。
     
    (二)系统方案的组成
    1.系统方案及结构图
    如数字语言实验室系统方案结构图所示是华南师范大学教学主楼数字语言实验室的总体结构。图中每间数字语言实验室各自形成一个相对独立的基于ATM网络的系统,然后在数字语言实验室外部采用TCP/IP通信协议,以100兆以太网络将10台教师机进行联网;最终,再将一台服务器和一台主控教师机与以太交换机相连。每台教师机和服务器均启动网络客户端控制软件,接收操作指令及接收和发送媒体数据。主控教师机启动网络服务端控制转件,进行操作和控制。
    考虑到各个语言实验室服务器的硬盘容量一般只有40G-80G,只能播放20-30个小时的多媒体资料,不能满足视频点播资料数量的要求,所以我们只把容量相对较小的上千小时音频资料、几千个文本存放在教室服务器中,各个教室在使用时只需点播教室里的资源库内的资料即可,而占硬盘空间大的多媒体资料,我们将其存放在局域网或校园网服务器中。在校园网或异地通过互联网就能点播我们服务器上的资源。
     
    2.基于ATM技术的数字语言实验系统
    ATM技术采用的是信道分配,信息按照时分复用的方式进行传输,它适合音频和视频流的并发、实时传输。很好地解决了语音传输中的延迟、断裂等直接干扰和影响语言教学的问题。基于ATM技术的数字语言实验室满足了数字网络语言实验室的五项重要指标:①语音质量:数字语言实验室中语音是最重要的指标,专业化的数字数字语言实验室必须是无延迟、无断裂,高保真度的语音质量;②视频质量:数字数字语言实验室视频是必不可少的,视频质量也是数字数字语言实验室的重要指标,要保证图像的高清晰度显示;③音像效果:基于网络构成的数字语言室,在进行多媒体授课时,要保证音、视频的同步,和高质量的音像效果;④资源共享:数字化语言室最大的特点是资源共享,不但要有一个完善的可升级本地教学资源库,而且要能进入Internet和配备DVD、卡座、实物展台等外设资源;⑤学生终端的功能:一个系统具有丰富的资源,最终要被学习者使用,因此要保证学生终端不但能上INTERNET网络,而且要能点播资源库的各种资料,尤其是要能点播按教学大纲编辑的多媒体课件。
    鉴于ATM技术在语音处理上先进特点,所以教学主楼选择蓝鸽公司的数字网络语言实验室。
    数字化语言实验室不仅实现学生自主学习,充分调动学生的学习积极性,更重要的是学生在语音播放时可以根据自己学习能力进行语速±30%可调,为学生提供复听、跟读、快进、快退、语速+、语速-等功能,除此之外,每个学生还可以进行自由录音,可以从资料库中任选试题,进行自我测评。这样可以使得学生对所选资料进行逐句收听,反复进行口语的录制和收听,达到听力和口语训练的最佳效果。
     
    3.基于以太网的资源共享教学
    以太网采用的TCP/IP协议是一种可靠的传输协议,其优势在于路由上的四通八达,资源共享,网络安全性高。主要用于电子邮件等文件的传输,以太技术的发展方向是在更大用户群情况下进行更有效的数据交互,满足城市互联网发展的要求。
    华师十间数字语言实验室均连入局域网,既能独立操作又能几个教室联网进行教学。教师语音,卡座播放音频文本考试资料的音频数据、校园网服务器上的音视频多媒体资料可同时广播到十间数字语言实验室,学生也可利用本地库进行音频文本点播;上课时,教师点击语言教学平台软件,就可直接调用服务器中的多媒体视频资料,结合图像、声音、文字进行全方位综合教学。利用网络,学生可在教室、宿舍或家里点播语言教室本地服务器中的教学资源;还可将作业发送到学生或教师家中。利用网络,教师可在家中或办公室批改作业、制作教案,再传送到语言教室本地服务器中。教师可以在办公室或异地给教室的学生上课。可同时1-5个教室授课,实现远距离课堂教学。彻底打破了地域和时空的局限,实现了双向交互、实时多点交流、广泛的传播、快捷的数据信息收集。它不仅能够为学生的学习创设情境、提供资料,而且可以做为学生学习过程中的导师、助手、甚至学员,借助它学生可以充分表达自己的思想、验证自己的猜测,展现无限的创新意识。从而可以大大节省教师资源,充分发挥数字化高效、准确、资源共享的特点。同时,还可以方便地实现远程教育的需要。
    那么要实现专业化ATM数字网络实验室与基于以太网构建的校园网和互联网相连的要求,就要解决ATM网络与以太网的交互问题,ATM与以太网都是网络的传输方式和规则(协议),而不是信号传输的内容和格式,能否交互,只取决于能否实现 ATM协议数据于 TCP/IP数据协议的相互转化。而协议的加载和卸载通过网卡来完成。因此ATM网与以太网之间的交互可以通过一台代理服务器,在其中装置一块ATM网卡和一块TCP/IP网卡来实现。以太网与以太网之间的连接是无缝连接,而ATM网与以太网的连接是有缝连接。但这种连接是“透明”,在应用层(用户)是完全没有感觉的。  
     
    4.在线备课  
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