远程教育概述：分布式数据库技术

如上面《计划》具体实施行动中第（2）、（3）项所强调，远程教育是教育信息化的一项重要内容。

教育一直是与距离关联的，教育也是一种群体行为。远程教育环境是一个在远距离的情况下进行面对面的教学交流的环境。教育更是一种协作活动。

传统的教育形式主要是面对面的教学。面对面的教学交流方式有两个最主要的特征：视听特征和交互特征。视听特征是人类获取信息和进行交流的主要渠道，视和听缺一不可，人们喜欢看电影、电视胜于听收音机或看书也正是这个原因。交互特征伴随着人与人之间的交流，只有在极少数情况下面对面的交流才是单向的。既然上述两个特征是面对面交流的基本特征，那么可以在“视听—交互—距离”三维空间进行各种交流方式的比较。

使用计算机软件的技术培训作为例子，可以将各种培训方法在“视听—交互—距离”三维空间（见图23.1）进行定位，以考察各种交流方式的特征。

如图23.1所示，这种计算机软件的技术培训主要包括面对面培训、用户手册、电话支持、指导录像等。它们分别定位在不同的平面上，如“面对面培训”定位在“交互—视听”平面上，“指导录像”定位在“距离—视听”平面上等。星型标记表示我们更期望的结果，即希望它定位在一个三维（视听—交互—距离）空间。

从上面的特征分析可以看出，人们追求的是一种既有交互特征又有视听特征的远程交流方式。

图23.1　“视听—交互—距离”三维空间

协同远程教育打破了一般教育与培训活动的束缚：师生面对面直接接触。利用通信手段，教师和学生可以分别在不同的地方，在相同的时间或不同的时间进行教学活动，这便是协同远程教学。广义的远程教学的发展经历了几种不同的形式，即函授教育、电台教育、电视教育、多媒体辅助教育软件、课堂教育和网络教育。

网络教育又可以分为以下两个主要层次。

●EOD（education on demand）：学员通过计算机网络，特别是Internet访问预先制作的课件来进行学习。网络课件相比于物理介质，如软盘、CD-ROM等的辅助教育软件，更易于发布和更新，但是也有它的局限性。由于网络带宽，特别是广域网带宽资源的限制，许多多媒体辅助教育手段难以在网络环境中得到很好的应用。值得庆幸的是，网络通信技术的发展，这个鸿沟已逐步被填埋。在多媒体光盘课件中可以轻松地利用视频资料或三维动画技术，现在可以通过WWW达到同样的表现效果。

●实时在线网络教育：使用多媒体技术，在视频会议、音频会议和多媒体数据会议的基础上，在计算机网络上构造一个人虽身处异地，但如同面对面一样的虚拟教育环境。这里还包括多点广播式的在线教育。与会议系统上的实现相比，多点广播式实现起来相对简单，但是缺乏实时交互性。

图23.2所示的为几种不同类型的远程教育方式。

图23.2中，使用横坐标说明实时性能，从左到右表示实时性能由弱到强；纵坐标说明交互性能，由下而上表示交互性能由弱到强。函授教育位于左下角，说明它的实时性能和交互性能都最弱。课堂教育位于右上角，说明它的实时性能和交互性能都最强。而网络教育是与课堂教育最接近的。

图23.2　几种不同类型的远程教育方式

经验告诉我们，教育必须有一个好的教学环境，尤其对于中小学生而言，同学共处的环境十分重要，也十分有益。同学之间的好胜心和互助性可以促进学习，竞争性环境则有助于学习和获取知识。课堂教学有着无可比拟的吸引力，很大原因在于它提供了一个符合学生认知规律的学习环境和促进学习的合作环境。

到目前为止，计算机辅助教育系统经历了从教师和若干学生面对面的群体教育到个性化的教育，从而产生了各种各样的课件。但要注意的是，教育的群体化环境效应是不能忽视的，个体化教育无法代替群体教育。可以断言，个体化的计算机辅助教育必将在很大程度上被协同方式的计算机辅助教育以及基于计算机广域网的远程辅助教育所取代。总之，“虚拟教室”将扮演愈来愈重要的角色。

传统的教学模式是一种直接的人-人（face-to-face）交互模式。为了适合教学资源和学习者的分布性，分布式的教学模式与传统的课堂教学模式区别很大，怎样合理地利用CSCW^[1]（computer supported cooperative work，计算机支持的协同工作）系统进行分布式教学是极其复杂的问题。教师和学生在利用CSCW系统进行教学活动时，其实是人与机器打交道。但一个好的CSCW系统应该让用户感到是一个人人交互的过程，两者的比较如图23.3所示。

图23.3　传统的教学模式与CSCW的教学模式

一般的CSCW系统应具备开放性、边界开放性、信息共享性、自动化支持、工作协同性、分布性、异质性和群体感知等特点。针对教学过程的特点，在教学领域中，CSCW系统还应强调以下几个要求。

1.角色控制

进入CSCW系统后，每个用户都扮演一定的角色。在CSCW系统中，教学者与学习者应对系统中的资源有不同的访问权限，如某些数据库、考试答案等只有教师才能访问。这可以通过等级机制来实现，当然这样做也不可避免地使系统复杂化了。

2.学习者的权限平等

这个问题一般出现在远程教学系统中，CSCW系统中的学习者，不管是本地的还是远程的，其对系统资源的访问权限和向教师提问权限的平等对待应在技术上得到解决。

3.对教师的备课要求

不同于传统的课堂教学模式，教师在使用CSCW系统进行协作教学前，除了进行传统的课堂备课外，还要把这些备课内容编辑为网上超媒体形式。另外，在使用CSCW系统时，教师是直接的系统操纵者和控制者，因此在进行协作教学前，教师必须熟悉系统组件的使用情况。

4.WYSIWIS多用户界面的实现

WYSIWIS（What you see is what I see）是CSCW系统的普遍要求。因此，在CSCW系统中，各成员屏幕上必须有一个多用户界面的共享窗口，让共享信息的更改能及时地通知其他成员。

5.无缝性和技术透明

CSCW系统应注重系统的无缝性和技术透明。无缝性是指系统的层次划分应尽量少，下层向上层提供的服务应尽量完善；技术透明是指用户使用系统时不用了解其内部的软硬件技术构造，而只通过人机交互界面进行协作教学活动。这样，系统的用户可以将主要精力集中于教学过程而不用花时间去研究CSCW系统本身的技术问题。

6.冲突消解和并发控制

冲突消解和并发控制是CSCW系统中的难点。冲突消解是指各角色在决策时发生冲突采取的解决方法，这在分布式系统和人类社会中是不可避免的。它涉及人类行为科学、认知科学和哲学等方面的研究。这要求CSCW系统的研究者们必须充分借鉴人类行为科学等知识。

并发控制则是指各角色在使用系统内部资源时产生冲突的控制，涉及操作系统和数据库的相关知识。因为CSCW系统是分布式系统，所以其并发控制相对比较复杂。处理方法主要有Locking方法和时间戳方法等。

7.情感和暗示的表达

当人们进行面对面交流时，习惯使用一些身体动作（体势语）来表达某些情感、暗示。当人们使用CSCW系统进行协作教学时，尤其是系统没有视频特性时，必须使用某种Agent机制来代理。

下面先从计算机在教育领域中扮演的角色谈起。

计算机在教育领域中扮演过许多角色，如教育者（instructor）、工具、学员和资源角色等。(www.chuimin.cn)

教育者角色。首先，计算机是作为教育者出现的，包括教师（teacher）、助教（tutor）等，其思想是让计算机模拟、扮演教师的角色。

教师将所要讲的知识，也就是学生需要学习的东西编制成课件（courseware），学生则通过使用课件达到教学目的。其理论基础是“行为主义学习理论”（Behavioral Learning Theory）。行为学习的三大理论（经典条件作用、操作条件作用和社会学习论）将学习看作为建立刺激与反应之间新关系的过程，同时认为学习者的行为是他们对环境刺激所做出的反应，是被动的；所有行为都是通过学习得到的。他们强调刺激和强化的作用，认为知识的掌握是在外在作用不断刺激下形成的。因此，从行为主义的心理学基础出发，将计算机定位为教师的代言人，利用计算机的交互能力，通过讲解、练习和考试等刺激形式，最大程度上达到强化学生合适行为的目的。

工具、学员和资源角色。此后，开始尝试让计算机扮演工具（tool）、学员（tutee）和资源（resource）等角色。这里的所谓工具，是指让学生利用计算机的模拟、演示和运算等功能，辅助达到学习的目的；所谓学员，就是由计算机模拟一个学习伙伴，与学生一起掌握知识，这样就让学生有了一个互相监督、互相督促和互相鼓励的同伴，能降低学生的挫折感，增强成就感；所谓资源，就是利用计算机的存储功能，支持学生实现数据、资料、工具软件等功能。

教学过程也是学习者通过充分利用环境提供的丰富工具和资源，建立自己的认识和理解的过程，因而将教学理解为学习环境。“学习环境”能够增加和支持学习的空间，能够支持和激励学习者，使他们能够接触到各种思想，并为他们提供各种探索的途径和必要的指导。在学习环境中，学生是学习过程的主体，学生相互之间能够进行合作，互相支持，能够利用各种工具和学习资源来辅助学习者理解事物并解决问题。

计算机网络让教育和学习突破了时间和空间的限制，甚至突破了“人际”的限制。一个真正意义上的“计算机网络学习环境”，它能够实现以下五个功能：情境、建构、合作、交流和评价。建构主义学习环境便于学生实现知识的建构，这一建构过程需要进行合作，学习被安排得十分丰富。真实的情境中，通过与他人的交流，不断地学习知识和技能；通过自己与环境的反馈和评价，学生能够获得自己的学习成果，为进一步发展奠定基础。

现代远程协同教育主要采取以下三种方式实现。

图23.4　网络化多媒体课件使用环境

（1）按需教育（EOD），包括COD（courseware on demand）、VOD（video on demand）和AOD（audio on demand）等。

（2）多点广播式实时教育。

（3）虚拟教室式协同教育。

从某种程度上说，这三种方式应该并举，但从实现难度上讲，是在逐步递增。

EOD是一种基于信息共享的教育协作。当然，在点播过程中也需要一个工作流管理系统来管理。网络化课件系统环境涉及的各个层次之间的协调工作可以用图23.4来表示。

由图23.4可以看出，原始的媒体资源分布于网络环境中，由媒体资源管理器统一管理。媒体资源管理器向课件制作点及课件服务器提供信息服务。课件制作点分布于网络中的不同位置，通过媒体资源管理器获取信息，利用课件标注语言集成课件，并将其存放于课件服务器上，同时向课件管理中心提供课件的有关信息。课件管理中心统一管理分布于整个网络的课件资源，它和课件服务器协同工作，向用户提供课件服务。

EOD就是根据用户的需要来定制教育内容的一种特殊的教育形式。它可以通过特殊的手段来实现教育的各种特征，以及为普通教育加上“定制”功能，受教育的人就不必在被动的情况下接受教育，而可以主动挑选自己感兴趣的教育内容和教育形式。

计算机支持的按需教育系统在框架结构上可以划分为以下三个部分。

（1）用户。用户利用一个客户端的人机交互界面与系统进行交互操作，将自己的要求提交给系统，并得到系统的响应，也就是将用户所需要的教育内容传送到客户端，通过这个过程来获取知识。

（2）信息库。信息库用于存放信息。信息库中可以存放的信息不仅包括提供给用户的信息，例如，文字信息、图像信息、声音信息、视频信息等，还包括其他相关的辅助性信息，例如，个性化信息、规约信息等。信息库的主要作用就是为系统提供存放信息和管理信息的功能。

（3）处理系统。这是按需点播的关键部件，它从用户处获得信息，将用户的信息进行加工和整理，并匹配信息库中的数据，最后将用户所需的数据送到客户端的界面上。处理器的好坏将直接影响到系统的性能，也就是能不能高质量地满足用户需求。它所进行的操作包括信息的检索、复制和加工等，还需要包含一些人工智能的判断，可以称它为按需教育的“大脑”。

EOD可以看作由三类信息服务构成，即基于课件的课件点播（COD）、基于视频的视频点播（VOD）以及基于音频的音频点播（AOD）。

网上课件通常包括以下内容：教师在课程中使用的所有资料，在自主学习的CBT（computer-based training）中使用的所有资料，提供交互式学习指导的Web站点等。

在这里，我们讨论的主要是在Internet的教学点播系统中使用的课件，所以从功能方面考虑，课件必须完成的功能可以概括为以下几点。

●根据用户提出的需求进行信息的组织。

●作为信息载体向用户传递信息。

●提供良好的人机交互界面。

●按照教学的要求向用户提供课件导航。

那么，实现一个课件点播系统的必备条件是什么？一个课件点播系统的主要成分应当包括Web服务器、信息存储器、课件创作和管理工具。

●Web服务器。用户的需求是通过Web向系统传递信息，同时系统也是通过Web向用户传递信息并控制用户对信息的共享。

●信息存储器。在课件点播系统中，基础信息，也就是与具体教学内容相关的媒体文件等是课件功能的保障，它们是组织课件的基础。信息存储器首先必须包含一个大容量的存储设备，能够存放各种类型的大数据量媒体文件。

●课件创作和管理工具。实现一个课件点播系统的初期工作主要就是课件的创作，而在系统投入使用之后，必须根据用户的需求不断地对课件进行更新和维护。因此，课件的创作和管理工具是课件点播系统中的主要软件。

图23.5是课件点播系统的基本结构示意图。

图23.5　课件点播系统的基本结构示意图（注：Cw ML是我们定义的课件标注语言）

由图23.5可以看到，（学生在）用户端和服务器端通过Internet进行信息交换。

这里，一类是用户的需求（demand），我们把这种传送称为上传，它首先上传给用户需求处理器。经过用户需求处理器处理后转变为对课件的访问需求，并将之交给课件管理器，课件管理器通过处理在网上找到所需要的课件材料。这些素材一般分布在网络的不同数据库里，如课件媒体库、课件标注语言源码库等。

另一类是返回信息，在课件管理器将用户请求转换成必要的课件构成与媒体以后，就转交给课件解释器，伴随着的还有课件语法。课件解释器按照课件语法解释课件，结果交给课件视图生成器。生成的课件视图就由课件播放器交给用户。

课件的播放过程与用户端的具体环境相关，例如，若系统以Web作为运行环境，课件视图生成器就把课件标注语言文档转换为网络浏览器可解释的格式HTML、DHTML或XML，同时采用网络浏览器作为课件播放器；若课件运行于专用环境中，也可以将它转换为特定应用程序能够处理的格式（例如专为课件标注语言开发的课件播放器）并进行播放。

课件视图生成器是与课件播放器密切结合的，它可以放在服务器端作为一个外围程序，也可以放在用户端作为播放器的一部分。