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从IT专业的角度看校园网与教育
2008-12-24 17:38:00发布          未经允许,不得转载

北京中庆现代技术有限公司

  1. 导言
今天,IT技术进入中小学校园已经从PC时代进入Internet(互连网)时代,那么,什么是Internet?校园网又是什么呢?
通俗地讲,Internet是利用TCP/IP协议构造的网络。Internet是一项通用技术,可以安装到学校、企业、军队等等各个领域。校园网、企业网等等名称,是从应用场合角度来讲的,没有专业的定义,只表明了Internet的应用场合。因而,Internet安装到了企业就称为企业网,安装到了学校就称为校园网。不过,这种说法是很广义的,Internet不是摆设,严格的来说,只有安装到哪里,并充分地服务于那里,校园网、企业网才名副其实。因此,安装了Internet后,还要在Internet安装充分多的教育应用系统,将Internet充分地应用到教学中后,Internet才能称为校园网。
目前关于校园网在观念上有两个误区:
Internet就是校园网:导致校园网建设只建设了一个Internet骨架,没有上足够的支持教育的应用系统。
校园网就是www:导致误认为校园网就是用来上网用的,没有将校园网与教育充分结合起来考虑。
在本文,将讨论Internet的技术特点,从中可以领略校园网将会给学校带来的新的教学手段,并讨论了校园网的未来发展。本文不讨论Internet技术可能带来的教学方法革新。
2.Internet是什么?
Internet的简史:
70年代中美国的ARPA资助研究ARPANET。
80年各地的ARPANET实现互连,83年ARPANET分为两个,一个用于军事通信(MILNET);一个用于研究,互连各地的大学和研究机构。这一时期的主要用途:电子邮件(e-mail)、文件传输(ftp)、远程登录(telnet)。
90年初,随着www的出现,促使Internet爆炸式增长
到今天,世界上几乎每台电脑都连在Internet上。
Intenet成功的秘诀:开放、共享
技术层面:Internet的所有关键技术和标准对任何人都是免费开放共享的。任何人都可以参与到Internet的研发中来,所有产品都基于开放的标准,可以实现互通互连,从而技术发展迅速。这种模式促进了Internet在技术上的成功。使其它一些在商业已很成功的网络(如Novell)淘汰。
应用层面:Internet的设计目标是促进信息全球共享。Internet早期的信息共享方式(e-mail, ftp, telnet)是面向专业人员的,共享程度有限,这导致Internet的发展很缓慢。www出现后,信息共享开始平民化,从而出现了爆炸式增长。
因而,Internet是一个超级的资源共享平台,包括软资源共享和硬件资源共享。关于这一点,Internet是一个金矿,目前还刚刚挖掘了一点。www只是一个较成功的资源共享模式,从下一小节可知,Internet的潜力还远远没有得到挖掘。当其它成功的资源共享模式开发出来后,Internet将出现一波又一波的高潮。
3.  Internet的工作模式
本小节将讨论Internet的三种工作模式,了解了这些模式,能很好地勾画出Internet到底能干些什么,了解我们的校园网还有些什么没有挖掘出来。
请求—响应模式(req—ack mode):网络中有一个中心,由服务器组组成,存储着大量的共享信息。用户需要信息时,向中心发出请求,中心给用户相应的信息作响应。大家很熟悉的电子图书馆、网站、数据中心(如学生档案中心)、VOD、AOD等都是采用这种工作模式。
推模式(push mode):信息在网络中从一个信息点以多播的方式向其它信息点发布。多播分单播、组播、广播三种方式。单播是一个信息点向另一个信息点发布信息;组播是一个信息点向一组信息点发布信息,组可以由软件临时、动态地组建;广播是一个信息点向整个网络中的所有信息点发布信息。
推模式对于学校非常有用,举例来说,利用推模式,学校不必安装模拟广播网,完全可以利用校园网实现全数字的广播网;再举个例子,可以将电视信号在校园网上广播,实现网络化的电视网,而不必安装有线电视网。利用校园网实现的广播网和电视网具有传统的模拟网无可比拟的特性,如信号质量好、灵活性大、可以任意分组、不需要电视机就可以观看电视节目等等。推模式在目前大多数校园网上基本未得到应用。
互动模式(cooperation mode):这种模式下,网络中的任何两个信息点都是对等的,两者间可以自由地交换数据。这种模式的应用目前在整个Internet世界还很少。网上聊天(ICQ)可算是采用这种模式的较成熟的一个。
利用互动模式,可以给教育带来意想不到的收获。举例来说,采用这种模式,兄弟班级可以互相点播对方的课堂,就一个知识点进行讨论,或者进行一场竞赛,可以充分搞活课堂,提高教学效果。另外,采用这种模式,学生之间、学生教师之间、教师家长之间、家长之间、不同地域之间可以自由地交流。比如,当报考高校时,不同地域之间的学生、家长、教师可以利用网络进行充分地讨论。
图5. 互动模式
上述三种模式,技术难度逐个递进,目前Internet上使用较广泛的应用还基本局限于请求—响应模式。
我们对校园网的调查发现,目前校园网的应用也局限于请求—响应模式,如电子图书馆、上网、学生信息管理、教育管理、素材库等,但是,对于学校最重要的任务——教学,却没有一个整体有效的方案,基本限于用PC机或笔记本播放多媒体课件。我们认为,其根本原因是现在的校园网是从其它应用场合简单地移植过来的,没有从学校教育的需求出发作进一步的开发。
4.  校园网发展的未来趋势
2000年10月,教育部提出了“校校通工程”这一概念。从Internet发展趋势这一技术角度和Internet服务于教育这一应用角度分析,我们认为,学校信息化建设互连网化将会分为三个里程碑式的阶段,如图6所示。在第一阶段,完成校园网建设,实现校园信息化,使教师掌握IT技能,逐步将网络化的IT教学手段与教学方法完全融合。这一阶段是后续阶段的基础,第一阶段后,网络化的教学已深入人心,开始从校内向校际、甚至社区扩展。关于后两个阶段,在图6提到的应用,只是从技术角度出发分析得到的,其实,随着第一阶段的展开,教学方法必然会出现革新,新的教学方法对新应用的推动力要比纯粹的技术推动力更大。因而,我们在制定战略时没有对后两个阶段的应用进行调研,只是从技术角度提出了一个概念性的发展方向。
相比较而言,第一阶段的建设难度最大,因为后两个阶段主要是软件的购置,软件升级相对容易,费用也低。而第一阶段有大量的硬件设备要采购,投资很大,若频繁更新换代很麻烦。另外,第一阶段是后续阶段的基础,第一阶段的发展状况将会影响后续阶段的发展进程,在下一小节我们将讨论校园网的硬件设备采购问题。
5. 校园网建设的硬件设备采购问题
校园网建设由两部分组成:Internet骨架建设和教学应用平台的建设。
Internet骨架由网线、交换机、路由器等标准网络设备组成,是一个很成熟的东西,对于中小学这种小规模的网络,任何一个有经验的网络集成商都能胜任。
但是,如何在校园网的各个信息点配置相应的硬件设备,能满足现在的需要,也能兼顾未来的需要,实现一个性价比高的教学应用平台是一个难题!因为IT硬件设备的采购是一个难题。IT硬件产品发展很快,根据“摩尔定律”,性能每18个月就要增加一倍。在价格上,IT硬件产品奉行的是“加量不加价政策”,即18个月后,可以用同样的价格购买性能提高一倍的产品。其结果是,若选择性能低的,会造成设备很快淘汰,若选择高档次的,投资又会很大,并且这些设备在早期较长时间内又是闲置的。例如,我在2000年初买了个500M主频的PC机,当时是最高档次的,那时还用Windows98操作系统,其实不需要性能这么高的PC机,到今天,三年不到,中档机型的主频都已近2G(2000M),明年会到3G,操作系统已用WindowsXP,我的那台机器已不太够用了。
2000年10月,我们在规划新产品时,上述问题也是最困扰我们的问题。从成本、性能、学校的需求三个方面充分论证后,我们最终确定了两个必须坚持的核心设计原则:可扩展的嵌入式计算机技术和专业解决方案。
所谓嵌入式计算机技术,是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件和硬件针对特定应用场合专门设计,以满足特定应用场合的需求。如超市的POS机(即收款机)、PDA、手机都是嵌入式计算机。对于学校,嵌入式计算机就是面向教学应用设计的计算机,或叫教学专用计算机。相对于通用PC机,嵌入式计算机的本质特点是功能的专用性。PC机在设计上是面向大众的,不严格设定面向的应用领域,对于有些应用场合,很多功能是浪费的,对于有些场合,有些功能是缺乏的、不足的。比如对于课堂教学,PC机的很多功能是没用的,而远程开关机(这个功能一方面便于管理,另外它是很多其它功能的基础,如数字广播,因为在广播时必须能由软件自动打开机器)、数字广播、教学观摩等等功能不能实现,另外噪音太大、功耗也大。嵌入式计算机的突出优点是专用性、免管理、可靠性高、成本低、体积小、功耗低。
媒体上流行的“后PC时代”的说法,讲的就是嵌入式计算机,这种观点认为未来的计算机技术发展趋势是嵌入式计算机越来越重要,在很多场合将取代PC机。PC机的核心部件CPU的主要供应商Intel现在也在全力研发嵌入式CPU。
不同于超市的POS机,对其功能的需求长期能保持不变,随着教学方法的革新和教学手段的改进,对教学专用计算机的需求是会发生变化的,如播放更复杂的课件等等。所以,我们提出“可扩展的嵌入式计算机”的概念,顾名思义,这种嵌入式计算机的功能是可以扩展的。回顾第二小节最后一段,那里提到“Internet是一个超级的资源共享平台,包括软资源共享和硬件资源共享”,可扩展的嵌入式计算机就是采用硬件资源共享的技术实现的。具体的,有两种实现模式:
服务器共享模式:这种模式下,教学嵌入式计算机与服务器协同处理各种教学任务,共享服务器的计算能力,因为服务器的性能都很高,并且通常它们的大部分能力都是闲置的。一个服务器可以为多个教学嵌入式计算机服务。当教学任务很重,当前的服务器已不够时,只需增加服务器即可,嵌入式计算机不需升级,费用很低。
电脑接管模式:这种模式下,教学嵌入式计算机会远程接管教师的办公室桌面电脑,共享桌面电脑的硬件资源和软件资源,教师在教室中就可以操作办公室电脑完成教学任务,比笔记本还方便。
上面花了较大篇幅讨论了“可扩展的嵌入式计算机技术”,下面将讨论我们的第二个核心设计原则——“专业解决方案”。
专业解决方案不同于系统集成方案,系统集成方案是由市场上现成的模块组装而成的,其缺点是模块间的连接部位很容易出故障,各模块完全独立,很难协调好个模块很好的工作,特别是有些难度较大的功能根本实现不了。而专业解决方案,其软件和硬件设备都面向其特定的应用场合专门设计,使之协调,保证足够的灵活性,功能可扩展性,从而整体上达到完美的效果,并保证长期的先进性及性价比最高。
下面举一个基于嵌入式计算机技术的案例作为整个讨论的结尾。北京中庆于2000年10月由两位博士领导在上地信息产品基地成立了致力于校园网解决方案的研发队伍,提出了可扩展的嵌入式计算机技术和专业解决方案两个核心设计原则,相应于“校园网发展的三个阶段”,确立了一个跨度4年的分三个步骤的IT教育战略。目前推出了针对校园网第一阶段的一个解决方案——“育港”教学信息化专业解决方案。
育港分e帆系列硬件设备和e港软件平台两个部分。
e帆教学专用计算机:采用可扩展的嵌入式计算机技术实现。安装在教室中,它能连接电视机、投影机、音箱等各种教室中常用的设备,能实现多媒体课件教学、数字广播、上网、VOD/AOD、多班讨论课堂、…等功能,使课堂多媒体化。它还能将本班课况采集并在校园网上多播,使别人可以远程观摩本班课堂。它能共享服务器和教师桌面电脑的硬件资源。
e帆数字监控终端:采用嵌入式计算机技术,它能将课况采集并在网络上多播,使校园网上的PC机、e帆教学专用计算机和e帆网络电视墙能在远程观看,实现远程教学观摩、教学评估、教学交流等功能。
e帆数字广播盒:采用嵌入式计算机技术,实现数字广播。
e帆网络电视墙:采用嵌入式计算机技术,从网络上接收e帆监控盒和e帆教学专用计算机多播出来的课况,并显示在电视机上。
e帆数字媒体中心:采用嵌入式计算机技术,能将VCD机、录像机、录音机、电视节目等模拟节目采集在校园网上多播,使校园网上PC机和e帆教学专用计算机都能播放这些节目。
e港软件平台安装在服务器和教师的办公PC机上,图7中,媒体服务器软件、管理服务器软件、课件服务器软件、校长工作室软件、教师工作室软件和管理员工作室软件都是e港软件平台的组成部分。它与e帆系列硬件设备配合,目前实现如下核心功能:
请求—响应模式:多媒体课件教学、VOD、AOD、网上冲浪、计算机操作学习、远程电脑接管
推模式:智能广播、视频会议、VCD机(录像机、电视节目等)点播、网上教学评估、网上教学观摩、网络电子考场
互动模式:多班讨论课堂、正在开发校际互动
6.结束语
起初,电化教学系统是将录像机、录音机、VCD机、实物展台、电视机等设备用一些简单的方法(如用一个视频切换器)连接起来,从而可以在课堂中引入录像带、VCD等简单的多媒体教材。进入PC机时代后,有条件的学校在教室中配置了一台PC机,或给每个教师配置了一台笔记本,利用它播放多媒体计算机课件,这比播放录像带、投放一个实物又进了一大步。这一时期的电教系统比较简单明了。
进入Internet时代后,教育的时空将迅速扩大,在空间上从局限于教室扩大到整个校园、兄弟学校、一直扩散到整个社会。在时间上,也不再局限于一堂课的45分钟,学生教师间可随时保持着联系。但是,利用Internet的这种时空无限大特性,使之充分服务于教育,设计一个好的校园网至关重要,好的设计(而不是最贵的设计)才能充分发挥Internet的潜力。不幸的是,Internet是一个较新的东西,较专业,系统也较复杂,对于学校来说是一个很大的挑战。有些较大的学校在组织结构上有电教和信息中心两个部门,这个问题更突出,因为只有两个部门通力合作,才有可能利用校园网构造出一个好的教育平台来。

  本文从技术角度对Internet的技术特性作了一些概括性的讨论,希望能给学校领导及教育主管部门一些可借鉴的东西。 


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