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中圖分類號:G804文獻標識碼:A文章編號:1009-5349(2016)13-0028-02
隨著W絡信息技術的發展,多媒體技術與計算機技術已經被應用在運動生理學中,在一定程度上,可以有效提高其教學效率,增強學生的學習效果,達到良好的教學目的。
一、運動生理學網絡課程教學設計原則
運動生理學教師要想更好地對其網絡課程教學進行設計,就要全面分析運動生理學網絡教學原則,并且在教學過程中,遵循其實際設計原則實施網絡課程教學設計工作,進而達到良好的教學水平。具體原則包括以下幾點:
遵循教學目標設計原則。教學目標是運動生理學網絡課程教學設計的基礎,只有全面設計教學目標,才能提高其網絡課程教學設計質量。此時,教師應該將教學目標設計分為:引導學生掌握運動生理學學科基礎理論與概念,并且增強學生的實際操作能力,引導學生了解運動生理學學科研究方式等。同時,還要培養學生的體育教學評價能力,使其在運動生理學理論知識學習期間能夠達到相關標準,進而發揮網絡課程教學的優勢。[1]
遵循教學策略的設計原則。在運動生理學實際教學期間,教師要想更好地設計網絡課程,就要遵循教學策略設計原則,確保可以達到良好的教學效果。首先,教師要注重教學活動方式與媒體之間的配合,保證學生在網絡課程學習中能夠提高自身學習效率,基于此,教師就要將教學策略設計成為“教師輔導與學生學習整合”的體系,這樣,學生在與計算機交流的時候,就可以通過各個功能導航章節的引導,自主學習運動生理學知識,進而提高學習質量,增強自主學習能力。[2]
遵循教學內容的設計原則。教學內容的設計是運動生理學網絡課程教學設計主體,只有完善教學內容設計工作,才能確保網絡課程的有效性。在此過程中,教師可以借鑒一些著名的論述,在一定程度上,完善教學內容體系。同時,教師還要重視教學內容的組織,確保可以通過對學生年齡特征、認知習性、心理素養等的分析,構建出與學生緊密聯合的教學內容體系,這樣,才能達到良好的教學效果。另外,教師在設計網絡課程的時候,還要補充一些病理狀態下人類運動的生理學理論,學生在學習相關知識的時候,可以有效提高自身學習積極性,并且達到激發學習興趣的目的。[3]
遵循信息傳遞方式的設計原則。運動生理學教師在設計網絡課程教學機制的時候,必須重視各類信息的傳遞方式,根據學生的認知特點,逐漸優化學生的學習體系。當前,多數學生在學習體育知識期間,都存在錯誤的思想,主要因為學生過于重視技能的訓練,而輕視理論知識的學習,無法提高自身專業素質,難以達到良好的學習效果。[4]同時,部分學生在之前的體育學習中,基礎理論知識的掌握就很薄弱,并且沒有形成良好的邏輯抽象思維能力,不能客觀地觀察事物,由此導致學生在學習相關知識的時候,不能集中注意力,并且沒有明確學習目的,經常會出現學習能力降低的現象,無法提高學生的學習效率。因此,運動生理學教師在設計網絡課程的時候,必須引導學生集中課堂注意力,并且自主學習理論知識,同時,教師可以設計學習導航,使得學生在實際學習期間,可以通過學習導航的指引學習到相關知識,進而增強學習能力。[5]
二、運動生理學網絡課程教學策略
在運動生理學教學過程中,網絡課程教學設計可以有效提高其教學效率,達到良好的教學效果。基于此,教師必須重點關注運動生理學網絡課程教學設計工作,并且不斷完善自身設計水平,保證可以及時糾正學生的錯誤學習行為,并采取有效措施提高教學質量,使其向著更好的方向發展。
教師在設計運動生理學網絡課程的時候,必須針對提高學生思維能力與創新能力,完善學習環境與學習活動的設計,使得學生能夠在自主研究的情況下學習運動生理學知識。自主研究學習方式主要包括廣義理解與狹義理解。廣義理解就是學生利用探究方式解決問題。狹義理解就是學生在教師的引導下,能夠選擇一定的研究專題,并且將研究專題與實際生活聯系到一起,進而獲取到大量的運動生理學知識,提高其發展效率。在此過程中,教師所設計的學習環境必須具有開放性特點,使得學生可以自主選擇所需要學習的內容或是探究合作伙伴,這樣,不僅可以滿足學生的學習需求,還能提高其教學質量。[6]
三、運動生理學網絡課程模塊設計
教師在運動生理學網絡課程設計期間,可以將其分為七個模塊實施設計工作,進而提高其教學實用性。主要包括以下七點:
設計課程學習系統模塊。教師在設計課程學習系統模塊的時候,必須將教材中的理論知識融入到模塊中,然后為學生提供一些學術詞語庫中的難點知識內容,使得學生在學習期間,可以掌握較多的運動生理學知識。此時,教師要將章節作為知識點劃分依據,然后對各個章節的課程內容進行概括性處理,并且介紹出課程研究的大致方向,像是肌肉活動課程內容、體育鍛煉與運動訓練生理學知識體系等。同時,還要對學術詞語庫進行章節的劃分,使得學生在學習知識的時候,可以針對知識內容中的新名詞到學術詞匯庫中搜索,例如:體適能詞語、興奮劑詞語等。[7]
設計研究指導模塊。教師可以利用研究指導模塊的設計為學生提供研究專題的指導,在此過程中,教師必須設計出可以提高學生學習成效的模塊,使得學生在實際學習過程中,可以提高思維能力。同時,教師還要在研究指導模塊中設計一些學生在學習過程中可能出現的問題,并且在模塊中為學生提供問題答案,使得學生自學過程中可以借鑒研究指導模塊中的知識解決問題。此時,教師可以設置一個專門的問題搜索庫,使得學生可以便利地查找到問題答案,在激發學生學習興趣的情況下,提高學生的學習效率,例如:在問題庫中設置“在選擇實驗對象的時候,應該注意什么問題?”等。
設計網上答疑模塊。就是教師在運動生理學網絡課程設計期間,設計一個網上答疑的模塊,使得學生在遇到學習或是研究困難的時候,可以與教師實時交流,這樣,才能提高學生的學習效率。同時,各個教師可以針對學生提出的問題進行仔細研究,并且將其設置在問題庫中,以便學生再次查閱。[8]
設計學生管理模塊。運動生理學教師在設計網絡課程的過程中,必須設計學生管理模塊,主要針對學生課題研究情況、研究階段、學生作業完成的實際情況、學生檔案資料等進行管理,確保可以根據這些系統內容評價學生的學習情況,以供學生查詢。同時,在設計學生管理模塊之后,教師可以及時準確地了解學生課題上報以及研究情況,并且正確引導學生對課題進行研究,進而提高自身的管理效率。
設計開放式信息模塊。就是在教室設計運動生理學網絡教學機制的時候,根據學生實際需要設置開放性的信息模塊,使得學生可以在網絡課程中更好地學習運動生理學知識。開放性信息模塊中學生的學習目標較為開放,教師的教學內容也屬于開放性體系。最為重要的是,模塊中的學習資源開放,指導教師可以是校內的運動生理學指導教師,也可以是校外的專家,更可以是媒體工具等,在一定程度上,可以提高其教學效率,達到良好的教學效果。
設計信息資源模塊。學生在自主學習運動生理學知識的時候,會遇到較多難以解決的問題,需要在網絡上查找資料,這就需要教師在設計網絡課程教學的時候,可以將一些章節的資料與各類評論內容添加在信息資源模塊中,確保學生可以快速查找到自己想查找的知識。同時,教師還可以利用圖片、視頻等將資料內容展現出來,使得學生能夠更好地理解運動生理學。
O計網上自測模塊。教師在設計網上自測模塊之后,可以在系統中添加一些運動生理學基礎測試題,使得學生能在系統中答題,在自動上交試卷、系統自動批閱試卷的情況下,快速將考試成績信息反饋給學生,使得學生能夠對自己的學習情況有所了解,及時發現自身在學習中的不足之處。
四、結語
當前,運動生理學教學受到教師與學生的廣泛重視,教師必須根據學生的學習需求全面設計網絡教學課程,使得學生可以便利查找各類信息,自主解決在學習運動生理學知識的時候所遇到的問題,在增強學生學習效果的基礎上,激發學生的學習興趣,提高學生的學習積極性。
參考文獻:
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[3]屈紅林.網絡資源平臺下的運動生理學課程教與學創新模式[J].宜春學院學報,2014,36(9):108-112.
[4]王琪,黃漢升.西方現代體育科學學科結構的演變研究――基于美國《研究季刊》1930-2009年文獻共被引網絡的知識圖譜分析[J].南京體育學院學報(社會科學版),2012,26(3):26-33.
[5]陳艷.高校運動生理學教學方法改革思考[J].才智,2014(22):175.
[6]李廣周.積件理論及其在運動生理學教學中的運用[J].科教導刊,2014(10):150-151.
[關鍵詞]網絡安全;安全協議課程;實踐教學
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.02.111
構建安全網絡、營造網絡安全環境都需要網絡安全協議。人們對應用于計算機中的安全協議做了大量的分析研究,就是為了提高網絡信息傳輸的安全性,使之能從根本上保證網絡安全,以免造成因網絡安全等級不夠而導致網絡信息數據丟失或者文件信息丟失以及信息泄露等問題。網絡安全協議課程包括對密碼學和計算機網絡的學習,網絡安全協議比較復雜,無論是對于教師還是學生而言,難度都比較大,所以學生只有在加強自身的理解與應用能力之后,才能有利于新知識的繼續學習。針對網絡安全協議中的協議原理和細節,對于教師而言,如何讓學生理解非常重要;對于學生而言,如何掌握并應用非常重要。所以,教師對于網絡安全協議課程的實踐教學設計不能馬虎。
1實踐教學設計總述
常用的網絡安全協議包括Kerberos認證協議,安全電子交易協議SET、SSL、SHTTP、S/MIME、SSH、IPSec等。[1]這些安全協議屬于不同的網絡協議層次,能提供不同的安全功能。特別是在IPV6當中采用IPSec來加強網絡的安全性。并且在開放系統互連標準中,網絡協議被分為7層,其中物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層都是常用的。所以,由于每種網絡安全協議內容豐富以及它們都有各自的優點和缺點,致使在實際應用中網絡安全協議更具復雜性。教師需要通過實踐教學設計來實現讓學生全面理解和掌握協議中的原理和細節,并能夠有效應用。首先要做到讓學生由表及里的、由淺入深的認識和學習網絡安全協議,其次要做到讓學生能應用到網絡安全協議,最后達到創新的目標。所以實踐教學內容要劃分為階段性的,才能讓學生逐步透徹地掌握網絡安全協議中的方方面面。
2SSL協議的實踐教學實施
2.1認知階段
教師在本階段的教學內容就是讓學生認識SSL協議。需要掌握以下內容:
SSL采用公開密鑰技術,其目標是保證兩個應用間通信的保密性和可靠性,可在服務器和客戶機兩端同時實現支持。目前,利用公開密鑰技術的SSL協議,已成為因特網上保密通信的工業標準。SSL協議中的SSL握手協議可以完成通信雙方的身份鑒定以及協商會話過程中的信息加密密鑰,從而建立安全連接。SSL握手協議如下圖所示。
SSL握手協議
而在SSL協議中,獲取SSL/TLS協議通信流量,直觀地觀看SSL/TLS協議的結構就需要使用Wireshark抓包分析工具軟件。通過流量抓取分析來讓學生掌握SSL/TLS的具體內容。
2.2體驗階段
經過初步的學習,要讓學生體驗SSL的應用范圍,對SSL的應用過程有一個直觀的感受和體驗。學生用于數字證書生成、發放和管理需要完成CA的安裝與配置,其次分別為IISWeb服務器和客戶端申請、安裝證書,再在服務器上配置SSL,通過以上步驟完成IIS服務器中的SSL/TLS配置來建立客戶端和服務器的連接。[2]此階段的具體應用會讓學生深入的了解SSL/TLS中的有關內容。
2.3應用階段
應用階段的教學內容是前兩階段教學內容的升華,它會使學生具備利用SSL/TLS協議進行通信的編程能力。而要達到這點,就需要通過利用OpenSSL,實現一個簡單的SSL服務器和客戶端。這個階段的工作量不小,學生需要在教師的指導下分組進行。進行過程中主要環節包括,首先,學生利用自己熟悉的系統和開發平臺來完成OpenSSL的編譯安裝。其次,學生參考已有的源代碼來完成VC++編譯環境的設置。[3]再次,學生利用OpenSSL的證書生成命令性工具生成服務器和客戶端數字證書。最后,通過完成簡單的TCP握手連接和通信,并加入SSL握手功能來實現SSL/TLS編程。
2.4總結提高階段
課堂上的理論教學和階段性的實踐教學對于學生熟悉掌握SSL協議具有很好的作用,但是還存在某些方面的不完整性。例如,通過研究和實際應用SSL/TLS協議的過程中,如何進一步改善SSL/TLS協議所存在的問題。這些都是需要學生去解決的。在解決過程中,學生就能具備進行高效學習的能力。教師可以采取向學生提問的方式來進行這一階段的教學內容。問題可以是多方面的,例如通過前幾階段的認識和實踐,SSL/TLS協議還存在哪些不足?并通過一個實際的SSL/TLS協議的應用案例,發現SSL/TLS協議還有哪些局限性,并解決這些局限所帶來的問題。在此階段內,學生和教師要進行不斷的交流和討論,并找出相關事實依據來論證自己的觀點。例如,針對Heartbleed漏洞,學生需要了解漏洞產生的原因和危害,并提出解決措施。通過分析發現是OpenSSL開源軟件包的問題導致了此漏洞出現,與SSL/TLS協議并無太大關系。經過對此問題的分析研究,我們可以發現,協議本身的安全并不代表能在實現協議過程中避免所有的不安全因素。
3實踐教學效果評價
各個階段的實踐教學過程需要教師進行精心的設計和把握,并通過具體的實施實踐才能驗證實踐教學設計的是否合理,是否有效。由于網絡安全協議課程本身就非常復雜,再加上具體實施過程中內容、方法和難度有所不同,就需要根據學生的反饋情況來進行及時的調整。教師要從各項反饋指標進行自我反思,并與學生進行溝通。同時,在此過程中,也要認真檢查對學生的作業布置,關注學生是否掌握了有關網絡安全協議的技能,注重學生的完成情況和學生對于實踐教學過程中不足之處的意見。
4結論
網絡安全協議內容復雜,具體應用過程及各項技術操作也較為煩瑣,因此,單單只是針對SSL/TLS協議的實踐教學做了簡要的設計并不能移植到所有的網絡安全協議課程的教學中去。若要講關于網絡安全協議中鏈路層和網絡層,那么第三階段的實踐教學內容就不具意義了。而要講應用層的安全協議,第三階段的實踐教學內容相比于第一階段和第二階段就重要得多。對于信息安全專業的學生來說,只有掌握好計算機網絡和密碼學的課程內容,才能繼續網絡安全協議課程的學習。因為網絡安全協議課程的理論性和實踐性都非常強。在實踐教學的實施過程中,不但要讓學生充分品嘗動手的樂趣,還要讓學生掌握網絡安全協議的具體知識。同時還要注重培養在網絡安全協議方面的應用型人才。
參考文獻:
[1]劉凱.網絡安全協議課程的實踐教學設計[J].計算機教育,2014(24):111-114,118.
【關鍵詞】網絡課程;教學設計專家;學科教師
【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097(2011)05―0069―04
信息化教學資源的共建共享是現代教育技術研究的重要內容,網絡課程作為一種重要的信息化教學資源,其有效性建設與推廣應用成為一項重要課題。現在各單位建設的網絡課程數量較多,但高質量的不多,在其建設中存在各種問題,《網絡課程的設計與實踐》(唐清安等主編,人民郵電出版社出版)一書中,編者分析了網絡課程建設中存在的問題,歸納起來,我們認為這在很大程度上是由于沒有進行足夠合理的教學設計,特別是教學設計中的情境設計、活動設計、師生交互等方面。這些都是由于沒有充分重視和發揮教學設計專家的作用、學科教師與課程開發脫節、教學設計專家與學科教師交流不充分所導致的。那么,作為其設計與開發主體的教學設計專家與學科教師究竟以一種什么關系存在,各自承擔什么樣的工作才能開發出高質量的網絡課程呢?
一 網絡課程實際開發中教學設計專家與學科教師的關系
1 教學設計專家與學科教師的簡單合作式
不少開辦網絡教育的學校,都有自己的教學資源開發公司,他們就不同學科特點開發了不同的網絡課程模板。做得比較好的,還是有相應的教學設計組、美工組、集成組,教師需要編寫相應的文字腳本(做得較好的,會在腳本中體現哪里該如何呈現哪些教學內容,教學內容的內部關聯是如何的),網絡課程制作完成后,會組織專家進行驗收。這些工作的具體實現,有的學校是專門的工作人員,有的學校會挑選有特長的學生兼任。在課程的制作中,制作者會和教師有一定的交流。
2 教學設計缺失,技術人員完全代勞式
也有不少學校,教師只負責提供教學內容和相應素材,比如各章節具體內容(教學目標、學習重難點、課后習題及答案等)、學習資源(拓展學習材料、圖文聲像的相關資源),然后交給相應的技術工作者進行實現。這其中,整個課程的框架、各個知識點的呈現、如何評價等都完全由技術工作者代勞,更有甚者會交給相應的公司制作。技術人員一般只負責課程的技術實現,就按照自己的理解對課程進行簡單的設計。有的教師認為,只要內容和資源越多就越好,對于學習情境和學習活動的設計、師生交互與學生評價方面的設計考慮甚少。最后做出來的課程就像電子書。
3 教學設計專家與學科教師的緊密合作式
在網絡課程的設計開發中,也有教學設計專家與學科教師的緊密合作案例,他們各自做好了自己的份內工作,保證了課程的質量,在下文中將詳細闡述他們的各自角色與工作。那么教學設計者或者教學設計專家與學科教師在網絡課程制作過程中究竟扮演了哪些角色呢?
二 網絡課程制作中教學設計專家的角色與工作
所謂教學設計專家,就是在教學設計領域具有專業知識的人。教學設計專家對網絡課程有較深入的了解,有系統的信息化教學設計理論,掌握了學習理論和教學策略并能有效地加以運用,了解如何最佳的應用技術來滿足各種學習環境的使用者的要求,能夠創建一個混合式的學習方案[1],他們具備此領域的專家知識,其主要工作是運用先進的教育理論、學習理論和傳播理論,根據網絡課程的一些設計原則(如教學內容模塊化、學習環境的情境化、學習過程自主化、學習方式交互性、學習系統開放性、教學評價多樣化等)對課程進行分析、組織和設計,這是決定網絡課程質量的關鍵。
現在的網絡課程有不同的模式,典型的有個別化的、協同式的和交互式的。每種模式中的設計重點不同,但無論是哪種模式,我們認為,教學設計專家在網絡課程制作過程中至少應該扮演以下角色:
1 課程結構的規劃者
宏觀上,教學設計專家運用系統方法對課程的結構進行規劃和設計,一般以結構圖的方式呈現出來。網絡課程的基本結構應該根據不同的學科性質和特點來確定。在教學設計上應該對學習內容、學習策略、學習環境、學習活動、學習評價進行設計:對教學問題進行分析,確定教學目標,建立解決問題的策略方案、試行解決方案、評價試行結果和修改方案等,主要包括內容的組織和表現形式的設計、學習者學習需求分析和學習風格的確定、符合不同學習風格的學習者認知興趣的學習內容形式的設計、學習策略的設計、教與學模式的選擇、教學活動的組織設計、學習環境設計、評價模塊設計等。在系統上對導航、交互、學習支持系統、學習管理系統等進行設計:導航設計是目前網絡課程建設普遍采取的模式,也是解決學生迷航問題的有效策略,是采用頁面鏈接式、菜單式、導航條式還是知識地圖式等都是需要設計的;教師與學生的交互是學習過程中非常重要的環節,各門課程中采用哪些方式能更好地促進交互是需要考慮的,李克東難題提出后,如何進行深度的交互成為我們關注的重點;藝術設計主要是對網絡課程的整體風格、界面美工、教學藝術上進行設計。確定了課程的基本框架,就可以進一步確定整個課程由哪些模塊組成,這些模塊如何組織起來。從這個層面說,他們是系統地對整門課程的各個環節做一個總體的方案策劃,也可以說是為自己、學科教師和技術工作者作出的預案。
2 課程方案的設計者
教學設計并非要求學生簡單機械地回憶信息或者進行簡單的規則應用,而是要幫助他們表現出有意義的行為,從而解決真實問題。微觀上,教學設計專家對課程的每個章節的每個知識點、學習情境、學習活動、學習資源、相應的練習反饋及其學習評價內容的技術呈現進行設計,選擇最合適的呈現方式,并考慮所設計的內容技術上能否實現,以期為學生的自主學習提供優質課程。從這個層面上講,他們是考慮如何用最合適的技術來創設情境、呈現知識、有助于學生的問題解決,是對宏觀的課程結構的細化設計。
我們認為,在網絡課程的教學設計中,教學設計專家雖然不能代替學科教師就具體學習內容進行設計,但在制定方案時應該做到以下幾個導向:
(1)以學生為中心,創設有意義的學習情境
情境是建構主義四大要素之一,是指學習活動進行的情境必須有利于所學知識的意義建構。教學設計不僅要考慮教學目標分析,還要考慮有利于學生建構意義的情境的創設問題,并把情境創設看作是教學設計的重要內容之一。不僅要設計具有參與性的學習活動,還要對教師的指導活動進行設計。學習任務必須有真實性、復雜性、劣構性,盡可能地反映實際生活,問題解決不在于尋找唯一答案,而是鼓勵學生多角度思考,尋求不同的解決方法。這在適合于采用協作學習、探究式學習等課程中尤為重要。
(2)以資源為基礎,以活動為導向,設計基于資源的學習活動
在現代教育中,我們提倡“以活動引領教學”的理念,讓學生參與活動,體驗活動,從活動中快樂學習。因此,基于資源的活動設計十分重要。活動設計主要通過分析教學目標、學習者特征、教學內容特點,對活動進程、活動框架、問題解決工具和學習策略進行設計。不同的課程我們采用的學習方法不一樣,比如有體驗式學習、案例學習、協作學習、探究式學習或者多種學習方式的組合,那么在進行活動設計時,一是從傳統的學習方法(如協作學習中合作的音樂椅、前進的雪球、倒退的雪球、輪流協作、思考-組隊-共享等)中借鑒經驗,找到共通之處,取長補短,尋找到適合網絡課程的有效學習方法,開展各種學習活動。二是集思廣益,充分分析教學內容,結合學生的特征和學科背景進行活動設計。
(3)以工具為支持,為學生提供友好的學習環境
無論教學設計者是否承擔了課程的技術實現工作,都應該考慮或者實現友好的學習環境,尋找合適的效能工具、認知工具和通訊工具以支持學生的學習活動。目前各種學習軟件紛繁,我們不應該盲目求多求全,而要選擇適應課程特點和相應學習方式的工具。目前而言,在線交流和論壇等已經成為每門課程的必選,而一些工具的創造性運用不多。比如,在中可以選擇思維導圖或概念地圖工具,以幫助學生樹立知識管理的理念,高效掌握學習內容,梳理知識結構與關系,構建知識體系。
(4)以協作為方式,促進深度的師生交互
在現在的網絡教育中,網絡虛擬性導致的師生情感缺失已經成為一個必須面對和解決的重要問題,師生的深度交互是解決教育教學問題的重要保證。我們認為,以協作促交互,建立網絡環境下的新型師生關系是解決上述問題的重要方式之一,而協作學習又是體現協作的主要方式之一。協作學習是學習者在與學習環境、與他人互動中進行的學習,是一個動態的活動過程。協作學習活動是由多個學習者共同參與,在人與人之間的交往中完成學習任務。從學習任務主題的確定到學習成果的取得,都要求學習者積極地參與學習活動中。協作不僅是一種方法,也是一種精神和社會準則。學會協作,學會交往,與他人形成融洽的人際關系,提高與他人合作的能力是必需的。學習者主動探究學習,不斷與教師、同學產生思維的碰撞,相互啟發,提高自己的認識和理解,促進知識的建構。同時通過協作,建立融洽的師生關系,樹立信息技術環境下新的師生交往觀念。通過師生之間的相互作用、相互交流、相互溝通和理解,使其過一種有意義、有價值的生活。
在網絡課程的設計中,我們提供的學習環境、創設的學習情境、提供的學習資源、設計的學習活動都應該有利于協作的開展。比如,我們的論壇、Webquest、Wiki、互動評價等都是促進協作的有力環境。在設計中,我們應該根據課程本身的特點進行選擇、實現和優化。
3 課程設計方案、教師和技術人員之間的溝通協調者
教學設計專家在教學設計領域有深入的研究和豐富的經驗,但教育領域學科眾多,每個學校開設的網絡課程數量眾多,他們不可能對每個學科的特色和相應的學科知識有深入的了解,相應的教學經驗不多,部分院校的網絡課程教學設計人員并無一線教學經驗。另外,他們對技術實現部分不一定有深入研究,因此,他們要在自身工作、學科教師和技術人員之間協調,與學科教師和技術人員進行充分的交流溝通,以保證課程設計方案的順利實施。
因此,教學設計專家是課程的總體策劃者,是課程方案的設計者,是課程設計方案、教師和技術人員之間的溝通協調者。他們在目標的體現、內容的媒體呈現方式、學習評價的方式方面有著深入研究,能夠提出大量創造性的解決方案,而對于具體的教學目標、教學內容、學習評價方面,則交由學科教師去處理。
三 網絡課程制作中學科教師的角色與工作
所謂學科教師,就是進行學科具體教學任務的一線教師。大多數學科教師對網絡課程和網絡遠程教學了解不多,他們不太熟悉教育原理、學習理論和教學技術在網絡課程制作中的應用,但對學科知識有深入了解,明確其重難點和對應的較為有效的教學方式,作為一線教學者,他們有著豐富的教學經驗,在對學生情況的把握、學科知識的組織、各個具體知識點的呈現方式等方面的優勢是教學設計專家無法比擬的。在網絡課程制作中,他們主要是內容和教學經驗的提供者、教學設計的輔助者、課程腳本編寫的有力參與者。
1 教學內容與學習資源的提供者
一門課程包含哪些科學合理的內容,這些內容可以分為哪些教學單元,每個教學單元及其知識點的學習目標是什么,相應的重難點是什么,各單元的知識如何分解,這些知識該如何組織,知識間的前導后續作用如何,各個知識點需要什么樣的學習資源、該采取何種方式進行相應的評價,這些都是學科教師的“份內之事”。
同時,教師還應提供豐富實用的學習資源,有利于學生進行基于資源的學習,引導學生進行資源共建共享。豐富的教學資源并進行合適地呈現才能進行有效的學習。多媒體時代有著豐富的資源呈現形式,如文本、網頁、圖片、動畫、視頻等,要根據需要合理選擇。教師提供的資源既要準確科學,又要體現學科前沿。如今的網絡課程都提供了較好的人機交互和人際交互環境,因此我們不僅要為學生提供資源或設計活動,更要把學生視為信息的搜集者與解釋者,充分發揮其主動性和自主性。讓學生一起來共建資源,實現資源的共建共享,這不僅為某門課程或某個話題積聚了豐富的可用資源,解決了資源少、更新慢、不能滿足學生需要的問題,同時也為培養學生的信息素養(搜集、分析、處理、應用信息)起到了良好的作用。當然,學生的能力參差不齊,信息素養也高低不同,因此對于信息的捕捉力也不一樣,所以實現資源的共建共享還需要教師的指導。一是教給學生一些捕捉和處理信息的技能,二是在學生提供資源后進行及時的點評和交流。為了提高學生參與的積極性,可以通過組內協作、組間競爭的方式開展資源共建共享活動,并設立合理的獎勵機制。
2 教學設計的輔助者
雖然教學設計專家在教學設計領域具有專業知識,熟悉教與學原理的運用,擅長提出一些創造性的解決方案,但對各學科的教學特點和規律并不十分了解,因此無論是課程結構的宏觀規劃還是微觀設計層面都需要學科教師的有力協助,這樣設計出來的課程才更有針對性,更符合學科教學的需要。特別是前面述及的教學設計專家在教學設計上的幾個導向,更需要教師的配合才能得以較好實現。
3 情境設計與知識呈現的把握者
教學設計專家從微觀上對課程方案進行了設計,考慮了如何用最合適的技術來設計情境、呈現知識,但設計的情景和知識點的呈現方式是否有利于學生的知識建構和問題解決能力的培養,學科教師有著更大的發言權。
4 教學經驗的提煉者
學科教師長期從事一線教學工作,他們在學習者分析、教材處理、教學內容把握、教學方法選擇、學習資源篩選、教學管理等方面積累了豐富的經驗,對教學過程中出現的問題能夠得心應手地處理。他們的經驗提煉和反思對以后的教學有著積極促進作用,對自身的專業發展有著重要意義。這些課堂教學經驗對網絡課程的設計和處理有著借鑒作用,讓我們會少走彎路,也為我們的創新奠定了基礎。因此,在尊重教學規律的基礎上,學科教師教學經驗的提煉、反思與創新,是網絡課程有意義設計和開發的重要保證。
5 課程腳本編寫的有力參與者
腳本的編寫反映了課程的教學設計思想,精煉出了本課程全部知識點的結構。它能指導素材制作人員組織教學內容,也是軟件開發人員的編程參考。在編寫文字稿本過程中,要體現教學設計,強調結構設計,明確學習目標,熟悉教學對象,分析教學內容給,選擇教學媒體,特別是要突出要點呈現,支點設置,難點化解,要點強調。[2]課程的腳本最好由網絡課程開發的負責人、教學設計專家與有經驗的學科教師即從事本學科多年教學與研究的教師合作編寫,大多數情況下會由學科教師執筆,學科教師既懂得學科知識點的內在聯系,又了解學科的發展前沿,還有長期教學積累的默會知識,因此是腳本編寫的有力參與者。
四 教學設計專家與學科教師通力合作,制作高質量網絡課程
從前面的分析看,在網絡課程設計與開發過程中,教學設計專家與學科教師的角色工作不是獨立存在的,而各自有著對方沒有的優勢,同時部分工作又相互滲透,他們只有通力合作才能制作出高質量的網絡課程。
1 職業政客――教學設計專家不是通用型的
教學設計情境十分復雜,不是簡單和線性化的,而應該根據紛繁復雜的教學情境,走向彈性、靈活、遞歸的教學設計。雖然俗話說“術業有專攻”,教學設計專家作為教學設計領域的專業人士,但他們不是通用型的,他們并不是能與任何學科教師協同工作。實際情況是,在一個專家能幫助開發或設計教學前,應當先了解“游戲”本身,必須先進入“應用情境”。在多數實際的教學設計開境中,“公民立法者”模式相對于“職業政客”模式更受推崇。“公民立法者”是那些知曉實踐內容或應用情境的設計者或開發者。“職業政客”往往是那些并不置身于具體學習情境或學科內容領域的教學設計專家。[3]因此,前文述及的“教學設計專家與學科教師簡單合作”的開發模式并不是通用的,建立通用模板的做法也是不可取的,而由他人包辦更是不可能的。
為了更好地發揮教學設計專家們的創造性,他們不應高高在上,而應深入課堂,進入情境。只有真實地了解了學科特點、學生特色的基礎上,才有可能設計出合理的課程結構,做出出彩的教學設計,創造性地提出問題解決方案。
2 “公民立法者”與“職業政客”的通力合作
教學設計本就是典型的團隊任務,教學設計的范圍和技術復雜性,要求發揮不同人員的專長。一門網絡課程的設計并不是教學設計專家一個人完成,而是在教學設計專家與學科教師交流協作基礎上進行的,整門課程的制作也是在教學設計專家、學科教師和技術人員等的通力合作下完成的。因此,教學設計專家與學科教師在網絡課程的制作中并不是剝離和獨立的,他們的作用也是彼此不能替代的,只有在他們扮演好各自的角色,做好各自的工作,通力協作下才能做出一門好的課程設計,才可能做出一門優質的網絡課程。
我院在做好軍隊網絡教學系統中的網絡課程建設的同時,還積極鼓勵教員發揮其主動性,自主開發適合各學科特點的網絡課程,以與軍隊網絡教學系統相補充,達到更好的教學效果。我院網絡課程開發一般遵循教務處組織立項、教育技術中心與各教研室合作開發的模式。教育技術工作者主要負責課程的整體框架設計、教學設計、界面美工、素材編輯制作、技術集成等工作,兼顧了教學設計和技術實現的工作,學科教師主要負責部分教學設計工作、教學內容的提供、把握與梳理、部分腳本的編寫等工作,雙方經常討論、交流甚至爭執,充分展示了前面述及的教學設計專家與學科教師的各自角色扮演以及分工協作,取得了突破性成績:近年來開發的《畫法幾何》、《工程力學(三)》分別榮獲第十三屆全國多媒體教育軟件大賽二等獎、第十四屆全國多媒體教育軟件大賽一等獎,開發的其他課程也在全軍和總后電教教材評比中取得了優異成績。這些網絡課程在實際教學中廣泛應用,得到了專家、教員和學員的一致好評。
教學是動態的、具有創造性的過程,學生是不斷發展的個性個體,教學設計的重點在于促進學生在情境中獲得理解、建構知識。每個教師在任何時候面臨的教學情境都不一樣,每個教師都有自己的教學風格,每個教師對理論和規則的理解與應用都存在一個“闡釋學”處境,教學設計是一個劣構問題的求解過程,沒有現成或統一的答案。[4]要適應教育教學改革的發展和學生的發展需要,網絡課程開發中教學設計專家與學科教師的角色工作和關系處理是一個長期探索的過程。
參考文獻
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The Relationship between Instructional Design Experts and Subject Teachers in Web-based Course Developing
PAN Juan ZHANG Quan QIN Ze-nong
(Educational Technology Center, Logistical Engineering University, Chongqing 401311, China)
Abstract: From the current model of web-based course developing, the article discusses the roles and duty of the instructional design experts and subject teachers in the web-based course development, analyzes the reasonable relationship between them, then presents the application and effective result in the practice ,which could provide references for high-quality web-based course development and similar researches.
中圖分類號:G642
0 引 言
無線傳感器網絡是物聯網工程專業的一門核心課程。目前,國內高校開設的這門課程具有內容多、難度大的特點[1],并且重理論、輕實踐。從培養學生的應用能力出發,筆者選擇了典型的無線傳感器網絡技術ZigBee/Z-Stack技術作為該課程的主要教學內容。課程除了介?B無線傳感器網絡的基本概念(包括IEEE 802.15.4規范及ZigBee的相關概念)外,主要向學生講授ZigBee編程技術。ZigBee編程以C語言編程、單片機編程為基礎,但與一般的C語言編程或單片機編程不同。ZigBee編程是在某個ZigBee協議棧上的C語言編程,需要遵循相應的ZigBee協議棧的編程思想和編程方法。對初學者來說,ZigBee編程思想及編程方法是全新的,掌握它并不是一件容易的事,需要大量的實踐和練習。為此,在無線傳感器網絡這門課程的教學中,應該采用“講、演、練”相結合的教學方法,促進學生快速掌握ZigBee編程技術。具體來說,就是在每一次課上,教師首先介紹本次課的知識點,然后演示與本次知識點有關的項目,在演示過程中進一步闡述、解釋有關概念,最后學生練習剛剛演示的內容。除此之外,學生還需獨立完成幾個實驗項目,這也屬于學生練習的內容。
1 課程內容及學時安排
無線傳感器網絡的先修課程包括單片機原理及應用、傳感器原理及應用、計算機網絡等。因此,在設計無線傳感器網絡教學時,可以少考慮單片機、傳感器、網絡通信等內容,緊緊圍繞無線傳感器網絡的基本概念及ZigBee編程技術展開。無線傳感器網絡以ZigBee/Z-Stack編程技術為重點,采用由淺入深、循序漸進的方式安排教學內容。該課程共46學時,其中實驗18學時。表1給出了本課程的教學內容及學時安排。
知識單元(1)是本課程第一次課講授的內容,僅涉及無線傳感器網絡的基本概念,不涉及任何實際操練,因此沒有安排演示和練習項目。
Z-Stack中的任務(即事件處理程序)概念以及任務的管理和調度,是理解ZigBee/ Z-Stack工作原理、掌握Z-Stack編程技術的基礎和關鍵。學生必須理解這些內容,才能理解Z-Stack的流程,掌握Z-Stack項目開發技能。所以,知識單元(6)用了較多的學時,而6個實驗項目中的5個也都安排在此后進行。
另外,講、演通常是一體的,因此,表1中各知識單元中的講、演部分的學時分配并不是嚴格的,而是視實際情況,有時候講多一點,有時候演多一些。
2 演示及練習項目設計
表2列出了本課程的演示及練習項目。從知識單元(2)開始,表2中每一行的演示、練習項目分別與表1中的一個知識單元對應。也就是說,第一行的演示和練習項目對應于知識單元(2),第二行對應于知識單元(3),其他依次類推。
項目演示通常在講解相關概念后進行。演示一方面是進一步闡述相關概念的含義,另一方面是講解ZigBee編程技術規范和編程技巧。教師演示完畢,學生開始模仿練習。學生的練習項目,基本都在演示項目的基礎上修改而成――修改了演示項目中少量關鍵代碼。演示項目程序已事先準備好,可以直接編譯、鏈接和運行。
要掌握ZigBee編程技術,僅靠簡單模仿是不夠的。為此,筆者設計了6個ZigBee實驗項目,以鞏固所學的內容。本質上,它們也是學生練習的一部分,見表3。
以上實驗項目,項目①②基本上來自相應的演示或練習項目,目的是讓剛剛接觸Z-Stack編程的學生熟悉基本的Z-Stack編程思想及編程技巧。其他項目雖然與演示或練習項目有一定的關系,但需要學生進行一定的設計或者做較多的修改。這樣做是有原因的:ZigBee網絡的通信功能是由ZigBee協議棧軟件(比如Z-Stack)維護的,因此ZigBee項目中包含了大量的協議棧代碼,而不像單片機程序開發那樣只有用戶的代碼。所以,ZigBee項目的開發基本上都是在已有項目的基礎上進行的[3]。
為了促進學生深入理解和掌握Z-Stack編程思想及編程技術,筆者要求學生在實驗報告中給出各個實驗的實驗原理說明及重要代碼分析。
關鍵詞:網絡環境;傳感器與檢測技術;教學設計
中圖分類號:G642.3 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)05-0250-02
一、前言
隨著我國社會及經濟和工業的發展,各個專業的知識架構和內容都在不斷更新,社會的發展要求人們對知識的掌握和應用也愈加綜合化,因此,人們需要不斷學習和更新現有知識。開放式的網絡環境是人們獲得和更新知識的重要途徑。傳感器與檢測技術作為工業及制造業等領域的基礎科學之一,隨著社會科學技術的發展,其相關知識與技術也在不斷更新。學生需要通過更多的途徑來學習和追蹤最新知識,開放式的網絡環境教學為此提供了一個絕佳的平臺,作為教學者就需要對開放式網絡環境下的教學特點及教學方法等有所掌握,改進教學設計,并利用網絡環境為學習者提供更多更實用的學習資源。
二、開放式網絡環境教學設計
1.開放式網絡教學設計與傳統教學設計的不同。網絡環境的教學設計,特指網絡環境下的教學方法和學習環境設計。與傳統教學相比,網絡教學設計不同之處在于:一方面,理論基礎側重點不同。傳統教學設計是以教師為中心和教學主體的研究,網絡教學設計理論強調以學生為中心,結合了個別化的自主學習、情境認知、綜合評價等理論。另一方面,技術手段不同。網絡環境下的教學設計更加強調信息技術與教育理念的整合。利用現代多媒體、網絡、通信等技術,以“學”為中心,使學習者成為學習活動的主動者,學習者選擇適合自身條件的學習策略,成為知識學習過程的主體,實現交互性和對刺激呈現的控制而豐富學習環境,從而對學生的認知結構和認知能力的研究得到提升。傳統的教學設計側重教學講授課程環境的營造,強調是以教為中心,而網絡教學設計則更注重學生學習環境的營造。
2.開放式網絡教學設計的優勢及特點。網絡教學是學校利用計算機設備和互聯網技術對學生實行信息化教學的一種重要形式,教學手段主要利用網頁、多媒體、交流軟件等,實現異地、實時、互動教學的新的教學模式,是“實地現場教學”模式的強有力的補充,是教育信息化和網絡化的總體趨勢和目標。網絡教學具有開放性、虛擬性、交互性、靈活性,以及學習的終身性、多樣的教學手段、豐富的共享資源等優勢。開放式網絡教學設計的特點有:首先,可被設計的教學資源非常豐富。利用網絡資源,教師可以實現預定的教學目的,學生可以完成相應的學習過程。其次,可以靈活實施學習過程。網絡環境中,教學過程由傳統的教學方式轉變為創設情境、協作學習、討論學習、自主學習。學習過程非常靈活,根據教學需要進行調整,教學具有針對性。此外,學習方式的選用具有多樣性。在網絡環境中,學習者通過網絡,利用各種學習資源成為學習活動的主動參與者。學習方式多種多樣,既可以獨立自主學習,也可以協作探究學習。最后,可運用多元化的評價方式。在開放式網絡環境中,由于每個學習者有自我不同的學習方式和學習過程,因此,多元化的教學評價顯得尤為重要。開放式的網絡環境的教學效果只有在多元化的教學評價方式下才能使評價體系具有完整性和科學性。
三、基于網絡環境《傳感器與檢測技術》課程教學設計
1.網絡課程教學設計的理論依據。網絡環境與傳統環境的教學設計一樣,需要一定的理論依據。在理論依據方面,網絡環境與傳統學習環境中的教學設計相比又有所區別。網絡環境教學設計除了遵循傳統教學環境下教學設計的主要理論依據以外,情境認知理論、自主學習理論、個別化學習理論、綜合評價理論和均等理論都是網絡教學設計的重要依據。自主學習理論:自主學習是指由學習者按照自己擬定的學習目標,有意識、有計劃地調節自己的心理和行為,決定學習的過程、內容和形式的學習方式。情境認知與學習理論:情景是一切認知活動的基礎,良好的教學情景對保障學習活動的順利實施十分重要,學習處于它所被建構的情景脈絡之中,知識是情緒化的,是學習者與環境互動的產物。個別化學習理論:個別化學習就是在學習過程中,學習者以獨立的、個體的形式出現,不受教育環境中時間和空間的限制,而可以隨時隨地參加所有學習活動。多元化評價理論:評價理論要能夠反映學習及發展的真實水平,因此,需要從評價方式、內容、主體三個方面考慮;應充分考慮個體的差異;評價的目的為了幫助學習者識別自我的強弱項,取長補短,實現均衡發展。均等理論:遠程網絡教育需要為學生提供與傳統學習學生相當的和均等的學習經驗。
2.課程教學設計模式的主要構成要素。在教學設計的特點方面,網絡環境與傳統環境相比較有明顯差別,在教學設計模式的構成上選擇的環節也不同。教學模式下的教學要素是傳統教學環境設計需要考慮的重點,目的是為了獲得這些要素所帶來的最大教學效果。注重教學情境建設的個別化教學是網絡教學的主要特點,通過自主的學習方法,學生可以獲取自己所需知識。因此,學習需要及風格分析,資源構建、目標闡述、教學策略選擇、自主學習、互動反饋和學習結果評價等都是網絡環境下教學設計需要考慮的主要因素。
3.課程教學設計模式的結構組成。實現良好的學習情境是網絡環境下教學過程設計的主要目的,將網絡教學設計模式中的各種要素有機地組織成一個有序的系統,同時注重學習環境的設計。對網絡環境下的《傳感器與檢測技術》教學設計有三個基本問題需要解決,即需要明確教師的教學目標和學生的學習任務、需要解決教學和學習過程中的教學模式和學習策略、需要檢驗教學和學習的效果。因此,網絡環境下《傳感器與檢測技術》教學設計模式的組成結構分為三個階段。前期分析階段:學習目標與任務分析,遠程教學學生特征分析,通過此階段明確學生特征與教學目的;組織實施階段:學習環境設計、教學策略設計、教學活動與教學過程設計、學習資料設計以及通過教學評價所反饋的修改建議,學習環境與學習資料設計都需要通過教學反饋來實現與補充,學習策略設計則需要學習環境設計、學習資料設計和前期分析來實現,通過教學策略設計與前期階段的分析最終來實現教學活動與教學過程的設計;后期反饋階段:網絡教學評價設計,此階段是對學生學習情況與學生自主學習所提建議的反饋,以幫助改進教學活動,補充教學資源等。教學目標和任務分析:此項為學習需要的分析,遠程教育結合高職技能人才培養的教學目標。從宏觀上看,網絡課程教學目標的設計要綜合考慮電氣類專業和工程類專業的教學大綱要求,既要考慮完成傳統教學的目標,又要考慮培養學生自主能力和信息提取能力。在微觀上看,需要進行單元模塊以及知識點的教學目標設計。遠程教育學生特征分析:主要是指對遠程教育學生的認知結構、一般特征、學習需要與動機情況及其特點的活動進行分析,為學習內容的選擇和組織、學習目標的闡明等教學活動提供依據。教學策略設計:教學策略設計是網絡課程的教學設計的核心,它是考慮教學目標和計劃,教學形式和媒體等因素而構建的一種具有良好教學效果的整體教學法。教學策略是根據教學模式(以教師為中心、以學生為中心、雙主體)的三類來確定的,以最恰當的方法來幫助學生的學習。網絡環境下的教學策略是指以研究如何有效利用互聯網資源,如何組織學生在網路環境下開展各種形式的學習活動、組織方式與實施策略、教師指導與教學過程的控制等。學習環境設計:學習環境使學習者可以在其中進行自由探索和自主學習的場所。在此環境中學生可以利用各種信息和資源來達到自己的學習目標。需要考慮因素包括情境、資源、工具、支架和學習社區等。學習資源設計:學習資源是指在學習或教學過程中,能夠幫助學生解決任務的信息和物質資源。學習資源的設計應該符合具備豐富多樣的學習方式、具有直觀友好的界面、能提供良好的交互學習的功能及活潑生動的教學策略等要求。學習活動與教學過程設計:包含教師、學生、教材、網絡四個要素。網絡課程的教學設計過程包括學習者學習活動的設計、學習情境的設計、學習模式的設計。學習評價設計:應從學生、教師、教學內容和媒體四要素上考慮,完成對學生學習活動、教師教學活動、教學內容、教學效果及信息技術等方面的評價。
四、結語
教學設計是教師教學過程不可或缺的部分,通過研究國內關于網絡環境下的遠程教育和高職教育教學設計模式的理論與實踐成果,結合《傳感器與檢測技術》課程特點,突出實訓技能訓練,體現“職業技能性”,讓學習者在網絡學習中得到理論和實踐的雙重鍛煉,增強實際動手能力,確定基于網絡環境的《傳感器與檢測技術》課程教學設計的內容,包括理論依據、構成要素、組成結構、課程設計的實施過程等方面的研究。本文依托重慶廣播電視大學和重慶工商職業學院機電工程學院電氣教研室的《傳感器與檢測技術》課程及“傳感器實訓室”真實實訓場所,將電大教育和高職特色相融合,集中體現電大“開放性”和高職“技能性”。
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關鍵詞 任務驅動 任務驅動教學法 網絡程序設計
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.11.056
Task-driven Teaching Method in Network Programming Course Teaching
XIAO Zihong
(Hu'nan Police Academy, Changsha, Hu'nan 410138)
Abstract Task-driven teaching method is suitable for practical strong, comprehensive and strong curriculum, enabling students to break through the limitations of classroom teaching, students can quickly accumulate knowledge and skills in a short time, to improve students' network programming ability, good teaching effect. This paper discusses the task-driven teaching method in Network Programming course Teaching, to provide a reference for the practice and reform of the same category.
Key words task-driven; task-driven teaching method; Network Programming design
任務驅動教學法是指在課程教學的過程中,學生在教師的引導下,緊緊圍繞一個或多個特定的教學目標,在教學任務的驅動下,通過對現有知識技能和學科理論的主動應用,共同進行自主探索的互學習。任務驅動教學法要求教學任務具有非常強的目標性,要刻意營造教學情境,創設情景使整個教學工作在真實的任務驅動下進行。在整個教學過程中,教師處于中心地位,教師在安排布置學生完成教學任務時,以引導或演示的方式,啟發學生給出完成該任務的思路、方法和結果。在教師安排下,學生花大量的時間自主完成自己的學習任務,在學生自己動腦、動手完成任務,從而學習和掌握相關的知識與技能。
任務驅動教學法是知識及技能的獲取以任務為中心,著重培養學生分析問題、解決問題、創新問題的綜合能力。它以某一具體任務為出發點,通過課堂引導、操作實踐、評價反饋等方法來完成不同階段的任務,從而達到培養學生主動獲取知識、應用技能等綜合能力。
1 任務驅動教學法的可行性
1.1 網絡程序設計的課程特點
網絡程序設計課程是一門實踐性、綜合性都較強的課程。該課程主要是以網絡程序原理及設計思想為主線,學習網絡程序設計與編寫的方法,從而進一步學習分析問題、解決問題的方法,而不是單一學習任何一種特定語言的語法規則,因此在教學中非常注重學生解決問題的編程技能和程序研發能力的培養。其次,作為大學高年級專業課程,學生作為學習主體存在較大的群體差異,他們的認知水平、專業基礎知識、程序研發能力參差不齊。如果以統一的教學方法來教學,則難以取得很好的教學效果。
1.2 任務驅動教學法的可行性
網絡程序設計的教學知識點很多,教學內容通常可以歸納為三類:第一類是基礎語法類,強調網絡程序語法知識與規則的學習,使學生掌握最基本的程序語法和程序設計思想; 第二類是覆蓋類,這類知識的學習能使學生的網絡知識體系更加全面,這部分內容傾向于全面性的專業知識的應用;第三類是綜合項目類,此部分的教學內容更加注重網絡程序設計中綜合研發能力的培養。通用的教學模式是按基礎類、覆蓋類、綜合項目類的順序實施教學,這種方法實施簡單、層次性強。
任務驅動教學法旨在培養學生運用及提升技術知識水平的能力,培養學生積極探索新知識的能力。任務驅動教學法改變了通用的教學模式,從綜合項目類入手,設計不同的任務,在任務的驅使下完成基礎類、覆蓋類的教學內容的學習。這種方法促使師生共同參與到日常課程教學中,在完成課程任務實踐的過程中,部分學生會遇到暫時難以解決的問題,為了完成任務學生會自發討論交流、查詢資料,協作完成任務,這樣做的結果會使課堂教學變得氣氛活躍而且生動深入。教師把課堂教學的重點和難點都落實到了解決課程任務過程中發現的難題,通過交流展示等反饋機制及時了解學生的學習狀況,更好地幫助教學引導學生達到預定的教學效果。任務驅動教學法是理論教學理論和實踐教學理論的高效運用,非常適用于網絡程序設計類的教學中。
2 任務驅動教學法的實施
2.1 任務設計的原則
任務驅動教學法以任務為中心,任務的焦點是解決某一現實問題,激發學生積極參與欲望的問題。讓學生在完成教師所設計的各種任務同時,能夠不斷地增強知識應用技能。因此在設計任務的時候應遵循以下幾個原則:
(1)整體性原則。各階段的任務要能夠涵蓋教學內容的絕大多數知識點。任務的知識點要能形成一個有層次的整體,讓學生在不斷完成任務的過程中獲得網絡程序設計知識和技能。
(2)實用性原則。要使學生通過完成任務將得到有價值的結果,具有較強的實用性,激發學生的創作潛能。
(3)開放性原則。任務設置的難易程度要適中,還要在任務中為學生留出創造性能力發揮的空間。
(4)可操作性原則。任務應該是可操作的,在現有的能力水平下能夠完成,要充分考慮到學生已具備的知識與技能。
(5)真實性。任務的設計要貼近學生的日常生活實踐和現實需要,這樣不僅有利于教師對任務的表達,而且有利于學生對任務的精準把握。
2.2 任務驅動教學法在教學中的實施
此教學法的實施可分成:創設情境,精心設計任務;引導學生進行任務分析;學生自主探究;展示交流;及時評價與總結共五個步驟。
(1)創設情境,精心設計任務。實施任務驅動教學法要營造真實、有現實意義的情境,引起學生的學習興趣。學生的求知欲望是建立在濃厚的興趣和豐富的情感基礎上的,所以要調動學生的學習積極性,先要喚起他們的學習興趣,引導他們進入設定的學習情境。
任務是任務驅動教學法的核心,它直接決定教學目標完成的好壞。因此,教師在實施任務驅動教學各階段目標時,要精心分析教學目標,仔細分解或組合每個教學內容,盡量為學生設計出具有代表意義的且可操作的任務,盡可能覆蓋每個知識點。
(2)引導學生進行任務分析。如果精心設計的課程任務來自學生的興趣或現實生活需求,學生會非常感興趣。教師應從學生的各種需求出發,設計出合適的教學任務,才有利于學生主動學習,才能突破教學重點難點。在學生躍躍欲試積極思考的時候,教師不要急于提供方法或提出解決方案,要恰當地引導學生對任務進行分析、討論,將大的任務分解為一個個的更小級別的任務,步步為營,逐步推進,最終達到預定的教學目標。
(3)學生自主探究。這是任務驅動教學中的重點內容。經過教師課堂上的分析引導,學生了解了每一個任務中應解決的關鍵問題和涉及的核心技術,也都能獲得各自不同的理解和技術方案。對于解決問題中的疑難點,也正是教師在教學設計時隱含在各個任務中的知識點,在下次課堂教學時教師可以將此作為典型問題引導學生解決。在學生完成任務的過程中,教師要創造一個良好的交流平臺,能夠實時幫助學生進行自主學習,及時解決學生遇到的疑問、降低學習難度。
(4)展示交流。學生各自完成作教師布置的任務后,通過自評自說的方式在課堂進行交流展示,各小組相互欣賞完成后的成果,進行互評;還可以通過提問的方式進行互相交流,咨詢對方完成任務中好的實現方法和步驟。
(5)及時評價與總結。教師要適當地對學生的學習情況進行總結和評價,課時允許的話還可以進行自評和互評。恰當及時的評價能充分肯定他們的成果,調動他們的積極性,增強自信心。通過評價時的互相交流討論,既培養學生的創新意識和團隊精神,又培養了善于分析和接受他人建議的良好品質,還能體會到學以致用的快樂。
評價在任務驅動教學法的實施過程中是非常重要的環節,評價能夠使從技術技能等方面給予學生啟示,又能從師生的討論和評價中多角度地看到自己的不足,把原理性知識與操作性技能固化為個人的程序研發能力,快速提升網絡編程綜合能力。
3 使用任務驅動法教學要注意的問題
(1)分解的任務必須有實用價值。分解的任務要與學生生活緊密聯系起來,最好是學生樂意解決的任務,這樣才能更好地激發學生的學習熱情。實施時適當引用項目教學法進行輔助教學,教師可以獨立研發本課程相關項目并分解成小項目,把其中一些小項目作為課程案例進行課堂討論,以項目經理的角度指導學生如何完成任務,而將另外一些小項目作為課程任務布置給學生。
(2)應遵循循序漸進原則,教師要注意及時指導。任務驅動教學法能驅動學生從被動學習者變為自主學習者,從而使學生能在學習知識技能的同時也提高自主學習的能力。任務驅動教學法的最終目的是為了知識點的掌握和技能的獲取,所以在知識點的選取方面應遵循由簡到繁、由易到難的循序漸進的原則。還要求教師創建一個合適的交流平臺,及時指導學生解決任務中的因難。
(3)對教師綜合素質要求較高。任務驅動教學法對教師有很高的要求,如果教師引導缺乏技巧或者對整個課程任務的設計不夠理想,都可以會大大影響教學效果。教師先要精心地拆分教學目標,然后將教學目標巧妙地蘊涵到某個教學任務,從而得到教學內容。這些教學任務不僅要有典型性,而且還應有挑戰性,所有這些都需要教師把握學生的知識能力水平,本課程知識、技能及其內在聯系。
任務驅動教學法是一種獲取操作性、實踐性教學內容的非常有效的方法。在使用這一方法進行教學時要充分考慮教學對象的能力與水平,對教學內容有比較精準的把握,才能保證對這一方法運用的合理、恰當。
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關鍵詞:計算機基礎課程;網絡教學平臺;建設
現代社會是一個信息化的社會,在這一信息化的現代社會中,學生信息技術應用的深度和廣度逐漸的成為了一個國家判斷人才是否適用于現代社會發展的重要標志[1]。在此形式下,學生計算技術應用能力的提高成為了高校教育改革中的一項重要內容。因此,在教學改革的過程中,學校教育資源的建設也就成為了課程整合和信息技術的基礎和前提,而網絡教學平臺的建設也成為了計算機基礎課程實施的一項重要標準。
1 網絡教學平臺的設計方案
網絡化教學的實施首先需要學校具備豐富的數字化教學資源的支持。那么,支撐學生學習和教師教學的教學平臺軟件就是一種必須的資源,而這種資源更需要從計算機基礎課程的教學內容上進行優化和建設。就一門課程來講其需要具備公告平臺、教材、電子教案、網絡課件、在線測試系統和素材庫六個方面的資源。在計算機基礎課程網絡教學平臺的設計上,其公告平臺是對課程安排信息和教學通知進行;教材中的紙質教材作為主教材來開展教學活動,所講解的內容以基本的理論知識為主,電子教材用來支持教師的教學活動,以體現當前教育的改革發展的新目標、新要求為主;電子教案為教師在多媒體教室中進行課程服務的課件,同時也可以供學生在課后進行復習和使用,其設計要緊跟教學大綱和教學目標進行組織和設計;網絡課件一方面來輔助教師對教學的實現,另一方面來輔助學生自學的實施,其在內容的設計上要以文字、動畫、圖像等多媒體技術為展示的基礎;在線測試系統可以用于學生日常的練習中,以對教學的策略進行調整;素材庫是從分解教學的基本內容來組織和建設的,學生可以從中按照相關的知識點進行學習和理解。
2 網絡教學平臺的構建
計算機基礎課程網絡教學平臺作為一個系統,其是在基于B/S模式的交互式系統中建立的,其系統的流程圖如圖1所示。
從圖1中可以看出,此網絡教學平臺在角色上具有系統管理員、教師和學生三種類型。其中系統中的管理員主要是對計算機基礎課程網絡教學平臺進行系統管理,其管理的內容包含著教學信息、學生信息、教學資源信息和試題庫資源信息等多方面的內容。其中由教師來實現對教學資源的有效組織,在這一網絡平臺上進行在線答疑、教學管理等,而學生在首次登入此系統平臺時,其一項必須而又首先要進行的工作就是要進入到分層次測試頁面進行測試,在測試完畢后,系統就可以根據教師預先設定的分層測試頁面和學生的測試成績對學生進行分層,這樣學生就可以對這一網絡教學平臺正常順利的應用。在此網絡教學平臺中,學生不僅可以在線進行學習,還可以在線提交和測試作業,在遇到問題時還可以和教師和同學進行溝通,使教學活動的實施不僅僅局限在課堂中。
3 計算機基礎課程網絡教學平臺的實施
計算機基礎課程網絡教學平臺的實施是在分層――設計教學內容――建立學習模式――評價教學成果――提交成績這五個步驟中逐步實施的[2]。首先,每一位學生在進而學校后,通過計算機基礎網絡教學平臺進行分層測試,此時系統會將學生的測試成績存入到系統平臺中的數據庫中,然后,再根據教師預先設定好的分層參數自動的分層。通過實踐發現,這一系統平臺的建設和實施和傳統的上機分層測試相比較,不僅節省了大量的時間和力氣,還有效的提高了分層的效率,減少了教師的工作量。
在分層工作完成后,基于網絡教學平臺的設計和實施可以針對學生的層次來實施不同的教學設計[3]。按照教學資源的難度可以將其劃分為A、B、C三個層次,然后從教學平臺中對每一個教學資源都作出相應的層次標記。那么,學生在首次登入這一平臺進行學習時,系統平臺就可以根據學生在測試后的層次指標來選擇相應的層次教學內容。由于每個學生的學習進度、學習成績等都有所不同,此時系統可以將學習在學習中的不同表現都記錄下來,并根據這些表現對學生的學習資源進行自動的調整,這樣就避免了班級是學生教學一層不變的弊端。
計算機基礎網絡教學平臺是從學生學習的角度進行建設的,那么,在其學習模式上不僅有協作的學習模式,還具有問題的學習模式。基于協作的學習模式,教師可以在此平臺上提供多個學生需要協作才可以解決的作業,然后由學生在此平臺中進行談論和交流。由于學生的學習風格和認知水平有所不同,在教師的指導下根據這一特點對學生進行分組。此時,通過討論和交流,學習能力強的學生可以幫助學習能力弱的學生,以達到共同學習和協作的目的。在網絡教學平臺上,教師作業的布置不是直接進行的,而是通過布置計算機基礎知識解決的問題來讓學生根據這一問題自主的學習。在完成報告后,通過網絡教學平臺中的討論和交流板塊,教師就可以對學生的報告進行總結,而這一模式的實施對學生分析問題和解決問題能力的培養都有著重要的意義。
在學生學習完成后,教師需要對學生的學習效果有一個準確的評價。在傳統的班級教學中,教師是根本無法對每一位學生的學習態度和學習能力等作出詳細的記錄的。但是,通過計算機基礎課程網絡教學平臺的建設和實施,在此平臺中增加一個記錄學生學習信息的板塊,這樣就可以對每一個學生的學習情況有個詳細的了解。基于此,在網絡教學平臺中對“教”和“學”評價系統的實施是非常必要的。而這一模塊的建設,首先需要在平臺中增加學生學習過程的記錄板塊,將系統中教學資源的學習次數、學習進度、學習快慢等記錄到訪問系統中,將其作為對學生平時成績的考核。那么,在期末學生總結和評價時,就可以綜合的對學生的考試成績和平時成績作出總結性和過程性的評價。
計算機基礎課堂網絡教學平臺中自動提交成績的實現,在某種程度上可以使學校教務管理系統中的成績提交模塊在與其對接后有效的實現成績的自動提交。在對學生的學習成績做好評價后,系統根據學生考試和平時成績可以自動的作出總體的評價,并提交到學校的教務管理系統,這樣不僅減輕了教師的工作量,還有效的提高了學生學習成績的準確性。
4 結語
綜上所述,計算機基礎課程網絡教學平臺的建設不僅需要計算機技術的支撐,還需要各方面的協作。而這種新教學方法的實施,對教師和學生都提出了新的要求,教師只有對數字資源不斷的更新和維護,經常上網對學生的問題予以解答,學生只有熟練的掌握網絡技術,利用課余的時間來對網絡資源進行瀏覽,這樣才能夠將計算機基礎課程網絡教學平臺的資源優勢發揮到一個最佳的狀態,才能夠使現代的教學體系更加的完善。
[參考文獻]
[1]陳曉瑜.利用Blackboard構建“信息檢索課”遠程教學平臺開展在線信息素質教育的實踐與體會[J].圖書與情報,2009,(05):67-68.
論文摘要:為了使非計算機專業的學生能在計算機網絡應用課程中熟練掌握DHCP服務的配置技術.提出在DHCP實驗教學q-強調以“學”為主、以“教”為輔的教學模式,并在驗證性和設計性兩類實驗中分別采用傳遞式教學法和任務驅動教學法進行教學。實踐表明,使用該教學設計能獲得較好的教學效果。
0引言
動態主機配置協議(Dynamic Host Configure Protocol , DHCP)是計算機網絡應用的一種,它能夠解決網絡中IP地址分配的問題,對網絡管理具有重要的意義。特別是如今擁有多臺電腦的家庭或單位在共享接人Internet時,大多使用DHCP服務進行IP地址的自動分配,以盡量減少手工設置IP地址帶來的問題。因此,有必要熟練掌握該技術的運用。針對非計算機專業學生不需要掌握太多理論知識的特點,我們在教授了必備的DHCP基本概念后,主要讓學生通過做實驗來掌握該技術。實驗教學中將DHCP實驗分為驗證性和設計性兩類,并且不同類型的實驗采用不同的教學方法。實踐表明,使用這樣的教學設計能夠收到較好的教學效果。
1 DHCP實驗教學內容
由于DHCP服務采用客戶機/服務器模式來實現IP地址、子網掩碼、默認網關等信息的動態分配,所以只有掌握了客戶機和服務器兩部分的配置技術才能構建一個可用的DHCP服務網絡。另外,若要考慮網絡結構、容錯以及平衡DHCP服務器負擔等因素,則還要掌握復雜網絡中的DHCP配置技術。因此,DHCP實驗教學主要有以下幾個內容:
1.1 DHCP客戶機的設置
該實驗內容主要是讓學生學會如何將一臺計算機配置成DHCP客戶機,使其能夠自動的獲取IP地址、子網掩碼和默認網關。應特別指出讓學生注意的是,DHCP客戶機的配置方式是固定不變的,適合在任何提供了DHCP服務的網絡中使用。
1.2單DHCP服務器設置
單DHCP服務器,是指一個網絡中只有一臺DHCP服務器在工作,這是最簡單的DHCP服務方式。該實驗內容主要是讓學生學會怎樣在一臺計算機上安裝DHCP軟件,并設定可以分配的IP地址、保留IP地址、租約等信息,使其成為DHCP服務器。
1.3多DHCP服務器設置
多DHCP服務器,是指一個網絡中有多臺DHCP服務器在工作,不僅實現IP地址的自動分配,還實現了容錯、平衡負擔等功能。在該服務方式中,服務器的大部分配置跟單DHCP服務器方式中的相同,其關鍵的地方是如何讓多個服務器協調工作。該實驗內容主要是讓學生學會如何配置多臺服務器的作用域和排除地址,使它們能夠互不干擾的執行各自的分配任務。
1.4多宿主DHCP服務器設置
多宿主DHCP服務器,是指在安裝了多個網絡適配器、并連接多個網絡的計算機上實現DHCP服務。該實驗內容主要是讓學生學會如何設置一臺DHCP服務器的超級作用域,使其能夠為多個相連網絡中的DHCP客戶機服務。
1.5跨網段的DHCP中繼設呈
對于有多個子網的復雜網絡,往往采用在一個子網中配置一臺或兩臺DHCP服務器為整個網絡提供服務的方式來節省經費。使用這樣的服務方式時,如果DHCP服務器和DHCP客戶機不在同一個子網,則需要DHCP中繼來充當,完成IP地址的分配。該實驗內容主要是讓學生學會如何將路由器或子網中的一臺計算機設置為DHCP中繼。
2 D日CP實驗教學設計
DHCP實驗教學的目的是使學生在掌握DHCP必備理論知識的基礎上,通過做實驗來提高自身的動手能力,最終能夠獨立配置DHCP服務,解決該服務使用過程中出現的各種問題。為了達到實驗教學目的,并杜絕出現以往實驗教學中的不良現象,例如學生做實驗時不積極思考、對實驗內容一知半解、實驗報告潦草等,我們設計了新的教學方案。該方案把DHCP實驗教學內容分為驗證性和設計性兩類,強調以“學”為主、以“教”為輔的教學模式,并采用不同的教學方法來完成實驗教學。
2.1驗證性實驗的教學設計
驗證性實驗包括DHCP客戶機的設置、單DHCP服務器設置、多DHCP服務器設置3個教學內容,主要采取文獻[3]提出的傳遞式教學法進行教學。傳遞式教學法強調了學生的主導作用,不但要求學生進行主動學習,還讓其參與“教”的活動,通過“學”和“教”的結合來達到教學目的。
根據傳遞式教學法的原理以及實驗內容的性質,我們讓學生分批進行實驗,并在實驗過程中要求學生獨立完成配置操作。設有60人的物理教育專業班級,每次實驗時按學號分為3批,并嚴格按照如下表1的安排進行實驗。
根據表1的安排,對于每個新的實驗內容教師只需指導參加第一批實驗的學生,第二、第三批的學生做實驗時分別由前一批已經完成實驗的學生負責指導。為了保證驗證性實驗的順利進行,并達到實驗教學目的,還需要做好以下幾方面的工作: (1)要求實驗指導老師實驗前要確保實驗設備齊全,并親自做一遍所開設的實驗,以能夠解決學生實驗過程中出現的問題;
(2)要求學生在實驗前進行實驗預習。并要求教師在每次實驗前通過提問實驗基本原理的方式對學生進行隨機抽測,發現沒預習的學生不準許其參加實驗;
(3)要求學生做實驗時要遵守實驗室規章制度。另外,要求做實驗的學生要認真、獨立思考并注意總結,進行指導的學生要負責、耐心幫助同學解決問題;
(4)進行第一批實驗時,指導教師要認真講解實驗內容、完成實驗指導工作。進行第二、第三批實驗時,指導教師雖然沒有主要的指導責任,但其不能離開實驗室,以便解決指導的學生無法回答的問題。并且還要求老師不時的進行巡視,認真觀察學生進行實驗,以及時發現實驗中存在的不足;
(5)要求學生實驗結束后按要求完成并上交實驗報告。另外,要求教師課后立即批改實驗報告,如發現問題應在進行下一批實驗時指出,讓在場的前一批已完成實驗的同學得到及時糾正,以免他們再犯同樣的錯誤造成對另一批同學的誤導。
2.2設計性實驗的教學設計
設計性實驗包括多宿主DHCP服務器設置和跨網段的DHCP中繼設置兩個教學內容。這兩個內容雖然是較為復雜的DHCP服務配置技術,但跟驗證性實驗的教學內容有著密切的聯系,將它們作為設計性實驗的目的是讓學生在掌握了DHCP的基礎配置技術后,能夠綜合運用所學的知識和實驗技能獨立解決新的問題。對于設計性實驗可采取了任務驅動教學法進行教學,并使學生以分組的形式參與實驗。另外,為了保證設計性實驗的順利進行,達到實驗教學的目的,還需要做好以下幾方面的工作:
(1)教師給學生分配實驗任務,并要求其在限定的時間內完成;
(2)要求教師在實驗指導書中只寫明實驗目的、要求和所用的設備清單,提供完成實驗所需的相關資料。而學生則自行設計實驗方案,確定實驗方法和步驟;
(3)要求相關實驗室實行開放式管理,讓學生能夠根據自身情況靈活的安排時間進行實驗;
(4)要求學生做實驗時要遵守實驗室規章制度,要認真、獨立思考并注意總結,可以互相討論、幫助,但嚴禁抄襲其它小組的實驗方案、方法和步驟;
(5)要求學生實驗結束后按要求完成、上交實驗報告。另外,要求教師認真批改實驗報告,并對其做詳細的評講,還要給出最優的實驗方案、方法、步驟供學生學習。
3 DHCP實驗教學效果
在2006到2007學年的第二學期,我們對物理教育和數學教育專業兩個班的學生進行了試驗,結果都表明使用該教學設計能收到較好的教學效果。一方面,因為在做驗證性實驗前存在被抽測的可能性,所以學生都非常認真的進行實驗預習,真正做到在對實驗原理、內容有了一定的理解之后才做實驗。并且,學生除了完成實驗之外還有指導同學的任務,就迫使學生必須要弄懂實驗的每一個環節,進而提高了實驗教學的質量。另外,在“學”與“教”的過程中,學生之間的交流也不斷增多,讓學生感受到了團隊協作的作用。在驗證性實驗教學中采取的方法以及由此得到的教學效果逐漸形成了良性循環,造就了濃厚的學習氛圍,這些效果也為設計性實驗教學創造了良好的條件;另一方面,設計性實驗采用的任務驅動教學法讓學生得到了進一步的鍛煉。在通過查閱資料、討論、測試等方法完成教師安排的任務的過程中,不僅提高了他們綜合運用知識、分析和解決問題的能力,而且激發了他們對實驗的興趣,更重要的是培養了他們的自信心。
關鍵字: NGB; 接入網; DVB; IPTV
中圖分類號: TN964?34 文獻標識碼: A 文章編號: 1004?373X(2013)24?0032?03
Design of teaching and and scientific research network platform for network
engineering course
LU Quan?he1, FENG Li1, MIAO Fang2
(1. The 573 Station of State Press and Publication Administration of Radio, Film and Television, Beijing 102209, China;
2. College of Information Engineering, Communication University of China, Beijing 102218, China )
Abstract: In combination with characteristics of short creation time, incomplete teaching experimental conditions, and weak scientific research of network engineering course, according to the experimental teaching demands of network engineering course, a experimental network platform was designed to meet the curriculum and scientific research needs related to network engineering course by means of variety of techniques in NGB application environment. The platform consists of the front end section of business system, transmission system and access network system, can carry out experiment and research of broadband network access systems, interactive digital TV system and IPTV system. The establishment and improvement of the system are a great help to carry out the development of experimental teaching and scientific research projects, and have a certain reference value for the planning and design of the next generation IOT platform.
Keywords: NGB; access network; DVB; IPTV
0 引 言
寬帶網絡作為實現信息化的重要載體,是經濟社會發展的關鍵基礎設施,也是提升國家競爭力的關鍵要素[1]。在三網融合、NGB、物聯網的研究和應用迅速發展的背景下,信息工程學院新開設了網絡工程專業。目前其他專業課程同網絡專業課程一樣,一方面需要一個網絡平臺進行教學、實驗;另一方面相關科研項目的研發、測試、演示的過程中也需要網絡環境的支持。
目前學院還沒有比較完備的科研、教學網絡平臺,只有一些分散的和使用多年的設備或系統。比如涉及接入網相關的課程,只有一套ADSL教學系統。當涉及寬帶網絡,數字有線電視系統,廣電網雙向改造等教學實驗時,僅是去學校的計算機網絡中心進行參觀,無法進行更深入的實驗,這主要是因為網絡中心的系統和設備不能改動和調試。在科研項目中當需要網絡支持進行開發或測試時只能為每個項目臨時搭建環境,利用率不高[2]。因此,設計和搭建一個能夠作為日常教學和科研、測試使用的網絡平臺具有現實意義。
1 現狀和需求
目前校內計算機網絡由網絡中心統一管理,采用實名制上網,端口結合賬號的管理方式。校園網的核心由三臺Cisco 5609交換機組成萬兆光纖環狀拓撲。辦公區和教學區內主要采用100M以太網,家屬區有部分PON光纖到戶和CMTS的部署。主樓、綜合樓等主要區域通過Cisco4506,5750等交換機由千兆光纖接口匯入核心網絡。校內有線電視信號也是網絡中心提供。網絡中心的有線信號,模擬頻道資源比較豐富,以及少量數字節目源。業務上只有直播節目,沒有點播互動等應用。
學院目前沒有專門實驗網絡。有一套xDSL的接入實驗系統,包括6個ADSL/VDSL終端和MA5300DSLAM以及BRAS設備。涉及有線電視或交互電視類的項目多采用碼流播放器、調制器等搭建測試環境。網絡平臺的設計主要是面向學院相關課程實驗教學和相關科研項目的需求。應用電信寬帶網絡和廣電寬帶網絡的較新技術,能夠開展主流的業務。
目前與網絡相關的科研項目主要集中在新媒體、新業態、接入技術、雙向改造技術、智能家居,物聯網等方面。由于學院的歷史積累和定位,在骨干網方面開展的研究較少,因此骨干網絡簡略設計,主要是接入網和前端業務系統,將來再根據需要進行擴展[3]。
該實驗網絡涉及接入網主流技術包括xDSL,DOCSIS,PON,EOC,WiFi等。網絡能開展的業務包括寬帶網絡接入,高標清電視節目直播,雙向互動業務,點播時移,以及配合終端的融合通信,物聯網應用等。包含DVB系統和IPTV系統。接入終端面向個人電腦,機頂盒,電視機,智能手機,平板電腦等。
2 網絡平臺規劃與設計
網絡平臺按功能區域分為前端業務系統部分,傳輸系統和接入網系統部分。按業務系統來劃分可以分為寬帶網絡接入系統,交互式數字電視系統和IPTV系統。
實驗網絡在實際系統中屬于接入層到匯聚層,前端業務系統和接入網之間省略了骨干網,城域網的基礎設施,以及針對互聯網和流媒體業務的內容分發網絡。網絡出口是通過匯聚層交換機和寬帶接入服務器接入校園網,校園網作為該實驗網絡平臺的外網[4]。
2.1 前端業務平臺
前端業務系統包括DVB系統和IPTV系統,信號源來自校園網有線電視信號,衛星接收機,自辦節目或是科研項目需要的自備碼流,并且采用全IP的組網形式。
對于數字的有線電視信號,采用RF接口卡的多路編碼器,輸出IP封裝的MPTS/SPTS流到千兆交換機。每塊接口卡能夠接收一個頻點的多路復用TS流。
對于模擬的有線電視信號,采用解調器輸出視頻信號,再用AV接口卡的多路編碼器進行MPEG2編碼,輸出IP封裝的SPTS流。每塊接口卡能夠接收一套模擬節目。
對于自備的碼流通過碼流播出卡ASI接口輸出,以ASI接口卡進入多路編碼器,輸出IP封裝的MPTS/SPTS流。
多路編碼器對多種接口的視頻源進行綜合處理,統一成MPEG2編碼的IP流,方便后續的處理。實際上起到DVBIP網關的作用。
多路編碼器的輸出流通過千兆交換機配置組播,同時供DVB系統和IPTV系統作為節目源。根據需要每路碼流組播到IPQAM通過DVB系統進行廣播。同時組播到轉碼服務器,由轉碼服務器轉碼為H.264或WMV9的碼流,再以單播或組播的形式推送到OLT進行IPTV的直播。IPTV業務流和數據業務一起通過PON傳輸。根據業務系統的配置,轉碼后的視頻節目可以存在流媒體服務器供點播業務使用。
2.2 接入網平臺
接入網的設計包含主流的接入方式,包括xDSL,EPON FTTH,EPON+EOC,EPON+LAN,CMTS+CM,WiFi等。除ADSL以雙絞線傳輸至DSLAM接入前端外,傳輸系統以單纖三波的EPON的方式實現,以節省PON口和光纖。IPQAM和CMTS的下行使用1 550 nm,OLT下行采用1 490 nm,經過WDM混合后通過PON網絡傳輸至用戶端光節點。實驗網絡光分路器采用1∶16分光即可滿足一般的實驗和測試需要。
接入終端選擇不同配置的ONU。
對于光纖到戶的接入用戶端,ONU直接輸出RF接口的有線電視信號到機頂盒,以太網接口供PC上網。ONU下也可以接以太網交換機或WiFi無線路由器帶更多用戶。
對于EOC方式,可以選擇HiNOC或MOCA等幾種方式,方便開展相關的實驗和研究。ONU下接EOC局端設備,再經同軸電纜網絡分配到EOC終端設備,供計算機接入和收看電視應用。
對于CMTS+Cable modem方式,CM的上行信號和ONU的上行信號一起使用1 310 nm波長。CM上行信號經OLT、交換機以及LMSR(Last Mile Subscriber Return)進入CMTS處理。
系統通過劃分VLAN對數據業務和IPTV業務進行隔離。以劃分子網隔離前端系統和傳輸系統以及用戶。IPQAM也可以直接通過同軸電纜接機頂盒,構成不經過光傳輸的數字電視系統。實驗網絡平臺的系統示意圖如圖1所示。
3 結 語
本文所述實驗網絡平臺適用于網絡工程相關課程的實驗教學需要,綜合了多種主流的接入技術,以及實現了數字電視系統和IPTV系統的主要功能。可以為計算機網絡,寬帶接入網,有線電視網,NGB相關應用,廣電網雙向改造,三網融合等相關科研項目提供基礎平臺。
該網絡主體使用光纖接入技術,帶寬設計滿足NGB需要[5]。本文所設計討論的部分為一個基礎的框架,還有如交互業務系統,EPG系統,后臺管理系統,認證鑒權,條件接收等功能需要進一步擴充。作為實驗室的系統不太可能使用運營商的完整業務系統,可以直接購買輕量級的軟件產品,也可以考慮自行開發軟件來實現基本的業務功能,有助于提升自身科研和創新能力。考慮到循序漸進的原則,本文沒有涉及到物聯網平臺的規劃設計,可以在以后的平臺建設規劃中逐步完善。
參考文獻
[1] 秦善華.基于IPTV的教學系統設計與實現[D].大慶:大慶石油學院,2007.
[2] 楊帆.應用型本科網絡工程專業的課程體系建設[C]//大學計算機課程報告論壇論文集.北京:高等教育出版社,2006:107?111.
[3] 管莉.分布式IPTV系統及其在遠程教育系統中的應用[D].鄭州:鄭州大學,2007.
[4] 吳怡,蔡堅勇,洪親.論網絡工程專業實踐環節教學體系及改革方案[J].電氣電子教學學報,2007,29(3):87?92.