基于校園網(wǎng)的教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李　敏　陳振華　段渭軍

摘 要：本文系統(tǒng)地分析了國內(nèi)教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)現(xiàn)狀，結(jié)合西北工業(yè)大學(xué)數(shù)字化教學(xué)環(huán)境建設(shè)，把嵌入式監(jiān)控技術(shù)與傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)和文本數(shù)據(jù)采集技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建了基于校園網(wǎng)的教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)。通過對(duì)教學(xué)過程信息實(shí)時(shí)采集模塊、設(shè)備控制模塊、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器模塊和評(píng)估客戶端模塊的設(shè)計(jì)，解決了監(jiān)控系統(tǒng)嵌入的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了評(píng)估工作的實(shí)時(shí)在線管理，提高了教學(xué)和管理的信息化水平。

關(guān)鍵詞：校園網(wǎng) 教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng) 嵌入式視頻服務(wù)器 模塊設(shè)計(jì) 屏幕共享

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2009）05-0037-03

一、引言

教學(xué)評(píng)估是根據(jù)既定的指標(biāo)體系收集信息，通過定量或定性分析，對(duì)教師的課堂教學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程。[1] 其目的是以評(píng)促改、以評(píng)促建，不斷提高辦學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)辦學(xué)活力，是當(dāng)前高校教學(xué)管理和教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的重要手段之一。目前，國內(nèi)高校的教學(xué)評(píng)估活動(dòng)有聽課、督導(dǎo)、教學(xué)檢查和學(xué)生評(píng)教四種形式。高校教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)模式可歸納為以下兩種：

（１）網(wǎng)頁瀏覽型教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)。[2] 采用靜態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)實(shí)現(xiàn)，由工作人員將事先整理好的紙質(zhì)評(píng)估材料轉(zhuǎn)化為電子形式并錄入網(wǎng)頁。這種系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單，主要是為方便評(píng)估專家和領(lǐng)導(dǎo)查看評(píng)估材料而設(shè)計(jì)。

（２）數(shù)據(jù)收集型教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)。[2] 這類系統(tǒng)使用最為廣泛。它采用了動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，基于B／S模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，支持評(píng)估數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)輸入、修改、輸出、查詢、排序和統(tǒng)計(jì)，方便了各院系部門、師生個(gè)人提供評(píng)估材料，從而提高了評(píng)估材料收集的速度和質(zhì)量。[3][4]通過建立評(píng)估數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了評(píng)估材料的集中管理。

教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)對(duì)高校的教學(xué)管理起到了極大促進(jìn)作用，但仍存在以下不足：

（１）教務(wù)管理人員因業(yè)務(wù)繁忙，難以親臨教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)或通過教學(xué)實(shí)況錄像了解課堂狀況，僅靠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行決策和指導(dǎo)，具有一定的局限性。

（２）教學(xué)督導(dǎo)組采取單人抽樣聽課方式，存在樣本代表性差和評(píng)估結(jié)果可信度不足的問題,會(huì)造成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)權(quán)威性減弱。另外，隨著新校區(qū)的建設(shè)和使用，督導(dǎo)組老師在抽樣檢查中奔走于兩個(gè)校區(qū)、多個(gè)教室之間，既浪費(fèi)時(shí)間且效率較低。

（３）采用人工方式分析、管理調(diào)查表等大量評(píng)估數(shù)據(jù)，時(shí)效性較差，難以對(duì)教學(xué)活動(dòng)做出及時(shí)的決策和指導(dǎo)。

基于以上分析，研究開發(fā)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控教學(xué)活動(dòng)開展的教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)對(duì)提高教學(xué)管理和改進(jìn)教學(xué)方法具有現(xiàn)實(shí)意義和重要價(jià)值。

二、教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)框架及工作原理

1.教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)的構(gòu)建基礎(chǔ)

現(xiàn)代信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，促進(jìn)了高?，F(xiàn)代化教學(xué)環(huán)境的長足發(fā)展，并初步形成了支撐教學(xué)活動(dòng)開展的校園網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)系統(tǒng)、流媒體教學(xué)實(shí)況采集制作系統(tǒng)、精品課程制作系統(tǒng)、教學(xué)信息發(fā)布系統(tǒng)等各類系統(tǒng)。所有這些基礎(chǔ)環(huán)境，為進(jìn)行教學(xué)過程評(píng)估提供了將教師、學(xué)生、教學(xué)管理者、教學(xué)設(shè)施融合為一體的統(tǒng)一平臺(tái)。

2.教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)的框架及組成

本文研究的教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)是基于校園網(wǎng)，并依托以上教學(xué)環(huán)境中各系統(tǒng)構(gòu)建而成。它可以實(shí)時(shí)采集電子文本材料和教學(xué)實(shí)況信息等各類評(píng)估數(shù)據(jù)，能夠高效地統(tǒng)計(jì)與分析原始評(píng)估數(shù)據(jù)，對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行及時(shí)決策分析和指導(dǎo)。

該系統(tǒng)基于C/S模式，利用數(shù)字音視頻采集技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過對(duì)教學(xué)過程信息的實(shí)時(shí)采集及管理，實(shí)施有效的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控。圖1為系統(tǒng)框架示意圖，教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)主要由設(shè)備控制模塊、教學(xué)過程信息實(shí)時(shí)采集模塊、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器模塊和評(píng)估客戶端模塊四個(gè)功能模塊組成。其中設(shè)備控制模塊通過RS485串口技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)教學(xué)實(shí)況轉(zhuǎn)播設(shè)備（包括音視頻矩陣、攝像頭和云臺(tái)）的遠(yuǎn)程控制。教學(xué)過程信息實(shí)時(shí)采集模塊對(duì)教學(xué)過程中產(chǎn)生的信息（如教學(xué)實(shí)況的音、視頻數(shù)據(jù)，教師上課使用的課件圖像）進(jìn)行采集和傳播，它由嵌入式視頻服務(wù)器和屏幕共享工具組成。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器模塊是教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)的信息后臺(tái)，是構(gòu)建系統(tǒng)的核心組成部分，主要對(duì)教學(xué)評(píng)估指標(biāo)體系、評(píng)估材料和評(píng)估相關(guān)文件等各類評(píng)估信息進(jìn)行歸檔管理和共享；對(duì)量化的評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成并發(fā)布評(píng)估結(jié)果，同時(shí)提供評(píng)估信息查詢服務(wù)業(yè)務(wù)。評(píng)估客戶端模塊為教學(xué)管理人員和評(píng)估人員，提供網(wǎng)絡(luò)交互式評(píng)估模式，如：實(shí)時(shí)播放教學(xué)實(shí)況，對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行記錄；遠(yuǎn)程獲取授課教師計(jì)算機(jī)的屏幕信息；遠(yuǎn)程控制教室攝像頭和云臺(tái)；評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)的錄入等。

3.教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)需求分析，教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)的構(gòu)建原理如圖2所示。其工作原理為：評(píng)估者在評(píng)估客戶端登錄，然后在評(píng)估界面中選擇評(píng)估對(duì)象（被評(píng)估的課程）；根據(jù)評(píng)估者的課程選擇，設(shè)備控制模塊將課程教學(xué)實(shí)況的模擬音、視頻信號(hào)傳給嵌入式視頻服務(wù)器；視頻服務(wù)器完成對(duì)模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字壓縮后，通過以太網(wǎng)將多媒體數(shù)據(jù)分發(fā)到評(píng)估客戶端進(jìn)行播放，從而實(shí)現(xiàn)評(píng)估者對(duì)教學(xué)過程的實(shí)時(shí)評(píng)估。除了獲得教室的實(shí)況信息外，評(píng)估者在評(píng)估過程中還能在客戶端上對(duì)云臺(tái)和攝像機(jī)進(jìn)行控制，通過屏幕共享工具觀看到教師計(jì)算機(jī)的圖像（PPT課件或其他多媒體教學(xué)內(nèi)容），并對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

三、教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.教學(xué)過程信息實(shí)時(shí)采集模塊的設(shè)計(jì)

教學(xué)過程信息實(shí)時(shí)采集模塊由嵌入式視頻服務(wù)器和屏幕共享工具組成。嵌入式視頻服務(wù)器完成對(duì)音視頻信號(hào)的數(shù)字采集和數(shù)字壓縮，壓縮后的多媒體數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給評(píng)估客戶端。通過快速的圖像采集和發(fā)送（可以達(dá)到18pic/s），評(píng)估客戶端顯示出流暢的動(dòng)態(tài)圖像效果。

在教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)中，評(píng)估者通過屏幕共享工具來獲得遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的幻燈片內(nèi)容。在屏幕共享工具服務(wù)器端，屏幕截取模塊定時(shí)截取屏幕數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳遞給圖像壓縮模塊，后者用LZ77算法進(jìn)行屏幕圖像壓縮，隨后圖像報(bào)文發(fā)送模塊將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。[7] 在屏幕共享工具客戶端，圖像報(bào)文接收模塊從指定網(wǎng)絡(luò)端口接收?qǐng)D像報(bào)文，并將收到的數(shù)據(jù)交給圖像解壓縮模塊進(jìn)行解壓縮，然后由屏幕顯示模塊將解壓后的圖像顯示在評(píng)估端界面上。圖像數(shù)據(jù)保存模塊可以把圖像數(shù)據(jù)寫入指定的磁盤進(jìn)行保存。

2.設(shè)備控制模塊的設(shè)計(jì)

教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)將教學(xué)實(shí)況轉(zhuǎn)播設(shè)備組成一個(gè)RS485總線網(wǎng)絡(luò)，評(píng)估客戶端通過一個(gè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)RS485總線網(wǎng)關(guān)完成與多設(shè)備的通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的集中控制，如圖3所示。具體的控制功能包括音視頻矩陣的切換控制、攝像機(jī)鏡頭及云臺(tái)的控制。

3.數(shù)據(jù)庫服務(wù)器模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是整個(gè)教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)開發(fā)中至關(guān)重要的一環(huán)。為滿足多用戶并發(fā)訪問的需求，本系統(tǒng)選用高效的Oracle 9i+Windows 2003 server搭建評(píng)估數(shù)據(jù)庫。[8] 此數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由5個(gè)模塊組成，分別是課表系統(tǒng)模塊、設(shè)備控制信息模塊、評(píng)估指標(biāo)模塊、原始評(píng)估數(shù)據(jù)模塊和用戶認(rèn)證模塊。如圖4所示，課表系統(tǒng)模塊存放課程安排及其他相關(guān)信息，設(shè)備控制信息模塊存放RS485網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有受控設(shè)備的地址，評(píng)估指標(biāo)模塊存放評(píng)估體系的各項(xiàng)指標(biāo)和評(píng)估規(guī)則，原始評(píng)估數(shù)據(jù)模塊存放實(shí)時(shí)教學(xué)評(píng)估工作中產(chǎn)生的所有評(píng)估數(shù)據(jù)，包括課堂教學(xué)實(shí)況截圖、課件截圖、各種定性、定量的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)等，用戶認(rèn)證模塊存放用戶身份認(rèn)證信息。

4.評(píng)估客戶端模塊的設(shè)計(jì)

評(píng)估客戶端為評(píng)估人員提供交互式評(píng)估平臺(tái)，評(píng)估者通過此平臺(tái)獲取各類評(píng)估信息（如教學(xué)實(shí)況、評(píng)估數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)等）。該平臺(tái)采用Visual C++ 6.0開發(fā)完成，主要在以下四個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（１）用戶界面。程序主體采用Document/View結(jié)構(gòu)，在View中向用戶顯示獲得的信息。同時(shí)為了方便用戶的控制，使用了自由?？抗ぞ邫诩夹g(shù)封裝一些諸如云臺(tái)控制之類的窗口，允許用戶自由地安排主界面風(fēng)格。

（２）用戶認(rèn)證。用戶在進(jìn)入評(píng)估系統(tǒng)時(shí)必須進(jìn)行身份認(rèn)證，以確保數(shù)據(jù)安全。系統(tǒng)通過訪問數(shù)據(jù)庫中的user表來核對(duì)用戶身份，通過認(rèn)證后才能進(jìn)行評(píng)估工作或教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控工作。

（３）數(shù)據(jù)庫的訪問。評(píng)估客戶端使用ODBC（開放數(shù)據(jù)庫互連，Open Database Connectivity）方式實(shí)現(xiàn)對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫的訪問。

（４）網(wǎng)絡(luò)通信。評(píng)估客戶端通過網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：接受來自嵌入式視頻服務(wù)器和遠(yuǎn)程屏幕共享工具服務(wù)器的數(shù)據(jù)；發(fā)送對(duì)攝像頭和云臺(tái)的控制命令。

四、系統(tǒng)應(yīng)用效果與特點(diǎn)

本文研究的教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)已應(yīng)用于西北工業(yè)大學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，成為現(xiàn)代教學(xué)環(huán)境的主要組成部分。系統(tǒng)在教學(xué)過程評(píng)估中表現(xiàn)出的特點(diǎn)有：視頻實(shí)時(shí)性高，圖像流暢穩(wěn)定；音頻播放平滑，與視頻同步性良好；評(píng)估客戶端界面簡(jiǎn)潔，操作方便；數(shù)據(jù)查詢速度快等。與其他類型的教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)相比，教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于教學(xué)管理功能強(qiáng)大。它不僅可以用于對(duì)教學(xué)過程涉及的人、設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理，其采集的教學(xué)過程信息也能為以后進(jìn)行的教學(xué)方法交流提供支持。表1是西北工業(yè)大學(xué)教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)與其他類型教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)在主要指標(biāo)上的比較。

五、結(jié)束語

在應(yīng)用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)和文本數(shù)據(jù)采集技術(shù)的基礎(chǔ)上，把嵌入式監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)了評(píng)估工作的實(shí)時(shí)在線管理，提高了教學(xué)和管理的信息化水平。隨著教學(xué)方法的改革、教學(xué)評(píng)估體系的改變和教學(xué)環(huán)境的建設(shè)，教學(xué)過程評(píng)估系統(tǒng)還將引入數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)以增加網(wǎng)絡(luò)安全，加入SPSS系統(tǒng)以增強(qiáng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，加入智能化的評(píng)價(jià)模塊和決策模塊以提高評(píng)估客觀性。

參考文獻(xiàn)：

[1]周濟(jì).教學(xué)評(píng)估是提高教育質(zhì)量的關(guān)鍵舉措[J].中國高等教育, 2006,10 (2): 4-8.

[2]王鋒.構(gòu)建本科教學(xué)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)的研究[J].黑龍江高教研究, 2006,8: 103-104.

[3]戴濤,盧建朱,章磊,李家蘭,李偉鐮.基于J2EE規(guī)范的教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2004, 13: 116-118.

[4]江導(dǎo),姚國祥, 熊匡漢.基于UML的遠(yuǎn)程教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)分析[J].暨南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2005,26(3): 355-359.

[5]鄭威,劉泉.嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版), 2006,28(5):1-4.

[6]劉源,朱善安,葉旭東.基于DM642的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[J].電子器件,2006, 29(3): 905-908.

[7]李凡,陳琦,朱光喜.屏幕共享技術(shù)及其在多媒體技術(shù)中的應(yīng)用[J].電視技術(shù),2002, 2: 75-77.

[8]Database System Concepts (Fourth Edition)[M]. Silberschatz,A. The McGraw-Hill Companies, Inc. 2002.