新媒體環(huán)境下高校多媒體遠(yuǎn)程教育輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：文章針對高校多媒體服務(wù)器負(fù)載壓力較差的問題，研究并設(shè)計(jì)了一種新的多媒體遠(yuǎn)程教育輔助系統(tǒng)。本系統(tǒng)的開發(fā)目的是充分利用寬帶資源，將遠(yuǎn)程教育輔助系統(tǒng)應(yīng)用引入信息化教學(xué)手段中，在豐富遠(yuǎn)程教學(xué)方式的同時(shí)，簡化系統(tǒng)的使用過程，實(shí)現(xiàn)推廣遠(yuǎn)程教學(xué)、為學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)機(jī)會的目的?；谶@種需求，文章研究分析新媒體環(huán)境下高校多媒體遠(yuǎn)程教育輔助系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)教學(xué)前臺功能模塊圖，并且從綜合擴(kuò)展元數(shù)據(jù)方法、改進(jìn)鏈接分析的PageRank方法以及頁面與主題相關(guān)性判別設(shè)計(jì)三方面設(shè)計(jì)軟件算法，實(shí)現(xiàn)新媒體環(huán)境下高校多媒體遠(yuǎn)程教育輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過對系統(tǒng)主要界面和媒體負(fù)載服務(wù)器壓力的測試和分析，對該體系的性能實(shí)施的可靠性和效率進(jìn)行了檢驗(yàn)，在測試后，該系統(tǒng)當(dāng)上傳帶寬為0.3M/S左右，S1曲線變化較小，S2處于中等變化狀態(tài)，S3的變異幅度最大。S3所設(shè)定的滯后上界值最大，接近于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，測試結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)具備可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：新媒體環(huán)境；高校多媒體；多媒體遠(yuǎn)程教育輔助系統(tǒng)；PageRank方法；綜合擴(kuò)展元數(shù)據(jù)方法；主題相關(guān)性判別

中圖分類號：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-8883（2023）03-0169-04

一、引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育技術(shù)的靈活性、便利性、可靠性和兼容性越來越受到人們的重視。調(diào)查顯示，遠(yuǎn)距離教學(xué)與常規(guī)教學(xué)相比，其效果并不差。相對于傳統(tǒng)教育而言，現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育技術(shù)突破了時(shí)間和空間的限制，為學(xué)生獲取知識提供了新的途徑。在此基礎(chǔ)上，教師與學(xué)生、教師之間的溝通，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、大范圍的互動(dòng)，提升學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

為了方便實(shí)施網(wǎng)上教育，教師要像學(xué)生那樣可以在系統(tǒng)內(nèi)任意分散，不受限于場所，必須有一個(gè)中介節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理，這就要求系統(tǒng)具有靈活、開放、實(shí)用、操作簡單等特點(diǎn)，這就使系統(tǒng)的開發(fā)工作更加困難。

二、新媒體環(huán)境特征

相對于傳統(tǒng)媒體而言，新媒體則突出表現(xiàn)為信息內(nèi)容豐富、信息傳播廣泛以及信息價(jià)值多重等特征。

新媒體能夠?yàn)橛脩籼峁└鞣N各樣的信息，并實(shí)現(xiàn)全球信息資源的共享，可以說，新媒體在信息內(nèi)容儲量及豐富程度方面占有極大的優(yōu)勢。從表現(xiàn)形式來看，信息內(nèi)容不再局限于文字這一形式，還有聲音、圖像等豐富多樣的內(nèi)容。信息來源和信息內(nèi)容也呈現(xiàn)多樣化特征，新媒體所傳播的信息內(nèi)容涉及社會各個(gè)領(lǐng)域?？傊?，新媒體時(shí)代的新聞內(nèi)容是非常豐富和多樣化的。

另外，依托互聯(lián)網(wǎng)與通信衛(wèi)星設(shè)備的新媒體完全打破了信息傳播的時(shí)空限制，很大程度上擴(kuò)大了信息傳播的范圍，提高了人們獲取信息的便捷性。新媒體環(huán)境下，擁有相應(yīng)信息接收設(shè)備的用戶可以隨時(shí)隨地獲取自己需要的信息。而新媒體所表現(xiàn)出的這種突破地域、打破時(shí)間限制的特性，也在很大程度上促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)信息的傳播，從而使不同地域、不同種族間的交流更加便捷，這為更大范圍的信息檢索與查詢提供了便利。

三、高校多媒體遠(yuǎn)程教育輔助系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)是高校實(shí)現(xiàn)多媒體遠(yuǎn)程教育輔助系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在進(jìn)行輔助教學(xué)的過程中，計(jì)算機(jī)是教師與學(xué)生之間的交流媒介[1]。所有的教學(xué)管理都是為了教學(xué)過程服務(wù)，因此本系統(tǒng)中將教學(xué)管理功能當(dāng)作后臺來看待，而教師和學(xué)生的教學(xué)功能則看作前臺[2]。為了方便說明，系統(tǒng)的模塊圖也將系統(tǒng)分為前臺和后臺分別進(jìn)行說明。

系統(tǒng)的教學(xué)前臺部分如圖1所示。

教學(xué)前臺為登錄界面，在此可進(jìn)行選擇登錄為教師或者是學(xué)生身份。

1.教師模塊

遠(yuǎn)程授課模塊：視頻授課在此模塊中完成，教師登錄后選擇相應(yīng)的教學(xué)班然后進(jìn)入授課環(huán)節(jié)。

教學(xué)資源管理模塊：教師在此模塊中對教學(xué)班所教學(xué)的課程上傳和管理相應(yīng)的教學(xué)資源，如教案、課件等。

教學(xué)交流模塊：教師在課余時(shí)間使用此模塊提供的論壇功能與學(xué)生進(jìn)行線上交流，對學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)或者答疑。

成績管理模塊：教師在期末對本學(xué)期教學(xué)班內(nèi)的學(xué)生進(jìn)行教學(xué)評定，并給出評定結(jié)果。

2.學(xué)生模塊

遠(yuǎn)程授課模塊：學(xué)生在指定的時(shí)間段能登錄，并通過教學(xué)班的選擇進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)時(shí)性教學(xué)環(huán)節(jié)。

教學(xué)資料閱覽單元：本模塊為學(xué)生提供與老師有關(guān)的資料，供同學(xué)們?yōu)g覽、下載。

教學(xué)交流模塊：學(xué)生在課余時(shí)間通過非實(shí)時(shí)的形式與教師進(jìn)行討論或提問。

分?jǐn)?shù)查詢：學(xué)生能夠?qū)ψ约旱娜靠荚嚦煽冞M(jìn)行詢問。

（二）軟件設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，最核心的部分就是對已經(jīng)采集下載的頁面中提取出來的URL和內(nèi)容進(jìn)行主題相關(guān)性判別。

1.綜合擴(kuò)展元數(shù)據(jù)方法

雖然現(xiàn)有的元數(shù)據(jù)微積分算法都不太理想，但是在HTML標(biāo)簽的其它基礎(chǔ)上，若能基于對象的信息進(jìn)行有效的引導(dǎo)，那么就可以將標(biāo)簽和元數(shù)據(jù)區(qū)分開來，將所有的標(biāo)簽資訊稱為HTML擴(kuò)充元資料[3]。利用擴(kuò)充元數(shù)據(jù)進(jìn)行語義關(guān)聯(lián)加權(quán)的方法，其算法如下。

2.改進(jìn)鏈接分析的PageRank方法

PageRank查找方法之前就提到了，該方法能有效幫助網(wǎng)頁搜尋者確定關(guān)鍵網(wǎng)頁，將其放在搜尋結(jié)果之前，此算法定義如下。

假定一個(gè)網(wǎng)頁A上的內(nèi)容是T1，T2，…，Tn，C（A）是從起點(diǎn)到另一個(gè)網(wǎng)頁的連接數(shù)量，F(xiàn)（A）是網(wǎng)頁的PageRank數(shù)，d是一個(gè)衰減系數(shù)（一般設(shè)置在0.85），那么算法如下。

通過查閱資料及對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，雖然這種PageRank算法對發(fā)現(xiàn)比較重要的頁面具有很強(qiáng)的判斷能力，但是它發(fā)現(xiàn)的頁面主要是針對一個(gè)比較廣泛的主題，而不是基于具體主題。

在使用這種PageRank方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，由于網(wǎng)頁的PageRank數(shù)值和其它網(wǎng)頁組的鏈接有很大的關(guān)聯(lián)，那么在收集時(shí)會有一個(gè)網(wǎng)頁組被許多不相干的話題引導(dǎo)到網(wǎng)頁的PageRank，比一個(gè)網(wǎng)頁上有一小部分與主題有關(guān)的網(wǎng)頁的PageRank更大，則會導(dǎo)致“主題漂移”。

為了解決這個(gè)問題，本系統(tǒng)參考其他資料推薦的解決辦法，對PageRank算法進(jìn)行了修改，并在原有的關(guān)聯(lián)關(guān)系的基礎(chǔ)上增加了語意信息量，使得系統(tǒng)最終采用的URL是與主題相關(guān)的重要頁面，改進(jìn)后的算法如下。

改進(jìn)后的PageRank方法，可以從主題瀏覽者的角度去理解。一個(gè)話題訪問器是由最初的一組網(wǎng)頁開始的，它沿著最初的網(wǎng)頁所包含的連結(jié)一直向前推進(jìn)，而在這段時(shí)間里，他們從來沒有做過任何事情。在每一個(gè)網(wǎng)頁上，一個(gè)話題訪問者對這個(gè)網(wǎng)頁上的每一個(gè)連接的關(guān)注的概率與這個(gè)網(wǎng)頁、話題有很大的關(guān)系。

與此同時(shí)，訪問者也會失去對這個(gè)網(wǎng)頁鏈結(jié)的興趣，因此會隨意選取一個(gè)新的網(wǎng)頁作為新的瀏覽。所以，退出的可能是d。根據(jù)最初的PageRank方式，當(dāng)有許多網(wǎng)頁被引導(dǎo)到某一網(wǎng)頁時(shí)，網(wǎng)頁的網(wǎng)頁P(yáng)ageRank數(shù)值必然會更高。但是，若用修改后的PageRank方式進(jìn)行，則PageRank的數(shù)值不會太高。

再者，當(dāng)網(wǎng)頁的PageRank數(shù)值較高時(shí)，該網(wǎng)頁的PageRank必然是高的?？傊?，當(dāng)有大量的話題網(wǎng)頁被引導(dǎo)到一個(gè)網(wǎng)頁時(shí)，它就是一個(gè)值得一看的網(wǎng)頁。當(dāng)一個(gè)主要的專題資料來源有一個(gè)網(wǎng)頁時(shí)，該網(wǎng)頁就更有意義了，值得觀看。這就是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的URL主題相關(guān)性判別算法的基本原理。

3.頁面與主題相關(guān)性判別設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步提升系統(tǒng)收集網(wǎng)頁的精確度，還要對所收集到的網(wǎng)頁和題目進(jìn)行判定，其本質(zhì)上就是一種基于主題的文字分類，剔除掉評估值不高的網(wǎng)頁，從而達(dá)到更好的效果[4]。

參照傳統(tǒng)向量空間模型的有關(guān)思想，該系統(tǒng)使用了一個(gè)面向?qū)ο蟮恼Z義模型來識別網(wǎng)頁和標(biāo)題之間的相關(guān)關(guān)系，它的工作流程如下。

第一，預(yù)處理：對采集后的文本進(jìn)行規(guī)范，便于后續(xù)處理。

第二，對網(wǎng)頁主體內(nèi)的中文進(jìn)行分詞，對英文進(jìn)行詞組識別，剔除沒有類別資訊的介詞、副詞、冠詞、代詞、連詞、語氣詞等，并保留關(guān)鍵字。

第三，把網(wǎng)頁的題目分成幾部分，然后把結(jié)果和文本里的關(guān)鍵字結(jié)合起來，并且強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)。

第四，網(wǎng)頁中的關(guān)鍵字按照標(biāo)題中的特征矢量進(jìn)行裁減和擴(kuò)展。

第五，由公式求出網(wǎng)頁和題目之間的相似性，以1D為主題，以2D用于對比的網(wǎng)頁。

四、系統(tǒng)性能測試與分析

（一）主要界面測試

在軟件開發(fā)的過程中，軟件的界面是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在終端使用者的應(yīng)用中，其界面是與使用者進(jìn)行直接互動(dòng)的一部分，用戶并不知道或者不關(guān)心軟件所使用的技術(shù)等問題，軟件界面設(shè)計(jì)的是否美觀、提供的操作是否人性化，很大程度上決定了用戶對軟件的使用體驗(yàn)。所以，是否擁有良好的用戶界面，是判斷軟件質(zhì)量非常重要也是非常直觀的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文針對系統(tǒng)中關(guān)鍵的界面和操作做了全面的測試。

登錄界面，如圖2所示。

該平臺針對不同的使用者，采用相同的登錄接口，并根據(jù)登錄時(shí)所選取的身份進(jìn)行識別，注冊接口顯示在下面的圖表中。通過實(shí)驗(yàn)，當(dāng)使用者在使用多種身份登錄時(shí)，能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行識別，并切換到另一個(gè)接口。

1.專業(yè)計(jì)劃管理

在此界面中，教務(wù)管理員進(jìn)行專業(yè)計(jì)劃的添加、專業(yè)課程的管理和專業(yè)信息的維護(hù)。經(jīng)過測試，系統(tǒng)能正確顯示要求的專業(yè)信息，并進(jìn)行相關(guān)操作。界面操作如圖3所示。

2.學(xué)生信息查詢

教務(wù)管理員可通過此界面查詢學(xué)生的具體信息并進(jìn)行修改，方便對學(xué)生進(jìn)行管理。經(jīng)過測試，系統(tǒng)可以正確返回要查詢的學(xué)生信息，并對修改的信息進(jìn)行保存。界面如圖4所示。

3.成績查詢

學(xué)生用戶通過此界面查詢學(xué)生在校期間各個(gè)學(xué)期的成績。經(jīng)過測試，系統(tǒng)能夠正確返回對應(yīng)學(xué)生的成績記錄。測試界面如圖5所示。

4.遠(yuǎn)程視頻教學(xué)

視頻教學(xué)是本系統(tǒng)中教師和學(xué)生使用最多的一個(gè)界面，此界面在Flash中完成，并提供在線視頻顯示、遠(yuǎn)程共享對象顯示、學(xué)生在線情況顯示等多種功能。經(jīng)測試，教師和學(xué)生用戶可以正確連接到相應(yīng)的教學(xué)班，并進(jìn)行在線的視頻通訊和遠(yuǎn)程共享對象操作。界面如圖6所示。

（二）媒體服務(wù)器負(fù)載壓力測試

效能的測試涵蓋范圍廣泛，包括執(zhí)行效率、資源占用、穩(wěn)定性、安全性、兼容性、擴(kuò)展性、可靠性等，負(fù)荷壓力試驗(yàn)是測量設(shè)備的主要工作之一，本系統(tǒng)的主要功能是為遠(yuǎn)程視頻教學(xué)提供視頻通訊平臺，在使用中會產(chǎn)生大量的連接并占用大量的帶寬。因此FMS3媒體服務(wù)器的帶寬測試，顯得十分重要。測試不僅要檢驗(yàn)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，還要通過反復(fù)的測試決定在一定帶寬的前提下，使用何種視頻參數(shù)才能在滿足教學(xué)要求的前提下提供最佳的視頻質(zhì)量。

在實(shí)際的壓力測試過程中，通過FMS3AdministrationConsole（管理員控制臺）查看帶寬的使用情況，并預(yù)測在此種視頻參數(shù)設(shè)置下系統(tǒng)能夠提供同時(shí)在線學(xué)生數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)測試，當(dāng)設(shè)置視頻分辨率為300×200，每秒幀速率為15FPS同時(shí)在線人數(shù)為20人時(shí)得到的測試結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，當(dāng)上傳帶寬為0.3M/S左右，S1曲線變化較小，S2處于中等變化狀態(tài)，S3的變異幅度最大。S3所設(shè)定的滯后上界值最大，使其接近于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。通過軟件測試人員與部分教師、同學(xué)和教務(wù)管理人員的協(xié)作，應(yīng)用多種軟件測試方法，就系統(tǒng)服務(wù)端的安裝、系統(tǒng)各種功能、運(yùn)行界面、寬帶使用率等進(jìn)行了試驗(yàn)。該方法已經(jīng)完成了各項(xiàng)功能需求的分析，能夠達(dá)到簡單實(shí)用、響應(yīng)速度快、維護(hù)性好、可擴(kuò)展性好等效果，基本滿足了預(yù)期的需求。

五、結(jié)語

本系統(tǒng)在功能上已經(jīng)基本滿足了遠(yuǎn)程教學(xué)的需求，但是在試運(yùn)行階段，師生和教務(wù)管理人員針對當(dāng)前系統(tǒng)提出了一些需要改進(jìn)的地方，主要包括以下幾個(gè)方面。

一是進(jìn)一步美化系統(tǒng)界面，好的系統(tǒng)界面能夠給人很好的心情，通過美化和優(yōu)化界面，使軟件的啟動(dòng)速度、功能實(shí)現(xiàn)過程達(dá)到更好的效果。

二是進(jìn)一步挖掘新媒體環(huán)境下多媒體數(shù)據(jù)庫方面的潛力，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫語音和圖像方面的存儲研究，使用戶瀏覽系統(tǒng)時(shí)能夠得到更全面、種類更多的教學(xué)資源。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介 劉玲，講師，研究方向：思想政治教育。