计算机协同教学系统探究

摘要：计算机支持协同工作（CSCW）的出现，反映了人们对计算机功能需求的改变，即希望计算机系统从传统的解决计算问题发展为辅助用户间的交互活动。介绍了CSCW的基本概念和作用，对基于CSCW支持下的协同教学系统模式和功能进行了分析，对协同教学系统策略进行了研究。

关键词：CSCW；协同教学；P2P；协作学习

中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)05-11479-02

1 CSCW的基本概念

21世纪是一个信息化时代，人们之间的交流与合作显得越来越重要和迫切。随着网络技术和分布式系统的普及，计算机应用正在从传统的单用户工作模式向多用户工作的方向发展，计算机支持的协同工作（CSCW－Computer Support Cooperative Work）就是顺应潮流出现的一种新的计算机应用模式。它使计算机应用从过去实质上仅支持个体工作，发展成为支持群体工作，群体中的用户可以通过计算机交流信息和讨论问题，共同完成某项任务。

计算机支持的协同工作CSCW可以定义为：在计算机技术支持的环境中（即CS），一组群件协同工作完成一项共同的任务（即CW）。它的目标是要设计各种各样的协同工作的应用系统。这种系统具有群体性、交互性、分布性和协同性等特点，随着网络的普及，国民计算机应用能力的提高，CSCW已经成为人们工作的一种重要模式。而计算机支持的协同工作就是研究怎样通过计算机技术来提供协同工作的共享工作环境。

CSCW支持用户使用地理位置分散的计算机，CSCW本质上是一个分布式系统，信息共享是协同工作的核心，通信是CSCW的基础，系统提供如点对点、组播 (multicast)等多种通信方式，支持文本、图形、声音、图像等多种媒体的传送，支持实时通信、异步通信等不同通信形式，以提供用户多种信息共享的功能；系统允许多用户同时操作，并保持共享数据的一致性并能对一些故障进行恢复、用户操作错误也不应导致整个系统的崩溃。

CSCW的研究范围是广义的“协同工作”，研究手段是广义的“计算机支持的”，因此CSCW的应用领域相当宽广。凡是在计算机及网络的环境下，共享信息，协同工作完成任务的应用领域都可属CSC W的范畴。在军事、工业、医疗、教育各方面都开始了CSCW系统的研究和开发。

2 协同教学概念的提出

我们的教学面对的是具有个性化学习的学生群体，我们却不得不施以群体教学模式：教师和学生同处一室，进行课堂讲解、课后练习的方式，以一个能力水平为基础授课、同步教学过程、同步测试与评价过程等等，这显然是不合理的，尽管计算机辅助教学(CAI)的兴起，把丰富多彩的多媒体技术与教学活动融为一体，涌现了大量教学软件、电子出版物，但这些CAI课件实质上只是学生与课件编制人员之间的非直接的学习和交流，信息量有限，方式不够灵活。这种传统的教学方式是不利于充分利用教育资源，教学内容的丰富灵活性受到很大限制，而且局限于特定的时间、地点。理想的教学方式应该是一种适应个别学习需求的个别化教学，应该打破传统学习群体的结构，把学生作为一个个体来看待，每个人都有特殊的需求，而不是以群体为基础的需求。

计算机支持的协同教学是指分布在不同物理地点的教师和学生在计算机的支持下通过共享环境进行协作以实现教学活动的过程。协同的本质是指多个用户为完成某一项任务而进行的合作。而教学活动本身就是一个协同的过程，教师需要了解学生知识掌握的情况，从而及时调整自己的教学方法和教学内容；而学生需要与教师配合，才能学习掌握各类知识和基本技能，从而完成教学计划，达到教学目的。由此可以看出协同教学是CSCW的应用领域之一。

3 协同教学系统模式分析

现存的大多数计算机协同教学系统，大都是采用客户机／服务器（C／S或B／S）模式的架构，通过一个功能强大的服务器为协同教学组内成员提供协作。主要功能是为成员提供与当前教学相关的共享工作区，实现文件与信息的共享。这种结构主要有以下一些缺点：(1)客户端设备之间不能直接相互交流，只能与服务器打交道，从而造成客户端资源的大量浪费；(2)远程教育环境下的学生的高流动性，造成了网络应用的高伸缩性需求，而这种体系结构很不灵活，协作用户越多，就需要功能更强大的服务器，本质上是不可伸缩的；(3)服务器必须满足峰值应用，从而造成服务器的浪费很大。随着服务器的增容，对服务器无故障运行的要求更高，维护难度也更大。而且，学校的非盈利性，也决定了不能靠随意升级服务器来提供更多的服务；(4)所有用户的交互都必须通过服务器，缺乏灵活性（例如，如果要共享某个文档，就必须先把它上载到工作区服务器上）。最致命的是一旦服务器发生故障，用户之间就没法进行协作教学应用，因此，系统可靠性不高；(5)系统的费用比较昂贵，既需要客户端软硬件，也需要服务器软硬件，从而导致了过多的存储设备和软件，也导致了更多的维护工作。

采用P2P技术可有效避免客户端用服务器模式所带来的这些问题。P2P的核心思想是：上网用户之间自由的、不受主服务器控制的信息交流。就是在个人电脑之间直接进行资源和服务的共享，而不象传统的Browser／Server（B／S）或者Client/Server（C／S）结构那样需要经过服务器的介入和服务。在P2P结构中：(1)每台个人电脑同时充当服务器和客户端的角色，当需要其他电脑的文件或者服务时两台电脑直接建立联系，本机是客户端，而当响应其他电脑的资源要求时，本机又成为提供资源与服务的服务器；(2)所有接入P2P网络的设备都作为一个对等点而组成一个对等网，各对等点之间可任意通讯而不需通过服务器的中转，系统提供的服务分布在各个对等点上，消除了单点故障，提高了资源利用率，增强了网络的健壮性；(3)各对等点可任意加入或退出系统具有良好的升级能力和几乎无限的扩充能力，完全适应网络伸缩性的变化。

实际上，协同应用从本质上都是对等的，在一个协同工作环境中工作时一般都是面对面地直接交流，根本不需要“中介”――后台服务器。而在一个协同教学系统中，不管是教师和学生也只是把各自的相关课程资料和文档准备好，不需要集中存储每个人的文档资料。因此，从协同工作本质上讲，根本不需要后台服务器。客户端/服务器架构和协作应用的本质需求存在“失配”。最近几年来随着P2P计算技术的发展，使基于P2P模式下的远程协同教学系统正吸引着越来越多的研究人员的关注并热情地参与到该项研究中来。

4 协同教学系统功能分析

协同教学系统是一种基于CSCW的网络教学环境。教师和学生可同时登录到一个协同工作环境中共享各种教学信息，并通过协作工具进行实时交流。在协同过程中，要求用户必须遵循一定的协调机制的约束。某一环境用户的事件消息都可以由协同环境通知其他参与者，达到共同协作完成教学的目的。通过这种方式，老师和学生可以虚拟地进行面对面的互动、实时交流。

它具有以下几个特点：

(1)分布性：协同教学支持地理位置分布和功能分布。地理位置分布是指教师和学生可以使用地理位置分散的计算机；功能分布是指教师站点和学生站点各自具备自己的功能，完成相应的操作。

(2)信息共享和通讯：信息共享是协同教学的核心，而通讯是实现信息共享的基础。为教学使用的各种课件安放在教师站点，而要实现课件的共享，系统还需提供各种通讯方式。针对教学活动的特点，可以有点对点方式（教师与某个学生间的交互，学生与学生间的交互）和广播方式〔教师与全体学生间的交互〕。同时系统还支持多种媒体的传送，包括文本、图形、声音、图像等，这也是现代化教学必不可少的一些方面。

(3)人－人交互：传统的单用户分布式系统是用户通过一个接口与系统进行交互活动，分布式系统提供多种透明支持，使用户感觉到似乎只有他一人在使用系统，即单一的人－机交互。而协同教学恰恰相反，它实现的是教师与学生间的交互，即人－人交互。在这种交互方式下，教师与学生能互相感知对方的存在、行为及状态，这是与传统的非协同系统的主要区别。人－人交互方式通过人－机、机－机、人－机三个步骤实现的。

(4)协作与自治：协同教学环境下，教师与学生相互依赖、相互协作以共同完成教学任务，同时教师和学生又扮演不同的角色，担负不同的职能。

5协同教学系统策略研究

协作学习与个别化学习相比，有利于促进学生高级认知能力的发展，有利于学生健康情感的形成，因而受到广大教育工作者的普遍关注。基于网络的协作学习是指利用计算机网络以及多媒体等相关技术，由多个学习者针对同一学习内容彼此交互和合作，以达到对教学内容比较深刻理解与掌握的过程。在基于网络的协作学习过程中，基本的协作式策略有三种：协同、伙伴与角色扮演。

协同：是指多个学习者共同完成某个学习任务，在共同完成任务的过程中，学习者发挥各自的认知特点，相互争论、相互帮助、相互提示或者是进行分工合作。学习者对学习内容的深刻理解和领悟就在这种和同伴紧密沟通与协调合作的过程中逐渐形成。基于网络的协同学习系统，可让多个学习者通过网络来解答系统所呈现的同一问题。他们之间的交流和协作通过公共的工作区来实现，一般都要进行紧密的合作或分工才有可能解决问题。在开始之前，每个学习者都必须与其它学习者讨论，交流彼此的观点并共享集体的智慧，最终在学习者之间达到一致的行动方案。学习者可以选择他们自己认为最有效、最合适的合作方式。

伙伴：在现实生活中，学生们常常与自己熟识的同学一起做作业。没有问题时，大家各做各的，当遇到问题时，便相互讨论，从别人的思考中得到启发和帮助。伙伴学习策略与此类似，它可以使学生在学习过程中感觉到他并不是孤独的，而是有一位伙伴可以互相支持、互相帮助，当一方有问题时，他可以随时与另一方讨论。由于个人的思考范围有限，若在学习过程中，能和伙伴相互交流、相互鼓励将可达到事半功倍的效果。利用网络，使得学生可供选择的学习伙伴更多了，而且具有更多的便利条件。在这种系统中，学习者通常先选择自己所学习的内容，并通过网络查找正在学习同一内容的学习者，选择其中之一经双方同意结为学习伙伴。当其中一方遇到问题时，双方便相互讨论，从不同角度交换对同一问题的看法，相互帮助和提醒，直至问题解决。当他们觉得疲倦的时候，还可以在聊天区闲聊一会儿，使得学习过程中不再枯燥和孤单，而是充满乐趣。

角色扮演：每个人都有这样的经验――对某个问题给别人作了详细讲解之后，自己对该问题往往会有新的体会与理解。也就是说，在帮助别人学习的过程中，也能帮助自己的学习。角色扮演协作策略就是让不同的学生分别扮演学习者和指导者的角色，学习者负责解答问题，而指导者则检查学习者在解题过程中是否有错误。当学习者在解题过程中遇到困难时，指导者帮助学习者解决疑难。在学习过程中，他们所扮演的角色可以互换。

6 结束语

自正式提出CSCW的概念至今也只不过十几年的历史，但现在 CSCW已被普遍认为是下一个世纪的人类工作的基本方式之一。面对21世纪的新型人才，必须具有丰富的知识，这不仅要求发奋学习，更为重要的是要学会主动地去学习，学会寻求有效的学习途径、学习技巧。随着CSCW技术在教学领域的不断深化研究发展，将会为更多的人提供学习机会、学习途径和学习技巧。

参考文献：

[1]史美林,向勇,杨光信,等著.计算机支持的协同工作理论与应用[M].电子工业出版社,2000.

[2]许斌.JXTA-JAVA P2P网络编程技术[M].清华大学出版社，2003.

[3]杨晓东,李建华,诸鸿文.基于CORBA的CSCW共享工作空间的设计与实现[J].计算机应用研究，1999(11)：39-41.

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