基于web的辅助实验教学平台建设

[摘要]借助实验教学网络系统，搭建一个教师和学生沟通的网络平台。授课老师将课程视频的资料上传，学生根据自身需要去下载学习，这样不但可以将老师从繁杂重复的示范性讲解中解脱出来，而且可以快速高效的解决学生学习过程中遇到的问题。最重要的是可以培养学生的学习主动性和积极性，使他们的学习从课堂内延伸到课堂外。

[关键词]教学网络平台 微课视频 并发访问

一、引言

兰州商学院经管实验教学中心目前拥有15个功能不同的实验室，面向全校50个本科专业和35个硕士点，实行开放式实验教学，每年有13000余名学生在中心完成各类实验教学任务。在中心的实验实践教学过程中，笔者经常发现实验课老师针对同一个问题为不同的学生多次重复解答，这样不但费时费力，而且效率低下。在了解授课老师遇到的问题及困惑之后，笔者决定利用中心现有的硬件平台，结合目前主流的网络与数据服务技术，为一线授课老师搭建一个方便易用，而且安全可靠的辅助教学服务平台。这个平台可以让老师将一些经常会被提问的问题，或者老师认为重难点的问题，或者一些课堂上没有时间讲但老师认为学生应该了解的知识做一些5-15分钟的辅导视频传上去，然后根据视频讲解的内容为视频添加备注。每个学生遇到问题就去自主学习辅导平台寻求问题的解决，这样一方面可以快速有效的解决学生学习过程中遇到的问题，另一方面也可以培养学生的学习主动性和积极性，促使他们生动活泼地学习。

二、系统分析与主要功能设计

（一）系统需求分析

辅助教学网络平台设计主要针对实验课程辅导，系统必须对并发用户的数量具有良好的可伸缩性，同时满足对系统不断的扩展要求。在传统的面向连接的通信模式下，服务器需要打开监听端口，监听网络上其它客户机向该服务器发出的连接请求，当收到一个请求信号时与该客户机建立一个连接，之后两者进行交互式的通信。这在客户端请求较少，同时数据传输量不大的情况下传输延迟还可以忍受。对于笔者的实际情况，很显然是不适用的，在学生进行教学视频点播中，首先是学生机请求数据服务器的相关资源，然后服务器对请求的客户端进行响应，笔者知道学生并发访问同一微课视频资源的可能性很大，如果服务器处理不好就会造成网络访问阻塞，导致视频服务响应速度急剧降低。因此数据服务器的负载能力决定了并发容量。笔者必须寻求能够支持高并发访问的服务器软件。笔者希望所有的并发用户都可以及时和流畅的享受服务，并且能够根据申请服务的先后次序，以服务的时延最小进行调整控制，实现各个服务以最小允许延迟保证优质服务。

（二）系统主要功能模块

辅助教学网络平台系统采用Microsoft Windows Server 2003 Service平台，为了增强系统的安全性，增加了用户访问合法性验证，以及管理员及合法用户注册维护等模块，下面将逐一进行介绍。

1.登陆认证模块

主要是完成用户的合法性认证，根据用户输入的用户编号和密码来确定用户所属班级，系统赋予其观看不同视频课程的权限。

2.教师管理模块

教师管理模块主要作用是赋予教师角色对课程视频资料的管理功能，包括资料的添加及删除，赋予观看权限的学生范围选择等功能。

3.学生管理模块

学生管理模块提供学生注册、查询及修改自己的信息。

4.资源获取服务模块

当通过系统合法性认证的学生用户对相关的课程资源申请观看时，由视频资源点播服务模块按照公平性与流畅性并重的原则向视频服务器申请服务。

三、系统的实现

本系统主要提供实时微课程视频点播服务，利用现有技术及产品足以达到系统指标，故系统重点在软件开发上，即如何实现软件的简单实用，良好的用户交互性，以及系统的可靠性。系统结构上以客户/服务器模式为主，将各多媒体信息存储在服务器的硬盘中，客户端采用浏览器方式，使客户端操作尽可能简化，且具有较高的交互性，学生在访问相关课程视频时候可以实时地启动课程的播放，在收看过程中能控制课程的进度（如任意点跳跃，暂停等）。本系统主要由以下几个部分组成，相互之间的关系如图一所示。

视频文件服务器：用于存放音视频文件的服务器

管理服务器：用于管理用户的服务器，存放有关合法访问用户的信息。

视频内容展示网站：负责将视频课程的简介内容信息录入和展示的网站。

浏览器/播放器：点播存放于视频服务器的视音频文件并提供INTERNET浏览业务，客户端Web播放插件兼容目前流行的绝大多数浏览器。

四、影响系统性能的因素及其对策

由于笔者的辅助教学网络平台上大多数资源都是老师授课的视频资料，而且由于课堂教学的特点，笔者的系统面临短时间内大量用户并发访问的冲击压力，而且视频资源的高容量和视频信源的高比特率特性对并发服务也提出了更苛刻的要求。

首先是并发连接问题，对于网络视频应用来说，有别于以往的WEB页面式服务和FTP服务，每个视频数据流至少需要384kb/s的带宽甚至更高。同时传输服务还需要具有一定的余量，防止并发客户请求数达到峰值、或网络短期过载现象。因此合适的服务模型、良好的服务策略是优质服务的保障。对即时的影像流压缩与传输要求来说，在服务模型中还需要针对网络系统的资源限制条件，即网络带宽采取适应视频传输的策略，以便处理突发性事件。

其次需要考虑的限制是服务器提供的并发连接数量以及等候处理的发送调用。因为并发连接数量越多，所消耗的未分页内存池也越多;等候处理的发送调用越多，被锁定的内存页面也越多，极易超过系统资源的极限。因此，有必要根据重要性、实时性分配带宽使用的优先级，利用“流控技术”达到带宽管理的有效性、确保并发任务的顺利实施。

五、结语

在网络信息时代下，教育也必然走向信息化。目前，以微课程为标志的网络视频教育正脱颖而出。这种网络信息教育不仅仅体现在教育技术手段的先进上，而且体现在它所引起的教育观念等一系列的变革上。有经验的教师都知道，一堂课45分钟，实际上能维持学生注意力高度集中听课的最佳时间就只有那么十几分钟。录制微课程教学视频只要求教师对一个知识点的如何掌握运用进行剖析，录制成5―15分钟左右的一个教学片断视频，教师可以选择每个教学单元中的重点、难点、易错的知识点进行讲解录制。有利学生用最短时间去观看学习掌握最重要的知识要点，从而提高学习效率。

基于Web的的辅助实验教学网络平台目前已经基本搭建完成，其各部分功能也基本实现。在系统开发成功的同时，笔者也发现系统有些功能和性能还有待于进一步的完善，系统平台设计并发访问人数为200-500人的规模，目前系统正在进行功能性测试，之后笔者将投入试运行。笔者将根据试运行的反馈对系统进行不断完善改进。

本课题研究内容获得2013年兰州商学院校级教学研究项目立项。

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（作者单位：兰州商学院 经济管理实验教学中心）