远程教学系统中的交互方式探讨

1引言
广播、电视、电信等技术的出现和发展都为教育提供了机遇，相继出现了广播大学、电视大学。而随着计算机网络发展而迅速推广的远距离教育，则给教育事业以有力地推动。现代远程教育突破了传统的在教室中教师面授的教学方式（Room-Base Learning），为任何人在任何时间任何地点学习提供了良好的环境，具有多方面的强大优势，如：跨时空、工学兼顾、网上资源丰富、多媒体表达、互动、个性化、高效率、可重复等等。其中，灵活的互动性是最重要也是最有特点的优势之一，它不仅使传统教学优势得以延伸和发展，而且有许多新的创造，故如何在网络学习情境中，造成师生之间通畅、有效的交流氛围日益成为人们关注的焦点。
远程教学系统中的互动，不仅是指教与学、学与学之间的实时交互，还包括教与学、学与学之间的非实时交互。更重要的是在教与学之交互过程中如何更充分地利用信息资源。交互性体现于课程学习、教学答疑、完成作业、相互谈论、研究问题、协作学习、实时反馈、在线问卷、自我测试、课程考核、常见问题和解答、自动答疑等各个环节上。在技术上，不同的实现方式在跨时空性、交互对象、交互媒体等方面有很大等区别，在OSI（Open System Interconnection）参考模型的协议层面上也不尽相同，主要可以概括为六种技术途径，本文第二节分别对其加以探讨，第三节给出几点结论。
2几种主要的交互方式
2.1基于WWW技术的交互方式
 主要采用应用层的HTTP、HTML等协议实现。这是目前远程教育系统中使用较多的交互方式。这种方式的特点是反馈以文本表达、按钮点击为主。具体可以分为：
（1）HTML网页
这是一种普遍采用的教学方式。将课件以HTML网页形式呈现给学习者。学习者使用浏览器，通过GET方法以及统一资源定位器（URL），获取学习资源；通过使用POST方法以及表单（ Form）、公共网关接口（CGI-BIN）等，提交反馈信息，从而实现了比较简单的双向交互。
但是，用HTML写成的页面要实现快速交互有一定的局限性。若要实现具有高度交互性的页面，应使用Java语言。其主要思想是：一个页面指向一个Java Applet程序，浏览器在下载页面的同时，该程序被下载到客户机并以一种安全的方式执行。采用Java语言实现交互性的优点是页面表现丰富、计算能力强、网络通信与数据库操作能力强以及交互性强。
 此外，利用Flash等软件也能增强HTML页面的交互性。该方式在人机交互界面这一层面上，提供了更为便利的交互手段，而底层所采用的依然是应用层的传输协议。将Flash制作的网页用网页制作工具发布在HTML网页中再加上超级链接即可实现界面友好的人机交互。Flash 是Macromedia公司的网页设计软件。Flash具有良好的兼容性，由于集成了Flash插件，Netscape 、IE等浏览器可以直接播放Flash 文件；Flash将WAV、MP3两种格式的音频，GIF、JPG、BMP等格式的图片直接嵌入到文件中，生成较小的文件，提高了网络传输速度，易于网上传播；灵活运用各种字体与特殊符号，调整版面结构，解决了理工科网络课程制作中的公式描述及显示的难题，使得制作过程简便快捷。Flash制作的图均为矢量图，缩放后仍保持原有的清晰度，动画演示十分流畅。
（2）电子公告牌（ BBS ）
在教学中用于非实时交流。它为师生提供相互交流的虚拟环境，能够发文章和回复文章，整理、下载、转发讨论内容；可以分别设立每一课程的讨论专区，由学生和教师自由发表见解，以方便同学之间、教师之间、学生与教师之间的学习讨论；还可用于发布教学信息和通知。
（3）常见问题和解答（ FAQ ）
 本质上是一种公布栏，把难度较大或易混淆、常常被学生提出来的问题，定期公布，作为学习参考，使学生能较快地掌握这些常见的问题，少走弯路。同时也减轻了老师答疑的工作量。
（4）在线文本（聊天室）
 实时的点对点和点对多点的文字交互环境，支持长文本的讨论以及链接，并具有在线寻呼的功能，可作为一种即时答疑的场所。
（5）实时反馈
 在同步授课过程中，学生通过点击网页上的按钮实时反馈，或通过点击向教师提交问题、意见等，通过实时反馈，教师可以随时了解学生对所授知识点的掌握情况，如学生的理解程度和理解率，从而决定教学进程。
2.2基于Email技术的交互方式
主要采用应用层的POP3（Post Office Protocol 3，邮局协议版本3）、 SMTP （Simple Mail Transport Protocol，简单邮件传输协议）以及MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions，多用途的网际邮件扩充协议）等实现。Email是一种通用和广泛的网上交互方式，可以实现非实时的低成本交流。电子邮件作为沟通工具,具有传递信息快速方便、交互容量大、对方可不在线等特点，适合于要求交互的信息量比较大、内容比较多、内含多种文件格式等情况使用。电子邮件方式适合于专题研讨、邮件课程以及作业批阅等使用。
在专题研讨中，参加者各抒己见，通过电子邮件方式表达自己经过思考的意见。学生的作业通过电子邮件递交，老师批改后再发给学生。可以为师生按课程建立单独的邮箱账户，这样将不同课程的信件和私人信件区分开来。还可以按课程分类建立邮件组，老师给这个组发邮件，该组的所有成员就都可以收到邮件，通过这种方式，教师能方便地发布教学通知或课程资料。
2.3基于TCP/IP的交互方式
这种方式主要采用传输层的TCP/IP（Transfer Control Protocol/ Internet Protocol）协议，运用传输层端口或Winsock控件实现客户端与服务端的链接，以及相互之间数据的传送。客户端和服务器端分别在特定端口进行监听、响应链接请求并进行数据传输。这种方式比较灵活，但技术实现比较复杂。如果有一方不在线，需要服务器进行缓冲。在实际应用中，可以采用不同的编程语言和编程方法实现，也可以采用ICQ、NetMeeting等应用软件实现。
利用这种交互方式，可以进行实时的问题解答、模拟训练和课程考核。教师与学生或学生与学生之间建立链接后，通过文本、文件、视音频等媒体的交互传输，能实时、准确并详细地解决在学习中遇到的问题。通过TCP/IP协议，实现仿真模拟训练器材的互连互通，模拟真实设备之间的互动行为，可以进行交互操作和模拟训练。基于TCP/IP的课程考核系统具有更高的可靠性、安全性和监考审计能力。
2.4基于T.120协议的交互方式
T.120是国际电信联盟—电信标准化组ITU－T（International Telecommunications Union-Telecommunication Standardization）制订的会议电视系统有关数据会议的框架协议，又称“多层协议―MLP”。T.120协议包括了T.121、T.122、T.123、T.124、T.125、T.126、T.127、T.128等一系列支持实时多点数据交换的通信、应用和服务协议，具有多点数据传送、互操作性、可靠的数据传送、网络透明性、网络独立性、平台独立性、应用独立性、可量测性、与其他标准共存性、可扩展性等优点。T.120标准是一个独立的标准，可以单独使用。其中，可以实现交互性的协议有：
（1）T.126 — 静态图像和注释协议
 T.126定义了用于浏览和标注两个应用之间传输的静态图像的协议，支持不同平台上的应用系统之间进行可视化信息共享，采用该协议可以实现多个用户之间一定程度的交互操作和协同工作。这种功能就是文件会议或共享白板。协议中的静图来源于应用程序所显示的信息，例如WORD文档或投影片。但T.126协议只为共享信息提供了最小集合，仅能实现静图的传输和简单的注释，不能提供诸如对象嵌入等协同交互操作。
（2） T.127 — 文件传输协议
 T.127是多点二进制文件传输协议，能实现多点交互、协同工作的计算机文件的同步编辑、同步更新，以确保协同工作和交互操作的文件同步修改、存储和一致性。同时，该协议也是共享应用的基础。
（3） T.122、T.125
T.122为开发人员定义多点可用的通信服务，T.125实现数据的传输，它们共同构成了多点通信服务MCS，可以应用在协作教学环境中。它们利用底层的T.123运输栈协议，为交互性提供最基本的可靠的数据通信服务。而真正的交互应用、共享工作空间、网络层互操作、应用层互操作等是由通用会议控制协议T.123、T.126、T.127、T.122和T.125实现的。通过T.120协议实现的交互性，对于交互的数据信息无任何限制，具有较大的灵活性。可以实现以下形式的交互。
（1）电子白板
 电子白板提供了一个实时的，针对文字、图形等媒体对象的一对多的讨论平台。能够支持多人同时接入操作和实时刷新，支持多个白板共同工作，能可视地表示公式及问题求解的过程。电子白板常与同步聊天系统、可视会议系统一起使用，使得异地交流更加通畅。
（2）共享应用
 共享应用包括共享屏幕、共同操作同一应用程序等，可用于软件的交互教学。教师操作软件，学生学习，或将操作权限交给学生，在教师的指导下由学生操作软件。
（3）协同作业
 协同作业是指，多个用户在不同地方对同一个文件的不同部分进行编辑修改，每个用户都可以看到文件被实时编辑的过程。在协同教学系统中不同地方的学生可以象现在的同班同学一样合作完成某个作业或某个项目。
2.5基于多层架构技术的实现方式
 多层架构是一种系统架构的体系设计思想，应属于传输层范畴。
 传统的远程教育平台采用服务端和客户端两层架构。这种架构模式通常将数据统一存储在数据服务器上，业务逻辑与处理由客户端实现，两者之间是信息通道，以网络通信链路为载体，辅以专门的通信协议，完成服务端与客户端之间的信息交流与传递过程。该模式在管理规模、传输数据量、开发强度和带宽利用等方面的发展受限。
 多层架构系统与传统Client/Server系统的最大区别在于将业务逻辑层剥离出来，业务逻辑与数据操作及用户交互分离，构成业务层、数据层及用户层三层架构，用户端仅处理图形用户界面（GUI），还可以采用具有交互功能的浏览器。如果在业务层与用户层之间增加一层Web服务器层，形成瘦终端的工作方式，构成四层体系结构，就可以提供更为有效的交互式手段。该模式使得系统设计流程分析更加清晰，功能模块复用性增强，数据存储安全可靠，更加便于分布式部署。
基于多层架构的远程教育支持平台，分布式的用户群将业务逻辑控制与部分业务计算部署在本地的业务处理中心，这样，用户的业务请求通信只发生在用户与本地业务处理中心之间，减少了中央服务区的通信负荷；用户不能直接访问中央服务区的数据资料，有效地保证了数据的安全；根据不同的业务应用中传输媒体的种类，提供不同带宽的通信信道，从而更有效地利用网络带宽。
2.6 基于虚拟现实技术的实现方式
 利用虚拟现实技术实现的交互是交互的最高层次，是真正意义上的交互，最接近人们自然的交流。
 虚拟现实技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上数据头盔、数据手套等传感设备，利用键盘、鼠标和操纵杆输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。虚拟现实技术具有的三个基本特征: 沉浸性、交互性和多感知性，为远程教育提供了生动、逼真的虚拟空间，从而彻底打破空间与时间的限制，弥补远程教学条件与交互手段的不足。
利用虚拟现实技术，可以将在现实生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程展现出来，使抽象的概念和理论变得直观、形象，使学生更易理解；可以建立各种虚拟实验室，对学习过程中所提出的各种假设进行设计并且实现，然后直观地观察到这一假设所产生的结果，进行探索学习，从而激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。学生还能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，进行各种各样的技能训练。
3结论
本文从功能层面描述了交互性的用途，从技术层面分类讨论了在远程教学中实现交互性的六个主要技术途径，比较全面地总结了现代远程教学系统中的交互方式。表1简要归纳了文章中讨论的各种交互方式，可以看到：随着技术应用层次的深入，综合运用各个层面的技术，可以提供更为有效的具体交互形式。从教学的角度来说，在远程教学中综合运用各种交互方式，充分发挥各种交互方式的优势，可以实现在网络环境下有效的交流。而如何达到先进技术与现代教育理论与教育技术真正的融合，从技术进步的角度，促进网络环境下教学模式的发展，以及从教学模式的发展，带动技术的进步，从而为远程教育提供真正便捷、高效的适应网络虚拟环境的交互方式，还值得我们不断地深入加以研究。
表1远程教学系统中交互方式比较
交互方式 具体媒体形式 教学应用形式 OSI参考模型 采用的协议
基于WWW技术的交互方式 （1）HTML网页（2）电子公告牌（BBS）（3）常见问题和解答（FAQ）（4）在线文本（聊天室）（5）实时反馈 （1）自主学习（2）专题研讨（3）问题解答（4）发布通知（5）思想交流（6）同步授课 应用层 HTTP、HTML等
基于E-mail技术的交互方式 E-mail （1）专题研讨（2）邮件课程（3）作业批阅 应用层 POP3、SMTP、MIME等
基于TCP/IP的交互方式 （1）基于Winsock控件的应用（2）ICQ（3）Netmeeting （1）问题解答（2）模拟训练（3）课程考核 传输层 TCP/IP
基于T.120协议的交互方式 （1）电子白板（2）共享应用（3）协同作业 （1）协作学习（2）交互教学 多层 T.120系列：T.121－T.128
基于多层架构技术的实现方式 （1）远程教育支持平台 （1）教学管理（2）教学实施 传输层 TCP/IP
基于虚拟现实技术的实现方式 （1）虚拟学习环境（2）虚拟实验室 （1）技能训练（2）试验操作 多层 相应的通信协议
21世纪的教育正在发生着根本性的变化，而只有真正通畅地实现师生之间和学生之间的相互交流，以及师生对资源的充分利用，才能充分发挥远程教育的优势，从而开拓教育的新局面。
致谢
作者感谢迟惠生教授和李晓明教授在论文工作中给予的帮助，也感谢赵洪利教授所提供的资料和研究思路；感谢审稿人对论文的修改所提出的建议。