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NGN:遠程教育躍變的新契機

2005/06/10

  NGN將給許多技術提供更廣闊的施展空間,虛擬現實技術、流媒體技術、無線技術等都將在NGN上得到更廣泛的應用,而這些技術的充分應用必將給網絡教育帶來很多革命性的變化。

  自從1876年貝爾發(fā)明了電話以來,網絡和通信的發(fā)展已經經歷了若干階段,時至今日,現代通信和網絡技術在經過了一百多年的發(fā)展后,更深刻地影響著人類社會的方方面面。但是,隨著Internet的興起和隨之而來的數據網絡的迅速發(fā)展,現有的通信網絡逐漸暴露出其固有的局限性,已經越來越無法適應新的形勢,亟需加以變革和發(fā)展。在適應大眾需要的過程中,網絡業(yè)務逐步呈現出寬帶化、綜合化、多樣化和個性化的趨勢,并最終催生了下一代網絡(Next Generation Network,NGN)的產生。今天的人們對NGN都充滿各種各樣的期待。因為在這個融合的、業(yè)務極為豐富的網絡上,我們將可以開發(fā)出更多更好的網絡應用而不必再受通信技術的限制。作為教育信息化的一個重要領域,NGN同樣也將影響遠程教育方面的實現技術和方式。

NGN對教育的影響

  當我們將NGN應用到辦公室、家庭、汽車甚至電話、電視,我們永遠不能忽視的一個領域就是學習和培訓。十年樹木,百年樹人。對于任何國家來說,教育都是永恒的話題。如何解決社會需求與教育資源相對不足和教學手段落后的矛盾,使有限的教育資源得到合理利用和共享,提高教育的質量與效率將成為今后教育的一個重要課題。我們需要一種新的教育模式和技術手段來充分利用與整合各種資源。

  遠程教育是隨著現代信息技術的發(fā)展產生的一種新型教育方式,它通過現代遠程教育手段使師生之間交互不受時空限制,是多種媒體優(yōu)化、有機組合的教育方式,可以有效地發(fā)揮各種教育資源的優(yōu)勢,為各種社會成員學習得到更方便的、廣泛的教育服務。

  以前,遠程教育的形式往往局限于以同軸電纜廣播電視網為主的單向傳輸方式。由教育部門組織專業(yè)教師編寫教材和錄制好所有課程的錄像帶,然后通過廣播電視網進行播放,教育部門組織學生收看,并定期進行考試,成績合格后發(fā)放文憑和合理地收取學費。這種方式直到現在仍然是遠程教育中使用較多的方式之一。這種遠程教育方式采用單向傳輸方式傳播教育信息,存在收費難、交互難的缺陷。網絡的出現使得通過網絡進行遠程教育成為現實。1994年底,在國家教委主持下,“中國教育和科研計算機網示范工程”由清華大學等10所高校共同承建。1997年,湖南大學與湖南電信合作,第一個建立起了網上大學。NGN的出現,為遠程教育的發(fā)展提供了更為廣闊的發(fā)展空間。

  2004年12月25日,中國第一個NGN暨中國下一代互聯(lián)網示范工程核心網(CERNET2)正式開通,這是世界上規(guī)模最大的純IPv6互聯(lián)網,標志著我國下一代互聯(lián)網建設全面拉開序幕。

  從CERNET2上,我們看到下一代網絡將能更好地支持流媒體技術、虛擬現實技術、移動接入技術,而這些技術的大量應用又將引起遠程教育的深刻變革。

流媒體技術在遠程教育中的應用

  網絡遠程教學可分為同步、異步兩種教學模式。異步教學模式也就是采用Web瀏覽技術,工作人員先將多媒體課件放到服務器上,用戶只需將其下載到本地計算機上,需要觀看時再進行播放。這種模式下學生可以選擇自己認為合適的時間學習。目前大部分教育網站都是采用異步教學模式。由于多媒體信息的數據量大,在目前網絡接入速度較低的情況下需要很長的時間將課件下載到本地計算機上,而且需要占用大量硬盤存儲空間,給用戶帶來很大不便,同時容易造成課件資料廣泛傳播,這涉及到了知識版權的問題。而同步教學模式就是讓每個學員都能感受“面對面”教學,即可以和其他學員協(xié)作學習、討論問題,又可以和授課老師實時交流。這種模式要求教師授課場景、授課文字、圖片、聲音、動畫等內容都要實時通過網絡傳向單機,學員的問題和意見也要實時反饋給遠方的教師。但是如何能做到在同步教學模式中實時傳播課件,如何解決異步教學模式中的不足之處呢?技術人員根據其特點引進了一種新的技術——流媒體技術。


  流媒體是一種在網絡上實時、流式傳輸的數據流。用戶可以一邊下載一邊對接收部分數據進行播放,而不需要把全部媒體文件下載到硬盤后再播放。流媒體技術的出現將使得現在的網絡遠程教育具有更好的實時性,教學內容也更加豐富。但是傳統(tǒng)的IP網絡是一個無連接的網絡,只能提供盡力而為的服務,無法保證實時語音和視頻等多媒體應用的服務質量。這就限制了流媒體在網絡教育中的應用。然而,下一代網絡將具有更高的網絡帶寬、更好的服務質量,流媒體在下一代網絡的應用中將成為主流。

  流媒體具有流式傳輸、資源消耗少、等待時間短、媒體類型多、獲取成本低、壓縮多樣性、跟蹤用戶信息、交互性等優(yōu)勢,自然成為“第四代媒體”中最獨特的一種媒體。流媒體在遠程教育中的應用主要分為實時教學和課件點播。

  實時教學在一般情況下的實現過程如下: 實時教學開始后,通過攝像頭和麥克風現場采集教師講課的視頻和音頻作為編碼器輸入,經編碼計算機編碼為媒體流,并發(fā)送到流媒體服務器,然后服務器啟動服務模塊,通過多播發(fā)布媒體流,學生用客戶端播放器接受和播放媒體流。為了提供交互性,在課件制作中可以相應地增加所需的功能。例如在課堂上回答問題或討論問題。教師控制發(fā)言權,得到教師的允許后,學生可以回答問題或同其他同學交流來討論問題。這樣遠程面授就可以成為現實了,學生只需要一臺PC、一個Modem就可以坐在家里聽課并實時地和老師交互。

  課件點播功能使得學生可以向服務器請求特定課件數據流的播放。目前的課件點播多為HTTP加HTML的形式,學生到網站上下載需要的課件,這種方式耗費時間長,需要較大的存儲空間,限制了課件點播作用的發(fā)揮。有了流媒體技術的支持,學生可以自行選擇學習內容,不受時間地點的限制,并且可以控制開始、暫停、前進和后退等播放過程。

  有了流媒體的支持,在下一代網絡這個平臺上,現代遠程多媒體教育將快速地發(fā)展起來。網絡教育的流媒體化能有效推動現代遠程教育的發(fā)展,對于促進我國教育的普及和建立終生學習體系,實現教育的跨越式發(fā)展,具有重大的現實意義。

虛擬現實技術在遠程教育中的應用

  我們在PC前除了可以遠程上課、和老師交互,我們還必須重視學習的客觀規(guī)律:
  1. 必須先有感性認識再上升到理性認識。


  2. 必須理論結合實踐。

  在課堂教學環(huán)境下,我們可以通過實物直觀、模像直觀和語言直觀來獲得感性認識。在各種直觀方式中,實物直觀,即直接觀察和感覺各種實物是效果最好的,但在課堂環(huán)境下很難做到或者要花費很大的代價,在遠程教育中就更難以實現了。另外,在課堂上我們可以通過各種實驗來強化學生對理論的理解,在遠程教育中我們又如何做到這一點呢?答案就是虛擬現實技術。

  虛擬現實是從英文Virtual Reality 一詞翻譯過來的,指的是本來沒有的事物和環(huán)境,通過各種技術虛擬出來,讓你感覺到就如真實的一樣。

  人在現實世界中是通過眼睛、耳朵、手指等器官來實現視覺、聽覺、觸覺等功能的,人們可以通過視覺觀察到色彩斑斕的外部環(huán)境,通過聽覺感知豐富多彩的音響世界,通過觸覺了解物體的形狀和特性。虛擬現實是人們利用計算機生成一個逼真的三維虛擬環(huán)境,將模擬環(huán)境、視景系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)合三為一,并利用人機交互設備,把操作者與計算機生成的三維虛擬環(huán)境連結在一起。操作者通過人機交互設備,以自然的方式(如頭的轉動、手的運動等)向計算機送入各種動作信息,并且通過視覺、聽覺以及觸覺等多種感知獲得三維感覺世界。

  虛擬現實技術應用研究現在已全面展開。有人曾對全世界范圍內進行的805項虛擬現實技術研究項目進行了統(tǒng)計,結果表明: 娛樂、教育及藝術方面的占據主流,達21.4%。在NGN這個平臺上,虛擬現實技術將帶來遠程教育的革命性的進步。

  1997年美國標準與技術研究院“使用VRML的制造系統(tǒng)建!,探討了虛擬現實技術及在網絡上的應用。希望將互聯(lián)網變成一個三維的立體空間。主頁的鏈接也不再是高亮顯示的圖片和文字,而是在三維空間打開一扇門或者觸摸一個物體就進入了另一個主頁。甚至同時上網者互相之間都能看到,你在網上可以有一個虛擬的自己,可以像逛街一樣瀏覽主頁,同時和路上碰到的人打招呼。你也能在Internet上設計自己的三維虛擬空間,可以建造虛擬的房間、建筑物、城市、山脈和星球。還能用虛擬的家具、汽車、人員、飛機或你能想象的任何東西來填充虛擬的世界。

  在虛擬現實技術的幫助下,我們不妨構想一個虛擬大學。學生在PC前,戴上立體眼鏡或頭盔,接入互聯(lián)網,進入我們的虛擬大學的課堂。以地理課為例,借助虛擬現實技術,將山川河流等相關地形地貌信息建成模型庫,再通過虛擬現實系統(tǒng)的人機對話工具,使得受教育者通過一次次足不出戶的虛擬經歷就能親身領略祖國山川河流的壯美,在獲得知識的同時,得到美的感受和啟迪,從而將枯燥的書本知識以更有效率的個人親身體驗的方式轉化為受教育者所掌握的知識。同時,特別值得注意的是,一旦各種地形地貌的模型庫建設好之后,可以被反復使用,理論上永不損壞,再加之網絡技術的使用及迅速普及,也為多用戶同時使用某個模型庫提供了現實的可能。

虛擬現實技術可以在遠程教育中起到以下幾個作用。
  1. 彌補了遠程教學條件不足。


  2. 避免真實實驗或操作帶來的各種危險。


  3. 徹底打破空間和時間的限制。


  4. 可以虛擬人物形象,創(chuàng)建人性化的學習環(huán)境。

虛擬現實技術在遠程教育中可以應用在以下幾個方面:
  1. 知識學習。通過虛擬現實技術再現實際生活中無法觀察到的自然現象或事物的變化過程,為學生提供生動、逼真的感性學習材料,幫助學生解決學習中的知識難點。

  2. 探索學習。虛擬現實技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬創(chuàng)造。通過虛擬系統(tǒng)可直觀地觀察這一假設所產生的結果或效果,有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。


  3. 虛擬實驗。利用虛擬現實技術,可以建立各種虛擬實驗室,在“實驗室”里,學生可以自由地做各種實驗,以鞏固學到的知識。


  4. 技能訓練。利用虛擬現實技術,可以做各種各樣的技能訓練,如軍事作戰(zhàn)技能、外科手術技能、教學技能、體育技能、汽車駕駛技能等。這些技能訓練無任何危險,學生可以反練習,直到掌握技能為止。
  虛擬現實技術的產生、發(fā)展為教學方式的改變提供了全新的思路和手段,在不遠的將來甚至會帶來遠程教育在手段和思想上的根本變革。

移動接入技術對遠程教育的影響

  下一代的教育應該是基于“學”,而不是基于“教”,遠程教育是一種比較好的幫助學習的手段。電子學習、遠程學習早已進入了我們的生活。但是采用各種技術的目的除了使學習效果更好,還有就是讓學習更加方便。隨時隨地的學習是我們要借助下一代網絡實現的另一個目標。

  NGN將更好地支持移動接入,更快的速度、更穩(wěn)定的連接和更高的安全性,這一切為移動學習創(chuàng)造了條件。

  現在我們大量采用電子設備來提高學習效果的這種電子學習方式,還只是第二代遠程學習。新一代技術對世界產生影響是在20世紀末的最后幾年,整個世界突然在一場無線革命中變得一切沒了線: 移動電話似乎哪兒都有,電子商務變換成了移動商務,有線聯(lián)系被人們遺棄而代之以無線聯(lián)系。移動學習就是這場無線革命的產物,它代表了下一代的學習方式。

全球所有有線連接中所遇到的各種尷尬終將會被無線連接所替代。這里有一些令人震驚的數據:
  移動學習起源于遠程學習研究得出的這么一條規(guī)則。這一規(guī)則說: 不是技術本身具有適合教學的特性,使得遠程教育和開放大學取得了成功,而是技術比較普遍地被大眾擁有。從來沒有一項技術在人類歷史上有像移動電話那樣被大眾百姓應用到如此普及的地步。

  如果說“電子學習”的主要設備是臺式電腦,那么“移動學習”的主要設備就是PDA、智能手機和移動電話等。在一個能夠比較方便地在手里、背包里攜帶進行教育和培訓的設備上,我們將享受移動學習帶來的樂趣。

移動學習的實現主要有以下幾種方式:
  1. 短信群發(fā)。這種方式主要針對普通移動電話開展移動學習。


    1. 通過群發(fā)短信(Bulk SMS)對所有學生或對某一門課程的所有學生提供激勵支持和常規(guī)的管理支持服務;


    2. 對數據庫中抽取出來的某些學生的某一方面的管理要求發(fā)送群發(fā)短信;


    3. 對數據庫中抽取出來的某些學生或個別學生的某一方面的管理要求發(fā)送小組短信,甚至是個別化的短信。這種方式開展移動學習開銷小,簡單,易于實現,但效果較差,無法傳遞大量的文字圖片甚至視音頻信息。


  2. 利用PDA移動學習。學生把學習資料拷貝到PDA中并隨時隨地學習。在PDA上開展移動學習的問題已全部得到解決,學生們在PDA上已經能夠學習完整的課程。他們對這種在PDA上開展移動學習的評價表明,它可以為學生創(chuàng)設出一個舒適、令人愉快的學習環(huán)境。這樣我們的學生可以在火車、地鐵、汽車、機場等幾乎任何地方,只要他們想學習又處于空閑就可以進行學習。這種方式的移動學習在功能強大的PDA的支持下可以獲得豐富多彩的學習資料。包含大量文字和圖表的電子書籍可以在PDA上輕松地閱覽。只是這種方式無法利用網絡的強大功能,不能隨時隨地獲得更多的知識。

  3. 利用智能手機無線接入學習。智能手機不但具有PDA的功能,而且可以方便地接入網絡獲得各種各樣的學習資料。WAP技術可以用于開發(fā)移動學習的資料,通過手機上的瀏覽器可以瀏覽網站上的學習資料。兼容xHTML技術標準的新型電話即將開發(fā)出來,相信它將使得開發(fā)移動學習的軟件變得和編寫網頁一樣簡單。這種方式不但具有PDA學習的所有功能,而且可以利用網絡的大量共享資源進行學習。功能強大的智能手機不但可以瀏覽文字和圖片,在流媒體技術的的支持下甚至可以播放視頻和音頻的教學資料。


  4. 基于3G技術的移動學習。開發(fā)移動學習的緊迫性隨著3G等無線技術的到來而得到進一步加強。3G技術將帶來學習方式的新變化: 3G技術將保證通過空中無線的實時視頻連接,明顯不同于我們今天脆弱的網絡連接; 大眾百姓能通過電話在任何地方開展工作; 3G的數據傳輸率將使得電話大容量數據傳輸變得可能和可行,F有的2G和2.5G移動電話比較普及,但性能不是很好。Wi-Fi性能好,但普及性差。3G移動電話技術性能好又能普及。
  有兩個市場適合于移動學習: 一是沒有電腦設備又不能訪問網絡的學習者,一是不停移動的學習者。換句話說就是: 農村或偏遠地區(qū)的學習者,他們有移動電話; 大城市的學習者,他們是攜帶最先進的移動工具不停移動的勞動者。

  未來屬于無線,這一發(fā)展趨勢目前正影響著教育和培訓。移動學習的發(fā)展正處于新的發(fā)展的前沿——電子學習之后的下一代學習。隨著信息技術與網絡通信技術的日益發(fā)展,無線技術為現代遠程教育注入了新的生機和活力,也帶來了遠程教育中教學觀念和方法的深刻變革。網絡遠程教育突破了傳統(tǒng)教育在時間和空間上的局限,擴展了教育環(huán)境,從真正的意義上實現了教育資源的共享。在下一代網絡這個平臺上,業(yè)務將極大的豐富,如何開展適合遠程教育的業(yè)務將是網絡技術人員和教育工作者在今后的時間里需要重點考慮的問題。
  
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NGN


  NGN是“下一代網絡(Next Generation Network)”或“新一代網絡(New Generation Network)”的縮寫。NGN是以軟交換為核心,能夠提供話音、視頻、數據等多媒體綜合業(yè)務,采用開放、標準體系結構,能夠提供豐富業(yè)務的下一代網絡。從發(fā)展的角度來看,NGN是從傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN網絡中逐漸邁向以分組交換為主,它承載了原有PSTN網絡的所有業(yè)務,把大量的數據傳輸卸載到IP網絡中以減輕PSTN網絡的重負,又以IP技術的新特性增加和增強了許多新老業(yè)務。從這個意義上講,NGN是基于TDM的PSTN語音網絡和基于IP/ATM的分組網絡融合的產物,它使得在新一代網絡上語音、視頻、數據等綜合業(yè)務成為了可能。下一代網絡將具有一下幾個特點:
  1. 支持業(yè)務多樣化,如語音、數據和多媒體業(yè)務。


  2. 基于分組傳輸。


  3. 端到端的寬帶傳送能力。


  4. 網絡與業(yè)務分離,服務能夠得到網絡的支持,而與網絡基礎設施無關。


  5. 支持終端的移動性。


  6. 方便維護與管理。


  7. 更高的服務質量、安全性和可靠性。


  8. 可持續(xù)發(fā)展。
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CERNET2

  2004年12月25日,作為下一代互聯(lián)網先驅的CERNET2正式開通。CERNET2是中國下一代互聯(lián)網示范工程中最大的核心網和惟一的學術網,是目前所知世界上規(guī)模最大的采用純IPv6技術的下一代互聯(lián)網主干網。網絡教育離不開網絡基礎環(huán)境的支持,下一帶互聯(lián)網CERNET2的開通,能給持續(xù)低迷的網絡教育的發(fā)展帶來新的機遇。

首先是技術優(yōu)勢給網絡教育帶來新變化,主要體現在兩點:

  其一,容量更大。這里的容量指IP地址,我們現在用的第一代互聯(lián)網采用IPv4地址協(xié)議,Ipv4地址將在近年耗盡,這將給服務器運行和用戶接入帶來很多麻煩,互聯(lián)網發(fā)展因而將受嚴重限制。下一代互聯(lián)網將啟用IPv6地址協(xié)議,它提供了更大的地址容量。采用IPv6協(xié)議后,每個人的電腦都可以配置成為網絡服務器,運行必要的教育軟件就在家里開辦一個“網!薄
    
  其二,速度更快。目前,CERNET2以2.5~10Gbps速率連接全國20個主要城市的CERNET2主干網的核心節(jié)點,為全國高校和科研單位提供1~10Gbps的高速IPv6接入服務,下一代互聯(lián)網將比現在的網絡傳輸速度提高1000倍以上,下一代互聯(lián)網的基礎帶寬可能會是40G以上,這將意味著高質量多媒體內容可以更為流暢地運行在網絡上,徹底解決了目前使用的第一代互聯(lián)網帶寬不足的缺陷。

  再次,CERNET2的開通可以為就當前高校網絡教育帶來新的應用機遇。由于CERNET2首先連接的是高校,因此,最直接的應用應屬于校內與校間資源的共享。有調查顯示國內高校網絡資源利用率一直是很低的,尤其是輔助教學,應用得更少。通過連接CERNET2,學校尤其是名牌高校能夠開放更多的教育資源,這些資源包括從多媒體數字圖書館到教師課堂教學的錄像資料等,甚至高校間可以互通學分,學生可以跨校選課。

  最后,CERNET2的開通也可以為社會教育培訓機構提供網絡教育機會,學生除了學習學校課程之外,仍然需要學習很多新知識,很多大三、大四的學生開始有計劃學習實用性知識。例如,通過學習并考取英語、計算機等職業(yè)資格證書來提高自己未來的職業(yè)競爭力,這些教育資源往往并非學校提供的,學生多數在校外學習。提供這類教育培訓服務的機構完全可以利用CERNET2來實現高質量的網絡教育,讓學生在宿舍中就可以通過高速網絡來學習知識。

計算機世界網(www.ccw.com.cn)


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