第5章信息化教育硬件环境建设

第５章硬件环境建设一、信息化教育硬件环境的分类框架二、信息化教育硬件环境的规划设计三、信息化教育硬件环境的应用四、典型的信息化教育硬件环境一、信息化教育硬件环境的分类框架（一）信息化教育硬件环境的基本特征信息化教育硬件环境是指由信息化教育空间中的各种物理设备等信息基础设施组成的环境，这些基础设施主要由设备和教室、机房等组成，设备如计算机、网络设备、卫星地面接收设备、有线电视、DVD播放机等。与传统的教育硬件环境相比，信息化教育硬件环境具有电子化、网络化、智能化、集成化等诸多特征，对整个信息化教育环境起着基础性支持作用。•电子化：电子化是各种信息化教育硬件设备的基本特点，电子化的硬件有的采用模拟技术，有的采用数字技术。由于数字技术的优势如容易处理、保存、传输等特色，越来越多的信息化硬件设施向数字方向发展，如传统的电视闭路系统与数字化网络系统融合到一起，形成多网合一的环境。•网络化：多种硬件设施通过通讯技术连成网络，使得教育信息流通在教育的各个环节，如校园网就是典型的网络化环境。•智能化：越来越多的硬件系统通过应用嵌入式智能技术，给用户在使用操作和维护管理方面带来很大方便，如许多新型DVD播放机具有自动纠错、格式转换、书签检索等智能特征。•集成化：很多硬件设施集成了多种基础设备，具有丰富的教育功能。如多媒体网络教室集成了多种网络和计算机硬件，具备多种信息化教育支持功能。（二）信息化教育硬件环境的分类框架•从资源和媒体的角度进行信息化教育硬件环境的分类•从地理范围上进行信息化教育硬件环境的分类•从时空技术特性上进行信息化教育硬件环境的分类1．从资源和媒体的角度进行信息化教育硬件环境的分类设计的利用的集成的教育资源型硬件环境电子阅览室，数字化图书馆数字电影院交互型学习系统、校园网系统、互联网系统教育授递型硬件环境多媒体教室，语言实验室，微格教室、网络教室卫星电视，有线电视，图文电视教育资源型的硬件环境是指那些以提供资源服务为主的硬件系统。其特点：一是能够容纳大量的信息资源；二是能够支持便捷的访问服务。有些资源型硬件系统是为教育目的而设计的，如电子阅览室、数字化图书馆，这就是设计的教育资源型硬件环境；所谓利用的教育资源型硬件环境，是指那些本来并非为教育目的而设计，但被发现具有一定的教育利用价值而被用作教育环境如数字电影院。教育授递型的硬件环境是指由各种信息传播媒体组成的媒体化教学硬件环境。其主要功能是：（1）为教学系统的构成要素（教育者，受教育者，学习材料）提供沟通渠道；（2）呈示媒体教材中所包含的教学信息；（3）为使用者提供对媒体进行有效控制的界面。国外一般称之为教学授递系统（InstructionalDeliverySystem）或教学传播系统（InstructionalCommunicationsSystem）。２．从地理范围上进行信息化教育硬件环境的分类(1)教室层次的硬件环境(2)校园网层次的硬件环境(3)教育城域网层次的硬件环境(4)国际互联网层次的硬件环境（1）教室层次的硬件环境随着信息化教育向网络化发展，众多的设备被网络连接起来，形成一个集成化的网络教室环境。网络教室的基础是一个物理教室范围内的计算机局域网，主要服务于课堂教学。网络教室一般通过交换式局域网，即使用多个集线器（HUB）或交换机（Switch）和网络线把教室里的所有计算机联在一起，其中选择一台配置较好的计算机做服务器，用来存放教学资源库，供其他计算机（又称客户机）共享资源使用；以及进行用户管理等。服务器也可以兼做教师用机。典型的网络教室的结构：服务器集线器1集线器2集线器3客户计算机客户计算机客户计算机客户计算机客户计算机客户计算机外部网络服务器集线器1集线器2集线器3客户机客户机客户机客户机客户机客户机网络教室一般有一个外部出口连接到外部网络，如连接到校园网或直接连接到互联网。较小的教育机构通常只有一个教室局域网，而没有校园网或内部网，一般是通过电话线采用拨号的方式或通过ADSL拨号的方式或通过有线通的方式与外部网络相连。采用拨号方式时，应该在服务器上安装一个代理服务器，以便使整个局域网内的所有计算机都能和外部网络进行通讯。（2）校园网层次的硬件环境校园网往往是由多个局域网组成，同时，它又与外部的计算机网络如互联网相连。从设备上看，校园网几乎包含了目前学校所有的现代教育技术设备和设施，在学校信息化教育硬件环境建设中处于主要的地位。由于校园面积较广，校园网往往要建立多个局域网，同时考虑到网络扩展性，一般采用“主干加分支”的结构。在这种方式中，利用高速网络技术构筑整个校园的主干网，主干网核心由骨干交换机（称为第一级交换机，一般是千兆交换机）来连接。主干网中包含一个或一个以上的出口通过路由器设备连接到外部网络，学校里各个部门的局域网或其他计算机系统则作为校园网的分支通过交换设备（称为第二级交换机）或集中设备连接到校园网主干部分，进而形成一个统一的校园网。校园网物理网络的搭建主要包括结构化布线、网络连通（网络设备的选择）、服务器的选择、终端的选择。在校园网硬件基础之上能开展各种基于Intranet（内联网）的网络教学活动。中国科学技术大学校园网主干拓扑结构图（3）教育城域网层次的硬件环境教育城域网是把同一地区或同一城市内所有学校、研究机构、本地的教育机构通过网络互联起来，使教育资源整合、开放、共享，形成整体信息化集成运用的宽带网络。教育城域网建设一般包括三个层次，第一个层次是教育城域网网络中心的建设；第二个层是宽带城域网络互联；第三层次是各级各类学校的校园网络和建设。教育区域数据中心环境教育区域数据中心各级学校社会家庭教育资源网Internet网教育资源网各级学校教育区域数据中心Internet网社会家庭（4）国际互联网层次的硬件环境国际互联网（Internet）是由分布在世界各地的大量计算机网络采用共同的传输控制协议/网际协议（TCP/IP）联接而成的，是网络之间的网络，因此被称为“网之网”或国际网。目前，中国的网络建设已初具规模，已经建成的网络主要有：中国公用计算机互联网（CHINAET）、中国科技网（CSTNET）、中国金桥信息网（GHINAGBN）、中国教育和科研计算机网（CERNET）等，现已覆盖全国绝大多数地区。中国教育和科研计算机网（CERNET）CERNET分四级管理，分别是全国网络中心；地区网络中心和地区主结点；省教育科研网；校园网。CERNET全国网络中心设在清华大学，负责全国主干网的运行管理。地区网络中心和地区主结点分别设在清华大学、北京大学、北京邮电大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、电子科技大学、东南大学、东北大学等10所高校，负责地区网的运行管理和规划建设。CERNET网络采用多环结构，使得任意两个结点之间都具有多条线路。CERNET网络拓扑结构：３．从时空的角度进行信息化教育硬件环境的分类从时间和空间上看，信息化教育环境可分为同地同步、同地异步、异地同步、异地异步四类。如表2-2所示意，我们这里先按传播范围大小分为同地和异地；再按教学授众的大小划分为个人学习型、小组学习型、群体教学型和众体教学型；最后按时间序列可以有同步和异步之别。从时空的角度进行信息化教育硬件环境的分类如下表：同步(Synchronism)异步(Asynchronism)同地(SamePlace)个人PC、放像机电子笔记本，录音笔，小组放像机录音机群体多媒体教室，教室局域网电子阅览室众体电影院，报告厅电子图书馆、学习资源中心异地(DifferentPlace)个人电话，可视电话图文传真（Fax），语音信箱,网络日志(Weblog)小组聊天室（Chat）群件、BBS群体视频会议虚拟教室，计算机会议众体电视（有线、无线），广播，Internet视频会议系统MUD/MOO，万维网(Web),视频点播(VOD)二、信息化教育硬件环境的规划设计在信息化教育硬件环境建设中，由于缺乏系统和科学的规划而带来成本增加、重复建设、质量低下等问题已经成为制约信息化教育正常发展的重要原因。系统的规划设计是信息化教育硬件环境建设前的重要任务。１．信息化教育硬件环境建设的目标和内容２．信息化教育硬件环境的设计原则３．信息化教育硬件环境的设计过程４．信息化教育硬件环境的设计案例信息化教育硬件环境建设目标：对于实施信息化教育的各级学校，信息化教育硬件环境的设计目标就是建立一个高效支持教育活动的基础支撑性硬件设施环境。具体来说，建设目标应该是：建设以现代数字网络技术为主要依托，形成技术先进、扩展性强、覆盖全校主要楼宇的校园主干网络，将学校的各种PC机、终端设备和局域网连接起来，并与有关广域网相连，同时配备其它各种分立的信息化硬件设备。在此基础上建立能满足教学、科研和管理工作需要的硬件环境。1．实现接入访问服务的硬件环境2.实现支持多种教育活动服务的硬件环境3.实现校园系统多层构架的硬件基础信息化教育硬件环境主要建设内容：信息化教育硬件环境的设计原则1.总体规划和分步实施原则2.建设规范化原则3.配置标准化原则4.采用通用和成熟技术原则5.系统稳定可靠性原则6.结构可扩展性原则7.合理配置原则信息化教育硬件环境的设计过程：1.需求分析2.确定建设目标3.确定结构和功能4.确定技术要素5.规划实施步骤三、信息化教育硬件环境的应用为了发挥信息化教育的作用，在信息化教育硬件环境搭建之后，就要进行长期的应用。在应用过程中主要涉及到应用策略、应用规范和应用评估。１．信息化教育硬件环境的技术应用策略如何在教学中合理而又有效地使用技术，首先有个策略性问题，当然本质上是教育观念问题。在《用教育技术支持教育改革》的报告中，有关的教育专家指出，现代教育改革的核心是使学生变被动型的学习为投入型的学习（EngagedLearning），让他们在真实的（Authentic）环境中学习和接受挑战性的学习任务。在教育中应用技术的未来目标是促进教学形态由被动型向投入型转移。而技术从性能上讲有高低之分（为方便起见，以下简称高技术与低技术）。在这些认识的基础上，我们可以建立一个关于利用技术支持教学改革的策略空间。如图2-5所示，我们目前的教育状态是属于低技术支持的被动型学习。选择教学改革策略如同走象棋，存在多种走步方案：BACD被动型投入型高低技术性能学习形态图2-5利用技术支持教学改革的策略空间1.一次性简单策略AB:教学过程中越来越多地使用高技术来支持教师的教学授递功能，但教学模式无根本变化，学生仍然处于被动的学习状态，因此具有较少。AC：用低技术支持投入型学习。AD：用高技术支持投入型学习。2.二次性简单策略ABD：先用高技术支持被动型学习，尔后转向投入型学习；ACD：先用低技术支持投入型学习，尔后进化为用高技术支持投入型学习。3.综合性策略3.综合性策略上述策略分析是以线性思维为基础的，但事物的实际发展一般不可能是直线式的。我们假设可以采取综合性策略，在不同的教学阶段，针对不同的教学目标和学生特点，而采取不同的教育技术应用模式。关于如何选择适当的技术来支持信息化教学，当然有许多复杂的因素需要加以考虑，有主观方面的（如教育观念），也有客观方面的（如人、财、物、设备条件等）。但是，在你做这类考虑前，必须懂得各类技术在支持信息化教学方面的不同作用。米因斯（B.Means）等人曾提出一些建议，现概括如下表：信息化教学的特征支持技术学生异质分组基于绩效的评估务实的多学科任务协同作业交互式指导学生探索教师作为帮促者电子参考工具智能工具多媒体工具与手段网络及其应用双向视听远程学习电视摄录编系统录影光盘与CD-ROM２．信息化教育硬件环境的运行规范1.配备有力的管理队伍2.建立相关的管理制度3.开展全面的人员培训4.坚持以应用带动发展的原则３．信息化教育硬件环境的应用评估联网机器平均成本联网机器平均流量网络带宽利用率网络可管理程度网络管理人员结构四、典型的信息化教育硬件环境在教育中运用硬件环境进行教