基于P2P的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　對(duì)等計(jì)算(Peer to Peer，簡稱p2p)可以簡單的定義成通過直接交換來共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù)，而對(duì)等計(jì)算模型應(yīng)用層形成的網(wǎng)絡(luò)通常稱為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。在P2P網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，成千上萬臺(tái)彼此連接的計(jì)算機(jī)都處于對(duì)等的地位，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)一般來說不依賴專用的集中服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)既能充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的請(qǐng)求者，又對(duì)其它計(jì)算機(jī)的請(qǐng)求作出響應(yīng)，提供資源和服務(wù)。通常這些資源和服務(wù)包括：信息的共享和交換、計(jì)算資源(如CPU的共享)、存儲(chǔ)共享(如緩存和磁盤空間的使用)等。使用P2P來輔佐教學(xué)系統(tǒng)，能夠迅速幫助教學(xué)的有效進(jìn)行，下面是一篇關(guān)于基于P2P的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的論文，歡迎閱讀探討！

　　第一章 緒論

　　信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，并于當(dāng)前已逐漸普及，越來越多的信息和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被應(yīng)用于傳統(tǒng)教學(xué)方法當(dāng)中。隨著計(jì)算機(jī)在教學(xué)中的深入應(yīng)用，從簡單的計(jì)算功能到現(xiàn)如今的輔助教學(xué)，其變化發(fā)展可謂是日新月異，把傳統(tǒng)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)代化的信息技術(shù)相結(jié)合，大幅提升了教學(xué)品質(zhì)。“未來教育=人腦+電腦+網(wǎng)絡(luò)”未來教育就曾被科學(xué)家錢學(xué)森這樣描述過，單一的、原始的教學(xué)形式已經(jīng)向多元化、豐富的方向發(fā)展，在教學(xué)領(lǐng)域也進(jìn)入了數(shù)字化、信息化和智能化。所以，近幾年來，利用信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)輔助教學(xué)的系統(tǒng)越來越受到人們關(guān)注，這一課題也成為了科研熱點(diǎn)。

　　1.1研究背景及意義

　　Computer Assisted Instruction被稱之為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)[1]，簡稱為CAI，主要是涉及教學(xué)信息傳遞、傳授知識(shí)、技能訓(xùn)練以及服務(wù)學(xué)生和老師等方面內(nèi)容，通過對(duì)計(jì)算機(jī)的合理利用，輔佐或替代教師完成相關(guān)教學(xué)任務(wù)。從60年代開始，IBM就為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)開發(fā)了第一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)、電子信息技術(shù)等飛速發(fā)展，這一系統(tǒng)也隨之強(qiáng)大、普及。時(shí)至今日，該類系統(tǒng)發(fā)展的規(guī)模、應(yīng)用以及影響力都是前人始料未及的。

　　截至今日，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的發(fā)展歷程已有50年之久，通過這么多年來的實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)在輔助教學(xué)方面確實(shí)有促進(jìn)教學(xué)改革、提升教學(xué)品質(zhì)、減輕教師負(fù)擔(dān)和提高學(xué)生能力等作用。受到計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的影響，現(xiàn)如今，我們?cè)诮虒W(xué)方面的手段、結(jié)構(gòu)、形式和思想等方面都發(fā)生著巨大的變化。而且，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷深入，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷普及，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)與之相結(jié)合取得了長足進(jìn)步。計(jì)算機(jī)的使用通過建立網(wǎng)絡(luò)連接，接入不斷成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)連接方式也從撥號(hào)演變成了寬帶[2]。近年來，中國大學(xué)校園的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也是突飛猛進(jìn)，校園網(wǎng)的發(fā)展也是日新月異。由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)帶來的便利，越來越多的高等學(xué)府愿意投入大量資金進(jìn)行校園網(wǎng)的建設(shè)，讓計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)深入到了廣大師生學(xué)習(xí)、工作、生活的方方面面。主要在教學(xué)管理、科學(xué)研究、學(xué)術(shù)探討方面為廣大師生建立了實(shí)驗(yàn)、溝通、建設(shè)的平臺(tái)。

　　以客戶端/服務(wù)器(C/S)為主要模式的系統(tǒng)仍然是當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的主要選擇，這一模式的特點(diǎn)就是讓大型服務(wù)器處于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的核心位置，由于服務(wù)器具有強(qiáng)大計(jì)算能力、豐富的計(jì)算資源和優(yōu)勢的網(wǎng)絡(luò)帶寬，所以為日常教學(xué)提供數(shù)據(jù)信息、教學(xué)課件等教學(xué)資源。使用步驟為，先集中上傳后分別下載，把有用的教學(xué)資源通過網(wǎng)絡(luò)集中上傳到核心服務(wù)器上保存，使用者再通過賬戶、密碼的識(shí)別分別進(jìn)行下載。還有一種方法就是運(yùn)用電子郵件的方式，把信息按照服務(wù)器的要求進(jìn)行處理后通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞。運(yùn)用服務(wù)器模式，還可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)中的交互內(nèi)容，如視頻點(diǎn)播、聊天室、留言板等交互應(yīng)用程序進(jìn)行課堂教學(xué)和師生溝通，可以對(duì)教學(xué)情況和效果進(jìn)行有效的交流和反饋。這種模式雖然強(qiáng)大，但美中不足的是，如果服務(wù)器出現(xiàn)異�；蜇�(fù)荷超大，就會(huì)給服務(wù)器帶來負(fù)擔(dān)，從而影響客戶端的正常通信和使用。

　　另外，服務(wù)器模式還存在以下不足，就是所有的教學(xué)資源都保存在核心服務(wù)器上，如果使用，必須訪問服務(wù)器才能獲得所需信息，這僅僅滿足了課堂教學(xué)的基本需求，由于教學(xué)是一個(gè)系統(tǒng)過程，它包括課堂的教與學(xué)、教師備課、學(xué)生課前課后的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)等方面的內(nèi)容，如果要使每個(gè)環(huán)節(jié)都能夠有效利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，那么服務(wù)器模式的這種局限就很大了。因?yàn)檫@種模式的交互應(yīng)用不及時(shí)、帶寬消耗很大。而且客戶端與客戶端之間不能實(shí)現(xiàn)交互，必須通過服務(wù)器才能完成交流，日后隨著客戶端的不斷增加，這將成為這種模式的致命缺點(diǎn)，核心服務(wù)器就會(huì)成為設(shè)備交流的瓶頸，給整個(gè)系統(tǒng)帶來問題。目前，由于教學(xué)形式的多變，流媒體課件越來越受寵愛，隨著它數(shù)量的增加，其數(shù)據(jù)量也越來越大，這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源提出了更高的要求，更會(huì)加重服務(wù)器處理和寬帶出口的無形負(fù)擔(dān)，使服務(wù)品質(zhì)下降，從而影響教學(xué)。

　　總結(jié)了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的優(yōu)勢，也發(fā)現(xiàn)了服務(wù)器模式的不足，我們?yōu)榱送咨铺幚砗糜?jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)在今后教學(xué)改革中的完美應(yīng)用，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究，并適時(shí)提出一些改進(jìn)建議是具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義的。

　　1.2 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　通過對(duì)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)內(nèi)容的文獻(xiàn)學(xué)習(xí)，可以講計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展歷程分為三個(gè)基本階段，從上世紀(jì)七十年代的嘗試到逐漸興起，最后到日前的蓬勃發(fā)展，每一階段的演變無一不顯示著現(xiàn)代教育手段和技術(shù)的不斷提高。

　　1.2.1國外現(xiàn)狀

　　最先利用計(jì)算機(jī)對(duì)輔助教學(xué)進(jìn)行研究，并且最早應(yīng)用的國家是美國，大多國外計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的歷史基本上市沿襲了美國的歷史發(fā)展主線，其發(fā)展五十多年來，基本上經(jīng)歷了六個(gè)發(fā)展階段[3]：

　　1)1958年——1965年

　　這一階段稱為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)發(fā)展的初級(jí)階段。這一時(shí)期的杰出代表就是PLATO系統(tǒng)[4]，這一系統(tǒng)出自伊利諾斯大學(xué)，是世界上的第一個(gè)CAI。這個(gè)系統(tǒng)僅僅是一個(gè)精致的終端，擁有觸摸感應(yīng)屏幕，學(xué)生作答時(shí)就能通過觸摸屏幕的適當(dāng)位置或者點(diǎn)擊鍵盤的相關(guān)按鍵就可以完成對(duì)計(jì)算機(jī)所提問題的回答。在PLATO系統(tǒng)中的部分課件，其質(zhì)量還是比較高的，但其內(nèi)容還是有局限的，不免平庸一些。在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)發(fā)展的初級(jí)階段，主要研究工作還是傾向于以大學(xué)和某些計(jì)算機(jī)公司為中心的軟硬件的開發(fā)。1982年開始，當(dāng)微型計(jì)算機(jī)問世，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的典范PLATO系統(tǒng)將課件存入到了軟盤，使用于單機(jī)運(yùn)行，逐步踏入了PC機(jī)領(lǐng)域。

　　2)1965年——1970 年

　　這一階段可以叫做應(yīng)用實(shí)踐階段，這個(gè)階段的主要內(nèi)容就是將初級(jí)階段的研究內(nèi)容擴(kuò)大規(guī)模，將研究成果在實(shí)踐中應(yīng)用。60年代，最有代表性的是斯坦福大學(xué)研制的IBM1500教學(xué)系統(tǒng)，此系統(tǒng)包含內(nèi)容較全面，包括外語、數(shù)學(xué)、理工、邏輯、音樂、高數(shù)和哲學(xué)等課程。此外還有加利福尼亞大學(xué)創(chuàng)建了教育技術(shù)中心，研發(fā)了物理等自然科學(xué)方面的輔助教學(xué)課件。同期，美國數(shù)字設(shè)備公司也研制成功了PDP-1，在教學(xué)過程中得到了成功應(yīng)用，這一舉措標(biāo)志著教學(xué)中小型計(jì)算機(jī)的第一次應(yīng)用。60年，美國伊利諾大學(xué)的唐. 貝澤和查莫斯. 謝文合作研發(fā)了PLATO I，被稱為第一代柏拉圖系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)研究領(lǐng)域中頗有建樹的斯坦福大學(xué)帕特里克·素帕斯教授，作為此領(lǐng)域的鼻祖，他對(duì)IBM 1500和 PDP-1在教學(xué)中的研究和開發(fā)提出了自己的觀點(diǎn)，對(duì)CAI的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。

　　3)1970年——1975年

　　Internet出現(xiàn)之前，1970年左右，柏拉圖輔助教學(xué)系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了在線聊天、公告板等功能，與Internet上的BBS類似;PLATO IV在1975年繼續(xù)推廣升級(jí)其觸摸屏，推出了高分辨率的等離子顯示屏。后來到了80年代，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用范圍不斷延伸，逐步趨于實(shí)用化，研發(fā)人員基于先進(jìn)理念的貫徹，為柏拉圖輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)了100門學(xué)科，長達(dá)15000小時(shí)的單元課程，其科目涉及了物理、語言、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)和音樂等不同學(xué)科領(lǐng)域。

　　4)1975年——80 年代后期

　　這一階段是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的推廣階段。微型計(jì)算機(jī)擁有其特有優(yōu)勢，在教育領(lǐng)域，對(duì)于大型計(jì)算機(jī)而言具有極大的沖擊力，是多種教育環(huán)境中的最佳工具。在80年代后期，微型計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速，為了適用于多種當(dāng)時(shí)主流的微型計(jì)算機(jī)LOGO語言開發(fā)了特別的版本。這種語言為用戶提供了友好的、靈活的和易操控的微機(jī)系統(tǒng)，并且這個(gè)系統(tǒng)可以大量廣泛推廣應(yīng)用到各種教學(xué)過程中，相反，PLATO與之相比，僅僅提供了課題范圍相當(dāng)?shù)恼n程。

　　5)80 年代末——2000年

　　這一階段可謂是CAI的蓬勃發(fā)展階段。在80年代末，全世界掀起了一場計(jì)算機(jī)的革命，出現(xiàn)了多媒體計(jì)算機(jī)。它能夠?qū)ξ淖�、圖像和音頻等信息進(jìn)行綜合處理，這些功能彰顯了多媒體計(jì)算機(jī)可以為輔助教育提供更有利的平臺(tái)，所以這種多元化發(fā)展也成為了CAI的主要發(fā)展方向。ScoftForesman & CO 開發(fā)的CAI在輔助教學(xué)的發(fā)展過程中，它基本上涵蓋了中學(xué)階段數(shù)學(xué)教育的全部內(nèi)容，這是很值得一提的，它標(biāo)志著CAI的又一進(jìn)步。輔助教學(xué)的軟件為學(xué)生和教師提供了豐富的試題庫，由于其教學(xué)內(nèi)容全面、教學(xué)界面友好、易操作等方面的優(yōu)勢，在80年代被廣泛應(yīng)用。雖然這一系統(tǒng)起源于美國，但80年代以后，逐步發(fā)展到了許多國家，而在當(dāng)時(shí)，中國的應(yīng)用只是局限于對(duì)這種軟件的分析、研究，并沒有在教學(xué)實(shí)踐中推廣。另外，當(dāng)時(shí)美國的很多中小學(xué)已經(jīng)可以根據(jù)本學(xué)校的具體情況，教師可以設(shè)計(jì)、制作自己特有的CAI軟件，這些軟件可以結(jié)合教師的實(shí)際教學(xué)習(xí)慣和內(nèi)容充分體現(xiàn)計(jì)算機(jī)在輔助教學(xué)中的便利，在實(shí)踐中取得了很好的效果。但仍有遺憾的是，這些優(yōu)秀的輔助教學(xué)軟件缺乏通用性，由于它們不是被專門人員設(shè)計(jì)、編制的，喪失了極大的推廣價(jià)值。

　　下面我們用英國計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)使用的軟件為例，簡單介紹一下計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件的類型及特點(diǎn)[5]：

　　1981年、82年和84年，英國貿(mào)易和工業(yè)部分別三次資助學(xué)校購置了微型計(jì)算機(jī)，之后，1986年實(shí)施了“Software in Schools”計(jì)劃，當(dāng)時(shí)英國的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件大致有三種類型：隨機(jī)型軟件、模型軟件和模擬軟件。

　　(1)隨機(jī)型：很多數(shù)字類問題和計(jì)算機(jī)游戲等相關(guān)內(nèi)容往往被編制成隨機(jī)型軟件。主要涉及教學(xué)演示和練習(xí)等操作，操作人員可以隨意選擇，計(jì)算機(jī)隨機(jī)給相應(yīng)結(jié)果。

　　(2)模型類：通常情況下模型類軟件用于解決某種二維、三維等幾何問題，后來這類軟件逐步可以解決一個(gè)物體或者一套系統(tǒng)方面的形態(tài)。例如地理方面的各類地圖、化學(xué)方面的元素周期表等。

　　(3)模擬類：這種類型的軟件是在模型類軟件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它可以表現(xiàn)隨著時(shí)間的改變而發(fā)生變化的過程。例如：生物方面的池塘生態(tài)現(xiàn)象，它可以展現(xiàn)植物、食肉動(dòng)物和食草動(dòng)物之間的食物鏈問題，還能展現(xiàn)這些生物隨時(shí)間發(fā)生的規(guī)律性變化。截至目前，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，英國已經(jīng)研發(fā)應(yīng)用的教學(xué)輔助軟件多達(dá)1600種以上。

　　6)2000年之后

　　這一階段的主要特點(diǎn)是，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。2000年以后，世界計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展是信息技術(shù)發(fā)展的主流，并且在這一專業(yè)領(lǐng)域成功實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的直線上升，計(jì)算機(jī)用戶端的激增，再加上各種信息資源的互聯(lián)共享，相當(dāng)大的程度上提高了計(jì)算機(jī)的使用率，諸如此類現(xiàn)象，都在推動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化的必然發(fā)展趨勢。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)大到國家與國家之間，小到學(xué)校與學(xué)校之間、實(shí)驗(yàn)室與實(shí)驗(yàn)室之間、教室與教室之間都形成了一個(gè)龐大的CAI網(wǎng)絡(luò)，利用搭建的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，教師與學(xué)生就能夠無空間與時(shí)間的限制進(jìn)行教學(xué)交流、學(xué)術(shù)討論，大大提高了教學(xué)品質(zhì)和效率。用CAI網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)豐富信息集中共享資源，以計(jì)算機(jī)為這種便利介質(zhì)作為用戶終端，把各個(gè)國家的師生聯(lián)結(jié)在一起，讓人類文明成果共享至世界的每個(gè)角落，這是CAI網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。除此之外，CAI的另一主流趨勢就是多媒體。這一點(diǎn)得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，目前的計(jì)算機(jī)具有運(yùn)行速度快、硬盤容量大、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)速度高等基本特點(diǎn)，更主要的是還結(jié)合了人機(jī)界面和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使音視頻文件、圖形圖像文件更能活靈活現(xiàn)。所以在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中，引入多媒體技術(shù)，不僅能夠讓學(xué)生聽到、看到學(xué)習(xí)信息，更能夠深入到學(xué)習(xí)內(nèi)容中去，甚至可以足不出戶、身臨其境得去感受世界各地的風(fēng)土人情，穿越時(shí)空的隧道去重溫歷史的發(fā)展，體驗(yàn)遺傳變異、原子裂變的再現(xiàn)……總而言之，多媒體在輔助教學(xué)中的應(yīng)用能夠使原來的被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)閷W(xué)生的主動(dòng)探索，能夠?qū)崿F(xiàn)感性知識(shí)和理性知識(shí)的融合，直接經(jīng)驗(yàn)和間接經(jīng)驗(yàn)的銜接，所以在CAI中運(yùn)用多媒體技術(shù)必然將推動(dòng)我們教學(xué)質(zhì)量質(zhì)的變化。

　　1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀

　　計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)在我國的運(yùn)用是在1981年，起步相對(duì)比較早一些，在那時(shí)我們就已經(jīng)擁有了自己的CAI和輔助教學(xué)的管理系統(tǒng)。例如：北京師范大學(xué)和華東師范大學(xué)擁有“微機(jī)輔助 BA-SIC 語言教學(xué)系統(tǒng)”，北京師范大學(xué)和大連理工大學(xué)擁有“高校課程表自動(dòng)編排系統(tǒng)”等。隨著世界CAI的蓬勃發(fā)展，我國國家和地方教育行政部門也給予了大力支持，1984年以后，CAI在我國也迎來了飛速發(fā)展時(shí)代[6]。為了推動(dòng)國內(nèi)微機(jī)市場，于1986年在國家的支持下，很多高校和工廠研制并生產(chǎn)出了我們的“中華學(xué)習(xí)機(jī)”。隨后一年，我國對(duì)中華學(xué)習(xí)機(jī)的適用軟件進(jìn)行了有計(jì)劃有組織的研發(fā)，并且這一舉措被國家設(shè)立成了“七五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，奠定了教育軟件研發(fā)的基礎(chǔ)，更重要的現(xiàn)實(shí)意義是積累了豐富的教育軟件研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。80年代后期，我國中小學(xué)計(jì)算機(jī)配置總量超過了10萬臺(tái)，可以成功使用的教學(xué)軟件的中小學(xué)校有上千家，此類軟件通過評(píng)審，并且正式發(fā)行的就達(dá)到了150個(gè)。

　　經(jīng)過80年代的飛速發(fā)展，90年代又迎來了計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍，很快PC系列計(jì)算機(jī)逐漸遍布了學(xué)校和家庭，并且多媒體計(jì)算機(jī)也在教學(xué)中得到初步應(yīng)用，由于多媒體計(jì)算機(jī)的初步嘗試效果顯著，隨即計(jì)算機(jī)技術(shù)在教育領(lǐng)域的需求日益強(qiáng)大，同時(shí)也對(duì)教育軟件提出了更高的要求。這一現(xiàn)實(shí)變革，將中國教育軟件真正推入了市場，提升了教育軟件研發(fā)的競爭力和品質(zhì)。在此次市場化變革中，北京科利華公司的CSC校長辦公系統(tǒng)、北京新未來電子技術(shù)公司的園丁校長辦公系統(tǒng)等成為了最先走入市場教育管理軟件的表率，在此推動(dòng)下，一大批從事教育軟件研發(fā)的公司涌入市場，使教育軟件市場化發(fā)展迅速升溫。

　　我國教育軟件市場基本形成是在1995年左右，當(dāng)時(shí)的教育軟件已經(jīng)成為了產(chǎn)品，其內(nèi)容涵蓋了教育實(shí)施的各個(gè)方面，比如家庭教育、學(xué)校教育、社會(huì)教育等。“CSC電腦家庭教師”是北京科利華公司推出的，其版本分為小學(xué)版、初中版和高中版;還有“無師通”、“華軟”、翰林匯、“鵬博士”等多媒體系列軟件紛紛上市。除此之外，還有一些小型的學(xué)習(xí)應(yīng)用軟件，例如輕輕松松背單詞、蘇林英語等。1993年以來，原國家教委組織專家先后成立了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)協(xié)作組，涉及高校的文、理、工、農(nóng)、醫(yī)、外語等學(xué)科，研發(fā)了大批量的教學(xué)應(yīng)用軟件。根據(jù)當(dāng)年的教學(xué)軟件使用情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在122所工科院校中，有117所院校研發(fā)或應(yīng)用了1764件輔助教學(xué)軟件。截止目前，由教育部組織并研發(fā)的課件、試題庫等多達(dá)100鐘以上，其中“計(jì)算機(jī)輔助大學(xué)物理系列教學(xué)軟件”在國內(nèi)外很多專家那里都受到了不同程度的好評(píng)。諸如方正奧思、神州之鷹之類的多媒體創(chuàng)作工具，作為課件開發(fā)工具也受到了人們的熱寵。

　　近十多年來，為了符合教師與學(xué)生這種一對(duì)多的關(guān)系，絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)都采用了C/S技術(shù)，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上的集中，信息和成本資源相對(duì)集中，且向同一方向。但近年來，文件共享、分布式存儲(chǔ)、搜索引擎、分布式計(jì)算、傳感器網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作軟件的應(yīng)用發(fā)展使得P2P技術(shù)得到了廣泛推廣和運(yùn)用。P2P技術(shù)具有自組性、私密性、分布性、高性能、健壯性和流量均衡性等特點(diǎn)，尤其是在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，與集中式網(wǎng)絡(luò)相比，P2P網(wǎng)絡(luò)具有絕對(duì)優(yōu)勢，它的可擴(kuò)展性強(qiáng)、成本低、容錯(cuò)性好以及能夠有效利用分布資源，它在軟件技術(shù)開發(fā)中擁有更為廣闊的前景。

　　P2P技術(shù)能夠讓計(jì)算機(jī)不僅僅成為客戶端，更重要的是它能夠使計(jì)算機(jī)也成為服務(wù)器，使得計(jì)算機(jī)具有了雙重身份，這樣以來，大大減輕了服務(wù)器端的軟硬件要求，使得計(jì)算機(jī)在處理客戶通訊時(shí)更輕松，增強(qiáng)了系統(tǒng)的服務(wù)能力，用戶數(shù)增加，計(jì)算機(jī)的服務(wù)能力就自然增長，這是P2P技術(shù)可擴(kuò)展性實(shí)現(xiàn)的。因此，像前文所提的C/S結(jié)構(gòu)的服務(wù)器的負(fù)載重和資源瓶頸等問題得到了最好的解決。還有，這種技術(shù)的工作方式采用了自己組織節(jié)點(diǎn)的方式，更強(qiáng)調(diào)無中心結(jié)構(gòu)，可以有效適應(yīng)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性，所以具有絕對(duì)優(yōu)勢，P2P技術(shù)更通用、更實(shí)時(shí)、更可擴(kuò)展、更具有數(shù)據(jù)可用性。

　　優(yōu)勢分析[7]：

　　(1)通用性：P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與多數(shù)網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的無縫對(duì)接。它不靠依賴高端商用設(shè)備和大型數(shù)據(jù)處理軟件來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，它的系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)可以是任何通用的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件和有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，具有相當(dāng)強(qiáng)大的通用性。

　　(2)實(shí)時(shí)性：P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，能夠提供用戶實(shí)時(shí)在線交流的便捷方式，很大程度上超越了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的局限性，為多媒體網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)增強(qiáng)了性能、提高了效率，使教育系統(tǒng)更穩(wěn)定。以上優(yōu)勢使P2P技術(shù)在多媒體網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的研發(fā)中更具有吸引力，促使教育系統(tǒng)獲得更高的用戶滿意度。

　　(3)高性能：與C/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能比，P2P使服務(wù)器從之前的臃腫中解脫出來，提高了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)效率。尤其是在配置高級(jí)的計(jì)算機(jī)的支持下，能夠更好的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊的低成本和高效率，提升了客戶端的響應(yīng)速度，擺脫了服務(wù)器性能的局限性。把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成了一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)，它可以存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，并且具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。

　　(4)可擴(kuò)展性：P2P技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)不再存在單點(diǎn)性能上的瓶頸，基于這種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)是屬于完全分布式的。利用P2P技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，在用戶數(shù)量增加時(shí)，無形中就增加了服務(wù)需求，為了匹配需求，系統(tǒng)整體的資源和服務(wù)能力也可以實(shí)現(xiàn)同步擴(kuò)充，理論上，這種可擴(kuò)展性是無限的，能夠永遠(yuǎn)滿足用戶的需求。同理，服務(wù)器利用P2P技術(shù)組成網(wǎng)絡(luò)，也只需要增加P2P網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器就可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，P2P擴(kuò)充很方便，因?yàn)樗�具有自組織、自動(dòng)負(fù)載均衡的特性。

　　1.3本論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

　　本文深入研究了P2P技術(shù)，對(duì)P2P技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析，并且提出了基于計(jì)算機(jī)輔助教育系統(tǒng)P2P技術(shù)的合理利用，嘗試設(shè)計(jì)了一個(gè)運(yùn)用P2P技術(shù)的CAI，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性和互動(dòng)性，在該系統(tǒng)中可以有效展現(xiàn)P2P技術(shù)的絕對(duì)優(yōu)勢，為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展做了一次新的體驗(yàn)和嘗試。

　　本文的研究工作主要如下：

　　1)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)做了分析和研究;

　　2)論文論述了怎樣把P2P技術(shù)合理運(yùn)用到計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)之中，可以有效提高流媒體數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性;

　　3)研究并設(shè)計(jì)了具有用戶模塊、討論組、電子白板、課件管理、作業(yè)管理和網(wǎng)上考試子系統(tǒng)六大功能模塊的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用了P2P技術(shù)，通過對(duì)相關(guān)函數(shù)的分析設(shè)計(jì)，還在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了更強(qiáng)大的功能，諸如視音頻通信、文字通信和遠(yuǎn)程控制等。

　　本論文緊密結(jié)合當(dāng)前教學(xué)管理信息化建設(shè)的實(shí)際要求，在當(dāng)前國內(nèi)、國際上的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)上創(chuàng)新，把P2P技術(shù)大膽嘗試運(yùn)用在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)中，有效解決了當(dāng)前教學(xué)管理信息化面臨的矛盾和沖突，研究設(shè)計(jì)了適合CAI的技術(shù)框架、促進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的管理、組織和共享。論文研究目的明確，內(nèi)容具有針對(duì)性，主要是為了解決目前國內(nèi)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)施的效果不理想、資源重復(fù)率低等關(guān)鍵問題。通過本論文中新觀點(diǎn)的提出和設(shè)計(jì)，可以極大的解決工作效率和服務(wù)質(zhì)量問題，還能為高校的發(fā)展進(jìn)行人才儲(chǔ)備、有效節(jié)省人力、物力和財(cái)力。

　　1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排

　　本文共分為七個(gè)章節(jié)，具體內(nèi)容如下：

　　第一章是引言內(nèi)容。介紹了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的定義、相關(guān)背景和研究意義，分段介紹了該系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，以及發(fā)展歷史，分析了P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，將該技術(shù)應(yīng)用于CAI是必然趨勢，最后將論文的整體結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了表述。

　　第二章相關(guān)技術(shù)綜述。本章著重介紹了P2P技術(shù)，從該技術(shù)的定義、結(jié)構(gòu)入手，分析了P2P技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，并將P2P在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)做了重點(diǎn)介紹，最后分析了NAT設(shè)備。

　　第三章首先詳細(xì)闡述了計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，其次對(duì)系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行了描述，結(jié)合用戶需求和系統(tǒng)性能的需求分析了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的可行性。

　　第四章設(shè)計(jì)了一整套的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，并對(duì)每個(gè)功能模塊進(jìn)行了分析。

　　第五章實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的每個(gè)功能模塊、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中等點(diǎn)之間的通信以及多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的主要模塊。

　　第六章測試了論文的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并測試了系統(tǒng)的功能和性能，找到了一些存在問題，對(duì)課題的下一步工作進(jìn)行了展望。

　　第七章總結(jié)歸納了論文設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢和缺陷，也明確了今后需要繼續(xù)改進(jìn)的方向，為之后的研發(fā)工作奠定了基礎(chǔ)。

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