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摘 要：本文系统地分析了国内教学评估系统现状，结合西北工业大学数字化教学环境建设，把嵌入式监控技术与传统的动态网页技术和文本数据采集技术结合，构建了基于校园网的教学过程评估系统。通过对教学过程信息实时采集模块、设备控制模块、数据库服务器模块和评估客户端模块的设计，解决了监控系统嵌入的关键技术，实现了评估工作的实时在线管理，提高了教学和管理的信息化水平。
关键词：校园网 教学过程评估系统 嵌入式视频服务器 模块设计 屏幕共享
中图分类号：TP311.52 文献标识码：B 文章编号：1673-8454（2009）05-0037-03
一、引言
教学评估是根据既定的指标体系收集信息，通过定量或定性分析，对教师的课堂教学进行评价的过程。[1] 其目的是以评促改、以评促建，不断提高办学水平和教学质量，增强办学活力，是当前高校教学管理和教学质量监控的重要手段之一。目前，国内高校的教学评估活动有听课、督导、教学检查和学生评教四种形式。高校教学评估系统模式可归纳为以下两种：
（１）网页浏览型教学评估系统。[2] 采用静态网页技术实现，由工作人员将事先整理好的纸质评估材料转化为电子形式并录入网页。这种系统功能简单，主要是为方便评估专家和领导查看评估材料而设计。
（２）数据收集型教学评估系统。[2] 这类系统使用最为广泛。它采用了动态网页技术和数据库技术，基于B／S模式进行设计，支持评估数据的动态输入、修改、输出、查询、排序和统计，方便了各院系部门、师生个人提供评估材料，从而提高了评估材料收集的速度和质量。[3][4]通过建立评估数据库，系统实现了评估材料的集中管理。
教学评估系统对高校的教学管理起到了极大促进作用，但仍存在以下不足：
（１）教务管理人员因业务繁忙，难以亲临教学现场或通过教学实况录像了解课堂状况，仅靠统计数据对教学活动进行决策和指导，具有一定的局限性。
（２）教学督导组采取单人抽样听课方式，存在样本代表性差和评估结果可信度不足的问题,会造成统计数据权威性减弱。另外，随着新校区的建设和使用，督导组老师在抽样检查中奔走于两个校区、多个教室之间，既浪费时间且效率较低。
（３）采用人工方式分析、管理调查表等大量评估数据，时效性较差，难以对教学活动做出及时的决策和指导。
基于以上分析，研究开发能够实时监控教学活动开展的教学过程评估系统对提高教学管理和改进教学方法具有现实意义和重要价值。
二、教学过程评估系统框架及工作原理
1.教学过程评估系统的构建基础
现代信息技术在教育领域的应用，促进了高校现代化教学环境的长足发展，并初步形成了支撑教学活动开展的校园网络、网络多媒体教学系统、流媒体教学实况采集制作系统、精品课程制作系统、教学信息发布系统等各类系统。所有这些基础环境，为进行教学过程评估提供了将教师、学生、教学管理者、教学设施融合为一体的统一平台。
2.教学过程评估系统的框架及组成
本文研究的教学过程评估系统是基于校园网，并依托以上教学环境中各系统构建而成。它可以实时采集电子文本材料和教学实况信息等各类评估数据，能够高效地统计与分析原始评估数据，对教学活动进行及时决策分析和指导。
该系统基于C/S模式，利用数字音视频采集技术、网络技术和数据库技术，通过对教学过程信息的实时采集及管理，实施有效的教学质量监控。图1为系统框架示意图，教学过程评估系统主要由设备控制模块、教学过程信息实时采集模块、数据库服务器模块和评估客户端模块四个功能模块组成。其中设备控制模块通过RS485串口技术实现了对教学实况转播设备（包括音视频矩阵、摄像头和云台）的远程控制。教学过程信息实时采集模块对教学过程中产生的信息（如教学实况的音、视频数据，教师上课使用的课件图像）进行采集和传播，它由嵌入式视频服务器和屏幕共享工具组成。数据库服务器模块是教学过程评估系统的信息后台，是构建系统的核心组成部分，主要对教学评估指标体系、评估材料和评估相关文件等各类评估信息进行归档管理和共享；对量化的评估数据进行统计分析，生成并发布评估结果，同时提供评估信息查询服务业务。评估客户端模块为教学管理人员和评估人员，提供网络交互式评估模式，如：实时播放教学实况，对教学过程进行记录；远程获取授课教师计算机的屏幕信息；远程控制教室摄像头和云台；评估结果数据的录入等。
3.教学过程评估系统的工作原理
根据需求分析，教学过程评估系统的构建原理如图2所示。其工作原理为：评估者在评估客户端登录，然后在评估界面中选择评估对象（被评估的课程）；根据评估者的课程选择，设备控制模块将课程教学实况的模拟音、视频信号传给嵌入式视频服务器；视频服务器完成对模拟信号的A/D转换和数字压缩后，通过以太网将多媒体数据分发到评估客户端进行播放，从而实现评估者对教学过程的实时评估。除了获得教室的实况信息外，评估者在评估过程中还能在客户端上对云台和摄像机进行控制，通过屏幕共享工具观看到教师计算机的图像（PPT课件或其他多媒体教学内容），并对评估结果进行统计。
三、教学过程评估系统各模块的设计与实现
1.教学过程信息实时采集模块的设计
教学过程信息实时采集模块由嵌入式视频服务器和屏幕共享工具组成。嵌入式视频服务器完成对音视频信号的数字采集和数字压缩，压缩后的多媒体数据通过网络发送给评估客户端。通过快速的图像采集和发送（可以达到18pic/s），评估客户端显示出流畅的动态图像效果。
在教学过程评估系统中，评估者通过屏幕共享工具来获得远程计算机上的幻灯片内容。在屏幕共享工具服务器端，屏幕截取模块定时截取屏幕数据，并将图像数据传递给图像压缩模块，后者用LZ77算法进行屏幕图像压缩，随后图像报文发送模块将压缩后的图像数据通过网络发送出去。[7] 在屏幕共享工具客户端，图像报文接收模块从指定网络端口接收图像报文，并将收到的数据交给图像解压缩模块进行解压缩，然后由屏幕显示模块将解压后的图像显示在评估端界面上。图像数据保存模块可以把图像数据写入指定的磁盘进行保存。
2.设备控制模块的设计
教学过程评估系统将教学实况转播设备组成一个RS485总线网络，评估客户端通过一个以太网转RS485总线网关完成与多设备的通信，从而实现对设备的集中控制，如图3所示。具体的控制功能包括音视频矩阵的切换控制、摄像机镜头及云台的控制。
3.数据库服务器模块的设计
数据库设计是整个教学过程评估系统开发中至关重要的一环。为满足多用户并发访问的需求，本系统选用高效的Oracle 9i Windows 2003 server搭建评估数据库。[8] 此数据库系统由5个模块组成，分别是课表系统模块、设备控制信息模块、评估指标模块、原始评估数据模块和用户认证模块。如图4所示，课表系统模块存放课程安排及其他相关信息，设备控制信息模块存放RS485网络内所有受控设备的地址，评估指标模块存放评估体系的各项指标和评估规则，原始评估数据模块存放实时教学评估工作中产生的所有评估数据，包括课堂教学实况截图、课件截图、各种定性、定量的评价数据等，用户认证模块存放用户身份认证信息。
4.评估客户端模块的设计
评估客户端为评估人员提供交互式评估平台，评估者通过此平台获取各类评估信息（如教学实况、评估数据库的数据等）。该平台采用Visual C 6.0开发完成，主要在以下四个方面进行设计。
（１）用户界面。程序主体采用Document/View结构，在View中向用户显示获得的信息。同时为了方便用户的控制，使用了自由停靠工具栏技术封装一些诸如云台控制之类的窗口，允许用户自由地安排主界面风格。
（２）用户认证。用户在进入评估系统时必须进行身份认证，以确保数据安全。系统通过访问数据库中的user表来核对用户身份，通过认证后才能进行评估工作或教学质量监控工作。
（３）数据库的访问。评估客户端使用ODBC（开放数据库互连，Open Database Connectivity）方式实现对Oracle数据库的访问。
（４）网络通信。评估客户端通过网络通信实现两个功能：接受来自嵌入式视频服务器和远程屏幕共享工具服务器的数据；发送对摄像头和云台的控制命令。
四、系统应用效果与特点
本文研究的教学过程评估系统已应用于西北工业大学教学活动中，成为现代教学环境的主要组成部分。系统在教学过程评估中表现出的特点有：视频实时性高，图像流畅稳定；音频播放平滑，与视频同步性良好；评估客户端界面简洁，操作方便；数据查询速度快等。与其他类型的教学评估系统相比，教学过程评估系统的优点在于教学管理功能强大。它不仅可以用于对教学过程涉及的人、设备进行监控管理，其采集的教学过程信息也能为以后进行的教学方法交流提供支持。表1是西北工业大学教学过程评估系统与其他类型教学评估系统在主要指标上的比较。
五、结束语
在应用动态网页技术和文本数据采集技术的基础上，把嵌入式监控技术应用于教学评估系统研究，实现了评估工作的实时在线管理，提高了教学和管理的信息化水平。随着教学方法的改革、教学评估体系的改变和教学环境的建设，教学过程评估系统还将引入数据备份系统以增加网络安全，加入SPSS系统以增强数据统计功能，加入智能化的评价模块和决策模块以提高评估客观性。
参考文献：
[1]周济.教学评估是提高教育质量的关键举措[J].中国高等教育, 2006,10 (2): 4-8.
[2]王锋.构建本科教学评估网络信息平台的研究[J].黑龙江高教研究, 2006,8: 103-104.
[3]戴涛,卢建朱,章磊,李家兰,李伟镰.基于J2EE规范的教学评估系统的设计与实现[J].计算机工程与应用, 2004, 13: 116-118.
[4]江导,姚国祥, 熊匡汉.基于UML的远程教学评估系统分析[J].暨南大学学报(自然科学版), 2005,26(3): 355-359.
[5]郑威,刘泉.嵌入式视频监控系统硬件设计[J]. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版), 2006,28(5):1-4.
[6]刘源,朱善安,叶旭东.基于DM642的嵌入式视频监控系统硬件设计[J].电子器件,2006, 29(3): 905-908.
[7]李凡,陈琦,朱光喜.屏幕共享技术及其在多媒体技术中的应用[J].电视技术,2002, 2: 75-77.
[8]Database System Concepts (Fourth Edition)[M]. Silberschatz,A. The McGraw-Hill Companies, Inc. 2002.
关键词：校园网 教学过程评估系统 嵌入式视频服务器 模块设计 屏幕共享
中图分类号：TP311.52 文献标识码：B 文章编号：1673-8454（2009）05-0037-03
一、引言
教学评估是根据既定的指标体系收集信息，通过定量或定性分析，对教师的课堂教学进行评价的过程。[1] 其目的是以评促改、以评促建，不断提高办学水平和教学质量，增强办学活力，是当前高校教学管理和教学质量监控的重要手段之一。目前，国内高校的教学评估活动有听课、督导、教学检查和学生评教四种形式。高校教学评估系统模式可归纳为以下两种：
（１）网页浏览型教学评估系统。[2] 采用静态网页技术实现，由工作人员将事先整理好的纸质评估材料转化为电子形式并录入网页。这种系统功能简单，主要是为方便评估专家和领导查看评估材料而设计。
（２）数据收集型教学评估系统。[2] 这类系统使用最为广泛。它采用了动态网页技术和数据库技术，基于B／S模式进行设计，支持评估数据的动态输入、修改、输出、查询、排序和统计，方便了各院系部门、师生个人提供评估材料，从而提高了评估材料收集的速度和质量。[3][4]通过建立评估数据库，系统实现了评估材料的集中管理。
教学评估系统对高校的教学管理起到了极大促进作用，但仍存在以下不足：
（１）教务管理人员因业务繁忙，难以亲临教学现场或通过教学实况录像了解课堂状况，仅靠统计数据对教学活动进行决策和指导，具有一定的局限性。
（２）教学督导组采取单人抽样听课方式，存在样本代表性差和评估结果可信度不足的问题,会造成统计数据权威性减弱。另外，随着新校区的建设和使用，督导组老师在抽样检查中奔走于两个校区、多个教室之间，既浪费时间且效率较低。
（３）采用人工方式分析、管理调查表等大量评估数据，时效性较差，难以对教学活动做出及时的决策和指导。
基于以上分析，研究开发能够实时监控教学活动开展的教学过程评估系统对提高教学管理和改进教学方法具有现实意义和重要价值。
二、教学过程评估系统框架及工作原理
1.教学过程评估系统的构建基础
现代信息技术在教育领域的应用，促进了高校现代化教学环境的长足发展，并初步形成了支撑教学活动开展的校园网络、网络多媒体教学系统、流媒体教学实况采集制作系统、精品课程制作系统、教学信息发布系统等各类系统。所有这些基础环境，为进行教学过程评估提供了将教师、学生、教学管理者、教学设施融合为一体的统一平台。
2.教学过程评估系统的框架及组成
本文研究的教学过程评估系统是基于校园网，并依托以上教学环境中各系统构建而成。它可以实时采集电子文本材料和教学实况信息等各类评估数据，能够高效地统计与分析原始评估数据，对教学活动进行及时决策分析和指导。
该系统基于C/S模式，利用数字音视频采集技术、网络技术和数据库技术，通过对教学过程信息的实时采集及管理，实施有效的教学质量监控。图1为系统框架示意图，教学过程评估系统主要由设备控制模块、教学过程信息实时采集模块、数据库服务器模块和评估客户端模块四个功能模块组成。其中设备控制模块通过RS485串口技术实现了对教学实况转播设备（包括音视频矩阵、摄像头和云台）的远程控制。教学过程信息实时采集模块对教学过程中产生的信息（如教学实况的音、视频数据，教师上课使用的课件图像）进行采集和传播，它由嵌入式视频服务器和屏幕共享工具组成。数据库服务器模块是教学过程评估系统的信息后台，是构建系统的核心组成部分，主要对教学评估指标体系、评估材料和评估相关文件等各类评估信息进行归档管理和共享；对量化的评估数据进行统计分析，生成并发布评估结果，同时提供评估信息查询服务业务。评估客户端模块为教学管理人员和评估人员，提供网络交互式评估模式，如：实时播放教学实况，对教学过程进行记录；远程获取授课教师计算机的屏幕信息；远程控制教室摄像头和云台；评估结果数据的录入等。
3.教学过程评估系统的工作原理
根据需求分析，教学过程评估系统的构建原理如图2所示。其工作原理为：评估者在评估客户端登录，然后在评估界面中选择评估对象（被评估的课程）；根据评估者的课程选择，设备控制模块将课程教学实况的模拟音、视频信号传给嵌入式视频服务器；视频服务器完成对模拟信号的A/D转换和数字压缩后，通过以太网将多媒体数据分发到评估客户端进行播放，从而实现评估者对教学过程的实时评估。除了获得教室的实况信息外，评估者在评估过程中还能在客户端上对云台和摄像机进行控制，通过屏幕共享工具观看到教师计算机的图像（PPT课件或其他多媒体教学内容），并对评估结果进行统计。
三、教学过程评估系统各模块的设计与实现
1.教学过程信息实时采集模块的设计
教学过程信息实时采集模块由嵌入式视频服务器和屏幕共享工具组成。嵌入式视频服务器完成对音视频信号的数字采集和数字压缩，压缩后的多媒体数据通过网络发送给评估客户端。通过快速的图像采集和发送（可以达到18pic/s），评估客户端显示出流畅的动态图像效果。
在教学过程评估系统中，评估者通过屏幕共享工具来获得远程计算机上的幻灯片内容。在屏幕共享工具服务器端，屏幕截取模块定时截取屏幕数据，并将图像数据传递给图像压缩模块，后者用LZ77算法进行屏幕图像压缩，随后图像报文发送模块将压缩后的图像数据通过网络发送出去。[7] 在屏幕共享工具客户端，图像报文接收模块从指定网络端口接收图像报文，并将收到的数据交给图像解压缩模块进行解压缩，然后由屏幕显示模块将解压后的图像显示在评估端界面上。图像数据保存模块可以把图像数据写入指定的磁盘进行保存。
2.设备控制模块的设计
教学过程评估系统将教学实况转播设备组成一个RS485总线网络，评估客户端通过一个以太网转RS485总线网关完成与多设备的通信，从而实现对设备的集中控制，如图3所示。具体的控制功能包括音视频矩阵的切换控制、摄像机镜头及云台的控制。
3.数据库服务器模块的设计
数据库设计是整个教学过程评估系统开发中至关重要的一环。为满足多用户并发访问的需求，本系统选用高效的Oracle 9i Windows 2003 server搭建评估数据库。[8] 此数据库系统由5个模块组成，分别是课表系统模块、设备控制信息模块、评估指标模块、原始评估数据模块和用户认证模块。如图4所示，课表系统模块存放课程安排及其他相关信息，设备控制信息模块存放RS485网络内所有受控设备的地址，评估指标模块存放评估体系的各项指标和评估规则，原始评估数据模块存放实时教学评估工作中产生的所有评估数据，包括课堂教学实况截图、课件截图、各种定性、定量的评价数据等，用户认证模块存放用户身份认证信息。
4.评估客户端模块的设计
评估客户端为评估人员提供交互式评估平台，评估者通过此平台获取各类评估信息（如教学实况、评估数据库的数据等）。该平台采用Visual C 6.0开发完成，主要在以下四个方面进行设计。
（１）用户界面。程序主体采用Document/View结构，在View中向用户显示获得的信息。同时为了方便用户的控制，使用了自由停靠工具栏技术封装一些诸如云台控制之类的窗口，允许用户自由地安排主界面风格。
（２）用户认证。用户在进入评估系统时必须进行身份认证，以确保数据安全。系统通过访问数据库中的user表来核对用户身份，通过认证后才能进行评估工作或教学质量监控工作。
（３）数据库的访问。评估客户端使用ODBC（开放数据库互连，Open Database Connectivity）方式实现对Oracle数据库的访问。
（４）网络通信。评估客户端通过网络通信实现两个功能：接受来自嵌入式视频服务器和远程屏幕共享工具服务器的数据；发送对摄像头和云台的控制命令。
四、系统应用效果与特点
本文研究的教学过程评估系统已应用于西北工业大学教学活动中，成为现代教学环境的主要组成部分。系统在教学过程评估中表现出的特点有：视频实时性高，图像流畅稳定；音频播放平滑，与视频同步性良好；评估客户端界面简洁，操作方便；数据查询速度快等。与其他类型的教学评估系统相比，教学过程评估系统的优点在于教学管理功能强大。它不仅可以用于对教学过程涉及的人、设备进行监控管理，其采集的教学过程信息也能为以后进行的教学方法交流提供支持。表1是西北工业大学教学过程评估系统与其他类型教学评估系统在主要指标上的比较。
五、结束语
在应用动态网页技术和文本数据采集技术的基础上，把嵌入式监控技术应用于教学评估系统研究，实现了评估工作的实时在线管理，提高了教学和管理的信息化水平。随着教学方法的改革、教学评估体系的改变和教学环境的建设，教学过程评估系统还将引入数据备份系统以增加网络安全，加入SPSS系统以增强数据统计功能，加入智能化的评价模块和决策模块以提高评估客观性。
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