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互动式生物多媒体尝试课堂计划及实现

时候:2012-04-05 23:55来源:知行网www.zhixing123.cn 编辑:麦田守望者

择要: 中门生物讲授的特性请求生物讲授过程中更多的操纵生物尝试和多媒体技术来加强生物讲授的结果,但是当宿世物尝试的讲授过程存在着很多不足,如各个门生只是孤立进行尝试,同窗之间不克不及及时交换尝试征象和体味,教员讲授生物尝试不克不及很好连络尝试征象同步进行等等。多媒体生物讲授和生物尝试没有能很好的有机连络。本文介绍了一个旨在把传统多媒体收集课堂办理体系和生物尝试相连络,建立一个互动式生物多媒体讲授环境。把传统的以教员教为中间的生物讲授转变成一个以门生学为中间的全新学习环境。

关头词:收集讲授,多媒体课堂。
一. 体系概述
因为生物学讲授的特性,目前很多中学在生物讲授的过程中采取西席讲授,多媒体演示和生物尝试并存讲授的体例。很多中学装备了呼应的生物尝试室,供应生物显微镜等装备让门生亲身进行生物尝试。同时多媒体讲授体例也在中学讲授中逐步提高。但是生物讲授中团体上以西席为中间,以教为主的状况仍然没有获得改变。生物讲授中仍然存在诸多问题,在生物尝试方面,多媒体装备和生物尝试装备没有获得充分操纵,讲授环境也没有可以或许获得完整改良。
一方面在生物尝试过程中在教员和同窗之间交换及时察看的显微镜征象和基于及时图象的生物尝试同步讲授等相关的讲授仍然是采取传统的讲授体例。同窗们不克不及把教员的讲授和尝试征象同步的联系起来,同窗之间共享生物显微镜的察当作果也不克不及有效的进行,这使得这些基于生物显微镜的生物尝试结果遭到了极年夜的限定。不克不及有效的进步门生学习生物和进行生物尝试的兴趣。
另外一方面,因为生物讲授本身的特性,多媒体的利用在生物讲授中显得尤其首要。因为生物学是研究生物的形态特性、心思特性、退步方面等知识的学科,多媒体可将书籍知识化静为动,化虚为实,化笼统为直观,在讲堂讲授中公道应用,能起到变更门生主动性,激起学习兴趣的感化。现在很多中学已装备的多媒体课堂可以很好的处理这个问题,在多媒体课堂中可以播放或点播各种视频动画,可以在收集上浏览很多生物课件,极年夜的加强了讲授结果,进步了门生学习生物的兴趣。但是目前这类多媒体讲授体例不克不及和生物尝试紧密连络起来。在实际的讲授尝试过程中,门生进行显微镜操纵并察看尝试成果的同时希望可以或许在线旁观多媒体的尝试指导或旁观教员或同组其他人的尝试征象并立即进行交换;教员希望便利地检察所有门生的尝试环境;教员就对尝试征象进行讲授也不克不及很好的和显微镜画面同步连络;这些问题都请求把传统意义上的多媒体课堂和生物尝试室连络起来,构成一个具有及时图象传输服从,近似英语语音课堂服从的多媒体生物尝试课堂。这使得生物讲授火急的需求将多媒体课堂与生物尝试二者的上风有机的连络起来。
基于以上的启事,教员和同窗都希望可以或许建立一个可以或许连络传统多媒体收集课堂和生物尝试,畅通领悟多媒体技术于生物尝试讲授的生物多媒体课堂处理计划,使得门生可以或许在一个生物尝试室中操纵计较机进行尝试征象察看,并且随时与教员和同窗交互,旁观网上多媒体质料,及时的旁观教员和其他同窗的显微镜察看的征象,并且让教员可以或许基于及时的显微镜画面的进行同步讲授,从而构建一个互动式的生物多媒体尝试课堂。基于在这类中门生物教员和同窗的实际的讲授需求,我校教诲技术中间和上海广电音视技术无限公司合作开辟了这套互动式的多媒体生物尝试课堂体系。以下本文将介绍这套计划的一些道理和实现。
二. 体系团体架构
生物多媒体尝试室体系除有传统课堂网办理软件的讲授办理、长途节制、屏幕监督,视频点播,在线测验等服从外,这类交互式生物多媒体收集课堂的最年夜特性就是及时的显微镜图象汇集和基于计较机收集的图象共享。这套体系采取了数字收集和传统视频收集合一的体例,对讲授办理、师生交互和数字音视频传输等服从采取数字收集,而对高清楚度及时转播和录相和DVD等的播放等采取摹拟视频收集。使得师生在进行生物尝试的同时可以共享显微镜画面,同时针对显微镜图象可以进行图象措置,进行细胞辨认等措置。这个体系架构如图(1)所示:
 
图(1)
从图中可以看出,体系由摹拟视频收集和数字计较机收集两套收集体系构成。由DVD、VCD、什物投影仪和视频互换矩阵构成摹拟视频收集(图中的粗线连接部分)。摹拟视频收集首要用于完成一些传统的视频播放,什物投影等服从。由计较机、视频办事器、web办事器等装备构成数字计较机收集,构成计较机局域网,用于收集讲授办理通信和传输及时显微镜图象等服从。
除两套收集以外,体系另有显微镜模块、图象措置模块、通信及讲授办理软件模块这几部分构成。体系采取高品质生物显微镜,显微镜图象可和时经由过程CCD摄像头汇集到计较机。在服从上了具有西席播送演示,主动巡回演示,多画面演示,分组演示等服从。并且西席可以把显微镜图象捕获掉队行标注讲授,并且对显微镜图象进行图象措置,比方细胞辨认,细胞计数等服从。局域网可以接入校园网,以实现显微镜图象网上及时传播,便于进行网上讲授,并可进一步构成网上假造尝试室。图(2)即为该体系测试版本主控西席端的操纵界面。
 
图(2)
(重视:请编辑同道考虑是不是需求安排软件界面图片,如不需求可以删去)
三. 体系核心模块的实现
1. 视频汇集模块
要实现计较机之间的图象共享,首要的步调是将显微镜图象汇集到计较机。体系中在显微镜上装置了CCD摄像头用来将显微镜图象汇集到计较机。在体系中显微镜画面的及时汇集就是体系的根本部分。本体系图象汇集采取了微软DirectX技术中的DirectShow。DirectShow是DirectX的家属成员之一,首要用来为Windows平台措置各种格局的媒体文件播放,音视频汇集和解紧缩等高机能高求的多媒体利用供应了完整的处理计划。利用DirectShow技术可以较着的加快开辟速率,进步软件对硬件的兼容性,并且可以最年夜程度的阐扬相关装备的硬件机能。
DirectShow是一个开放的利用框架,可以进行流水线似的多媒体数据措置,全部流水线由每个单位组件(在DirectShow中称为Filter)按其服从连接构成,多媒体数据流从泉源流向下流,终究完成一个多媒体数据措置任务。DirectShow将装置在计较机上的所有汇集装备都包装成一个Filter组件的情势,可以建立一个汇集装备包装组件的一个实例便可以便利的利用该汇集装备。在DirectShow中供应了接口Filter Graph办理多个Filter以构成一个流水线任务,从视频捕获到紧缩,最后存储为文件或在屏幕播放。全部事情都在Filter Graph办理下由各个Filter组件完成。
如图(3)就是本体系最后建立的Filter Graph示企图,此中Video Capture Device是代表显微镜CCD摄像头的视频捕获组件。Image Grab Sampler是用来从视频流中汇集一幅图片。File Writer用来将视频流写入本地文件,这个组件我们也能够改换为向收集发送视频流的组件,从而进行及时的视频传播输以便可以在长途领受来察看尝试过程。AVI Decompressor为视频解压组件;最后操纵Video Renderer组件可以在本地计较机屏幕上看到CCD摄像头汇集显微镜视频。
 
图(3)
2. 基于IP收集的图象和多媒体数据传输
要实现互动式的生物讲授,就必须可以或许使师生之间,门生之间便利的交换他们尝试的服从。为了实现自由,便利的共享,体系操纵课堂局域网使每个门生利用计较性可以或许随时检察其他显微镜的及时图象。当门生需求检察他人显微镜的图象时,经由过程本体系客户端软件向其他计较秘密求传输图象,每个客户端同时也能够领受这类请求,并在视频流及时汇集一幅图象经由过程收集传输到指定的计较机,当课堂需求按照课堂显微镜讲授的时候,则启动多播服从,每个学朝气将被锁定,所有门生计较机画面都显现西席显微镜画面,西席可以基于显微镜画面进行讲授,并且可利用电子粉笔服从在图象上进行标注以帮助讲授。
就图象的传输体例来看,既存在一台以上的机器检察同一台显微镜图象,也存在一对一的同窗和教员之间的传输图象,所以这类收集图象传输既有多对一的图象传输也有一对一的传输。基于这类环境本体系对一对一的图象传输我们采取UDP传输,而对一对多的图象传输采取IP(IP Multicasting)多播。IP多播的数据,只需一份拷贝在收集上传输,能最年夜程度进步计较机措置的效力,节俭网路资本并且同时也能更好的包管传输的及时性。
在基于收集的传输过程中,最首要的就要包管图象传输的及时性,实际中我们发明,如果图片传输延迟过年夜,需求较长时候等候才气旁观其他计较机图象或办事器视频是门生不克不及忍耐,将年夜年夜的降落门生参与的兴趣,减弱讲授结果,降落讲授效力。所以在实际中应当尽可能包管进步收集带宽的同时,对图象或视频的传输可以恰当降落图象质量包管及时性。同时尽可能赐与用户挑选权在图象质量和速率之间做最好的衡量,在计较机数量较多并且收集负载过年夜的时候这个问题特别较着。
四. 体系利用阐发
“以西席为中间,西席操纵讲授、板书和各种媒体作为讲授法的手段和体例向门生传授知识,门生则主动地接管西席传授的知识” 这类传统的讲授形式已不克不及适应生物讲授的生长,生物讲授的特性更加请求“以门生为中间”的基于建构主义的讲授环境。建构主义以为:知识不是经由过程西席传授获得,而是学习者在必然的情境,即社会性背景下,借助其他人(包含西席和学习火伴)的帮忙,操纵需求的学习质料,经由过程意义建构的体例而获得。多媒体计较机和收集通信技术的生长,为建构主义学习环境供应了抱负认知东西,更有效地促进门生的认知生长。
在以后的讲授实际当中,中门生物讲授仍然不克不及完整摆脱传统传授体例的束厄局促,固然也有很多的多媒体课件愈来愈多的在生物讲授中采取,但是这些课件情势仍摆脱不了以西席为中间,以教为主的传统讲授形式,门生在此中的学习主动性其实不克不及获得很好的表现。
本体系在收罗很多中学师生定见的根本上,针对生物尝试讲授存在的问题,按照建构主义的讲授思惟设想开辟。停止发稿时该体系已进入后期测试阶段,已有很多中门生物讲授的教员和同窗共同对这套体系进行测试和改进。希望更多先进的多媒体和收集技术利用于中门生物讲授,以进步全部中门生物讲授的质量。
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标签(Tag):多媒体尝试课堂
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