中小学校园网方案简析

近一年来，我国的一些中小学先走一步，采用了光纤技术、结构化布线技术、千兆以太网技术、Internet技术、MPEG技术和IC卡技术等建设新一代校园网。这些技术使校园网完全可以解决带宽争用和品质保障的问题。但是，真正可用的备课系统是很缺乏的，加上过分复杂的个人电脑，使计算机辅助教学的设想和实际实现的效果相距甚远。一般的校园网建设过分专著于网络和硬件，软件方案华而不实而且急功近利，无助于问题的实际解决。

笔者从事IT行业近10年，现正从事一些投资数百万，乃至数千万资金规模的校园网建设，这里将其中一些经验与教训介绍如下。

网络核心应用

计算机辅助教育 (ComputerbasedEdUCation，CBE)是随着社会的信息化而产生的。从软件的角度看，CBE一般分为两个方面，一个是CAI (ComputerAssistedInstruction计算机辅助教学)，另一个是CMI(ComputerManagedInstruction计算机治理教学)。对于CMI而言，多年以前就有了校长办公系统等，最近1～2年以来，上海等地大规模采用微软公司的技术，二次开发了“蓝波校务治理系统”、“易方上海易方中小学校园分布式应用解决方案——校源服务系统”等系统，包括校务治理、信息通信、一卡通等，这些系统已投入实际应用，如校源服务系统的用户有上海市位育高级中学、上海市延吉中学、浙江省萧山中学等。但是，从CAI的角度而言，目前还没有完善的解决方案。

CAI的难点和热点

教育界一直在探索怎样将现代科学技术用于传统的讲台，其中包括电视、录音机、录像机、液晶投影仪、实物投影仪、电脑，直至全副武装的综合电教室。经历了多年的风风雨雨之后，大家普遍意识到，上课并非像看电视那么简单，任何机器都是辅助手段。在一些公开演示课中，人们体会到了计算机辅助教学的精采，但未来的计算机辅助教学不仅限于演示和公开课，它应该用于每一堂课。CAI目前滞留在演示课阶段，难以普及，究其原因主要有以下几点。

备课系统停留于演示版

为了制作好1个小时的计算机教案，教师往往要专心学习几个月的计算机知识，再用几天时间进行软件编制，这种现象迫切需要备课系统生成过程“傻瓜化”。

要做到真正实现可以投入实际使用的备课和上课系统，CAI系统设计的出发点就是不必要求每个教师都是计算机专家，每次备课都要从最基础的素材开始制作课件，系统自身必须有现成的素材库和示范性的标准教案。我们认为，今后大量的教案来源于广大的有实践经验的老师，素材库可以使大多数教师从烦琐的重复劳动中解脱出来，当素材库丰富到一定的程度，CAI才有可能实现真正的“傻瓜化备课系统”。

因此，海量多媒体素材库的存储、检索、治理、共享等成为CAI的一个极大问题，这迫切要求系统采用多媒体数据库技术。目前，备课系统一般采用的是文件驱动的办法，也就是将多媒体素材以文件形式存储在硬盘上，采用关系型数据库治理标题，这样做就不可能支持大容量的素材库。没有海量素材库的备课系统永远只能是演示版。多媒体数据库正是当今CAI的难点和热点问题。

用户界面不友好

现代计算机的图形界面已经空前友好，但是，其文件夹、文件查找等一大堆专用概念仍使非计算机专业人员望而生畏。浩如烟海的素材和应用程序文件存在于局域网中，教师不仅要理解文件、目录，还要理解登录、域认证等专业的计算机操作，“傻瓜备课”从何谈起?

PC复杂和不安全

学校在原有计算机教室基础上建设校园网，主要意义在于从教计算机、学计算机到利用计算机进行教学与学习。因此，计算机作为一种教学工具，人们希望越简单越好，正如手机，人们需要的功能是通信，人们不需要了解手机的复杂性和先进性，只需拨号即可。另外，计算机易被病毒破坏、被人为地删除软件、性能不稳定等，这些使计算机应用效果大打折扣，同时也令计算机的总拥有成本(TCO)居高不下。

多媒体数据库

多媒体数据库是当前多媒体应用的热点和难点，也是计算机辅导教学难以逃避的要害点。从数据模型的角度来说，面向对象的数据库(ODBMS)较适合多媒体应用的要求。它具有一些独特的优点，如支持“聚合”与“概括”，从而能够更好地处理多媒体数据复杂的对象结构语义；支持抽象数据类型和用户定义的方法，便于数据库系统定义新的数据类型和操作；数据抽象、功能抽象与消息传送的特点，使对象在系统中是独立的、具有良好的封闭性，很轻易实现并行处理，也便于系统模式的扩充和修改；实体独立于值存在，避免了在关系数据库中引入多媒体数据所导致的各种异常。

在多媒体数据库中，Jasmine是目前唯一具有完全集成的多媒体开发环境，并且与现有应用和数据相集成的、具有开放能力的企业级纯对象数据库。Jasmine具有下列特点：

Jasmine是一种强大的对象数据库。它支持类、封装、分类、继续、唯一对象识别、方法(包括实例级、类级和集合级)、多态性和聚合。

它是一种企业级的体系机构，包括对SMP的支持、备份和存储、安全性和事务治理。

内置多媒体功能和对Internet的支持。它不仅可以建立和包装下一代的多媒体商业应用，还可将其用在任何地方：Internet、Intranet(企业内部网)、Extranet(企业外部网)和客户/服务器体系，并且在所有情况下都无需重新编译。

具有最简单的集成开发环境，可使用户方便地进行拖放操作，并使用自己喜欢的工具。它支持本地化的java、ActiveX控制、内置的VB集成和C＋＋。

NC解决方案

以Sun为代表的公司提出了“网络就是计算机”的口号，设计出NC（网络计算机）的计算机新方式。现在，应用NC的技术条件已经成熟，我们在进行广泛深入研究和实践的基础上，提出了NC解决方案，即：基于计算机网络，客户机在网上启动，运行32位操作系统，界面可按不同要求定制。这是一种具有强大功能的胖服务器/瘦客户机的计算机系统，客户机像电视机一样简单、稳定、实用。

多媒体教学系统很多，如基于PC的软件多媒体教学网苦丁香、LanStar，基于硬件的产品Hiclass、TP2000、大助教。相比之下，它们各有特点，但人们不愿意放弃硬件产品，因为软件产品在图像和声音上延迟太大；另一方面，PC不稳定，可治理性差。但是，在宽带局域网中，ip语音已基本感觉不到延时，动态图像的点播也是成熟的技术。因此，我们认为，纯软件版多媒体教学网由计算机网络实现，更有着其独特的优点，理由如下：

当代信息技术的大趋势就是三网合一，将图像、声音和数据融合到一个网中实现，在技术上已基本成熟；

纯软件版的多媒体产品由NC实现，引入权限制机制，在广播分组教学、远程讨论控制、虚拟教室等方面可以实现其他方法不能实现的一些功能；

维护和升级十分方便，可以通过网络直接进行。

国外应用示例

1996年夏季，在美国Geneva大学开始了一项研究，以下是该计划最终端实现的目标：任何一台计算机都可以运行linux、DOS、Windows3.1或 Windows95/98，NT，每次启动时可以选择所需要的操作系统；所有的软件，包含操作系统，可以放在服务器上，便于安装与更新；客户端计算机可以在不对服务器做写入操作的状态下正常工作(为了安全性)，HOME目录除外；尽可能减少客户端的设置，客户端可以自动由服务器取得IP设置，有关信息放在一个小文件中，可供各种操作系统使用；大部分计算机都拥有硬盘，客户端可以靠这种优点来降低网络负载与存放用户的缓存文件；所有的用户都必须注册才能使用计算机；学生所使用的计算机在每次启动时必须清理一次；每台计算机都可以防止病毒感染。

人们选用EDVGmbH的TCP/IPBootPROM来启动机器，因为这种BootPROM与操作系统无关。另外，启动硬盘的映像文件可由其他程序来取代，这个功能使人们能在操作系统启动前进行许多初始设置。客户端个人计算机的启动过程如下：

客户端个人计算机启动后，在TCP/IPBootPROM获得控制权之前先做自我测试；

BootPROM送出BOOTP/DHCP请求，取得动态IP地址；

假如服务器收到个人计算机所送出的要求，就会送回BOOTP/DHCP响应，内容包括客户端的IP地址、默认的通信网关及引导映像文件；

BootPROM由TFTP通信协议从服务器下载引导映像文件；

个人计算机通过这个引导映像文件启动，该引导文件只是单纯的引导程序(并不包括操作系统)；

假如这台计算机是学生使用，启动程序首先由TFTP通信协议下载一个小的文本文件，其内容是叙述这台计算机的硬盘状态的，通过这个小文件，硬盘的分区将重新规划；

引导程序让用户选择所需的操作系统；

依照用户的选择，新的引导映像文件将从服务器通过TFTP协议下载。

客户端计算机硬盘只作为网络缓存，用户数据保存在服务器的目录上，这彻底解决了安全性、可治理性的问题。