远程交互系统（通用11篇）
远程交互系统 篇1
在科学技术发展过程中, 资源信息的共享对科学研究水平的提高具有重要的意义。目前, 在一些企业、高等院校和科研机构中, 由于管理体制与设备使用机制的局限性, 大型实验仪器的使用率极为有限, 造成了大量的资源浪费现象。如果针对大型实验仪器使用远程控制实验, 一方面用户可以在任何时间, 任何地点通过网络进行实验, 有利于用户合理地安排自己的学习、工作计划, 而不再受时间和地点的约束;另一方面则可以提高实验室资源的利用率。因此, 构建大型实验仪器共享平台是符合科学技术发展要求的。
1远程实验系统总体方案设计
1.1 系统的功能及需求分析
对大型实验共享平台而言, 由于构建的是一种新型的实验仪器资源共享平台, 希望能从各种不同设备中获取其各自的实验数据或结果, 以平台通用的格式来传输和存储数据, 便于进入平台的各个用户共享这些实验数据或结果。
通常实验仪器由于功能的不同、生产厂商的不同, 使得获取数据的方式、数据的存储格式等均不相同, 各种实验仪器基本上采用的都是自己专用的数据采集装置, 不能满足大型实验共享平台的要求。因此, 在构建大型实验仪器共享平台中, 如何完成平台中各种不同设备数据信息的采集及处理是实现远程数据交流与共享的关键。
1.2 系统总体结构
根据需求分析, 远程实验系统结构如图1所示。
在实验室本地, 利用FPGA体积小, 速度快, 内部延时小, 可自由编程, 灵活性高等优点[1,2], 以FPGA为核心辅以A/D转换器等设备, 设计出可提供多种接口的数据采集箱。数据采集箱接口多样化, 便于同各种不同型号的实验仪器相联, 并且数据采集箱可以转发简单的控制指令 (如:启动、停止) 。数据采集箱采集到的数据, 在FPGA中完成数据格式化过程 (将数据按照约定编码成统一的格式) 后, 暂存到缓存中, 然后经传输线路将格式化的数据发送到服务器端存储到数据库中永久保存。数据库中数据主要按时间段存储, 时间段的划分由实验用户设置决定, 可以用一次完整实验过程来划分时间段, 也可以用同一个实验分割成几个时间片段来存储数据, 这样有利于日后数据比较分析。
在异地, 用户可以使用PC机通过互联网登录到服务器, 发出控制指令或将数据库中的实验数据下载到客户端。用户即可以用表格的形式显示数据, 也可以将数据导入到Matlab中, 利用Matlab强大的绘图和分析功能, 对实验数据进行更为高效的分析。
2基于FPGA的数据采集箱设计
数据采集箱主要完成对实验数据进行采集和初步处理的功能。数据采集箱可采集的数据种类包括温度、电压、电流、转速等。为了达到“万能”数据采集效果, 数据采集箱还提供了多种接口, 不仅提供了高效、方便的USB接口, 也提供了工业通用的RS 232接口、IDE接口。数据采集箱有温度传感器、电流传感器、旋转编码器、霍尔传感器、A/D等外部器件, 如果由普通的单片机实现, 需要很多的扩展芯片, 而且单片机的时序性强, 它很难同时实现这些功能, 或者以降低系统精度作为代价。所以, 在数据采集箱中采用FPGA 芯片来并发处理系统的各位部分信号, 这样不仅可减少PCB板的面积, 增加抗干扰能力, 同时也减少了成本。数据采集箱结构如图2所示。
数据采集箱的核心:XC2VP30[3]是工业级Virtex-II Pro FPGA器件之一, 逻辑单元Slice有13 696个, RAM为2 448 Kb, 136个18×1乘法器以及8个数字时钟管理模块和644个用户I/O端口, 以及2个工作在350+MH4, 基于FPGA开发平台的BLDCM模糊PI控制器IBM PowerPC 405 RISC 处理器和8个3.125 Gb/s RocketIO收发器, 能提供多达120 Gb/s全双工数据传输。Xilinx的FPGA是基于SRAM工艺, 因此它们是易失的[4], 数据采集箱采用3块FLASH XCF04S ISP PROM来存储FPGA的配置文件。
电流采集利用ADS807完成。ADS807是带采样/保持的高速12位A/D转换器, 采用流水线技术并行处理模拟量。数据采集箱中通过电流传感器采集到电流值, 然后通过ADS807将其转换为12位数字信号传送给FPGA。为了降低噪声的影响, 采用了平均滤波方法对A/D输出进行滤波。基于大型实验平台的特殊性, 本设计采用两个独立工作的转换器构成两通道的模式。
为了得到高精度的速度信号, FPGA对E6B2-CWZ6C增量式旋转编码器的A相脉冲信号进行采集, 被测对象每旋转一周, A相将发出1 000个脉冲信号。
由于各种设备、接口的传输数率不相同, 在FPGA内部为每一种设备或接口开辟独立的缓冲区[5,6]。FPGA对读入的数据, 先编码, 依据读入设备, 添加设备编号和接收时间;然后将读取数据放入缓冲区;当缓冲区满, 接收到清空缓冲区或者发送指令后, 缓冲区数据经网卡发送到服务器端。
3基于J2EE的软件设计
J2EE作为业界开发企业级电子商务的标准技术, 其组件不仅继承了Java 2平台的优点, 如平台无关性、安全性等, 还增加了一系列的企业应用程序编程接口, 如Java消息服务 (Java Messaging Service, JMS) 、企业Java组件 (Enterprise Java Bean, EJB) 、Java命名和目录服务 (Java Naming and Directory Interface, JNDI) 、公共对象请求代理体系结构 (Common Object Request BrokerArchitecture, CORBA) 、远程方法调用 (Remote Method Invocation, RMI) 、Java事务服务 (Java Transaction Service, JTS) 、Java数据库连接 (Java DataBase Connectivity, JDBC) 等[7,8,9]。
本系统服务器端应用基于Struts和Hibernate的MVC (Model View Controller) 设计模式。该设计模式把数据库封装起来, 对业务层提供统一API访问, 节省开发人员的工作量, 它可使整个管理系统的结构层次清晰, 并实现了层之间的解耦, 使开发过程中层与层之间的工作几乎是完全独立的, 极大的提高了系统的开发效率[10], 同时也提供了系统的可重用性和灵活性, 为日后的扩展和维护留有很大的余地。
在服务器端, 主要设计了用户管理模块, 实验数据管理模块, 通信模块。用户管理模块的主要功能是实现用户权限分级, 防止恶意访问。实验数据管理模块主要对接收到的实验数据进行分类、分时间入库, 并建立相应的数据日志和备份。通信模块一方面负责与采集箱通信, 另一方面负责与远程客户端交流, 完成按用户指令采集实验数据、将实验数据提交给用户等工作。
远程实验系统的数据查看页面示意图如图3所示。当用户通过互联网远程登录后, 根据用户权限, 可以自由选择查看特定时间段时内的某个端口数据, 还可以删除冗余的数据。
通常, 数据库中存储的实验数据比较庞大, 单纯的表格有时难以形象地反映实验效果。Matlab是常用的仿真软件, 广泛应用到各种科研领域, 具有强大的绘制曲线功能, 利用这一功能, 本文编写.m文件, 将服务器端的实验数据下载到本地, 然后利用Matlab绘制出图形, 进一步帮助用户对实验结果进行分析。图4是经转换后, 由Matlab绘制出的电机转速波形样图。
4结语
在此对建设远程实验系统的意义进行了探讨, 并设计了远程实验系统结构:以FPGA为核心设备的数据采集箱, 利用J2EE平台以B/S模式对实验数据进行远程读取。今后将在远程实验系统设计方案中设备可靠性进行进一步研究。例如:多用户并发控制实验设备时, 指令发出的先后顺序控制;用户发出错误指令可能导致设备工作异常的处理措施等方面, 还待进一步研究。
摘要：为了提高大型实验设备的利用率, 在此提出利用Matlab、数据库、FPGA和服务器等软硬件设施, 实现远程实验系统数据采集的方案。该方案中设计了基于FPGA的数据采集箱, 利用数据采集箱将大型实验设备和基于J2EE平台的服务器相连接。服务器将采集到的实验数据存储到数据库软件中, 当用户需要时, 可通过网络访问服务器获取数据。在客户机端, 用户还可以采用Matlab还原实验数据, 画出实验数据曲线。
关键词：远程数据采集,FPGA,J2EE,Matlab
远程交互系统 篇2
卜彩丽 王丽梅
摘 要：在信息技术与课程整合的过程中，新一代的信息技术媒体对教学产生了很大的影响,尤其是在2012年中国电化教育开展交互白板专题之后，交互白板更是在中小学教学掀起了狂热的浪潮中。于此同时，远程教学在计算机网络技术的基础上也得到了空前的发展，越来越多的名校为了加强沟通交流，越来越多的在线公开课程进入到我们的日常学习中。本文分析了交互白板的技术特性，并努力将白板的交互特性运用到远程教学活动设计中，提高远程学习的效率。
关键词：交互式电子白板；技术特性；远程教学；教学策略
0 引言（1河南师范大学 外语部，河南 新乡453007；2河南师范大学 教育技术系，河南 新乡435007）
自2004年丁兴富老师将交互式电子白板映入到中小学教育中，并开展了一系列的课程改革实践活动，交互白板在中小学教育中引起了极大的反响。在中国知网上通过全文搜索对“交互白板”进行搜索，可以看到文献数量从04年的不足百余篇，经过几年的发展到09年的219片文章，到11年达到438篇，直线式的增长让我们看到了交互白板的飞速应用。2012年中国电化教育对交互白板进行了专题研究，这一年关于交互白板的文献数量已经超过六百篇，这一变化注定引起我们所有对白板关注的人的注意。
我们也看到随着网络等新一代信息技术的发展，传统的面授课堂已经不能满足人们学习的需要，远程教育使得任何人可以在任何时间任何地点进行学习，吸引了越来越多的在线学习者。远程学习的重要部分就是要实现交互，而这正是交互白板的最为重要的特点。因此本文细致研究了交互白板并将其扩展到远程教学中，最终提出了交互白板在远程教学总的推进策略，以扩大白板在远程教育教学中的应用。交互式电子白板
交互式电子白板也称电子交互白板（电子交互式白板），交互电子白板，简称为交互白板。交互白板（Interactive Whiteboard），是电子感应白板（硬件）与白板操作系统（软件）的集成)。它融合了计算机技术、微电子技术与电子通信技术，成为计算机的一种输入输出设备，成为人（用户）与计算机进行交互的智能平台。简言之，交互白板是一个具有正常黑板尺寸、在计算机软硬件支持下工作的，既具有普通白板和联网多媒体计算机功能，又可以实现普通白板功能与计算机功能以及软硬件功能与教育资源、人机与人际多重交互的电子感应屏板。【1】
基于白板硬件技术的不同，交互白板可以分为两大类：电磁感应类硬板和压触通导类软板。电磁感应类硬板的工作原理是利用电磁感应为感应笔作定位。所以，硬板类交互白板都必须应用某种类型的感应笔在白板上进行书画和操作。压触通导类软板的工作原理是利用指尖或笔尖的压触使软板表面的两层材料在该点发生短路而通导，从而为指尖或笔尖作定位。所以，软板类交互白板可以使用指尖或书写笔书画或操作。尽管工作原理不同，但两类交互白板实现的书画、操作和交互功能是接近的。但是，在硬板和软板上进行书画和操作的手感会有些差异。依据人体工程学原理，不同的个体可能对某类交互白板更容易适应和习惯。【2】
交互式电子白板实现了白板与计算机之间的双向通信与操作。交互白板实现了白板与计算机之间的双向交互通信与操作。交互白板既是电子白板同时又是计算机屏幕。在交互白板上的书画内容及其加工处理结果均被存储在计算机中，同时，在交互白板上可以实现对计算机的各种操作，所有对计算机屏幕内容的操作和加工处理的结果都会即时存储在计算机中和呈现在电子白板上。【3】在我国开展的交互白板课堂教学实验研究揭示了交互白板教学应用的十项共识：技术集成,资源整合,交互平台,协作环境,亲近师生,传统创新,常态应用,多种模式,教学设计和投资效益。【4】交互式电子白板作为新的教学媒体，不仅具有传统课堂教学媒体的功能，如书写，绘画，擦除，简单的特效如拉幕、探照灯、拍照等以及使用最广泛的演示功能；更具有其特有的教学功能，如排版、编辑、选择、比较、检索、聚焦、转化、角色扮演、注解、重复、示范、分享等，使师生沟通更方便接近自然、教学过程能实时记录分析，教学内容信息处理更多样化【5】。基于交互白板的这些优点，丁兴富老师相信交互白板必将成为“中小学课堂教学信息化、信息技术与学科课程教学整合的有效且可行的主流技术”，“成为中小学未来教室设计施工的标准常规”，极大地推到学校教学信息化的进程。交互式电子白板在远程教学中的应用
交互白板运用在远程教育中，主要是通过将计算机网络技术、交互式电子白板软硬件系统以及交互白板系统内置的网络电话（VOIP）技术等结合在一起，将位于不同地点的授课、听课教室连接起来，营造“面对面”的教师授课情景与课堂氛围，使异地师生如同置身于同一课堂，并通过图形、文字、音视频等多种方式进行实时交互。授课过程中，任意一方教师讲授和操作的所有内容将在双方或多方的计算机及白板上实时显示出来，双方可以共享彼此电脑桌面或接管并控制某一方计算机上的应用程序，包括演示文档、电子表格或进行网站浏览，并能在彼此的文档中进行书写、编辑、修改数据和答案，利用摄像头和VOIP 通信功能与对方面对面进行沟通交流，这使参与者能看清楚教学的每一细节，甚至几何图形中的线条粗细，进一步提高了教学的直观性和准确性，使异地教师、学生之间的实时交流与协作变得更加方便。【6】
著名的媒体技术专家克拉克曾说：“是教学设计而不是用来传递教学的媒体，决定了学习者的学习”【7】。在远程教育中教学设计更为重要。教学过程是个多要素相互作用动态多变的过程，信息技术环境下，教学过程更是呈现出了多样的变化和不确定性【8】。远程教学的主要吸引力在于交互方式。互动既是我们实现教学目标的手段，也是白板技术融入课堂的设计目标。【9】Moss等人的研究报告中将与交互式电子白板相关的交互划分为下列三种类型： 技术性交互——关注点在与交互式电子白板的技术功能进行交互；物理性交互——关注点在让学生走到交互式电子白板前面，操作上面的元素；概念性交互——关注点在与课程的概念和观点进行交互、探索和建构。【10】 本文主要是通过从概念性交互的角度出发，探索交互白板在远程教学中的教学策略。
笔者认为交互白板运用到远程教学中主要通过以下三个方面促进有效学习：教学设计，在线交互活动和教学评价。
（一）详尽的教学设计
远程教学的教学设计，可以从两个方面进行考虑：学习者为中心，和资源为中心。以学习者为中心的教学设计，可以通过设计教学软件或教学游戏，实现人机交互，人—机—人的交互。比如在实验课上让学生通过白板演示直接参与到实验环节中，观察实验现象。也可以让学生在作文课上对预先设定的话题进行讨论，在白板上进行注释，对比，深入对话题的认识。在英语课堂教学中可以设计一些英语小游戏，增强学生的沉浸感，比如学习家庭成员，我们可以设计一个家庭聚会，让学生通过人物的衣着，外貌等来识别亲戚朋友。以资源为中心的教学设计主要使用于社会科学类教学，比如历史，地理等的学习，可以借助于交互白板庞大的资源库系统，将搜集的资料进行整合，同时让学生自主学习，并分享学习成果。进行怎样的教学设计，不仅仅取决于我们可以使用的媒体特性，师生对媒体的利用程度，更重要的是要与我们的教学目标，学科性质结合起来。不同的学科在进行教学设计时是不同的，数学学科注重学生的逻辑思维，对规则的整理描述，语言学科强调对情感的把握理解，生物化学学科更关注教学实践，要求学生在实验中学习知识。因此在课程设计与开发的过程中，要参考学科性质设计学习内容。
（二）丰富的在线交互活动
远程教学的学习者由于缺少与教师和同伴的面对面交流，他们学习的持久性靠学习活动来维持的。丰富的在线交互活动不仅可以帮助学习者进行沟通，更可以对学习者的学习成果进行反馈。活动理论的理念就是教学皆可活动化。设计能够促进教与学相互作用的学习活动是远程教学课程开发的重点和难点。当交互白板作为远程教学的媒体时，我们要充分利用白板的交互性来设计在线教学活动。从设计的角度来看，在线活动主要包括学习任务，学习过程，监管规则、学习支持、评价规则和学习资源等六个方面构成要素【11】。在线学习活动设计的宗旨是以学习任务为中心整合各方面的学习资源，在支持服务的帮助下开展在线活动，同时监管规则可以保证学习者的活动不会偏离学习主题，而评价规则更能够使学习者的在线活动得到激励和促进。
交互白板工具与学习活动设计中的结合如下图1所示：
图1
（三）多样的教学评价方式
伴随着教学应用模式的日趋丰富和成熟，如何科学准确地评价交互式电子白板课堂教学应用的有效性将会成为未来交互式电子白板教学研究的热点和核心【12】。笔者认为可以从教学资源和交互活动两个角度入手。教学资源因呈现出这样的特点：（1）资源的目标针对性，由于交互白板与网络相结合的教学带给我们丰富的信息，因此，信息的针对性，准确程度以及开放程度都会影响我们的教学质量；（2）媒体的可利用性，基于交互白板的教学必须考虑到师生对媒体的控制利用水平，保证教学的可操作性；（3）教学设计应尽可能使学习发生在真实的情境中。交互活动应具有下面的特点：（1）活动的主题性以及开放性，主题性使活动有意义，开放性可以引发学生学习兴趣，促进学生自主学习（2）活动的层次性与多样性，保证学习活动的个性化，更能满足不同程度学生的需要（3）交互活动要具有一定的创新性，网络时代的 “富媒体”学习促使我们学习活动必须具有创新性，才能得以发展。3 交互电子白板的教学推进策略
尽管交互白板在中小学产生了一定的影响，但只是在大中城市以及沿海经济技术发达的地方，在内地以及农村中小学中并没有广泛应用。自2004年交互白板引进中小学至今，并没有从真正意义上改变教学的思维模式，中小学的老师更多的只是把白板当成了触摸屏，放映机。为了使交互白板深入我们的教学，应该做以下改进：
（一）加强基础教育教学改革，提升教师团队专业化能力，培养学生综合素质。对中小学教师进行教育技术技能培训，改变教师的媒体观念，提高教师专业化能力，勇于尝试新媒体工具，并运用教学实践。只有当教师理解掌握交互白板，将其作为教学新平台，新型教育手段时，才能带来教育信息化的深度蜕变。作为新世纪的学生，必须具备综合发展知识技能，树立情感态度与价值感，学习搜集信息，并整合利用信息。信息技术课程不能因为高考制度放松，更应该从基础抓起，培养学生的信息素养和技术能力。
（二）进一步改进交互白板，降低其生产成本，扩大使用规模。寻找新型的电子资源，替代高成本原料，使交互白板价格能够被大多数人所接受，能够是农村中小学也享受到优质教育资源，实现资源共享以及教育平等。
（三）探索新型的教学模式与交互模式，结合学科教学特点，充分发挥交互白板的技术特性，提高远程教学质量。媒体不是决定课堂质量的关键因素，更重要的是教学设计与教学策略。只有优秀的教学设计，才能使教学效果最佳。在远程教学中，教学模式与学习活动更加注重交互性。在设计教学的过程时，要努力让两个或多个区域的学习实现大同步，小异步。在线活动的设计要考虑到不同地区，环境，文化背景对学生的影响。
（四）开发多样化教学软件及平台，满足远程教学需要，并努力使交互白板与现有媒体结合，实现资源利用最大化。增强交互白板的技术特性，扩大白板的功能，建立其与现有媒体如投影机、数字电视，平板电脑的联系，进一步辅助教学。基于网络的力量，引进新型的网络传播模式，发挥远程教学特性，使更多的人享受到优质的教育资源，同时要注意加强对网络教学的管理，避免滥竽充数。4 结束语
根据现有研究成果以及相关资料显示，交互式电子白板的使用带来了教学模式的创新，整体研究趋势是从描述性的探索性研究逐渐向教学交互的概念化与理论化探讨转变【13】。但是，在教学策略，教学模式以及教学评价方面没有形成系统化的理论，在实践方面，大部分教师对交互白板的使用仍然只停留在简单的工具层面，对白板的交互性使用不够深入，交互白板应用于远程教育仍然只是处在起点阶段。通过对交互白板教学模式的创新，交互学习评价方式改革来促进学生的有效学习，充分发挥交互白板的交互特性，设计满足学生需求的在线交互活动，将其在办公室中的运用与教育结合起来。
同时，近几年在国内的网易，新浪等公开课程，以及在国外兴起的MOOC等，也极大的促进了远程教学。建立完善的网络教学平台，加强教育传播，规范教学管理，充分发挥网络教学的潜力，也将成为我们关注的热点和重点。我们相信交互白板不仅可以在面授课堂上发挥其强大的作用，更可以在远程教育中发挥其交互特性，拥有自己的一席之地。
参考文献： 【1】【2】丁兴富.交互白板及其在我国中小学课堂教学中的应用研究.中国电化教育,2005,3 【3】【4】丁兴富，蒋国珍.白板终将替代黑板成为课堂教学的主流技术_革新课堂教与学的新生代技术_2.电化教育研究,2005,5 【5】李振英,李志涛.英国中小学交互电子白板的应用及个案分析[J].中国电化教育，2005,3 【6】马晓辉.基于交互白板的远程协同教学策略研究.软件导刊·教育技术，2010，12 【7】Walter Dick&LouCareyJamesO.Carey.教学系统设计,北京(高等教育出版社,2004.166 【8】李新宇.课堂教学中交互白板的应用层次分析.中国电化教育,2005,3 【9】【12】鲍贤清.交互式电子白板的教学策略设计探索.中国电化教育,2009.5 【10】吴筱萌.交互式电子白板课堂教学应用研究.中国电化教育,2011,3 【11】李松，张进宝，徐峥.在线学习活动设计研究.现代远程教育研究，2012.4 【13】胡卫星，王洪娟.交互式电子白板课堂教学应用研究的现状分析.中国电化教育,2012.5
卜彩丽，讲师，硕士，河南师范大学外语部，研究方向：教育技术学理论研究，信息技术与课程整合
王丽梅，本科，教育与教师发展学院，研究方向：教育技术学基本理论，非正式学习，远程教育
Title：The application of interactive whiteboard in the distance teaching strategy research
远程交互系统 篇3
[关键词] 远程教育； 交互； 交互性； 有意义交互
[中图分类号] G434 [文献标志码] A
一、远程教育中交互的含义及重要性
（一）远程教育中交互的含义
交互是教育过程中的关键组成部分，是一个具有多重属性，且在远程教育文献中讨论最多的概念之一。然而远程教育研究者对交互的含义理解差异很大。一时间，交互承载了太多的含义，乃至成了一个几乎没有什么意义的描述性概念。在教育技术领域，这种情况尤为明显。
McMillan & Hwang对交互文献进行分析后发现，对交互的定义总体上存在过程、特征、感知和综合方法等四大取向。持过程观的学者强调活动，认为相互交换和响应是交互的核心；持特征观的学者试图辨别能用以定义诸如搜索引擎、聊天室等交互式网站的共性或者特性（如用户控制和双向交流）；持感知观的研究者认为交互不能通过对过程的分析或者通过对特征统计的方式加以测量，而是需要分析使用者对交互的感知或者体验。[1]从McMillan & Hwang的文献可以看出，对交互的一般性讨论难以区分当代教育实践中的两类交互，即作为学习活动属性的交互和作为媒体属性的传输系统的交互。而远程教育是为数不多的一直把技术作为教学组织中心任务的领域之一，[2]实践者热衷于使用各种创新的教学技术，并希望借助技术的交互优势为师生提供更多的交互机会，他们经常交替使用交互（Interaction）与交互性（Interactivity）这两个概念。
在目前的远程教育实践中，很多从业者主要关注的是新技术的交互性能，而不是教与学的动态过程，认为教学系统所能提供的交互能力和教学交互之间具有因果关系，以为有了交互性能更好的技术，师生之间、学习者之间、学习者与学习内容之间自然就会有更多的交互。但正如Yacci所指出的那样，交互在本质上是一个信息循环，它只能当始于学生、又回到学生的信息循环实现后才真正发生。[3]一门网络课程可能本身在技术上有很高的交互性，但如果学生在活动中没有获得某种形式的反馈，他们不会认为课程的教学存在交互。[4]
传统上，研究者对于交互的研究主要集中在师生基于课程的对话，然而随着网络通讯技术和多媒体技术的发展，交互的概念扩展到了包括基于媒介的远程同步讨论、异步形式的模拟对话（如霍姆伯格的有指导的教学会谈）和基于计算机会议系统等的异步对话。
需要强调的是，作者虽然对交互和交互性进行了区分。但这两个概念实际上是一个硬币的两面，为了实现学习目标，两者都是必需的。在远程课程中，这两个概念之间也存在关联，交互性高的技术能更好地支持个体之间、个体和群体以及个体和系统之间的高度交互。[5]
（二）远程教育中交互的重要性
交互是深度学习和有意义学习的标杆，其在面对面教学和在线学习环境中的关键作用为众多学习理论和研究所证实。有学者认为教育的基本形式就是存在于教师、学生和学科内容之间的交互。[6]如一些研究者所言，教育在本质上是一个对话过程，如果其间缺乏对话机会，教学就成了简单地把内容作为教条式的真理进行传授的过程，但却缺少应有的知识获取—批判性评价—知识验证这样的循环。[7]
目前有很多文献都关注交互在CSCL、网络教学中的作用，其中很重要的一点就在于它们克服了传统远程教育中缺乏人际交互这一重大缺陷。[8]现有的交互式媒体允许学习者与学习者、学习者与教师、学习者与内容之间进行交互，如e-Mail、BBS等异步工具和计算机会议系统等同步工具允许学习者进行超越时空限制的交互。研究已经确认，学生之间的交互是学习和认知发展过程中的关键组成部分。建构主义把学习视为意义协商和观点分享的交互式知识建构过程。在线学习的一大好处就在于它支持这样的交互式群体过程。在线学习过程中，师生之间一般都身处异地，并借助各种可以超越时空限制的讨论工具进行交互。
二、远程教育中的有意义交互
虽然研究者在前面对交互的含义进行了较为详细的介绍，然而需要指出的是，并非网络学习环境中的每个交互都能对促进学习产生积极影响，闲聊、冲浪或者漫无目的地浏览网页不太可能导致有意义学习的发生。因此，对有教育意义的交互和一般交互进行区分十分必要，以防止交互的内涵过大而导致研究的泛化，因而对交互的研究应该强调它对学习的影响，交互的分析必须建立在有意义这一基础之上。
国内学者陈丽针对交互概念的泛化提出了“教学交互”一词，并将它定义为在学习过程中，以学习者对学习内容产生正确意义建构为目的，学习者与学习环境之间的相互交流与相互作用。[9]Woo & Reeves也认为泛泛地谈论交互没有意义，交互应该具有教育意义，在此基础上他们提出了有意义交互的概念，并将它定义为能够激发学习者的求知欲，促使他们投入到富有成效的教学活动中，并直接影响他们学习的交互活动。[10]不过从以上两项研究中也可以看出，他们对交互的定义仍然局限于能够直接促进学习者认知发展的交互活动。实际上，很多在线教师只关心学生的学习。参与协作的学生也往往只关心如何完成任务，没有认识到积极地参与和交互会改变他们的态度和解决问题的技能。
在线教学的实践表明，网络课程要想取得成功，首先需要参与者之间通过社会交互建立起信任关系，并在此基础上发展出社区感和归属感，以便在一个安全的氛围中开诚布公地进行讨论，进而推动社区的繁荣和发展。可见，有意义的交互不仅包括教学性质的交互，还应该包括那些能够提升群体凝聚力、推动社区建设和发展的社会性交互，如破冰活动和成员之间的相互介绍等。虽然这些活动不能直接促进，但是它们会对学习者的情绪和动机产生很大影响，进而促进或妨碍他们在线学习活动的进一步参与或对其他网络课程的选择。因此本文认为有意义交互有助于建立学习者之间的信任、加深相互间的情感联系、提升群体凝聚力和认同感、促进社区发展，以及能够激发学习者的求知欲，促使他们投入到富有成效的教学活动中，并直接影响他们学习的交互活动统称为有意义交互。以下对交互的分析都是建立在其是有意义的基础之上。
三、常见的有意义交互的分类
在远程教育文献中，学习者—内容、学习者—学习者、学习者—教师、学习者—界面、教师—内容、教师—教师等六类交互频繁被提及。其中，前三类交互在传统课堂和网络教学中都能发现，学习者—界面交互在传统面授教学中可能并不存在，但在网络课程中，它会对课程内容产生巨大影响，因此教师在设计网络课程时，需要考虑技术对学习的影响。
（一）学习者—内容交互
学习者—内容交互发生在学习者和学习内容/学习对象之间，并在学习者学习课程内容和参与课堂活动时发生。部分学习过程也包括学习者与网络课程所提供的内容进行交互的方式，[11]这类交互是学习者关于学习内容的内部对话，也包括学习者内部的认知和反思。
学习者—内容交互常和学习者—界面或学习者—学习者交互等交织在一起。影响学习者对网络教学内容感知的因素包括与课程内容的持续接触时间、课程设计的清晰程度、时间、在线讨论的参与以及课程内容的传输模式、社会临场感等。
1. 课程设计的清晰程度
在线课程各个内容模块的学习材料呈现风格越接近，学习者感觉学习越容易；[12]同样，如果课程各个模块的结构设计越一致，学生感知的学习效果就越好。此外，如果课程模块越少，学生会觉得自己学得越多。可见，提高学习者—内容交互质量的一大关键要素就是提高课程设计的清晰程度。简化结构化的课程内容，使整体结构更加简单且在不同模块重复，可以提高学习者—内容交互的效果，弥补缺少面对面交流的缺点。
2. 参与时间
妨碍学习者与课程内容进行交互的一个障碍就是他们缺少参与学习课程内容的时间。有研究数据显示，妨碍成人学习者参与在线学习讨论的一大障碍就是他们缺乏可用于在线内容学习的时间，他们在上班的时候不能分配时间用于获取课程内容。
3. 传输媒体
交互媒体会影响到学习者之间的互动。Navarro和Shoemaker(2000)对151名参与传统课堂学习和49名参与网络学习的学习者进行研究显示，利用在线形式的学生在期末的考试成绩比传统面授的学生表现更好。与此相对的是，其他研究发现部分学生偏爱传统课程形式的交流。两个研究者在给本科学生教授社会工作预备课程的时候，分别使用了三种不同的方法：第一部分利用传统课程形式，第二部分只利用互联网，第三部分则结合了上述两种方法。结果显示，学生更愿意从教师那里而不是从互联网那里获得知识。
有学者对影响基于CMS的交互的因素进行分析后发现，CMS使参与者可以匿名并使用多个身份参与互动，更加平等的表达方式，一对多的交流方式，CMS所具有的可访问性、可用性、支持协作、学生发布、超文本和时间延迟等特征都有助于提升学习者—内容的交互水平。[13]
4. 课程内容交互程度
和传统的课程一样，网络课程中的学生—内容交互可以采用讨论的形式。在线讨论不仅有学习者—内容的形式，也有学习者—学习者和学习者—教师交互。在线讨论中，学生可以学习其他参与在线讨论的学习者提供的文字资料。Swan对参与73门异步课程学习的1400名学生进行了调查，以分析他们感知的学习和他们感知的交互之间的关系。[14]结果显示课程的交互程度与学习之间存在正相关。学生越是觉得参与在线讨论能够提高他们的学习，他们越是觉得自己学得更多。此外，他还发现如果学生的课程成绩越是以在线学习的参与为基础，他们对课程学习越满意，也会感觉自己学习到了更多的东西。
Dunlap等在综合他人研究的基础上，参考Bloom教学目标分类学的学习结果分类，把交互所涉及的认知过程分为识记、理解、应用、分析、评价和创造等6大维度，并在参考Garrison等人的探究社区框架所提出的认知临场感、教学临场感和社会临场感框架中用于促进学习者批判性思维发展所涉及的交互基础上，提出了用于促进学习者—内容交互的支持策略框架（如表1所示）。[15]
（二）学习者—学习者交互
学习者—学习者交互是指无论教师在场与否，学习者单独或者在群体环境下与其他学习者发生的交互。虽然学习材料是知识的基础，但是根据建构主义和联通主义的观点，具有不同文化和社会经济背景、兴趣和专长的个体也是宝贵的学习资源，这类交互在探索和发展多元观点中具有重要作用，为学习者提供了获得新观点和通过分享个人经验、发展高级思维能力，以及知识的社会协商和意义建构的机会，丰富了个体的学习经验。
Thurmond认为，在网络环境中，为了使有效学习发生，需要有参与、响应、提供情感支持以及言简意赅而切中主题的帖子等四种同伴行为。[16]在线协作学习有助于提升学习者对课程内容的理解，激发学习者的批判性思维能力，降低学习过程中的孤独感和提升学习者的社区感。[17]
针对生生交互，研究者提出了很多理论和策略，其中建立学习共同体是很多研究者所推崇的。他们认为，建立学习共同体可以让学习者产生归属感并提高学习者之间的交互。而且，许多建构主义的教学技术，如协作学习、基于问题的教学、认知学徒制等都被不同研究者整合到了他们的教学设计之中。许多有网络教学经验的教师认为，有内在学习动机的学习者在生生交互中的表现通常更好。另一个关于学习者—学习者交互的有趣发现就是，学习者对于他们同伴的评价既有定性的也有定量的标准。换句话说，排除了社交性质的交互外，他们不仅要求同伴参与到在线活动中，而且期待提供的信息与讨论的主题相关，并有助于他们的知识建构。
总体而言，生生交互有这样一些好处：学生被迫相互间进行质疑；学生可以扮演补充性的角色，提供相互的指导和支持，并可以作为脚手架帮助其他学习者完成单独学习时难以完成的学习任务；学习者可以找到与真正读者之间的直接关系，并从他们那里获得有意义的反馈；学习者可以在与同伴对话的环境中，体验和建构新的理解和意义。
（三）学习者—界面交互
计算机对学生学习的影响是很多研究者所关注的一个领域，特别是网络教育必须依靠技术来创建学习环境，需要学习者具备相应的计算机应用能力。使用的技术工具必须适合学习的内容、教师的教学风格和学生的学习风格。技术因素既可以促进也可以限制在线学习。实际上，在远程学习环境中，学习者与学习内容、教师和其他学习者的交互只有通过交互媒体才能实现。[18]
如果学生在与网络学习过程中使用的技术进行交互的时候存在困难，他们更倾向于对技术持负面态度，从而影响他们在课程中的整体学习。一个针对采用传统面授、基于网络和混合式教学的对比研究发现，学生不喜欢为了学习而与计算机进行互动。学生评论说，他们对完全使用网络方式学习的课程内容感到不舒服，加之在使用计算机的时候感觉不舒服，他们常常感到迷惑。学生抱怨道，他们宁愿听教师讲授课程内容，而不是通过与技术的交互进行学习。这意味着学生更愿意在传统教室环境中听教师讲解课程内容，而不是与计算机进行交互和阅读课程内容。
（四）学习者—教师交互
学习者—教师交互是很多学习者渴望的一类交互，它发生在学习者以及准备学习资料的专家或者某些扮演教师的专家之间。在传统面授教学环境中，教师在教学过程中所扮演的角色、师生交互与学生的学习效果之间的关系得到了广泛研究。在很多文献中，研究者都将师生交互视为最为重要的一类交互。学生认为在线学习过程中和教师的交流对他们的学习有积极作用，令他们深受鼓舞。他们希望教师在整个课程学习期间都全身心地投入在线学习，而不仅仅在课程开始的时候如此。
针对面对面交流过程中教师言语和非言语亲切行为的研究发现，教师的亲密行为会改变学生态度，激发他们的学习动机和提高学习满意度。[19]Moore等发现，教师的亲密行为和学生对教学的评价之间呈显著正相关。学生越是频繁地感知到教师的言语和非言语的亲密行为，他们对整个教学的质量和课程的价值评价就越高。更具体而言，教师的言语和非言语的亲密行为是预测学生评价师生交互、讲课和一般性沟通非常重要的指标。教师越是在学习过程中使用各种言语的和非言语的亲密行为，学习者觉得和教师之间的心理距离越近，越是对教师感到满意。学习者越是对教师感到满意，学习者就越相信自己在课程学习过程中的收获更大。
四、有意义交互的确认
如前所述，如果交互影响了学习者的意义建构和提升了学习效果，那么这样的交互就是有意义的，但这样的表述显然存在某种程度的同义反复。如何才能确定在线交互是否通过学习者之间的主体间性（Intersubjectivity）过程影响学习者的学习？实践证明，由于在线学习受任务的呈现方式、教师提供的脚手架策略、学习者的兴趣和动机等因素的制约，设置真实性的学习任务或者简单地让学习者组成协作小组未必能够保证有意义交互的实现。当在线学习环境围绕真实性学习任务展开时，意外因素的出现往往会导致一些预期学习结果难以预测。因此，为了提升有意义交互，设计和应用更好的交互活动，交互过程和结果必须从学习的角度加以理解和分析。[20]
网络教学平台所具有的自动记录并按照时间顺序保存学习过程中产生的交互脚本的功能，为研究者利用内容分析或者会话分析方法来挖掘在线交互过程中所蕴含的丰富信息提供了极大帮助。内容分析方法是一个涉及对一组数据进行对照（发现相同的地方）、比较（找到不同点）和归类的文本分析方法的通称。和内容分析方法不同，会话分析方法的分析变量不事先确定，也不固定，而是在对文本进行迭代式的阅读过程中不断演变的，因而其分析单位也是变化的。在同一个分析中，其分析单位可以涵盖句子、段落、页码甚至整个文章。[21]一些研究者还开发了相应的内容分析模型和工具来促进表征在线交互数据的分析。
[参考文献]
[1] McMillan, S., & Hwang, J.. Measures of Perceived Interactivity: An Exploration of Communication, User Control, and Time in Shaping Perceptions of Interactivity[J]. Journal of Advertising, 2002，31（3）：29～42.
[2] [英]托尼·贝茨. 技术、电子学习与远程教育[M].祝智庭主译.上海：上海高教电子音像出版社，2008.
[3] Yacci, M.. Interactivity Demystified: A Structural Definition for Distance Education and Intelligent Computer-Based Instruction[J].Educational Technology，2000，XL（4）：5～16.
[4] Muirhead, M., & Juwah, C.. Interactivity in Computer-Mediated College and University Education:A Recent Review of the Literature[J].Educational Technology&Society，2004，7（1）：11～17.
[5] Marra, R., Moore, J., & Klimczak, A.. Content Analysis of Online Discussion Forums: A Comparative Analysis of Protocols[J].Educational Technology Research and Development，2004，52（2）：23～40.
[6] [18] Hillman, D. C. A., Willis, D. J., & Gunawardena, C. N.. Learner-Interface Interaction in Distance Education: An Extension of Contemporary Models and Strategies for Practitioners[J].American Journal of Distance Education，1994，8（2）：30～42.
[7] [15] Dunlap, J. C., Donna, S., & Sands., D. I.. Designing for Deep and Meaningful Student-to-Content Interactions[J].TechTrends, 2007，51（4）：20～31.
[8] Zawacki-Richter, O.. The Growing Importance of Support for Learners and Faculty in Online Distance Education[A].J. E. Brindley, C. Walt & O. Zawacki-Richter.. Learner Support in Open,Distance and Online Learning Environments[C].Oldenburg: Carl von Ossietzky University of Oldenburg,2004.
[9] 陈丽. 术语“教学交互”的本质及其相关概念的辨析[J].中国远程教育，2004，（2）：1～16.
[10] [20] [21] Woo, Y., & Reeves, T. C.. Meaningful Interaction in Web-Based Learning: A Social Constructivist Interpretation[J].The Internet and Higher Education，2007，10（1）：15～25.
[11] [16] Thurmond, V., & Wambach, K.. Understanding Interactions in Distance Education: A Review of the Literature[J].International Journal of Instructional Technology and Distance Learning，2004，8（2）.
[12] [14] Swan, K.. Virtual Interaction:Design Factors Affecting Student Satisfaction and Perceived Learning in Asynchronous Online Course[J].Distance Education，2001，22（2）：306～331.
[13] Tu, C.-H., & McIsaac, M.. The Relationship of Social Presence and Interaction in Online Classes[J].American Journal of Distance Education，2002，16（3）：131～150.
[17] Palloff, M. P., & Pratt, K.. Building Online Learning Communities (2 ed.)[M]. San Francisco: Jossey-Bass，2007.
简述远程交互式计量系统的设计 篇4
莱钢有些物资在生产现场需要进行计量发货, 录入信息较多, 计量前没有发货单可供计量人员在远端录入, 计量物资的相关信息需要人员在现场录入, 影响计量速度, 原有的远程计量技术不能适应这些场所的计量, 需要开发一种新的计量系统来提高计量前物资信息录入的速度和物资计量信息的准确度。根据莱钢现有生产情况, 本着快速高效准确实现计量的目的, 开发一种可广泛应用于大中型企业的物资远程交互式计量系统, 该系统实施后能够达到减少现场计量物资信息录入, 提高计量速度, 提高计量准确性, 节省人员成本, 以及促效保廉和提高企业生产效率和经济效益的目标。
2 系统主要研究内容
2.1 交互式计量的研究
录入端和计量端在计量时通过交互对话的方式传递信息, 协调工作, 实现远程计量。
2.2 网络中断及恢复后计量数据的完整性研究
当网络中断后, 进行本地计量, 网络恢复后把本地计量数据导入远程数据库, 进行远程计量。
2.3 企业生产数据引入计量系统的研究
让生产系统和计量系统之间建立通讯连接, 计量系统共享生产系统的物资信息, 减少现场的信息录入。生产系统共享计量系统的计量数据, 避免二次录入。
2.4 自动录入、自动计量的研究
部分计量点, 录入端接收到生产系统传来的物资信息及称量信号后, 通过判断符合录入条件的可以自动提交计量请求, 远处计量端接收到计量请求信号后, 如果满足规定计量条件给予自动计量, 否则不予计量, 此种计量方式可以大大的降低用人成本。
该系统可广泛应用于现场有人员值守, 需要发货前计量的多种衡器。现场采用稳定可靠的数据服务器, 可保证称重数据的稳定传输, 大面积的应用领域和全方位的视频监控为企业计量提供强有力的计量技术支持。
3 系统主要功能
该系统适用于计量人员在远端通过监控设备进行远程监控计量, 现场有人员录入计量相关物资信息, 两方人员以交互问答形式协同完成计量工作等相关工作的模式。其主要功能为:
实时计量每秤物资的重量, 通过远程和现场交互操作完成计量取数。
生产网络与计量网络互相通信, 计量网与生产网实现信息共享, 减少录入, 减少差错率。
计量人员可以远程值守进行远程计量, 当网络不通时, 可以实行本地操作, 不耽误现场生产工作。
系统管理数据例如单位、物资等编码数据, 由管理人员统一管理, 保证数据一致性。
通过该计量网络二级厂矿可直接调用物资数据作为该厂的成本依据, 自动化部可直接将该数据作为计量结果, 计算出各厂矿的成本, 汇总作出全公司的成本和各类报表。
定期对公司的物资进行平衡和校对, 为生产调度指挥提供数据依据。
实现衡器设备监控, 做到图像有据可查, 实现对外来破坏分子的震慑和监控。
实现集中的数据管理, 数据的热备份, 最大限度的减少因为机器及外界因素造成的数据丢失。
实现自动计算物资存放位置的功能, 计量后根据物资规格和现场物资存放空位情况, 自动计算出物资的存放位置, 并对物资的存放位置进行实时管理, 物资发货后自动把位置置空。
物资计量完成后, 通过理论重量和实际重量, 计算出超差, 超差大于千分之三的作为有计量异议的物资进行报警提示, 并可以再次称量。
4 工作原理和流程
现场操作室称重仪表接收传感器的数据, 通过串口模块转换为IP数据包, 通过网络传输数据到计量中心的计量客户端, 同时监控数据通过网络传输到计量中心的监控客户端, 当现场有物资需要称量时, 现场工作人员录入要计量物资的基本信息, 物资上秤后发送计量请求给计量端, 计量端接收到计量请求后, 通过监控设备查看远端物资上秤情况, 通过程序查看称重仪表数据显示情况, 如果符合计量条件给予计量, 计量数据存入数据库服务器, 计量完成后把计量结果传给录入端, 否则不予计量。计量完成后现场录入端根据需要打印物资标牌、报表等信息, 远程打印计量单时, 打印数据再通过网络传输到秤房, 由打印模块将打印数据输给打印机, 打印计量单给客户。计量人员可以对计量过程实时监控, 对计量数据进行查询检索和分析, 公司其他相关部门也可以共享物资计量数据, 对计量数据进行查询检索和分析, 生成物资日报、月报、年报等报表信息。工作流程图如图1所示。
5 应用效果
莱钢远程交互式计量系统经过近一年的规划、设计、现场施工、设备安装调试、测试和试运行。系统试运行以来, 运行稳定、高效, 为企业远程物资计量系统的各类应用系统提供了高速、安全、稳定的信息传输和交换通道。
远程交互式计量系统的成功研制, 有效地克服了原有物资计量方式的弊端, 有效的预防了计量舞弊和违法现象, 满足了莱钢大发展形势下对物资计量工作提出的越来越高的要求, 适应了现代称重技术计算机化、网络化、智能化的发展趋势以及莱钢信息化建设飞速发展的新形势, 为企业的生产经营提供了及时、准确、可靠的监测和计量数据, 有利于企业合理平衡调度物资、加强成本核算、降低能耗、提高经济效益, 提升企业形象, 增强企业的核心竞争力。同时, 作为企业生产经营的重要的基础数据之一, 物资计量数据也将为公司未来企业ERP的实施奠定坚实的物料数据基础。
参考文献
[1]邹渊, 谈玉琴, 王亮.无人值守远程计量电子轨道衡网络系统的研究与应用[J].冶金自动化, 2007.1.
[2]陈伟.远程计量校准技术研究[J].计测技术, 2007.5.
[3]冯粤, 陈忠凯.数据远程通讯网络管理系统的应用[J].计量技术, 2001.1.
对交互图表系统的案例解析 篇5
关键词：人机交互；交互设计；以用户为中心；Processing语言
中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 05-0000-02
Case Analysis on Interactive Chart System
Hao Juan
(School of Digital Media,Jiangnan University,Wuxi214122,China)
Abstract:This article through analyzing the interactive chart system,tells people the whole process of the system’s working.Interface design and functional implementation are the key of this system design.And look to the future,this article describes the trend of the future development of human-computer interaction.
Keywords:Human-Computer Interaction;Interaction Design;User-Centered;
Processing language
一、引言
人机交互的定义：所谓人机交互通俗地讲就是人与计算机进行互动。早期的人机交互主要是单方面的，人单独提出命令，计算机进行应答。随着时代的发展，人机交互将不再是单向的而应该是双向的，即人和计算机将真正的互动交流，体感交互将取代传统交互，成为交互领域的主旋律。提到人机交互另一个词将不能不提，那就是交互设计。
交互设计的定义：用一句话就可以把交互设计的真正内涵说清楚，那就是所谓交互设计就是重在将人机交互技术产品化。即为了满足用户的需要而对产品进行设计。由江南大学的李世国等人发表的名为“产品设计的新模式——交互设计”一文中指出“人机交互”（Human Computer Interaction，HCI）主要是指人与计算机的交互，是“关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算系统，是研究有关这方面主要现象的科学”。交互设计（Interaction Design）是指设计应注重人和产品间的互动，要考虑用户的背景、使用经验以及在操作过程中的感受，从而设计符合最终用户的产品，即“设计用于支持人们日常工作、生活的交互式产品”。
交互图表系统正是一种利用人机交互技术实现的交互设计产品，用户根据需要对计算机进行操作，双方互动交流，实现交互的目的。
二、背景
（一）设计背景
在二十一世纪资源决定着一个国家的发展，尤其是能源将主宰着一个国家的兴衰成败。国家在世界的地位直接关系着我们每一个人的命运。20世纪90年代以来，为了能源而发起的局部战争充分说明了能源的重要性。发现新能源，能源的重复利用就是为能源的日益不足做准备。为了国家的进一步发展，为了子孙后代有同样生存的权利，也为了我们自己，节约能源将是我们义不容辞的责任。
（二）技术背景
同样在二十一世纪还有一个词将无所不在那就是——计算机。1992年ACM图灵奖获得者、微软研究院软件总工程师Butler Lampson在题为“二十一世纪的计算研究”报告中指出“计算机有三个作用：第一是模拟；第二是计算机可以帮助人们进行通信；第三个是互动，也就是与实际世界的交流”。互动即人机交互将成为二十一世纪计算机科学的研究主题之一，你会发现人机交互将无所不在，与你的日常生活息息相关。在这样的背景下关于节约能源的交互图表系统应运而生。
三、图表系统的整体描述
（一）可视效果
首先用一个图形代表一种用电器，图形与用电器形状类似，并为每一用电器加以不同颜色，可辨别成度高（见图1）；
图1
其次主要借助于直方图模型，每一个长方形与用电器颜色相同，用来表示用电量（见图2）；
图2
最后将图表与相应功能对照统一，呈现用户所需效果。用户可以选择想要了解的选项，如每天、每周、每月各用电器的用电量以及用电高峰的时间段等信息（见图3）。
图3
（二）图表系统的功能
用户可以将每月统计好的各用电器用电数据通过运行此表的程序将数据调入，呈现可视化效果，用户可以方便的了解自己家各用电器每天、每周、每月用电的整体情况以及分别用电的情况。根据图表显示随时调整家电的用电时间、用电顺序，可以节约用电量以及避免用电高峰期。
（三）图表系统的性质
此图表系统的服务对象是人，人通过与计算机的交互获得想要的信息，是人机交互的一个实例。图表的设计形式与交互形式都要依托于用户这个主体，要符合人的思维方式，更要方便用户的操作。脱离了这个主旨，设计则是失败的。
四、设计方法
首先要明确图表系统的使用者将是大众，包括专家也包括普通的用户。这就要求系统操作简单、界面反映的信息易于理解。北京大学计算机科学技术系的董士海教授在题为“人机交互的进展既面临的挑战”一文中指出“人机交互（Human—Computer Interaction，HCI）是研究人、计算机以及它们间相互影响的技术。而用户界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。人机交互和用户界面有紧密的联系，但又是两个不同的概念：前者强调的是技术和模型，后者是计算机的关键组成部分。”由于用户直接接触的是界面，所以界面内容的设计最为重要。界面设计要把握两个方面：第一，反映的内容要一目了然。图表系统将每天，每月，每个用电器的情况清晰地纵排列在右面，用户可以方便的选择想要看的内容（见图4）。
图4
当选择一个选项时，中间的主要部分将根据选择命令呈现信息，用直方图抑或同圆信息表（见图5）等描述，直观且易于理解。
图5
左边的布局与右边对称，选项是对相应内容的补充。如在右面选择MONTH这个选项，右面的补充选项有：Time Scale、Single Day、Day of the Week以及Week，用户可以任选其一，了解想要知道的内容（见图6）。
图6
这样整个图表界面布局和谐，内容相辅相成，统一连贯。第二，功能的实现。基于这样的布局设计，功能该怎样实现呢？设计者巧妙地运用Processing平台来实现这样的功能。在百度百科中是这样对Processing进行介绍的：Processing是由美国麻省理工学院媒体实验室（M.I.T.Media Laboratory）旗下美学与运算小组（Aesthetics&Computation Group）的Casey Reas与Ben Fry创造的。Processing是一种具有革命前瞻性的新兴计算机语言，它的概念是在电子艺术的环境下介绍程序语言，并将电子艺术的概念介绍给程序设计师。她是Java语言的延伸，并支持许多现有的Java语言架构，不过在语法（syntax）上简易许多，并具有许多贴心及人性化的设计。Processing的程序代码是开放的，将Java的语法简化并将其运算结果“感官化”，让使用者能很快享有声光兼备的交互式多媒体作品。正因为Processing的语法简单并且代码开源再加上效果绚丽，因此是很多媒体设计师首选的语言。在此图表系统中，界面的设计细致，平台的选取得当是保证其功能实现的关键。
五、人机交互发展趋势
未来的人机交互不再仅局限于人通过鼠标、键盘与计算机进行互动，而更多的是体感交互。人通过语音、肢体与计算机交流，使人机交互更为自然、简单。望眼设想，随着体感
交互的成熟与推广，用户将可以直接以对话的形式询问计算机。如：“每日各用电器的用电量、冰箱在本周二的用电情况等”。计算机则很快很清晰很准确的回答用户的问题。用户可以边做其他的事边了解用电的信息。不仅简单方便而且高效快捷。
六、结束语
对本交互图表系统进行解析目的有二。其一在于可以为节约能源献上微薄的力量。通过以这样一种人机交互的形式可以使用户清楚的了解用电信息，达到适度用电、合理用电的效果。其二在于让人们了解到人机交互将无所不在，涉及到人们生活的各个领域。人性化的界面设计，功能的易于实现是人机交互技术的不变追求，方便用户、满足用户，不仅适应时代的主题，更适应未来的发展趋势。
参考文献：
[1]Lampson Butler.Computing research in the 21st century[N].Chinese Information World,1999,7,1,A6
[2]董士海.人机交互的进展及面临的挑战[J].计算机辅助设计与图形学学报,2004
[3]PREECE Jennifer,ROGERS Yvonne,SHARP Helen.Interaction Design.Beyond Human-computer Interaction[M].John Wiley&Sons Inc,2002
远程交互系统 篇6
在大型的油田企业范围内,随着企业级勘探软件的推广和应用,终端用户逐渐增多,对远程交互组件的需求越来越大。但是系统目前使用的远程交互组件是商业化的,不具备自主知识产权,该组件技术被国外企业垄断,许可昂贵,限制了远程应用的并发用户数量,也限制了在其他领域应用的推广,并且在进行系统融合开发中缺乏灵活性,无法及时根据油田生产应用进行修改、更新。
国际著名的石油公司都在不断关注远程交互技术的发展并付诸应用,例如斯伦贝谢通过Livequest交互系统实现了它们公司专业软件的集中发布,远程共享应用。兰德马克利用Citrix及Hummingbird搭建了自己的共享平台,实现了LandMark专业软件的远程共享应用。
未来伴随云计算技术的发展,软件即服务(SaaS)模式将会在更广泛业务领域被更多人认可,也将会有更多用户通过远程共享方式使用专业软件进行日常生产工作,对远程交互组件的需求必将越来越大,所以研究并掌握远程交互技术的意义重大。
1 主要远程传输协议及技术
主流的远程传输协议包括X11、RDP、NX、RFB等。
1.1 X11协议
X-Window是大多数UNIX&Linux操作平台上的图形用户界面,是一种基于网络的GUI系统,采用了客户机/服务器的方式工作,服务器控制显示屏幕,客户为各种应用程序,客户通过基于网络的连接和服务器通信。[1]
1.2 RDP协议
RDP(Remote Desktop Protocol)是微软没有公开发表的数据传输协议,是客户机/服务器之间的通信协议[2],可以使用户在客户端进行服务器端的图形界面交互。在其它操作系统也有使用RDP协议的软件,如Linux、FreeBSD、Mac OS X。
1.3 RFB协议
RFB(Remote Frame Buffer)为一种简单的远程图形访问协议,让用户以图像的方式存取远程图形访问协议,让用户以图像的方式存取远程计算桌面[3]。基于该协议的软件工具非常多,有RealVnc、TurboVnc、TightVnc等。
1.4 NX技术
NX是NoMachine公司的数据传输协议。它压缩了X11数据,只传输差异数据,通过zlib等算法进行数据压缩,降低数据传输量并进行了数据缓冲。它支持大多数的操作系统,包括类UNIX操作系统以及Windows操作系统,在数据传输图像的压缩性能比较高,适应于局域网和广域网的网络环境,支持用户的会话状态。NX基于X11,同时还能兼容RFB和RDP协议。
1.5比较分析
NX是开放的技术,不仅能够较好地应用在局域网,而且在广域网、因特网也有不错的应用效果,比较好进行数据压缩,能够进行远程应用的独立显示,也可以兼容其它协议,是理想的基础技术。
由于大型勘探专业软件一般部署在Linux服务器上,客户端大多数使用Windows操作系统,部分使用Linux操作系统,而且与大型专业共享系统相结合,要求必须支持远程应用模式,因此通过综合分析比较,采用开放的NX协议作为远程组件的基础协议。
2 远程交互组件的开发及集成
通过对专业应用需求的环境进行分析,了解远程交互组件在大型专业软件共享系统中运行要求和运行方式,需要组件服务端在Redhat AS4.5以上版本的系统上运行,客户端在Windows各版本及Linux上运行;要求有会话功能,并进行会话管理;在客户端能够通过浏览器下载配置文件,自动启动客户端界面,连接远程服务器进行大型专业软件的远程交互。
2.1功能设计
功能架构分为交互客户端、协议层和交互服务端,如图1。
1)交互客户端
控制器:控制客户端会话等模块的启动、停止。
用户登录:提供用户登录界面,处理服务端的反馈消息。
配置管理:对客户端进行参数配置,以及配置文件进行保存、读取以及程序关联启动。
数据压缩:对远程应用和客户端的数据进行压缩和缓冲。利用缓存和差分编码技术、图像压缩技术、zlib数据压缩技术以及懒惰编码等多种技术有效地减少远程应用与服务器的通信次数与传输的数据量,使远程应用可以流畅高效地运行。
消息处理:对键盘、鼠标等输入设备的消息事件进行捕获以及消息封装;对从服务端传来的消息进行分发处理。
会话管理:封装了会话的全部过程,进行会话列表、启动、暂停等。
网络连接:封装远程网络连接操作,包括从网络连接中获取输入输出流,从输入流读取信息和输出流写入信息等操作。
会话视图:将远程屏幕信息展示在本地系统,并记录会话的相关属性信息等。
消息适配器:主要对协议进行封装等操作以及协议报文的接收、发送和处理等。
2)协议层
以NX技术为基础,进行优化的协议层。
3)服务层
控制器:是对远程客户端进行协议协商以及用户进行登录认证,主要通过结合Linux用户机制进行用户的登录认证。
用户登录:是对远程客户端进行协议协商以及用户进行登录认证,主要通过结合Linux用户机制进行用户的登录认证。
配置管理:生成客户端需要的配置文件包括登录方式、用户等信息,给客户端自动登录使用。
数据压缩:在数据压缩、解压算法及缓冲实现机制的基础上,实现图像的高效压缩以提供图形流畅的远程共享服务。同时针对不同网络环境,实现数据的不同压缩比的传输,提高交互组件的灵活适用性,充分利用网络带宽。
消息处理:处理客户端传送来的鼠标键盘消息事件等信息,并能根据消息信息进行相关操作响应。确定了消息格式和出错编码,定义了请求消息以及事件消息。
远程代理:把服务端远程应用的图形输出和事件进行处理封装成NX协议,以传输给客户端。
网络连接:封装网络连接操作,与客户端进行网络通信,传输数据。
2.2部署结构
运行架构设计包括客户机、显示服务器以及应用服务器,如图2。
客户机是客户端运行的机器,需要安装客户端组件,与显示服务器进行连接。
显示服务器处理客户端的网络连接、登录认证,运行远程代理服务,把专业应用程序界面传给客户端。
专业应用服务器可以与显示服务器在一个物理机器上,也可以不在一个物理机器上,专业应用服务器的应用程序连接显示服务器的远程代理服务,把界面传给远程代理服务,再通过远程代理传给客户端。
2.3安全与会话管理
客户端和服务端的传输协议采用安全的ssh协议,消息通过ssh通道进行传输。
为了和共享系统进行集成,用户管理采用Linux的NIS进行用户的登录验证,用户只能执行自己在服务端有权限的应用程序, 保证应用的安全性。
如果应用服务和显示服务不在一台机器上,需要应用服务所在的服务器和组件服务所在的服务器做到ssh互信,并且配置应用服务器能够有权限访问显示服务器上的X服务。
1) 会话配置
通过会话向导添加一个会话,对会话的名称、host、port以及分辨率以及运行方式进行配置,还可以配置登录用户和登录密码; 在向导完成后,还可以通过编辑修改会话的配置参数。
2) 会话创建
有客户端的控制器发出创建会话的消息给服务端,并传输相关的参数,服务端应用程序启动后,通过代理程序发给客户端会话视图,进行会话的显示以及会话的交互处理。
3)会话中断
对正在运行的会话进行关闭时,可以选择中断,中断后可以进行会话的恢复。
4) 会话恢复
在登录服务端成功后,通过查询会话列表,把以前中断的会话进行恢复,继续以前的会话视图。
5) 会话终止
对正在运行的会话进行关闭时,可以选择终止,终止后可以进行删除会话。
为了和专业软件共享系统进行集成,用户管理采用Linux的NIS进行用户的登录验证,用户只能执行自己在服务端有权限的应用程序,保证应用的安全性。
2.4 交互服务端开发
系统编程采用C语言与python相结合的方式。底层通讯直接使用C语言操作硬件接口,效率高。系统级的调用采用成熟的操作系统自带python进行编程,性能可靠。
主要功能模块
1)NX服务器登陆管理
负责协议版本的协商和用户登录,收到用户客户端发送的用户名和密码后,它通过配置中指定的认证方法进行认证,如果认证失败,对应的错误信息返回给客户端。在用户成功登录后,由NX服务器接管。
2)NX服务器
在用户成功登录后,负责客户端/服务器通讯,包括各种会话操作,可以启动中止会话、查询会话数据库,并把查询到的会话列表返回给客户端,也可以恢复会话。
3)NX代理
是一个X11 server,支持NX协议。
4)NX对话框
在会话中,当用户关闭远程应用窗口时,向用户显示对话窗口,要求用户是否断开连接、终止或取消。
2.5 客户端开发
主要功能模块
1)会话设置
主要设置参数包括绘画名称、主机IP和端口、以及网络连接方式。
2)参数配置
主要设置参数包括远程运行的应用脚本路径和名称、以及显示方式等。
3)登录窗口
登录窗口并输入登录命令,显示服务端返回的消息。
4)客户端
连接服务端,发送启动会话等命令,处理与服务端的交互过程,成功后启动会话后,可启动制定应用程序,显示应用窗口。
5)会话配置
配置会话信息。
6)会话列表
显示服务端返回的会话列表,可以新建会话、恢复其中的一个会话或取消。
2.6与专业软件共享系统集成
1)网络连接方式
应用服务器、显示服务器部署在内部资源网中。Web门户接口访问通过防火墙NAT地址映射连接到显示服务器,显示服务器使用内部网址在应用服务器启动专业软件,这样屏蔽内部业务服务器,有利于系统安全。
2)应用模版文件
应用发布过程为:管理员在Web门户管理界面发布应用,信息存入数据库中,管理员将发布的应用授权给用户使用,用户只需在网页上选择运行的软件即可启动使用专业软件。
3)应用远程调用流程
用户在Web门户动态生成交互组件的配置文件,组件客户端根据生产的配置文件运行并接入显示服务器,建立会话,会话调用在应用服务器上的业务应用脚本,启动专业应用软件。
3 总结
远程传输协议是远程交互技术的基础,选择NX协议并结合应用实际需求,从传输方式、封装模式、数据压缩等方面进一步优化,能够实现本地的远程二维应用的低延迟、流畅地运行。
在本地客户端建立远程应用配置文件,把配置文件关联远程组件,启动远程组件后把配置的参数传输给显示服务器,对配置的参数进行解析,启动在显示服务器上配置好的运行脚本,通过显示服务器把启动的应用程序界面通过数据压缩传输给客户端, 在客户端通过解压和缓存进行显示,达到自动启动显示的目的。和大型专业远程共享系统有机结合,拓展了共享系统并发用户数,缩短了远程启动勘探专业软件的时间,可以根据实际生产需求,进行修订调整优化,提高了效率,也提高了软件使用安全性。
摘要：从成本和技术因素角度出发,大型企业需要统一共享使用企业级专业软件,由于下属单位在地理上分布在不同的位置,使专业软件的远程交互应用变得困难,如何使本地用户能够无障碍地应用远程的企业级软件系统资源,是亟待解决的关键问题。该文从油田生产的实际出发,根据油田企业级勘探专业软件的共享应用需求,分析了当前远程交互技术的特点,设计了远程交互组件,并与专业软件共享系统进行了融合,可以实现企业级软件系统的远程应用。
远程交互系统 篇7
随着信息技术的不断深入, 计算机技术的大力普及, 越来越多的人通过网络进行学习。网络正以跨时代的前所未有的速度进入现代人的生活, 并在很大程度上改变着人类的生活, 同时也改变着人类获取知识的方法和人与人之间沟通、交互的方式。计算机网络和通信技术的迅速发展使传统的教学模式发生了变化, 为人们创造了一个更为自由和开放的探索和学习的环境—远程教育。远程教育因其迅速发展及其对教育的贡献成为国际社会关注的焦点, 它的发展被深深打上了科技进步的烙印, 尤其是媒体与通讯技术的进步, 成为远程教育发展的关键[1]。
远程教育是一种以现代通信网络为依赖, 以交互为支撑的学习模式。交互方式的选择和应用是远程教育中最为关键的部分之一, 所以在远程教育中交互的实现显得尤为重要。本文选择了采用P2P-SIP来实现交互系统, 并在下面作详细阐述。
1、交互理论及远程教育中的交互方式
远程教育专家穆尔提出了三类交互作用的概念和理论。他是第一个在理论上把远程教育中的交互划分为学习者与学习内容交互、学习者与教师交互和学习者与学习者之间交互等三种类型[2], 见图1。
在穆尔交互理论的指导下, 现代远程教育中, 交互的具体表现形式, 也就是实现交互的具体途径, 常见的存在下面几种方式:一, 通过E-m a i l (电子邮件) 进行交互, 其特点是快捷、方便、交互范围广, 但缺点是其实现是异步的;二, 通过BBS (电子公告牌系统) 进行交互, 它是具有很强交互作用, 虽然可以实现同步通信, 但它只限于简单程度上的交互, 缺乏表达的感染力;三, 通过网上课件进行交互, 用户可以通过点播和下载的方式来查看课件, 但它并没有实现真正意义上的交互, 它的实现是一种虚拟的对话;四, 通过Blog (博客) 进行交互, 它使得交互的领域变的广泛, 并且反馈及时, 可交互的形式也还是只限于文字、图片, 交互的灵活性不高, 感染力不强;五, 通过视频和语音进行, 与视频会议相类似, 是交互性能最强的最理想化的交互方式, 可以实现同步交互, 不仅图文声像并茂, 视觉直观, 交互效果理想化而且感染力很强。在此本文也是采用第五种交互方式来展开研究的。
2、P2P-SIP技术
SIP[3] (Session Initiation Protocol, 会话初始协议) 是以现有的IP协议为基础来构架IP电话业务网的应用层协议, 通过SIP可以在IP数据网络上建立、改变和结束多媒体会话。在目前VOIP (Voice Over Internet Protocol) 技术中广泛采用的是会话初始协议 (Session Initiation Protocol, SIP) [4]。
P2P (Peer-to Peer) 作为当前最热门的互联网技术之一, 它的点对点模式从根本上改变了C/S (Client/Server) 的模式, 它使网络中每一个节点 (peer) 大都同时具有信息消费者、信息提供者和信息通讯等三方面的功能。
SIP和P2P相互融合的技术称为P2P-SIP技术, 利用P2P-SIP技术可以有效克服在交互过程中单点失效和性能瓶颈等问题。SIP与P2P融合的方式有两种, 分别为:SIP-over-P2P、P2P-over-SIP。前者是以P2P网络来承载SIP消息的传输, 后者是使用SIP消息来构建P2P网络。当前, IETF经过多次的讨论及研究是推荐使用第一种结构的, 也就是SIP-over-P2P。这种结构的P2P层是相对独立于SIP或其他应用的, 允许在P2P层上使用除SIP外的其他协议, 为进一步的扩展提供了空间。本文选择用SIP-over-P2P来实现本交互系统。
3、设计与实现
3.1 JXTA技术
JXTA作为SUN公司开发的P2P的开放式标准平台, 它使把依赖都聚集在较少的几台服务器上的模式, 变成了网络不存在中心节点 (或中心服务器) 的模式, 增加了网络上的可用的资源数, 减少服务器的负荷, 大大降低了成本。JXTA由六个核心协议来完成对等网络提供通信和交互。包括:对等节点发现协议 (Peer Discovery Protocol) 、管道绑定协议 (Pipe Binding Protocol) 、对等机信息协议 (Peer Information Protocol) 、对等机解析协议 (Peer Resolver Protocol) 、汇聚节点协议 (Rendezvous Protocol) 和端点路由协议 (Endpoint Routing Protocol) 。
3.2 交互系统结构
本交互系统的结构如图2所示, 共分为四大模块部分:用户界面UI模块、程序框架模块、RTC模块和JXTA模块。
UI模块为用户提供了操作界面, 通过一些窗口界面和对话框的显示来完成与底层模块的通信操作。通过用户界面, 进入下层的逻辑业务框架模块, 这一层就是程序框架层, 可通过此层来调用R T C模块。R T C Client (Real-time Communication Client) API, 是微软公司提出的, 支持即时通信的一套API (Application Program Interface, 应用程序接口) 。RTC模块中提供实现用户登录, 发起会话以及用户注销, 音视频接口的函数。本系统中主要包括的类有RTCWin, R T C S e s s i o n, R T C I M S e s s i o n和R T C A V S e s s i o n。R T C W i n是主类, R T C S e s s i o n封装了会话相关的过程, R T C I M S e s s i o n类实现音频通信, CRTCAVSession类实现视频通信。JXTA网络模块是通过J X T A接口接入, 再来实现JXTA各类服务的。
3.3 SIP会话流程
SIP协议的会话呼叫是通过三次握手实现的。当主叫用户A后被叫用户B发起呼叫时, 首先发出I N V I T E消息, 被叫用户B决定接受邀请就会回发一个200/OK, 当主叫用户A收到成功回应的消息后, 向被叫用户B发送ACK, 被叫用户B收到ACK此次的呼叫就成功建立了, 随后就可以开始媒体交互了。呼叫流程如图3所示。
本系统在SIP呼叫之前, 要进入JXTA的, 由JXTA定位查询功能来定位被叫用户的IP地址, 经确认后再进行SIP正常的呼叫流程。当用户端要结束交互, 发出BYE请求, 就可以正常结束会话了。
4、功能测试
在两台PC机上搭建好测试环境, 主叫PC向被叫PC发起呼叫, 在如图4所示的界面中输入要呼叫的PC的SIP地址
呼叫成功后, SIP的INVITE消息如下:
Request-Line:INVITE sip:liuyan02@192.168.1.3 sip/2.0
Message Header
Message Body
5、结语
本文利用了SIP与P2P相互融合的特点, 在JXTA的基础上实现了远程教育交互系统。目前P2PSIP技术不论是在技术方面还是标准方面, 都还在不断的成熟和完善中, 所以对其的研究还需要继续扩展、延伸及应用, 相信这对交互的发展有非常重要的现实意义。
摘要：在远程教育中采用的交互方式及其实现是很关键的问题。在穆尔交互理论的指导下, 融合P2P与SIP技术, 在JXTA开放的P2P平台上, 通过搭建系统的结构, 从而实现了可视频音视的交互系统。
关键词：交互,会话初始协议,对等网
参考文献
[1]王继新, 李书明.远程教育原理与技术[M].武汉:湖北科学技术出版社.2005
[2]张秀梅, 丁新.迈克尔-穆尔研究[J].中国电化教育.2004:206
[3]Rosenberg J.SIP:Session Initiation Protocol, RFC3261[S].IETF, 2002
基于虚拟实验平台的远程交互实验 篇8
●理论基础
1. 行为科学理论
行为科学是研究人类行为一般规律的学问, 目的在于激发动机、推动行为、改造行为, 提高人的积极性和创造性。这对网络学习中的交互行为研究具有一定的指导意义:首先, 行为科学强调人的欲望、感情、动机等心理因素的作用, 因而在构建学习环境的时候强调满足人的需要和尊重人的个性, 以及采用激励和诱导的方式来调动人的主动性和创造性, 促进学生更多的交互。其次, 行为科学强调环境对行为的影响。最后, 运用行为科学的研究方法可以研究网络学习行为中的交互。网络学习行为研究的对象是学习者, 学习者的心理活动是看不见、摸不着的, 所以对内化的心理行为的研究需要采用观察、实验和调查等方法。
2.建构主义学习理论
由于多媒体计算机和网络通信技术所具有的多种特性特别适合于实现建构主义学习环境, 能有效地促进学生的认知发展, 所以随着多媒体计算机和网络教学应用的飞速发展, 建构主义学习理论越来越被广泛的应用于教学。它重新定位了教师与学生在教学中的地位, 学生不再是教学内容的被动接受者, 而是知识的主动获取与建构者。
3.交互理论
穆尔 (Moore) 在1972年提出了相互作用距离理论的基本框架。上世纪80年代末, 穆尔再次提出“三类交互作用”理论, 他在先前研究的基础上进一步明确提出“三类相互作用”, 即学生与教学内容的交互作用、学生与教师的交互作用、学生与学生之间的交互作用。这种分类对教学交互理论与远距离教学实践的发展都产生了深远的影响。
●虚拟实验平台的架构与功能
1. 虚拟实验平台的架构
虚拟实验平台指由计算机硬件系统和软件系统构建的一个具有交互功能的计算机网络虚拟实验平台。在平台中, 参与学习的个体之间可以利用文字、符号、图片、声音等多种数字媒介进行信息交互。这个平台可以让个体之间不受时间、空间的限制进行交互。虚拟实验平台架构如图1所示。
2. 虚拟实验平台各个组成部分的功能及特点
虚拟实验平台由辅助工具、素材库、同步实验、仿真工具、构建工具和交互实验组成, 各个组成部分的具体功能及特点如下。
(1) 辅助工具:主要功能是提供给用户所需的辅助工具, 如三角尺、量角器、天平、杠杆等工具, 以备在实验中辅助之用。
(2) 素材库:主要功能是提供给用户所需的各种图片、视频、动画、音频、文本等素材, 用户可以自由控制各种素材, 以备实验之用。
(3) 同步实验:主要功能是设置与课本中同步的实验操作, 全部同步实验是按照书本中的要求做的同步实验, 而且是模拟实验, 模拟操作和实际操作基本相同。目的是给予教师和学生指导的功能。
(4) 仿真工具:主要功能是根据属性设置, 按照实验规律, 自动生成实验工具, 由于是仿真工具, 因此具有和实际操作中使用的实验工具完全一样的功能。
(5) 构建工具:主要功能是用户可以根据需要设计整个实验过程, 这里有设计好的素材库, 用户只需将素材按照知识库的要求组装起来, 就可以构建一套用户需要的实验装置。整个构建过程方便快捷。
(6) 交互实验:用户可以登录该平台, 一同进行远程实验操作, 这是远程交互实验的核心技术。因为只有在网络上连接到该平台, 才能真正实现时间和空间上的交互。
以物理虚拟实验平台为例, 来说一下如何在平台上进行远程交互实验。
下页图2演示的是杠杆实验, 在该实验中, 本地的学生可以同时与异地的学生通过计算机协作进行此项实验, 如本地学生通过操作控制杠杆左端上的勾码的个数, 并且控制勾码悬挂在支架上的位置, 与此同时, 异地的学生通过控制杠杆右端勾码的个数和其在支架上的位置, 这样杠杆在两位学生的操作控制下达到平衡。
图3演示的是天平实验, 在该实验中, 本地的学生可以同时与异地的学生通过计算机协作进行此项实验, 如本地学生通过操作控制天平左盘上的物体, 与此同时, 异地的学生通过控制右盘上砝码的数量及游码的位置, 这样天平在两位学生的操作控制下达到平衡。
●基于虚拟实验平台的远程交互实验应用模式
以上面所介绍的虚拟实验平台为依据, 设计如下三种应用模式。
1.教师-教师交互模式
(1) 交互对象:是教师与教师的交互, 教师与教师可以通过远程进行教研活动, 如名校名师远程指导一般学校的教师, 通过指导学习, 达到共同提高的目的。
(2) 交互功能:教师与教师可以通过远程进行同步实验, 并进行实时交流, 对同一个问题进行讨论, 交换意见, 对有分歧的问题还可以组织一个多人讨论组。
(3) 优点:这种模式缩小了名校与普通一般学校的教学差距。
(4) 缺点:有些需要面对面交流解决的问题, 通过远程交流很难解决。
2. 教师-学生交互模式
(1) 交互对象:是教师与学生的交互, 可以是广义的学生, 也可以是狭义的学生, 如成人教育的学生是广义的学生, 在校生是狭义的学生。通过远程交互, 教师可以指导学生实验, 同时学生也可以向教师提问, 相互交流。
(2) 交互功能:教师与学生可以通过远程进行教材同步实验, 也可以是任务驱动式实验。并进行实时交流, 对同一个问题进行讨论, 交换意见。
(3) 优点:这种模式可以调动学生自主学习的积极性, 同时还解决了地域的限制, 教师还可以就学生的个人特点, 随时给予学生指导。而且在传统实验室很难实现的实验操作, 都可以在虚拟实验室实现, 学生可以反复观察实验, 真正理解实验, 掌握知识。还能做到随时有问题随时解决, 学生的学习效果会非常好。例如, 学生在家里就可以登录虚拟实验平台, 同时可以向自己喜欢的教师请教, 这样学生一定会有兴趣, 提高了学习效率
(4) 缺点:有些需要面对面交流解决的问题, 通过远程交流很难解决。
3. 学生-学生交互模式
(1) 交互对象:是学生与学生的交互。通过远程交互, 学生之间可以进行交互实验, 并进行交流, 同时也可以对一个问题进行讨论研究。
(2) 交互功能:学生与学生可以通过远程进行教材同步实验, 也可以一同进行任务驱动式实验, 并可以进行实时交流, 对同一个问题进行讨论, 相互交流, 对有分歧的问题还可以组织一个多人讨论组。
(3) 优点:这种模式可以调动学生自主学习的积极性, 同时可以形成团队精神, 增进同学之间的友谊。而且还解决了地域的限制, 学生与学生之间可以随时进行交流讨论。
(4) 缺点:有些需要面对面交流解决的问题, 通过远程交流很难解决。
以上三种模式基本囊括了远程交互实验的各种情况, 在实际操作中, 学校可以根据自身情况设计符合自己学校实情的模式, 做好实验, 提高学生的动手动脑能力, 势必提高学习效率。
网络远程教学的交互模式设计 篇9
交互是教与学两者之间的桥梁和纽带, 没有交互的教学是无法维系的。虽然交互对于教学如此重要, 但在教学中也不能滥用交互。有些地方必须要依靠交互, 有的地方则不需要交互的存在或只要求程度较低的交互加入, 过多的交互只会对教学造成干扰。因此, 如何使用交互、设置交互、组织交互都要有一定的目的性和计划性。只有对交互进行科学合理的设计, 才能使各教学要素之间的信息交流更加富有成效, 从而提高教学效率。
1.1 主体性原则
主体性原则就是指在设计交互时, 必须以“学习者为中心, 教师为引导”这条核心指导思想为依据, 始终把学习者放在交互主体的位置上, 把教师作为交互的引导者。这条原则是设计交互的基本思想和灵魂。
1.2 目的性原则
每当设计交互之前, 都要先想清楚这样一个问题:我们设计交互的目的何在?站在教师的立场, 他会认为设计交互是为了掌握学习者的动态, 更好地为教学服务;在学习者的眼里, 交互增加了他们在网络远程教学中的参与感和现实感;而技术人员会认为交互的设计是为了推动智能机器的人性化。
1.3 简约性原则
所谓简约, 就是简单明了, 节约使用之意。在这里, 所说的简约有两层含义:一是指对交互的设计要经济实惠, 不能滥用;二是在设计交互时, 对交互媒体技术的选择要慎重, 应尽量简化媒体技术的复杂程度。
1.4 平等性原则
平等这一概念在传统教学中似乎很难完全体现出来:教师是教学的中心, 占主导地位;而学习者相对于教师是一个劣势群体, 处于被动地位。但随着教学重心逐渐向学习者偏移, 在网络远程教学交互设计中, 平等已经成为必须重视的一条原则。平等是交互双方形成良好沟通的前提, 只有当参与交互的两方在地位上和心理上处于同一个水平线, 活跃的交互才能发生。
1.5 开放性原则
网络远程教学交互是一个信息循环系统, 它要保持活力, 就必须要对外界进行开放。这种开放不是那种单纯地把交互搬到互联网上公开发布出去, 而是要让广大Web学习者参与到交互的设计过程中来。这可以使交互的设计得到不断改善, 日趋合理, 不断满足学习者的学习需求。
2 专题学习网站的交互设计模式
模式是指某种事物的标准形式, 即可以使人照着去做的标准样式。所谓教学模式是指在一定的教育思想、教学理论与学习理论的指导下, 在某种教学环境和教学资源的支持下, 教与学活动中各要素之间稳定的关系和活动进程的结构形式。
专题学习网站是一种基于网络资源的专题研究、协作式学习系统。它是在网络学习环境中, 向学习者提供与课堂教学内容相关的某一专题或几个密切联系专题的大量资源的协作和交流工具, 强调通过学习者主体性的探讨、研究、协作来求得问题解决, 从而使其体验和了解科学探索过程, 提高学习者获取信息、分析信息、加工和运用信息的实践能力以及培养其良好的创新意识与协作精神。
建立专题学习网站的目的是为学生对专题内容开展深入的学习和研究提供必要的支持、引导、管理和帮助。针对同一专题, 学生可以根据自己的学习风格、兴趣、能力水平进行灵活的调节, 选择自己喜欢的方式, 主动控制学习过程。因此, 它要求专题学习网站应提供丰富的专题知识信息, 将它们有机组织, 并以恰当的媒体形式呈现出来;提供学法指导、关键内容或词汇的解释、知识地图等来帮助学生对专题知识的掌握和意义建构。
3 学科专题学习网站的交互系统设计
3.1 交互系统功能模块图
目前的网络远程教学交互往往都存在着动态交互性不强、个性化不突出、导航不完善、对学习记录跟踪不重视等问题。为了解决上述问题, 在专题学习网站的交互系统中, 主要应该包括以下几个功能模块, 其结构如图2所示。
3.2 功能模块分析
根据以上对学科专题学习网站的交互设计模式的分析, 该系统需要实现以下的功能模块:
(1) 教师信息库:教师登陆时, 将用户名、密码、邮箱等信息写入教师信息库中。教师可以录入教案、教学内容, 并对学生所提出的问题进行在线答疑。
(2) 学生信息库:在教学过程中, 它能用来记录学生的个人情况、学习目标等信息。学生信息库包含两部分信息:静态信息和评价信息。静态信息用来记录姓名、年级、学号以及学习标准等;评价信息是指通过测试获得的学生对知识的掌握情况。
(3) 导航设计模块:导航系统直观明确, 简便易用, 学习者能方便地进入各个模块, 向前进、向后退、保存操作、回到上级页面、退出等功能齐全, 学习者无需特殊帮助就可轻松地操作导航路径, 自如地访问各教学模块。
(4) 学习内容模块:以录像、视频、动画等多媒体形式向学习者提供丰富的知识内容, 具体包括: (1) 检索。能通过关键词检索到以各种媒体形式表现的有关内容。 (2) 学习工具。网站提供的交互机会能引发学习者对学习内容的积极投入、操作和思考, 提供模拟、交互性实验、角色扮演或教育性游戏等活动, 提供笔记工具, 以便让学习者对学习内容做标注。 (3) 交流协作。讨论交流可以借助教学平台所提供的交流功能而实现, 包括BBS、聊天室、留言板、列表服务、答疑等形式, 可以充分开展协作交流。 (4) 情感空间。为学习者提供表达兴趣、爱好的空间和情感咨询的场所。
(5) 评价模块: (1) 练习。网站提供不同层次的练习, 让学习者应用新习得的知识技能。 (2) 练习反馈。学习者在练习中能得到有意义的反馈, 有助于学习者改正错误和增进理解。 (3) 结果评价。给学习者提供关于各单元的测验, 测验结果具有较高信度和效度。 (4) 追踪评价。追踪记录学习过程, 包括各单元的学习情况和掌握程度, 形成学习者可以随时查看的报表。
(6) 帮助模块:在整个学习过程中, 学习者能获得适应性的学习指导和帮助。
(7) 开放式网络学习资源库:根据开放性原则, 开放的资源库是指改变资料 (尤其是网上资料) 、信息单向流动的局面, 实现师生共建资源库。系统允许教师将优选的学员优秀电子作品上传至资源库, 也可以将学员中提出的常见问题加解答后作为新的FAQ存入资源库。只有这样才能形成信息的双向流动, 才能不断地吸收新的知识, 不断丰富网上学习资源, 从而保持资源库的生机与活力, 达到资源的真正开放与共享。
(8) 电子学档:电子学档是运用信息手段表现和展示学习者的学习过程、学习成果、学习业绩、学习付出、学习态度等信息的集合体。它所记录的信息通常包括学习者学习过程中的各种交互信息、学习者接受各方面学习指导的情况、学习者利用学习资源情况等。
参考文献
[1]吴庚生, 张建伟.关于远程学习过程及效果的实证分析[C].全国高校教育技术协作委员会2002学术年会论文.2002.
[2]王陆, 杨卉等.学习者特征与基于CMC交流的相关性研究[J].电化教育研究, 2002 (1) .
[3]陈丽.远程教育中交互规律的认识脉络和研究现状[J].中国远程教育, 2004 (1)
远程交互系统 篇10
关键词：QL预处理；留言板；SQL注入引言：根据Imperva公司的“监测黑客论坛：ADC每月网络攻击分析（2012年10月）”报告显示，在黑客论坛，最常被讨论的是拒绝服务（DoS）/分布式拒绝服务（DDoS）攻击和SQL注入。根据安全云托管公司FireHost公司9月份发布的报告显示，在2012年的前两个季度，SQL注入攻击上升了69%。SQL注入可以通过判断Web环境是否可以进入，进而输入特殊的语句判断数据库的类型、判断数据库的用户名和密码，最终进入后台管理获取用户信息，这对Web安全威胁很大。
本文通过一个详细的案列来介绍如何在一个系统中利用SQL 预处理语句防范SQL注入。SQL预处理语句实现的过程就是内部转义的过程，它将一些需要转义的字符进行转义，对SQL语句进行预处理， 将SQL语句进行内部编译并优化，所需要的查询只需要被解析一次，使用的资源更少，执行速度更快，当然也更安全。
系统包括5个模块：登陆、注册、添加留言、查看留言，删除留言。前四个模块是针对用户的，后一个模块是针对管理人员的。
文章的第一部分是引言，第二部分介绍论文的技术背景，第三部分介绍系统的详细设计，第四部分是实现结果，第五部分是总结，第六部分是参考文献。
一、技术背景
本系统使用JSP+JavaBean+Access的方式来开发留言板系统[1]。所需要的软件涉及：Apache Tomcat 6.0，jdk1.7.0_17，Microsoft Access 2000, Macromedia Dreamweaver 8, Jcreator LE
5.00，在所有的软件安装成功以后需要配置2个环境变量：在我的电脑-->属性-->高级-->环境变量里，系统变量里选中Path变量双击打开，在变量名的最后一个分号后面加入：C：Program FilesJavajdk1.7.0_17bin;（前提是JDK是默认安装的），并在系统变量里新建变量名为ClassPath变量值为C：
Program FilesJavajdk1.7.0_17lib的系统变量，配置Java所需的运行环境，是因为JSP页面里会涉及部分Java代码[2]。
在这些软件中，JDK保证JSP中J（Java）的运行环境，Tom
cat充当JSP中S（Server）服务器的功能，Dreamweaver提供
JSP中P（Page）的编辑环境。 可以在Jcreator中查看Java文件，并将Java文件编译成.class文件，.class文件都被部署在C：Program FilesApache Software FoundationTomcat 6.0webappsROOTWEB-INFclassesmypackage文件夹下，在JSP文件中通过import导入这些class文件。
系统共使用10个文件，其中包括2个class文件（Access
ConnBean.class, MyUtil.class），6个jsp文件（Login.jsp， liuyan.
jsp, writely.jsp, viewly.jsp, writelyd.jsp, delete.jsp），2个html页面（1.html, 2.html）。
AccessConnBean.class 文件完成连接数据库的功能，MyU
til.class文件完成GB2312码到Unicode码的转换，因表单输入页面是GB2312码，而JSP页面的字符串是以Unicode显示的。
因为涉及将注册信息及留言信息写入数据库，系统设计了2个Access数据库——liuyan.mdb和user_info数据库。JSP访问Access数据库的方式是JDBC-ODBC[3]。数据库的详细设计将在第三章介绍。
二、留言板系统
（一）系统功能。本系统共包括2个子系统（用户登陆和留言系统），共完成5个功能：（1）登陆功能。登陆的用户必须是数据库里的用户，如果不是已经注册的用户，则需要点击注册。成功则进入注册界面，失败留在当前页面。（2）注册功能。单输入自己的用户名、密码、邮箱等信息，并通过writelyd.jsp页面写入数据库。（3）查看留言。已经存在的用户登录进入系统以后可以查看留言板信息。（4） 添加留言。用户输入正确的用户名和密码以后可以进入liuyan.jsp页面添加留言，留言内容会通过write
ly.jsp页面添加到数据库。（5）删除留言。该模块需要用户登录，且必须知道管理员的用户名和密码，在2.html输入要删除的留言者姓名，通过delete.jsp页面进行处理，即可删除该留言者的留言。
（二）数据库设计。留言版系统采用Access数据库，因为该数据库设计比较简单，只存放用户注册信息及留言信息，涉及了数据库的插入，查询，删除等操作。
该系统包含两个数据库： user_info数据库和liuyan数据库，这两个数据库各自包含同名的一个表，user_info表包含us
er_id，password， email, name, sex 5个字段。Liuyan表包含xm，
email, ly, url 4个字段。
（三）预处理实现 。留言板系统涉及用户信息的有以下3个页面：Login.jsp, writely.jsp, writelyd.jsp。他们分别完成的功能是使用用户名和密码登陆、将注册信息写入数据库、将留言信息写入数据库。这3个页面都是处理Web表单提交的信息，涉及信息的内容包括用户的用户名，密码，邮箱，留言内容，姓名，地址等。我们使用预处理语句处理数据库的查询、插入等操作， 在防止SQL注入的同时还可以提高系统性能。
以Login.jsp登录页面为例，我们给出关键代码来给大家作对比，先给出普通版本的：
AccessBean.OpenConn()；
String sql = “select user_id,password from user_info where
user_id=‘”+userId+’” and password=‘“+password+“’”；
ResultSet rs = AccessBean.executeQuery(sql)；
其中AccessBean是AccessConnBean的一个别名，我们在
usebean中简化了这个类名，这个类用来连接Access数据库，根据数据查询返回结果集ResultSet。
其次我们给出PrepareStatement版本的：
Class.forName(“sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver”)；con=
DriverManager.getConnection(“jdbc:odbc:user_info“,” “,””)；
String sql = select user_id,password from user_info where
user_id=‘“+userId+”’ and password=“+password+”；
PreparedStatement pstmt=con.prepareStatement(sql)；
ResultSet rs=pstmt.executeQuery()；
在这个版本中，第一句是连接JDBC-ODBC驱动，第二句连接user_info用户注册数据库，第三句是SQL查询语句，第四句将SQL语言进行预编译，并通过预编译语句对象执行查询，将数据结果返回给ResultSet。
使用PreparedStatement预处理语句可以将SQL语言进行预编译，预处理可以自动检查已经绑定好的变量，同时强制转换这些变量使之与底层数据库驱动相匹配，它会忽略掉一些恶意的字符串，在防范SQL注入的同时因为其预编译的功能可以节约因多次重复输入相同条件的SQL语句而消耗的资源。
总结：该系统经测试运行正常，可以实现登录、注册、添加留言、查看留言、删除留言等功能。经过Web表单预提交的数据经过SQL预处理可以防止SQL注入。
参考文献：
[1] 刘玉轩. 基于JSP 和MySQL 的留言板系统设计与实现[J].计算机与信息技术。
[2] 张兴科. JSP动态网站设计项目教程. 北京： 中国人民大学出版社，2010
[3] 张志峰等。Java Web技术整合应用与项目实战。北京：清华大学出版社，2010.
[4] 王燕,李明,王惠琴.??Web数据库的连接技术及安全控制[J].
远程交互系统 篇11
一、交互
交互的一般定义是相互作用。网络教育领域中的交互现象规律, 是一种具有特殊教育意义的网络交互现象, 具有其特殊的规律。如果仍用“交互”概括网络教育中的交互, 会使其内涵过大, 易使研究者不能准确定位所要研究的问题。因此, 用“教学交互”描述网络教育中的交互现象。
二、现代远程教育
现代远程教育则是指通过音频、视频 (直播或录像) 以及包括实时和非实时在内的计算机技术把课程传送到校园外的教育。例如, 教师可以利用双向通信技术, 可以组织学习者进行答疑和讨论, 模拟传统教室进行实时授课。以计算机技术为基础的双向交互通信技术跨越了空间的限制, 教师可以通过在师生之间有组织的交互活动, 来方便并且及时地解答学生提出的问题, 了解学生的学习现状及心理, 以便及时发现学生在学习方法上存在的问题并适时进行激励。
三、现代远程教育中促进师生交互的策略分析
(一) 增进网络交互的物质条件是加快网络建设
在现代远程教育中, 教师与学生的交互主要通过计算机这一中间环节完成, 所以首先要考虑的因素就是为师生交互提供支持的计算机硬件环境和软件环境, 即物质条件。
1.硬件环境建设
硬件环境建设指网络化教学场地建设, 如多媒体网络教室的建设。
多媒体网络教室是集形、声、像于一体的多媒体传输系统, 它能够通过利用计算机技术和网络通信技术传输影像和音像, 传递多种媒体的教学信息, 如文字、图象、声音和视频等。具有师生之间双向高效交互的功能, 以达到教学的目的, 提高学生的学习, 促进师生交互。
2.软件环境建设
BBS论坛具有匿名性和平等性的特点, BBS上所有登录的用户的权益都是平等的, 既可以参与讨论, 又可以看到别人的讨论。
在讨论区里, 师生之间可针对所有问题发表自己的观点, 从而轻松而有效地对问题进行讨论并使问题得到解决。例如, 学习者可以登录BBS对某一问题提出自己的见解和看法, 教师收集整理学生的观点和见解, 然后逐一进行指导;在信件区里, 还可以收发信件, 每个学习者都有机会向教师提出问题, 能够使教师及时地发现问题并进行相应的指导;在文件共享区里, 教师将自己的教学资料上传到共享区供学生使用, 学生也可将自己的学习资料上传与别人共享。
(二) 学生自我表露, 促进师生交互
由于网络的开放性和虚拟性, 为学生的自我表露创造了条件。一些胆子小、内向的学生害怕与教师面对面的交流, 或者在交流时不会向教师表达真实的想法。而在这种网络环境下, 学生可以隐藏自己的真实身份与教师进行交流, 这种情况下有助于学生放下内心的顾虑, 自由地表达自己的真实想法。如学生可以通过留言板、BBS这种异步交互的方式发表自己的看法, 这就避免了学生由于羞怯与老师交流的弊端, 通过这种方式的自我大胆表露, 使老师更了解学生的情况, 更有利于师生之间的交互功能的实现。同时, 这种方式可以增进师生间的了解和沟通, 由于这种感情的增进, 可以使学生更大胆地表露其心声, 积极有效地促进交互的实现, 以提高教学和学习的效果。
(三) 规范网络行为, 提高师生交互的责任感和信任度
现代远程教育中, 由于教师和学生不在一个地区, 教学交互一般都是通过网络来完成的。在网络的虚拟世界中, 最能体现自由精神, 人们可以畅所欲言, 可以发表评论, 可以发泄内心的不满和愤慨, 也可以尽情表达自己的兴奋和愉悦。但是言论自由并不是无任何约束的, 每一个人都要对自己的言行负责, 只有双方以真诚并负责任的态度进行交流, 人与人之间才会有持久并信任的交往。师生之间也是如此, 学生要本着真诚的、负责的态度与教师交流, 询问学习和生活上的问题, 不要胡编乱造地去故意与教师沟通, 这样不仅耽误了老师的时间, 而且也会妨碍其他同学与教师交流的机会。因此, 制定规则和措施约束网络行为是必要的, 在道德规则和约束的条件下自由畅谈, 从而提高师生之间交互的信任度, 促进师生的交互。
摘要：师生交互功能强能够激发学生的学习动机, 促进学生对知识的获得, 提高学生的学习兴趣, 所以远程教育中的师生交互也就成为研究的重点。本文在分析了远程教育中师生交互特点的基础上, 从网络建设、学生的自我表露等几个方面, 对远程教育中促进师生交互的策略进行了具体分析。
关键词：教学交互,远程教育,师生交互
参考文献
[1]吴立峰.网络教学交互浅析[J].中国校外教育, 2007 (2) :127.
[2]陈丽.远程教育学基础[M].北京:高等教育出版社, 2004 (7) .
[3]裘伟廷.BBS及其在远程教学中的应用[J].广西广播电视大学学报, 2000 (9) :12-13.