新媒體環境下高校多媒體遠程教育輔助系統設計研究

摘要：文章針對高校多媒體服務器負載壓力較差的問題，研究并設計了一種新的多媒體遠程教育輔助系統。本系統的開發目的是充分利用寬帶資源，將遠程教育輔助系統應用引入信息化教學手段中，在豐富遠程教學方式的同時，簡化系統的使用過程，實現推廣遠程教學、為學生提供更多學習機會的目的。基于這種需求，文章研究分析新媒體環境下高校多媒體遠程教育輔助系統的需求，設計教學前臺功能模塊圖，并且從綜合擴展元數據方法、改進鏈接分析的PageRank方法以及頁面與主題相關性判別設計三方面設計軟件算法，實現新媒體環境下高校多媒體遠程教育輔助系統設計。通過對系統主要界面和媒體負載服務器壓力的測試和分析，對該體系的性能實施的可靠性和效率進行了檢驗，在測試后，該系統當上傳帶寬為0.3M/S左右，S1曲線變化較小，S2處于中等變化狀態，S3的變異幅度最大。S3所設定的滯后上界值最大，接近于一個穩定的狀態，測試結果驗證了該系統具備可行性和有效性。

關鍵詞：新媒體環境；高校多媒體；多媒體遠程教育輔助系統；PageRank方法；綜合擴展元數據方法；主題相關性判別

中圖分類號：TP311.52 文獻標志碼：A 文章編號：1674-8883（2023）03-0169-04

一、引言

隨著計算機網絡的發展，現代遠程教育技術的靈活性、便利性、可靠性和兼容性越來越受到人們的重視。調查顯示，遠距離教學與常規教學相比，其效果并不差。相對于傳統教育而言，現代遠程教育技術突破了時間和空間的限制，為學生獲取知識提供了新的途徑。在此基礎上，教師與學生、教師之間的溝通，可以實現遠程、大范圍的互動，提升學生的想象力和創造力。

為了方便實施網上教育，教師要像學生那樣可以在系統內任意分散，不受限于場所，必須有一個中介節點來進行協調和管理，這就要求系統具有靈活、開放、實用、操作簡單等特點，這就使系統的開發工作更加困難。

二、新媒體環境特征

相對于傳統媒體而言，新媒體則突出表現為信息內容豐富、信息傳播廣泛以及信息價值多重等特征。

新媒體能夠為用戶提供各種各樣的信息，并實現全球信息資源的共享，可以說，新媒體在信息內容儲量及豐富程度方面占有極大的優勢。從表現形式來看，信息內容不再局限于文字這一形式，還有聲音、圖像等豐富多樣的內容。信息來源和信息內容也呈現多樣化特征，新媒體所傳播的信息內容涉及社會各個領域。總之，新媒體時代的新聞內容是非常豐富和多樣化的。

另外，依托互聯網與通信衛星設備的新媒體完全打破了信息傳播的時空限制，很大程度上擴大了信息傳播的范圍，提高了人們獲取信息的便捷性。新媒體環境下，擁有相應信息接收設備的用戶可以隨時隨地獲取自己需要的信息。而新媒體所表現出的這種突破地域、打破時間限制的特性，也在很大程度上促進了網絡信息的傳播，從而使不同地域、不同種族間的交流更加便捷，這為更大范圍的信息檢索與查詢提供了便利。

三、高校多媒體遠程教育輔助系統的開發與實現

（一）系統設計

計算機是高校實現多媒體遠程教育輔助系統的物質基礎，在進行輔助教學的過程中，計算機是教師與學生之間的交流媒介[1]。所有的教學管理都是為了教學過程服務，因此本系統中將教學管理功能當作后臺來看待，而教師和學生的教學功能則看作前臺[2]。為了方便說明，系統的模塊圖也將系統分為前臺和后臺分別進行說明。

系統的教學前臺部分如圖1所示。

教學前臺為登錄界面，在此可進行選擇登錄為教師或者是學生身份。

1.教師模塊

遠程授課模塊：視頻授課在此模塊中完成，教師登錄后選擇相應的教學班然后進入授課環節。

教學資源管理模塊：教師在此模塊中對教學班所教學的課程上傳和管理相應的教學資源，如教案、課件等。

教學交流模塊：教師在課余時間使用此模塊提供的論壇功能與學生進行線上交流，對學生進行輔導或者答疑。

成績管理模塊：教師在期末對本學期教學班內的學生進行教學評定，并給出評定結果。

2.學生模塊

遠程授課模塊：學生在指定的時間段能登錄，并通過教學班的選擇進入相應的實時性教學環節。

教學資料閱覽單元：本模塊為學生提供與老師有關的資料，供同學們瀏覽、下載。

教學交流模塊：學生在課余時間通過非實時的形式與教師進行討論或提問。

分數查詢：學生能夠對自己的全部考試成績進行詢問。

（二）軟件設計

在本系統中，最核心的部分就是對已經采集下載的頁面中提取出來的URL和內容進行主題相關性判別。

1.綜合擴展元數據方法

雖然現有的元數據微積分算法都不太理想，但是在HTML標簽的其它基礎上，若能基于對象的信息進行有效的引導，那么就可以將標簽和元數據區分開來，將所有的標簽資訊稱為HTML擴充元資料[3]。利用擴充元數據進行語義關聯加權的方法，其算法如下。

2.改進鏈接分析的PageRank方法

PageRank查找方法之前就提到了，該方法能有效幫助網頁搜尋者確定關鍵網頁，將其放在搜尋結果之前，此算法定義如下。

假定一個網頁A上的內容是T1，T2，…，Tn，C（A）是從起點到另一個網頁的連接數量，F（A）是網頁的PageRank數，d是一個衰減系數（一般設置在0.85），那么算法如下。

通過查閱資料及對比數據發現，雖然這種PageRank算法對發現比較重要的頁面具有很強的判斷能力，但是它發現的頁面主要是針對一個比較廣泛的主題，而不是基于具體主題。

在使用這種PageRank方法進行計算時，由于網頁的PageRank數值和其它網頁組的鏈接有很大的關聯，那么在收集時會有一個網頁組被許多不相干的話題引導到網頁的PageRank，比一個網頁上有一小部分與主題有關的網頁的PageRank更大，則會導致“主題漂移”。

為了解決這個問題，本系統參考其他資料推薦的解決辦法，對PageRank算法進行了修改，并在原有的關聯關系的基礎上增加了語意信息量，使得系統最終采用的URL是與主題相關的重要頁面，改進后的算法如下。

改進后的PageRank方法，可以從主題瀏覽者的角度去理解。一個話題訪問器是由最初的一組網頁開始的，它沿著最初的網頁所包含的連結一直向前推進，而在這段時間里，他們從來沒有做過任何事情。在每一個網頁上，一個話題訪問者對這個網頁上的每一個連接的關注的概率與這個網頁、話題有很大的關系。

與此同時，訪問者也會失去對這個網頁鏈結的興趣，因此會隨意選取一個新的網頁作為新的瀏覽。所以，退出的可能是d。根據最初的PageRank方式，當有許多網頁被引導到某一網頁時，網頁的網頁PageRank數值必然會更高。但是，若用修改后的PageRank方式進行，則PageRank的數值不會太高。

再者，當網頁的PageRank數值較高時，該網頁的PageRank必然是高的。總之，當有大量的話題網頁被引導到一個網頁時，它就是一個值得一看的網頁。當一個主要的專題資料來源有一個網頁時，該網頁就更有意義了，值得觀看。這就是本系統設計的URL主題相關性判別算法的基本原理。

3.頁面與主題相關性判別設計

為進一步提升系統收集網頁的精確度，還要對所收集到的網頁和題目進行判定，其本質上就是一種基于主題的文字分類，剔除掉評估值不高的網頁，從而達到更好的效果[4]。

參照傳統向量空間模型的有關思想，該系統使用了一個面向對象的語義模型來識別網頁和標題之間的相關關系，它的工作流程如下。

第一，預處理：對采集后的文本進行規范，便于后續處理。

第二，對網頁主體內的中文進行分詞，對英文進行詞組識別，剔除沒有類別資訊的介詞、副詞、冠詞、代詞、連詞、語氣詞等，并保留關鍵字。

第三，把網頁的題目分成幾部分，然后把結果和文本里的關鍵字結合起來，并且強調重點。

第四，網頁中的關鍵字按照標題中的特征矢量進行裁減和擴展。

第五，由公式求出網頁和題目之間的相似性，以1D為主題，以2D用于對比的網頁。

四、系統性能測試與分析

（一）主要界面測試

在軟件開發的過程中，軟件的界面是非常重要的一個環節。在終端使用者的應用中，其界面是與使用者進行直接互動的一部分，用戶并不知道或者不關心軟件所使用的技術等問題，軟件界面設計的是否美觀、提供的操作是否人性化，很大程度上決定了用戶對軟件的使用體驗。所以，是否擁有良好的用戶界面，是判斷軟件質量非常重要也是非常直觀的一個環節。本文針對系統中關鍵的界面和操作做了全面的測試。

登錄界面，如圖2所示。

該平臺針對不同的使用者，采用相同的登錄接口，并根據登錄時所選取的身份進行識別，注冊接口顯示在下面的圖表中。通過實驗，當使用者在使用多種身份登錄時，能夠準確地進行識別，并切換到另一個接口。

1.專業計劃管理

在此界面中，教務管理員進行專業計劃的添加、專業課程的管理和專業信息的維護。經過測試，系統能正確顯示要求的專業信息，并進行相關操作。界面操作如圖3所示。

2.學生信息查詢

教務管理員可通過此界面查詢學生的具體信息并進行修改，方便對學生進行管理。經過測試，系統可以正確返回要查詢的學生信息，并對修改的信息進行保存。界面如圖4所示。

3.成績查詢

學生用戶通過此界面查詢學生在校期間各個學期的成績。經過測試，系統能夠正確返回對應學生的成績記錄。測試界面如圖5所示。

4.遠程視頻教學

視頻教學是本系統中教師和學生使用最多的一個界面，此界面在Flash中完成，并提供在線視頻顯示、遠程共享對象顯示、學生在線情況顯示等多種功能。經測試，教師和學生用戶可以正確連接到相應的教學班，并進行在線的視頻通訊和遠程共享對象操作。界面如圖6所示。

（二）媒體服務器負載壓力測試

效能的測試涵蓋范圍廣泛，包括執行效率、資源占用、穩定性、安全性、兼容性、擴展性、可靠性等，負荷壓力試驗是測量設備的主要工作之一，本系統的主要功能是為遠程視頻教學提供視頻通訊平臺，在使用中會產生大量的連接并占用大量的帶寬。因此FMS3媒體服務器的帶寬測試，顯得十分重要。測試不僅要檢驗系統功能的實現，還要通過反復的測試決定在一定帶寬的前提下，使用何種視頻參數才能在滿足教學要求的前提下提供最佳的視頻質量。

在實際的壓力測試過程中，通過FMS3AdministrationConsole（管理員控制臺）查看帶寬的使用情況，并預測在此種視頻參數設置下系統能夠提供同時在線學生數量。經過反復測試，當設置視頻分辨率為300×200，每秒幀速率為15FPS同時在線人數為20人時得到的測試結果如圖7所示。

由圖7可知，當上傳帶寬為0.3M/S左右，S1曲線變化較小，S2處于中等變化狀態，S3的變異幅度最大。S3所設定的滯后上界值最大，使其接近于一個穩定的狀態。通過軟件測試人員與部分教師、同學和教務管理人員的協作，應用多種軟件測試方法，就系統服務端的安裝、系統各種功能、運行界面、寬帶使用率等進行了試驗。該方法已經完成了各項功能需求的分析，能夠達到簡單實用、響應速度快、維護性好、可擴展性好等效果，基本滿足了預期的需求。

五、結語

本系統在功能上已經基本滿足了遠程教學的需求，但是在試運行階段，師生和教務管理人員針對當前系統提出了一些需要改進的地方，主要包括以下幾個方面。

一是進一步美化系統界面，好的系統界面能夠給人很好的心情，通過美化和優化界面，使軟件的啟動速度、功能實現過程達到更好的效果。

二是進一步挖掘新媒體環境下多媒體數據庫方面的潛力，進行數據庫語音和圖像方面的存儲研究，使用戶瀏覽系統時能夠得到更全面、種類更多的教學資源。

參考文獻：

[1] 殷建軍，尹令.基于Web技術的嵌入式計算機遠程輔助教學系統設計[J].現代電子技術，2021，44（16）：25-29.

[2] 杜鑫.現代多媒體技術在高校藝術教育中的應用研究：評《現代藝術設計與教育研究》[J].教育發展研究，2020（12）：85.

[3] 田競.基于MVC框架高校多媒體管理系統的設計與實現[J].機械設計，2021（9）：123-124.

[4] 張挺聳，徐銘澤，劉春宇.基于概念網絡的物理多媒體輔助教學系統設計[J].現代電子技術，2020，43（20）：119-121，125.

作者簡介 劉玲，講師，研究方向：思想政治教育。