CN101707011A - 一种基于对等主体的网络课堂实时与非实时监管方法 - Google Patents

Abstract

网络环境下的课堂教学带有松散性、不确定性和难控制性，导致教学的质量和效果难以保证，不能令人满意。本发明是一种用于基于互联网或是内联网的网络计算环境中，采用对等主体来实现的网络课堂实时与非实时监管方法。本发明将主体技术和对等计算技术融合在一起，并应用于网络课堂实时与非实时监管系统中。网络课堂监管系统本身分为教师用计算机和学生用计算机两部分。教师用计算机作为网络课堂集合点，其上长期驻留集合点对等主体，负责创建派往学生用计算机用于监管学生网络课堂学习情况的对等主体并与之交互，以实现对学生网络课堂学习情况有效监管，使教师可以便捷的实时和非实时掌握身处各地的学生的课堂学习情况。

Description

一种基于对等主体的网络课堂实时与非实时监管方法

技术领域

本发明是一种用于基于互联网或是内联网的网络计算环境中，采用对等主体(Peer-Agent)来实现的网络课堂实时与非实时监管方法。属于分布式计算、计算机网络、信息系统等信息技术类应用领域。

背景技术

网络是20世纪90年代在美国兴起，如今遍布世界大多数地区，网络改变了人们的思维方式和行为方式，也冲击着传统的教学方式。随着互联网和内联网的日益普及，在高等院校利用网络进行教与学的模式应运而生并得到了迅速发展，发展中的网络环境下的教育突破了传统的学校教育框架。网络技术的发展极大地拓展了教育的时空界限，使教育资源共享的原则得以实现，开展网络教学加速教育技术现代化是社会发展的必然趋势。

基于网络的课堂教学是指建立在网络技术平台上，利用网络环境进行的教学。它是随着计算机技术和网络技术的发展而产生的一种新型教学方式，是未来课堂教学的发展方向。与传统教学方式相比，它具有明显的优势，也给学校教育带来严峻的挑战。基于网络的课堂教学模式，与传统课堂教学模式有明显的区别，它应该尽可能地发挥现代信息技术的优势，同时要避免信息网络对教育带来的消极影响。

综观目前网络课堂的现状，并不能令人满意，特别是学生的学习状况难以控制，导致教学的质量和效果难以保证。从教学实践来看，网络环境下的课堂教学带有松散性、不确定性和难控制性。在网络课堂中，特别是基于互联网的网络课堂，教师和学生分布在不同的地点，学生规模常常比较大，教师难以像传统课堂那样可以和学生面对面，从而有效关注学生的学习情况，包括是否认真上课、是否有疑问需要解答等。

教师需要能够随时监控学生的学习过程，充分发挥管理与评价的促进和监督职能，来促使学生进行更有效的学习。本发明是一种用于基于互联网或是内联网的网络计算环境中，采用对等主体来实现的网络课堂实时与非实时监管方法。

主体技术(Agent)的诞生和发展是分布式人工智能技术和网络技术发展的必然结果。主体一般应具有自主性(Autonomy)、主动性(Activity)、反应性(Reactivity)、社会性(Sociality)、智能性(Intelligence)等拟人特征，能根据具有的知识信念以及周围发生的事件进行感知、推理、规划、通信，并反作用于环境。主体、多主体和移动主体的技术和系统平台的优良特性使其在现代及未来的网络及应用系统中可以得到广泛的应用。目前已经成功应用于分布式网络管理系统、网络信息检索、入侵检测、工作流、移动数据库系统、电子商务和动态路由交换等系统中。

可以看出，主体可在以下的应用领域中发挥作用：

1.与用户直接交互，在相互作用中灵活、智能地协助用户完成琐碎的工作的应用；

2.需要在海量信息系统中建立快速、智能的搜索机制的应用；

3.在高度动态的环境下，要求能对复杂、多变的环境做出响应或自适应的应用；

4.需要能自主处理失效或冲突，以进行再调度、再计划或资源再分配的应用；

5.在地理上或逻辑上分布、自主或异构的节点间提供应用服务或中间件服务的应用；

6.需要既能进行长期计划驱动的行为又能从事短期实时响应行为的应用。

对等计算技术(Peer-to-Peer computing，简称P2P)则重点关注基于互联网的边缘节点，对等计算的思想改变Internet原来的C/S计算(Client/Server Computing，客户/服务器计算)或是B/S计算(Brower/Server Computing，浏览器/服务器计算)这样不对称的计算模式，每个对等节点(Peer)地位对等，可以同时成为服务的使用者和提供者，这为大规模的信息共享、直接通信和协同工作提供了灵活的、可扩展的计算平台。

主体技术和对等计算技术相结合构成对等主体可以有效的构建各种新型的分布式网络软件系统。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种基于对等主体的网络课堂实时与非实时监管方法，基于该方法可以兼顾实时与非实时两种情况下教师对异地学生的课堂学习情况的监控管理，从而有效保障处于分布式网络计算环境中的网络课堂的教学质量。

技术方案：本发明的基于对等主体的网络课堂实时与非实时监管方法将主体技术和对等计算技术融合在一起，并应用于网络课堂实时与非实时监管系统中，使教师可以便捷的实时掌握身处各地的学生的课堂学习情况，包括是否按时上课、认真听课，有无利用计算机和网络做与课程无关的事情，在听课过程中有无疑难问题；如果学生本次上课缺席，另约时间自行补课，教师可以便捷的通过“非实时”的方式掌握学生的学习情况。

一、对等主体

一般可从以下几个层次来考虑P2P网络系统的构造，如图1所示：

1、网络通信层(Network Communication Layer)：网络可能由局域网、广域网、移动通信网络构成，网络通信介质、网络通信协议和网络中参与通信的计算设备的资源、能力和接入方式都存在极大的差异性。P2P系统的网络通信层的设计和实现必须包容和适应这种差异性。另外，由于大量的对等节点自由随意地加入和退出网络，使网络中存在很多费时的、不实用的建立和关闭连接的瞬时信息，容易阻塞网络，影响网络通信的性能。因此当网络拓扑发生变化时，网络通信层要能够适应网络拓扑的动态调整使信息交换能正常执行下去。

2、覆盖节点管理层(Overlay Nodes Management Layer)：P2P覆盖节点管理层包括资源发现和资源定位，以及路由查找和路由优化等方面的内容，因为P2P网络实质是在现有网络基础上增加另一层基于内容的覆盖网络(Overlay Network)，使消息和数据交换更为高效。

3、性能管理层(Performance Management Layer)：P2P性能管理层包括性能、安全、资源管理、可靠性维护等内容。P2P系统与传统的分布式系统相比，动态性更强，节点自主性更强，这使系统运行的稳定性、安全性和可靠性更难以控制；但是，另一方面巨大的节点数量使得利用资源冗余来增强系统运行的可靠性和稳定性，例如，在P2P文件共享系统中，可以在各个Peer中复制相同数据以保证文件共享的可靠性和稳定性。

4、特定服务层(Services-specific Layer)：P2P特定服务层包括任务调度、元数据、消息传递机制、服务管理等内容。任务调度功能可应用于多节点并行或深度计算应用；元数据描述了在P2P系统中存储的内容，应用于内容和文件管理，有利于对资源进行定位；消息传递机制可应用于协同工作，例如以XML(eXtensibleMarkup Language，扩展标记语言)格式在各个节点之间互相传递消息；服务管理可对P2P系统提供的服务类型进行管理，包含了各种与服务相关的组件。

5、应用层(Application-level Layer)：P2P应用层处于系统的最高层，利用服务相关层提供的各种基本服务，实现面向用户灵活多变的应用需求的诸多高级功能，可以从工具、应用和服务几个方面来实现。例如有分布式计算、内容和文件的共享、即时通信等方面的应用。目前P2P网络的各类应用开发尚处在初期，存在许多不同的协议、不同的体系结构和不同的实现方法，缺乏完善、统一、可遵循的标准。

在P2P网络系统中引入主体的思想和技术，实质上是用主体来封装对等网络每个节点上的“应用层”软件系统，使系统具有主体的主动性、反应性和社会性等特征。

在P2P网络计算环境中融合对等计算和主体技术构建对等主体组成一个面向任务协作的主体社会系统，驻留在不同对等节点上的对等主体可以协作、迁移。对等节点在协同工作的时候，所有与协调、协作和协商的工作全部由对等主体完成。

P2P网络系统应用层所包含的功能组件可以由某一个对等主体来创建自己的子主体后，并封装到该主体中，按需动态携带、迁移并部署到目的节点上。功能组件可由任务的发起者来制作和发行，以切实达到任务的发起者所要求的效果和目标。

二、基于对等主体的网络课堂监管系统体系架构

基于对等主体的网络课堂监管系统构建于P2P网络计算环境中，采用集中式对等网络拓扑结构，其网络通信、节点与资源管理等功能由P2P网络技术来实现。网络课堂监管系统本身分为教师用计算机和学生用计算机两部分。教师用计算机作为网络课堂集合点(Rendezvous Peer)，其上长期驻留集合点对等主体(Rendezvous PeerAgent，简称RPA)。RPA将创建派往学生用计算机用于监管学生网络课堂学习情况的学生对等主体(Student Peer Agent，简称SPA)。SPA通过键盘、鼠标、屏幕、网卡、摄像头等设备获取其使用情况，对其进行有效控制，并将相关信息报告给RPA，以实现对学生网络课堂学习情况有效监管，如图2所示。

三、基于对等主体的网络课堂实时与非实时监管方法工作流程

教师首先开启网络课堂，即利用对等计算技术首先建立一个网络课堂集合点，构成一个仅包含一个节点的网络课堂，并创建集合点对等主体RPA，然后等待其它节点加入该课堂。

在实时网络课堂上：

学生必须启动计算机并联网，然后在规定的时间范围内登录并加入该网络课堂；网络课堂集合点侦听到学生的登录请求后，验证学生的帐号和密码信息无误后，集合点对等主体RPA立刻为该学生孵化出学生对等主体SPA。

网络课堂集合点将SPA通过网络发送到学生计算机上，将抵达信息回复至集合点后将一直驻留在计算机上，直至学生退出本次网络课堂为止；

SPA具体完成以下任务：

1)每隔固定的周期，如60秒，即向RPA发送一个在线活动信号，如果RPA持续5个周期没有收到该SPA的在线活动信号或是该学生的再次登录请求的话即认为该学生提前退堂，

2)SPA实时监控学生的屏幕显示内容、键盘和鼠标操作情况、网络通信情况，并不定期的自动或是应RPA的要求将屏幕显示画面抓取下来，以及将上课期间该学生用机的网络通信情况，包括登录哪些网站等，发送至网络课堂集合点，

3)SPA实时监听来自RPA的指令信息，如暂时锁定键盘禁止学生做除了可以按规定步调阅读课件及相关资料或是观看视频的其它事情，

4)SPA通过对话框等界面接受来自学生关于疑问等相关信息，或者提供代表“举手”的按钮接收学生的发言请求，并将信息发送至RPA处交由教师统一处理；

在非实时网络课堂上：

学生由于缺席实时网络课堂而选择采取非实时网络课堂来学习本课程时，同样必须启动计算机并联网，然后在规定的时间之前登录并加入该网络课堂，教师须事先将课程的录像、课件、资料编制成适宜学生自学的课程内容，

网络课堂集合点侦听到学生的登录请求后，验证学生的帐号和密码信息无误后，RPA立刻为该学生孵化出学生对等主体SPA，

网络课堂集合点将SPA通过网络发送到学生计算机上，将抵达信息回复至集合点后将一直驻留在计算机上，直至学生退出本次网络课堂为止，

SPA具体完成以下任务：

1.)SPA实时监控学生的屏幕显示内容、键盘和鼠标操作情况、网络通信情况，录制学生学习全过程的计算机屏幕画面，以及记录上课期间该学生用机的网络通信情况，同步发送并存储到网络课堂集合点上，供教师调阅检查，

2.)SPA调用学生计算机上的摄像头驱动程序，全程录制学生的自学情况，同步发送并存储到网络课堂集合点上，供教师调阅检查，

3.)SPA通过对话框等界面接受来自学生关于疑问等相关信息，并将信息发送至RPA处，当教师在线时可以统一处理。

有益效果：基于对等主体的网络课堂实时与非实时监管方法可以有效实现对分散在各地的学生进行网络课堂学习的监管，从而保障网络教学的质量，达到以下的有益效果：

(1)采用基于对等主体达到分布式监控的目的，从而减轻了教师的管理整个网络课堂学生学习情况的负担。

(2)兼顾了实时与非实时两种不同需求的监管需求，达到有效监控学生网络课堂学习情况的目标。

(3)提高的系统的灵活性、跨平台和可扩展性，系统中对等主体可采用解释性语言编写，其基本的执行环境为该语言的解释器，屏蔽了网络设备差异；对等主体是动态生成的，并具有一定的生存周期，因此对其功能进行修改和扩展都非常简便。

(4)提高了分布式系统的自治及可恢复性，SPA分布于各节点，其中一个失效不影响其它节点，RPA可以迅速感知SPA失效情况，并可迅速孵化出新的SPA。

附图说明

图1是1P2P网络系统层次架构示意图。

图2是基于对等主体的网络课堂监管系统体系架构示意图。

具体实施方式

本发明可具体实施于基于对等主体的网络课堂监管系统中。首先需要采取合理的方法构建对等主体。基于对等主体的网络课堂监管系统选择运行于Sun的JXTA(Sun公司开发的对等网络系统平台)网络平台之上的。JXTA技术为对等主体提供了基础性的支撑机制，为实现统一、安全、互操作以及异构的应用提供支持。JXTA通过Java技术和XML数据表达的结合，提供了强大的功能；同时通过小型、简单、便于开发的构造模块，JXTA使开发者从建立各自框架的复杂工作得以解放，可以专心关注于构建各类新颖、创造性的、分布式计算应用。这种技术基础使得移动Agent系统本身有可能同时允许极大规模的机器之间相互连接，形成一个极大型的分布式系统。

JXTA本身是为了构建P2P网络而制订的一组协议，由对等点发现协议(PeerDiscovery Protocol，PDP)和对等信息协议(Peer Information Protocol，PIP)等六个协议组成，这些协议是专为特定的、分布式的、对等的网络计算而设计的。使用这些协议，Peer可以互相合作来建立自我组织、自我管理的对等组，而不必关心它们在网络中所处的位置，并且也不需要集中的管理机构。

JXTA的目标是希望在任何设备，从PC到移动电话、家用电器等设备都可以支持P2P编程。JXTA被设计成友好的、容易开发和维护的、健壮的，并且能够满足任何P2P应用的概念。JXTA由三层组成：第一层是JXTA核心层(JXTA Core)，它包含了服务所需要的核心功能；第二层是服务层(JXTA Services)，它提供了访问JXTA协议的接口；第三层是应用层(JXTA Application)，它使用服务来访问JXTA网络和JXTA提供的功能。这样的设计和一个标准的操作系统比较相似，标准的操作系统包括核心操作系统、服务和应用程序。其中，核心层封装了最根本的东西，包括Peer、对等组、Peer发现、Peer通信、Peer监视和相关的安全原语；服务层包括对于P2P网络不是必需的、但很通用的功能，如查找、共享、索引、代码缓存和内容缓存的机制；应用层包括了应用JXTA服务开发出来的完整的P2P应用程序，例如myJXTA，JXTA-CAD等应用程序。

同时，对等主体在JXTA平台上采用.Net技术开发而成，运行于基于.NETFramework(.NET框架)平台上，因此可以提供各种.Net所支持的程序语言于该系统之上进行开发。.NET Framework是支持生成和运行下一代应用程序和XML Webservices的Windows内部组件。.NET Framework具有两个主要组件：公共语言运行库和.NET Framework类库。.NET Framework旨在实现下列目标：提供一个一致的面向对象的编程环境，而无论对象代码是在本地存储和执行，还是在本地执行但在互联网上分布，或者是在远程执行的；提供一个将软件部署和版本控制冲突最小化的代码执行环境；提供一个可提高代码(包括由未知的或不完全受信任的第三方创建的代码)执行安全性的代码执行环境；提供一个可消除脚本环境或解释环境的性能问题的代码执行环境；使开发人员的经验在面对类型大不相同的应用程序(如基于Windows的应用程序和基于Web的应用程序)时保持一致；按照工业标准生成所有通信，以确保基于.NET Framework的代码可与任何其它代码集成.

对等主体利用JXTA提供P2P构架、每个Peer上装载一个Peer Agency(对等节点代理平台)，Peer Agency是对等主体行环境，提供执行其之上的对等主体和从异地迁移至本地的对等主体在执行时所需的各种资源与服务。

RPA和SPA必须执行于Peer Agency里面。在集合点和学生节点上迁移的SPA可以自由的在不同Peer Agency之间迁移。对等主体的程序代码包含了所要执行的工作，它可以利用Peer Agency所提供的资源与服务，来协助它达成工作目标。

RPA和SPA在实时网络课堂上按照以下流程工作：

学生必须启动计算机并联网，然后在规定的时间范围内登录并加入该网络课堂；网络课堂集合点侦听到学生的登录请求后，验证学生的帐号和密码信息无误后，集合点对等主体RPA立刻为该学生孵化出学生对等主体SPA，

网络课堂集合点将SPA通过网络发送到学生计算机上，将抵达信息回复至集合点后将一直驻留在计算机上，直至学生退出本次网络课堂为止；

SPA具体完成以下任务：

1)每隔固定的周期，如60秒，即向RPA发送一个在线活动信号，如果RPA持续5个周期没有收到该SPA的在线活动信号或是该学生的再次登录请求的话即认为该学生提前退堂，

2)SPA实时监控学生的屏幕显示内容、键盘和鼠标操作情况、网络通信情况，并不定期的自动或是应RPA的要求将屏幕显示画面抓取下来，以及将上课期间该学生用机的网络通信情况，包括登录哪些网站等，发送至网络课堂集合点，

3)SPA实时监听来自RPA的指令信息，如暂时锁定键盘禁止学生做除了可以按规定步调阅读课件及相关资料或是观看视频的其它事情，

4)SPA通过对话框等界面接受来自学生关于疑问等相关信息，或者提供代表“举手”的按钮接收学生的发言请求，并将信息发送至RPA处交由教师统一处理；

RPA和SPA在非实时网络课堂上按照以下流程工作：

学生由于缺席实时网络课堂而选择采取非实时网络课堂来学习本课程时，同样必须启动计算机并联网，然后在规定的时间之前登录并加入该网络课堂，教师须事先将课程的录像、课件、资料编制成适宜学生自学的课程内容，

网络课堂集合点侦听到学生的登录请求后，验证学生的帐号和密码信息无误后，RPA立刻为该学生孵化出学生对等主体SPA，

网络课堂集合点将SPA通过网络发送到学生计算机上，将抵达信息回复至集合点后将一直驻留在计算机上，直至学生退出本次网络课堂为止，

SPA具体完成以下任务：

1.)SPA实时监控学生的屏幕显示内容、键盘和鼠标操作情况、网络通信情况，录制学生学习全过程的计算机屏幕画面，以及记录上课期间该学生用机的网络通信情况，同步发送并存储到网络课堂集合点上，供教师调阅检查，

2.)SPA调用学生计算机上的摄像头驱动程序，全程录制学生的自学情况，同步发送并存储到网络课堂集合点上，供教师调阅检查，

3.)SPA通过对话框等界面接受来自学生关于疑问等相关信息，并将信息发送至RPA处，当教师在线时可以统一处理.

Claims (1)

1.一种基于对等主体的网络课堂实时与非实时监管方法，其特征在于：

在实时网络课堂上：

学生必须启动计算机并联网，然后在规定的时间范围内登录并加入该网络课堂；网络课堂集合点侦听到学生的登录请求后，验证学生的帐号和密码信息无误后，集合点对等主体立刻为该学生孵化出学生对等主体，

网络课堂集合点将学生对等主体通过网络发送到学生计算机上，将抵达信息回复至集合点后将一直驻留在计算机上，直至学生退出本次网络课堂为止；

学生对等主体具体完成以下任务：

1)每隔固定的周期，如60秒，即向集合点对等主体发送一个在线活动信号，如果集合点对等主体持续5个周期没有收到该学生对等主体的在线活动信号或是该学生的再次登录请求的话即认为该学生提前退堂，

2)学生对等主体实时监控学生的屏幕显示内容、键盘和鼠标操作情况、网络通信情况，并不定期的自动或是应集合点对等主体的要求将屏幕显示画面抓取下来，以及将上课期间该学生用机的网络通信情况，包括登录哪些网站等，发送至网络课堂集合点，

3)学生对等主体实时监听来自集合点对等主体的指令信息，如暂时锁定键盘禁止学生做除了可以按规定步调阅读课件及相关资料或是观看视频的其它事情，

4)学生对等主体通过对话框等界面接受来自学生关于疑问等相关信息，或者提供代表“举手”的按钮接收学生的发言请求，并将信息发送至集合点对等主体处交由教师统一处理；

在非实时网络课堂上：

学生由于缺席实时网络课堂而选择采取非实时网络课堂来学习本课程时，同样必须启动计算机并联网，然后在规定的时间之前登录并加入该网络课堂，教师须事先将课程的录像、课件、资料编制成适宜学生自学的课程内容，

网络课堂集合点侦听到学生的登录请求后，验证学生的帐号和密码信息无误后，集合点对等主体立刻为该学生孵化出学生对等主体，

网络课堂集合点将学生对等主体通过网络发送到学生计算机上，将抵达信息回复至集合点后将一直驻留在计算机上，直至学生退出本次网络课堂为止，

学生对等主体具体完成以下任务：

1.)学生对等主体实时监控学生的屏幕显示内容、键盘和鼠标操作情况、网络通信情况，录制学生学习全过程的计算机屏幕画面，以及记录上课期间该学生用机的网络通信情况，同步发送并存储到网络课堂集合点上，供教师调阅检查，

2.)学生对等主体调用学生计算机上的摄像头驱动程序，全程录制学生的自学情况，同步发送并存储到网络课堂集合点上，供教师调阅检查，

3.)学生对等主体通过对话框等界面接受来自学生关于疑问等相关信息，并将信息发送至集合点对等主体处，当教师在线时可以统一处理。

Images