多媒体教学系统设计方案范文

关键词：虚拟化技术；云桌面；多媒体教室

中图分类号：G484文献标志码：B文章编号：1673-8454（2017）14-0092-03

信息化时代的到来推动着高等教育走向信息化的发展道路，不断促进信息技术与教育教学的深度融合。多媒体教室以其在教学中具有多媒体视听结合、知识呈现多样化、教学形式生动形象以及网络环境下的教学资源共享等特点，越来越成为各大高校深化教学改革、提高教学质量的主要支撑平台。

一、目前多媒体教室管理中的问题

高校传统的多媒体教室设备普遍由计算机、中控、投影仪、功放及音响等组成，这种模式约占高校多媒体教室数量的90%以上。计算机作为其中的核心组件，其可靠性直接决定着课堂教学是否能够正常运行。大量的现场教学运行实践表明，以计算机为核心的高校多媒体教室在建设与管理中主要存在以下问题：

1.数量多，分布广，独立管理，运维任务重

多媒体教室建设从上世纪90年代中后期开始在各大高校兴起，由于多媒体教学手段传输的信息量大，学生可通过视觉及听觉全方位地接收信息，教师越来越多的选择了多媒体教学手段进行教学，对多媒体教室的依赖性也越来越重。如今多媒体教室已经非常普及，一所高校动辄上百间甚至几百间多媒体教室，分布在不同的教学楼中，加之高校多媒体教室维护技术人员紧缺，导致运行维护任务重，甚至发生教学管理事故。

2.计算机故障频发

多媒体教室管理与维护中最容易出问题的是计算机，据我们统计，多媒体教室所发生的故障中，70%以上与计算机有关，因为是公共应用场所，使用的教师多，教室环境也没有机房好，应用的软件种类多，再加上病毒的侵害和误操作等，很容易引起计算机系统崩溃。同时，计算机使用了几年以后，很多接插件容易接触不良，经常出现原因不明的故障等。

3.计算机操作系统和应用软件的升级更新耗时费力

众多多媒体教室承担着一所高校所有课程的日常授课，涉及到多个专业和多门课程，每个学期的课程及应用软件等都会有变化，每位教师上课的教室也是变化的，因此多媒体教室的计算机上一般需要安装几个操作系统和很多应用软件，不仅造成计算机速度变慢，更重要的是当需要更新操作系统或升级各类应用软件时，需要管理人员花费大量的时间进行更新和安装。同时，不同软件安装在同一个环境中，常常会引起软件的冲突。为了安装好一台“母机”，需要不断地去测试软件。如果有的多媒体教室没有局域网，就需要一台一台地更新，其工作量可想而知。

如何有效保障数量庞大的多媒体教室的稳定可靠性，满足学校不同学科、课程教学的个性化需求，不断适应信息技术与教育教学深度融合的发展趋势，更有效地发挥多媒体教室的作用，是高校现代教育技术部门、教学管理部门都无法回避且必须着力探索与解决的普遍性的现实问题。因此，除了加强多媒体教室设备的日常运行维护外，如何解决多媒体教室中占故障率70%以上的计算机问题，满足现代化教学过程中海量资源共享需求，就成了我们关注的重点。

二、桌面虚拟化技术

虚拟化（Virtualization）是一个广义的术语，简单来说，是指计算机相关模块在虚拟的基础上，而不是真实的、独立的物理硬件基础上运行，这种把有限的固定资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率，从而实现简化管理，优化资源等目的的解决方案，就叫做虚拟化技术之一。

计算机虚拟化技术当前主要包括服务器虚拟化、应用虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化等。而桌面虚拟化技术是当前发展最快的技术之一。

桌面虚拟化是指将服务器物理资源抽象成逻辑资源，CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的资源池，通过虚拟机控制器将资源重新按逻辑组合成一个或者多个虚拟机，最后通过远程桌面连接协议将虚拟机的画面交付给云终端的整体解决方案，桌面虚拟化技术也被简称为云桌面技术。

根据多媒体教室应用的场景，多媒体教室的计算机如采用云桌面技术，将大大减轻管理人员的维护工作量，极大的保证了多媒体教室的稳定性和可靠性。同时云桌面不仅能满足教师的个性化需求，而且能更好地满足教师在教学过程中的海量资源共享。

但由于云桌面对服务器有强依赖性，一旦服务器或网络中断，将造成多媒体教室的灾难性故障，所有采用云桌面的多媒w教室都将无法使用，这也是许多学校对多媒体教室建设采用云桌面非常谨慎的重要原因。

三、基于云桌面的多媒体教室设计方案

本多媒体教室云桌面项目总体框架由锐捷网络提供，采用“层次化”的结构和控制方案，分为客户端层、云主机层和管理层三个实施层面，满足了学校提出的服务器出现故障、网络出现断网故障时也可确保基本的课堂教学的设计要求。

1.在云主机层，采用集群技术的服务器保障体系

由于云桌面对服务器的可靠性要求较高，采用了服务器集群的方案，保证了一台服务器出现故障后不会影响到服务器对所有的云终端提供服务的能力。同时，在云终端数量较多楼栋建设备用集群的方案，当主服务器集群出现故障或主服务器与教学楼网络中断时，由设置在教学楼内备用集群的云主机提供服务来保证教学楼内的云终端正常运行和工作。

2.在客户端层，云终端采用了瘦客户机模式

云终端采用了瘦客户机模式，云终端内无任何接插件，保证了云终端的稳定性和可靠性，同时，云终端提供了离线模式，当服务器无法对云终端提供服务时，云终端也能保证基本的课堂教学模式，即播放PPT或者播放视频，这样保证了基本的教学过程不中断。

3.化出专门vlan和单独的IP地址段用于云桌面在全校的部署

为了保证网络的可靠性，本设计方案对校园网络也进行了优化，化出专门vlan和单独的IP地址段用于云桌面在全校的部署，这样便于维护和管理，当我们更换云终端时，只需将网线和键盘鼠标接上就可以使用。同时，我们对有140间多媒体教室的公共教学楼单独建设了多媒体专网，用来保证网络的安全可靠。

4.教学资源分类部署

根据学校教学要求和各类教师对教学资源使用的不同，建设了满足教师个性化需求的教学资源类型，如图形视频类制作的教学课程、基础类教学课程、文科类教学课程、经济类教学课程等类型。对不同的教学类型建设不同的操作系统的教学课程模块，用来满足不同类型教师的需求，这样多个教师共用一个类型模块，可以降低云桌面建设的成本，对个别教师有特别要求的，提供单独的教学账号来满足其个性化要求。

5.开发了移动手机APP辅助教学工具

为了充分发挥移动教学的优势，我们开发了移动手机APP辅助教学工具。它是一款基于无线WiFi网络，实现移动终端与云终端之间互联互动的移动应用软件。在多媒体教学中可利用手机将资料、讲义、实物、幻灯片等清晰地在投影幕布或者大屏上展示出来，实现对照片展示及编辑、媒体文件展示和PPT控制等操作，实现教师在教室任何地点均能通过移动设备掌控教学内容，将教师的授课中心从讲台下移到学生中间，实现移动授课、智慧互动教学等功能。

四、技术特点

1.云服务器虚拟化技术

云桌面服务器端使用的服务器虚拟化技术，是基于当前流行的开源内核虚拟化技术，将调度等任务委托给Kernel相关模块，并且配套使用用户态仿真软件，模拟真实硬件行为，具备包含动态虚拟机资源调度、虚拟内存超载和共享及虚拟磁盘数据安全隔离三种核心功能，采用的是一种在成本、系统管理、灵活性、稳定性等方面都有明显优势的虚拟化技术。

2.虚拟桌面传输协议

云桌面技术需要将虚拟机通过一条专属连接协议将多条任务如图形显示输出、键盘输入、用户接口设备、光标移动等功能封入通道并显示在云终端上。但正常开课时每台云服务器需并发运行几十台虚拟机，如果教师播放高清画质教学视频或启动图像动态变化量较多的应用（如Flash），服务器就需要耗费大量资源在视频流编解码上，并发严重时会带来虚拟机运算性能下降的情况。为了保障教师教学应用的全面支撑及高性能体验，云桌面传输协议的优化就变得更加重要。本方案云桌面的桌面传输协议采用的是EST增强型图形传输协议，EST高性能协议利用终端解码器加速图形渲染让教学应用及视频播放更流畅，图形数据缓存可避免传输重复数据，大幅降低带宽和服务器开销，提高外设的兼容性和连接在云终端的高识别率。

3.虚拟机加速技术

第一虚拟机访问操作系统模板服务器会把模板放入内存中作为热数据，之后其他虚拟机只要从内存热数据中读取数据，大大加快了读取操作系统数据，这样用户批量登录虚拟机只需要20～30s就可以启动。我们采用了如下虚拟机加速技术：

（1）智能镜像加速技术。所有定制好的系统镜像会由云服务器自动优化，在该技术的支持下，五十台虚拟机启动时间只需短短几分钟，同时还提供教师在上课过程中可随时切换教学操作系统的选择，从而方便地改变教学应用，演绎云技术带给传统教学的创新和优化。

（2）多级Cache缓存技术。实现镜像启动加速、IO加速，使云桌面启动和应用程序运行速度大幅度提升。在该技术帮助下，教师常用教学课件、专用软件启动、运行速度比同配置物理机提升200%，大幅提升教师的用机体验。

从2015年10月开始，湖南工业大学多媒体教室的云桌面采用了本设计方案，目前应用情况良好，保证了学校教学的正常运行。云桌面在多媒体教室的应用，不仅仅只是减轻了S护人员的工作量，更重要的是云桌面应用于多媒体教室后，将对教学活动产生较大的影响，教师可随时将其存于云端的教学资源用于教学过程，学生可将其问题通过网络传到云端，师生的课堂互动性必将会更加频繁，基于云端的大数据分析也必将成为多媒体教室应用的另一个方向。

参考文献：

[1]吴坤喜，冯广，卢志祥，方道坤.虚拟云桌面的系统架构研究与设计[J].广东工业大学学报，2015（2）.

[2]陈甜远.浅析云桌面在高校网络多媒体教室中的应用[J].无线互联科技，2015（2）.

[3]焦飞.改进多媒体教室管理方案的探索[J].实验技术与管理，2016（5）.

多媒体教学系统设计方案范文篇2

网络多媒体控制器采用7先进的网络技术和多媒体技术，将多媒体教室众多设备的运行状态、远程控制、设备防盗、各种设备的使用权、控制权等通过网络进行集中管理，结合智能桌面控制器、快速操作功能、智能IC卡系统、红外遥控、红外报警等将网络多媒体教室的现代化水平推向一个崭新的高度。

建立网络多媒体教室要以实用、经济、方便、先进为基础。系统操作方便、稳定，并具有良好的扩展性和易接入性。

案例1：多功能会议室

系统要求

创建一个100200平方米的多功能会议室，要求如下：

1、会议室配备投影机、电动幕、数字展台、DVD机、功放、音箱、话筒；

2、会议室配备1台摄像机，要求会议室建成后可直播会议室的实况；

3、会议室的设备实现集中控制。

系统设计分析

1、由于会议室的面积比较大，多功能会议室的显示设备――投影机应设计配备为亮度2500流明以上，分辨率为1024×768，电动幕选用150英寸，视频展示台选用数字展台；

2、由于DYF-2630网络多媒体控制器本身具有卡拉OK功能，所以会议室的扩声系统可以配备一台普通功放。该功放带动2只150w的音箱，主席台位置放置一个固定话筒。该多媒体控制器的桌面控制器上有一个即插即用的话筒插座，所以配备一个普通话筒，以备临时需要时使用；

3、会议室配备一台一体化摄像机，并配备全方位云台及解码器。摄像机的视频信号入到网络多媒体控制器的一个视频输入端口上，主控中心人员可以通过网络中控软件控制云台的上下左右移动以及镜头焦距光圈的变化。网络多媒体中控的一个视频输出连接到投影机，另一个视频输出进数字编码器，可进行网络直播；

4、防盗讲台配备电子锁，便于控制和管理；

5、会议室配备红外报警器探头，当有报警信息时，可以通过网络将报警信息传输到主控中心或保安室。

案例2：DYF2630构成的50个多媒体教室

系统条件及方案要求

1、学校现有50个教室，现每个教室都有一个网络接口；

2、45个普通教室安装投影机、电动幕、展台、功放、话筒；

3、5个阶梯教室配备投影机、电动幕、展台、功放、无线话筒、DVD机；

4、各教室的设备集中控制，并配备全防盗讲台；

5、通过网络管理中心可控制每个教室的设备以及查看各个设备的工作状态；

6、可以集体、分组控制教室里面的设备；

7、教师上课可以通过IC卡打开教室内的设备，通过网络管理中心集中管理并授权IC卡功能，并记录各个教室的使用情况。

系统设计分析

1、每个教室都要实现设备的集中控制，所以30个教室均配备网络多媒体控制器；

2、该校将普通教室更改为网络多媒体教室的主要目的是为方便系统管理，并要求尽量节省投入，所以选用DYF-2610型网络多媒体控制器。

系统设计分析

1、由于每个教室有一个网络接口，所以选用DYF-2630M网络多媒体控制器。该设备本身具有网络交换机接口，可以扩充教室内使用笔记本上网的需要，并且桌面控制器上有一个连接端口，以方便教师联网使用；

2、每个教室都要实现设备的集中控制，所以50个教室均配备网络多媒体控制器；

3、配备钢制多功能防盗讲台，每个讲台都有IC卡读入器和电子锁。

案例3：经济型30点多媒体教室

系统条件及方案要求

1、学校现有30个教室，现每个教室都有网络接口；

2、30个普通教室安装投影机、电动幕、展台、功放、话筒；

3、各教室的设备集中控制；

4、通过网络管理中心可控制每个教室的设备以及查看各个设备工作状态；

5、可以集体、分组控制教室里面的设备。

案例4：基于有线电视网络和校园网的多媒体教室

系统条件及方案要求

1、学校现有30个教室，现每个教室都有网络接口和校园有线电视网络；

2、30个普通教室安装投影机、电动幕、展台、功放、话筒；

3、各教室的设备集中控制；

4、可以选择教室进行校园自办节目直播，可以收看有线电视节目；

5、通过网络管理中心可控制每个教室的设备以及查看各个设备工作状态；

6、可以集体、分组控制教室里面的设备。

多媒体教学系统设计方案范文

作者简介：罗继曼（1966-），女，沈阳建筑大学交通与机械工程学院教授，博士，硕士生导师，主要从事工程机械、机器人技术研究，（E-mail）。

摘要：文章对机械原理课程交互式多媒体课件的研制与实践进行了介绍，提出了课件设计的新理念。在教学实践中，新课件的应用能起到助教和助学的作用，取得了预期的良好效果。

关键词：机械原理；多媒体；教学系统；教学实践

中图分类号：G6420文献标志码：A文章编号：10052909（2013）05014803机械原理课程是一门高等工科学校机械类专业必修的重要专业基础课，是研究机构分析、机构综合和机械动力学问题的主干技术基础课。该课程与工程实际紧密联系，将抽象思维与形象思维相结合，在培养学生综合设计能力方面具有重要作用，担负着培养学生机械总体方案创新设计能力的任务。

机械原理课程的特点之一是内容多，特别是图多，传统的板书教学模式既费时，立体感又不强，课程教学中涉及大量的机构运动分析以及运动设计的内容，使用传统的教学方法很难达到预期的教学效果；而且，专业基础课教学内容比较多，但课时往往又很有限，而教学内容又比较多。这些问题的存在对教师的教学方法和手段提出了新的挑战。由于机械原理课程理论性和实践性都很强，课堂教学中既要对知识点中的重点、难点进行剖析，又要引导学生学会各种设计方法，同时还要提供丰富的实践环节的信息，因此有必要研发相应的多媒体课件。

多媒体教学具有助教和助学的功能，其最大优势在于能够将传统教学中单一的文字或简单的图形，即教学信息转变成多媒体形式，从而把教学过程中抽象的问题或信息，以生动具体、形象逼真的虚拟情景或形式，呈现给学生，使学生更容易理解，激发学生的学习兴趣，达到提高教学质量的目的。

探索机械原理交互式课件，将课程教学内容、交互式设计方案以及丰富的教学参考资料形象、生动而直观地展示出来，不仅能提高学生学习的积极性和主动性，还能提高教学的有效性和互动性，实现以教师为主导、以学生为主体的双主教学模式，对提高教学效果和质量具有十分重要的意义。这一方法也可为其他课程所借鉴。

一、机械原理课程多媒体教学的现状分析

近年来，不少学校都在开发和研制机械原理多媒体课件，并取得不少成果。由部级教学名师、清华大学申永胜教授主持研制的《机械原理多媒体教学系统》集图形、动画、视频、文字于一体，在很大程度上改变了传统的教学模式，具有相当高的水平。哈尔滨工业大学的于红英、王知行教授提出了知识表达的5种形式和CAI课件应具备的4个基本特征，并由此研制了多媒体课件[1]。还有上海工程技术大学、兰州大学、北京信息科技大学、洛阳大学等高校教师也对机械原理CAI课件进行了研究[2-5]。

纵观机械原理多媒体课件发展的现状，也发现一些问题。目前大部分课件都是以教师授课为中心，偏重于对教学内容的展示，或采用CAD、ADAMS、Pre-E等软件对机构三维建模和仿真，在一定程度上使教学更生动形象，有利于提高学生的兴趣。但是这类课件缺少交互式设计，也缺少对课程的多方位介绍，更没有学生的动手训练，淡化了多媒体课件的助学功能。因此需要研制一种集课堂教学与课下学习和训练于一体的多媒体课件。基于这些原因，笔者对机械原理交互式多媒体课件进行了深入的研究和探索。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

罗继曼，等机械原理课程多媒体辅助教学系统的研究与实践

二、机械原理课程多媒体课件的探索与实践

（一）机械原理课程多媒体课件的开发思路

（1）实现“教师为主导、学生为主体”教学理念的相互融合。机械原理多媒体课件融合“教师为主导、学生为主体”的教学理念，既重视教师的主导作用，又强化以学生为主体。因此，课件内容应有完整的教学资源，课件形式上集图片、动画、录像、虚拟仿真于一体，有助于教师在课堂上剖解知识的重点和难点；同时，通过交互式手段设置计算题、填空题、判断题、选择题等训练环节，有利于学生课前准备与课后的复习和练习。例如课件设置的交互式机构设计环节，如连杆机构的K法设计模块、凸轮反转法设计和仿真模块等，可用于学生对课程设计的方案选择；课件还服务于实验环节，提供实验指导书、实验照片、实验大纲和计划等，方便学生做好实验准备。

（2）充分体现教学规律。机械原理多媒体课件遵循人们认识事物的规律，注重知识表达的系统性与完整性，也重视知识点内在的逻辑性，而且在表达形式和结构安排上简明易懂，具有可读性的特点。例如，在交互式连杆机构的K法设计模块中，先以动画和文字形式演示连杆设计作图法的步骤，再判断设计参数的合理性，对设计不合理的方案提出改进措施，要求重新设计；在改进的过程中，输入参数可调，既能改变单一参数，又可同时改变多个参数，让学生了解不同参数变化对机构设计的影响；合理的设计方案可以进入到仿真阶段，显示运动仿真的各种曲线，并计算机构的传动角、位移、速度、加速度极值；此外，对合理的设计方案都有保存，也可将不同方案进行对比，为机构方案选择提供依据。

（二）结构组成与基本模块

机械原理多媒体课件由VisualBasic语言编程，在界面设计上有菜单和按钮直接导航，在每个子模块中都有语言提示和说明。新课件三大内容12个模块详见图1。

图1课件组成与模块

三、机械原理课程多媒体课件的创新与特色

（1）该课件是基于课堂教学环境内外结合的辅助教学系统，它既可用于教师的课堂教学，也可用于学生的自主学习，并完成学生的辅助设计训练。

（2）交互式界面不仅能通过测试等方式反映学生对学习内容的掌握情况，还可以辅助学生掌握如连杆机构、凸轮机构的设计方法，在设计错误时还能给出相应的提示。

（3）该课件基于VB软件开发研制可视化课件系统，内含多种媒体介质，包括动画、虚拟现实、声音、交互设计等形式。形式多样，内容丰富，使用方便，符合认知规律。

四、机械原理课程多媒体课件的应用效果

（1）助教方面，课件不仅可以根据课堂进程展示教学内容，直观地演示机构设计的过程和结果，而且能提供机构设计的典型方法。例如，教师在讲完连杆机构的基本概念和设计方法后，可在课堂演示课件，将连杆K法设计作图法、机构设计解析法、参数选择、传动角问题以及运动学等问题串联在一起，内容前后呼应，并以实例形式进行设计计算，有利于强化学生对设计思想与方法的理解。凸轮设计模块中的反转法设计思想，与连杆机构反转法和轮系机构反转法前后呼应，进一步强化了设计理念与方法。

（2）助学方面，课件的交互式设计等模块能帮助学生深入理解并归纳课堂所学知识。在机械原理课程设计中，课件同样发挥了应有的作用。学生通过反复交互设计，了解各参数对设计结果的影响，通过对比方案获得最佳结果。实践证明，课件使学生对理论知识的学习更灵活，实际应用技能掌握得更全面。

五、结语

机械原理多媒体课件要解决的关键问题是：使学生掌握机构分析、机构综合和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有确定机械运动方案、分析和设计机构以及开发创新的能力。交互式课件较好地解决了上述问题，它的应用对提高教学质量起到了积极的促进作用，获得了较好的效果。

参考文献：

[1]于红英，王知行.开发多媒体机械原理CAI课件的基本思路[J].中国现代教育装备，2009，79（9）：17-19.

[2]郭星，段楠，马强.机械原理多媒体教学软件设计与实现[J].河北建筑科技学院学报：社科版，2006，23（3）：91-92.

[3]邵兵，强建国，马晓，等.机械原理多媒体教学系统的设计与开发[J].理工高教研究，2004，23（3）：94-95.

[4]刘相权，米洁.基于ADAMS的机械原理课程设计教学研究[J].中国科技信息，2012（24）：188-189.

[5]汤晓瑛，申永胜，陈国景.基于web的机械原理多媒体教学系统的研究与开发[J].计算机工程与应用，2001（1）：113-115.

Multimediateachingsystemformechanicalprinciplescourse

LUOJiman，ZHENGXijian，HOUXianglin

（CollegeofTransportationandMechanicalEngineering，ShenyangJianzhuUniversity，

Shenyang110168，P.R.China）