教育信息化使教学过程呈现出了许多新的特征，教学过程中开始广泛应用以计算机多媒体技术和网络通信技术为基础的现代信息技术，如教材多媒体化、资源网络化、学习网络化、管理自动化、环境虚拟化等。以现代信息技术为基础构建的教师的教和学生的学的教学环境，就是所谓信息化教学环境，也可以说是用于教育教学信息存储、处理和传播的信息化环境，其中包括硬件环境和软件环境。本单元阐述信息化教学环境中的硬件环境。

信息化教学环境中的硬件有许多方面，但是其中最基本的构成要素是计算机和网络及其相关的外围设备。可以说目前学生和教师能够接触到的各种电子数码设备，都可能被整合到信息化教学环境中。如摄像机、数码相机、扫描仪等输入设备和电视、投影仪等输出设备都可以成为信息化教学环境中的基本设备，并用于教学和学习活动。计算机可以组成网络教室，实现与WWW的连接。本书不对一般的常规设备进行介绍，只介绍网络教室和校园网的使用。

1. 网络多媒体教室

在专题2中，把多媒体教室（多功能教室）作为教学媒体的一种综合应用方式做了介绍，实质上那只是最常见的一种多媒体教室——简易型多媒体教室，与传统课堂的主要差异是增加了大屏幕演示、多媒体播放等功能，这主要是因为这种教室配置了1台电脑、1台多媒体投影机、1幅电动银幕和少量辅件。在此基础上，采用更多的多媒体输入设备，如视频展示台、摄像机、影碟机、录像机等，并有一个中央控制系统来协调设备管理的多媒体教室通常被称为综合型多媒体教室，如图4-1所示。

无论是简易型多媒体教室还是综合型多媒体教室，它们并不直接产生对教学过程的性质和教师的地位、作用等的改变。事实上，师生关系、授课方式、学生关系等并不因置身于多媒体教室而发生很大的变化，可以说只是拓展了教师的演示功能，对教师来说，最直接的作用是用投影代替了黑板。

真正可以对教学和学习组织、实施产生影响的教室环境应该是网络型多媒体教室。网络型多媒体教室是一个小型的局域网系统，其主要特点是每个学生都拥有一台计算机，而且计算机通过硬件设备和软件系统实现互连，也可以使每一台计算机直接或间接地访问校园网和互联网。它集网络教室、多功能教室、语音教室等功能于一体，具备多媒体演示、辅导、讲评、在线考试等多种教学功能，能调动学生的学习自主性，同时还可以减轻教师教学和管理机房的负担；它与基于服务器的网络教学相辅相成、互为补充，是构成学校现代化教学环境必不可少的组成部分。

根据设计原理及实现方式的不同，网络型多媒体教室可分为纯硬件方式、软硬件结合方式、纯软件方式。纯硬件方式不需要任何驱动软件，可以在任何网络上运行，不受操作系统和应用软件限制，不占用系统资源，对工作站无特殊要求。但必须安装专门的硬件控制台和硬件控制卡进行控制信号的切换，使用专用电缆传输多媒体信号，而且多媒体音、视频传输网络必须单独布局，一般为总线型（图4-2），一段信号线出现故障，整个网络瘫痪，难于维护，并且升级困难。随着计算机产品的更新换代，硬件产品在几年后可能就走向淘汰的命运，投资得不到很好的保护。

图4-1 综合型多媒体教室设备参考配置

软硬件结合方式采用传输硬件和操作控制软件组合，窗口式人性化的操作界面，易学易用，系统容易升级，虽然需要占用一定的系统资源，但对工作站要求不高。与纯硬件方式相同，多媒体音、视信号通过专用电缆传输，网络布线也同样复杂，硬件维护也同样困难。另外，对硬件控制卡操作的控制信号传输以及其他功能的实现如网络考试，必须通过局域网，因此对网络的依赖性比较大。

图4-2 纯硬件方式拓扑图

图4-3所示为软硬件结合方式拓扑图。

图4-3 软硬件结合方式拓扑图

纯软件方式采用专用软件实现多媒体信息的传输，易于升级、用户界面友好、功能强大、易于管理、容易扩充、价格便宜、性能稳定。但需要占用一定的主机资源，对工作站的要求较高，并且多媒体音、视频信号完全通过局域网传输，对网络带宽的要求很高，对网络的可靠性要求比较高。图4-4所示为纯软件方式拓扑图。

图4-4 纯软件方式拓扑图

从技术和市场的发展趋势来看，基于网络设计的纯软件多媒体教学网代表了多媒体网络教室的发展方向，采用音视频传输卡的纯硬件多媒体教学网会随着微机和网络性能的提高而逐渐被淘汰，只会有极少数用于专用机房，这主要是由于多媒体网络教室所需要的专用的传输网络硬件是非标准计算机配件，没有也无法形成像网卡、声卡那样的国际标准，因此不可能有长久的生命力；其次，随着微机和网络性能的提高，很多原来需要硬件实现的功能都可以由软件来完成，多媒体网络教室所用的专用传输卡也会像汉卡、普通解压卡那样退出历史的舞台。虽然软件化、数字化是多媒体网络教室的发展方向，但由于纯软件产品对微机和网络的性能要求较高，对一些欠发达地区的用户来说，计算机和网络设备的投入还是一个比较重的负担。在计算机档次比较低的情况下，基于网络设计的软硬结合的方案仍然是实用、够用、好用的方案。

网络型多媒体教室由于可以通过计算机实现与教室中所有人的交流，并能通过网络实现与因特网的互连，使得课堂教学和学习过程发生根本性的改变。它突破了传统的教室和学校概念，使教室甚至每个学生都成为互联网中的一个部分，这不仅可以获取更多更丰富的学习资源，也使课堂的性质完全改变了；而且由于学生、教师相互之间都可以借助计算机网络进行交流，这就改变了传统教室中完全借助口头和书面交流的方式，不仅拓展了交流的渠道，也提供了更多的交流机会，而实质上教学一般都是通过交流和互动实现。

网络型多媒体教室具备教师和学生之间互相沟通、传输和控制的平台软件，教师就能够向学生广播、转播屏幕和声音，能够远程控制学生机，使教学更加直观方便。网络型多媒体教室的应用给教学带来了全新的环境，可以说是最能体现对教学和学习支持的信息化教学环境。

2. 校园网

（1）校园网的特点

目前，各个高校基本上都建立了自己的校园网。校园网之所以发展如此迅速，是因为它融合了计算机、多媒体、网络、通信、虚拟现实、人工智能等多项先进技术，适应现代教育技术的发展变化，具有其他设施所不可比拟的特点。

·实现教学的多媒体化、远程化。

·实现管理的信息化、智能化。

·实现校园生活的数字化、一体化。

·实现教学资源的多元化、共享化。

（2）校园网的构成

校园网是学校教学、科研和管理信息化的基础设施。学校师生及管理人员依托校园网这一重要平台，可实现信息服务、资源共享、网络教学、远程接入和网上办公等功能，并通过与因特网相连，为学校师生提供丰富的网上资源和方便快捷的网上通道。搞好校园网建设，有利于提高办学水平和效益，有利于培养高素质人才，也有利于扩大学校的社会影响。它可以利用先进的建筑综合布线技术构架安全、可靠、便捷的计算机信息传输线路，利用成熟、领先的计算机网络技术规划计算机综合管理系统的网络应用环境，利用全面的校园网络管理软件、网络教学软件为学校提供教学、管理和决策三个不同层次所需要的数据、信息和知识，从而构成一个覆盖全校管理机构和教学机构的基于Internet/Intranet技术的大型网络系统。(www.daowen.com)

图4-5所示是校园网的一种典型框架，它是由若干个多媒体教室、数字图书馆、办公网、信息中心和一些其他应用构成的局域网系统，并通过一个边界路由器与因特网相连。校园网不是一个自运作和自封闭的系统，也不是一个对因特网完全开放的系统，而是一个在与外界交流信息过程中保持相对独立的网络系统。其中学校办公网、数字图书馆、电子备课室和多媒体教室等一般各自为一小型局域网，由一台（或多台）服务器与若干台微机工作站组成。

图4-5 校园网结构示意图

·信息中心：信息中心是整个校园网的“心脏”，一般由资源服务器、Web服务器、数据库系统及主干交换机等构成。所有学校内部的计算机局域网都通过一定的线路与网络中心相连接，由网络中心来负责整个校园网内的信息交换，校园网与因特网的信息交流，同时负责整个网络系统的正常运行。

·多媒体教室：连入校园网的多媒体教室可以充分使用网络提供的各种教学资源，开展网络教学。

·数字图书馆：将大量的图书信息资源、光盘音像资源、具有本校特色的学科资源等以数字化的形式存储在资源服务器上，或通过视频服务器提供各种多媒体信息资源。学生与教师通过计算机网络可以方便地对这些大量的、可用于教育教学的教育资源库进行查询、检索和使用，从而更好地进行学习、教学和研究工作。

·电子备课室：由采集压缩系统、图像处理系统、光盘制作系统、教师备课系统等专用工作站和网络组成。电子备课室为教师提供多媒体课件制作环境，包括多媒体资料采集和管理、多媒体课件制作和管理，多媒体资料库等。该系统具有信息采集（有手工录入、从网上自动搜索等）、信息加工（如转换、编辑、过滤等）、信息组织和存储（如文件系统的组织、数据库的构建）、信息呈现（如各种检索技术）等功能，支持音频和视频采集、存储和编辑，用于制作多媒体课件和编辑电子教案。

·学校办公网：基于已经建好的校园网络系统，学校的教学管理和日常管理可以实现办公自动化。

·其他应用：利用校园网络系统可以在校内提供一些社区服务，其中比较典型的应用便是校园一卡通系统。校园一卡通是指利用IC卡的信息存储和携带方便的优势，在一张IC卡上实现学生证、出入证、阅览证、借书证、就餐卡、医疗卡、上机卡、储蓄卡等功能，使学校全面实现电子信息化管理。

校园网与因特网连接，师生可以通过WWW（World Wide Web，万维网）、FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）、E-mail（Electronic-mail，电子邮件）等方式来获取重要的科技资料和信息；学校可以建立自己的主页，对外进行学校宣传和信息发布、提供各类咨询信息，对内进行管理，例如发布通知、收集学生意见等；学校在与本地信息网、中国教育科研网、中国公用互联网连通的基础上，实现与同行交往、开展技术合作、学术交流等活动；通过城域网和广域网进行远程教学，建设没有地域、规模限制的虚拟学校，远程教育服务为国际间的信息交流和科研合作，为学校快速获得最新教学成果及技术合作等创造良好的信息通路，也为将来终身教育体系的建立和全球范围内网络教学的实现提供基础。

3. 视频会议系统介绍

视频会议系统是支持人们远距离进行实时信息交流、开展协同工作的应用系统。视频会议系统实时传输视频与音频信息，使协作成员可以远距离进行直观、真实的视音频交流。另一方面，利用多媒体技术的支持，视频会议系统可以帮助使用者对工作中各种信息进行处理，如共享数据、共享应用程序等，从而构造出一个多人共享的工作空间。按用户组成模式来划分，视频会议系统可分为点对点（2人）和群组视频会议系统（多人）两种；按技术实现方式，可分为模拟（如利用闭路有线电视系统实现单向视频会议）和数字（通过计算机和网络通信技术实现）两种。

视频会议系统一般由视频会议终端、多点会议控制器、网络管理软件、传输网络这四大部分组成。由于用户已有的网络状况、硬件设施各有特色，所以对视频会议系统中视频会议终端系统、多点会议控制器MCU、网络管理软件等部分的要求，也各不一样。图4-6所示是中国科学院视频会议系统拓扑图。

视频会议终端有三种：桌面型、机顶盒型和会议室型。不同档次的视频会议终端系列的组合可以提供特别订制的视频会议解决方案。

图4-6 中国科学院视频会议系统拓扑图

桌面型终端是强大的桌面型或者膝上型电脑与高质量的摄像机（内置或外置）、ISDN卡或网卡和视频会议软件的精巧组合。它能有效地使在办公桌旁的人或者正在旅行的人加入到会议中，与你进行面对面的交流。桌面型视频会议终端通常配给办公室里特殊的个人或者在外出差工作的人。虽然桌面型视频会议终端支持多点会议（例如会议包含2个以上会议站点），但是它多数用于点对点会议（例如一人与另外一人的会议）。

机顶盒型终端以简洁著称。在一个单元内包含了所有的硬件和软件，放置于电视机上。安装简便，设备轻巧。开通视频会议只需要一台普通的电视机和一条ISDN BRI线或局域网连接。视频会议终端还可以加载一些外围设备，例如文档投影仪和白板设备来增强功能。机顶盒型终端通常是各部门之间的共享资源，适用于从跨国公司到小企业等各种规模的机构。

会议室型终端几乎提供了任何视频会议所需的解决方案，一般集成在一个会议室。会议室型终端通常组合大量的附件，例如音频系统、附加摄像机、文档投影仪和PC协同文件通信。双屏显示、丰富的通信接口、图文流选择使终端成为高档的、综合性的产品。会议室型终端主要为中、大型企业机构而设计的。

将视频会议系统应用在教学上，可以克服许多传统课堂教学和远程教学的不足。例如，使用视频会议系统，可以实现下列功能：

·交谈：会议参与者之间可以相互发送消息，并在各自的屏幕上显示出来。

·白板：会议参与者可以同时在白板上使用画笔作图、书写，并能看到白板上的内容。

·传送文件：会议参与者之间可以相互发送或接收文件。

·共享应用程序：在开会时运行一个应用程序，和其他与会者共享。

·音频：会议参与者之间可以交换数字音频信息。

·视频：在两个与会者之间实时交换视频信息。