第七%計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中的數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理ppt

1、第七章計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中的數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的多媒體資源庫(kù)及其管理 1多媒體資源庫(kù)的基本組成 多媒體資源庫(kù)是由多媒體素材庫(kù)、VOD視頻點(diǎn)播系統(tǒng)、多媒體課件庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)課程庫(kù)、教學(xué)案例庫(kù)和試題庫(kù)等部分組成。 （1）多媒體素材庫(kù) 多媒體素材庫(kù)是為了方便教師進(jìn)行多媒體課件的制作和多媒體電子教案的制作而建立的。多媒體素材庫(kù)中包含大量的多媒體信息，如各類教育教學(xué)所需的文字材料、圖片資料、圖表資料，各種動(dòng)畫(huà)、聲音、視頻等。教師可以方便地從多媒體素材庫(kù)中查找、調(diào)用各類素材進(jìn)行多媒體課件制作，還可以在上課時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接調(diào)用顯示某一圖片、聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻素材進(jìn)行課堂教學(xué)。學(xué)生也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，查問(wèn)、觀看、下載

2、各類素材進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。 （2）多媒體課件庫(kù) 多媒體課件庫(kù)中存放有各種專業(yè)和課程的多媒體教學(xué)軟件。教學(xué)軟件的來(lái)源有兩種，一種是購(gòu)買有效實(shí)用的多媒體教學(xué)光盤，再將光盤上的內(nèi)容拷貝到服務(wù)器中即可。另一種是學(xué)科教師設(shè)計(jì)制作的多媒體課件。因?yàn)槭袌?chǎng)上真正優(yōu)質(zhì)、適用的多媒體教學(xué)光盤不多。教師根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)的多媒體課件往往能起到很好的教學(xué)效果。教師做好課件之后可以上傳至服務(wù)器上的多媒體課件庫(kù)中，形成共享。共享的簡(jiǎn)單方法是通過(guò)關(guān)鍵詞查找所需的課件，然后下載使用。課件上傳、管理、下載等功能和環(huán)節(jié)針對(duì)不同的用戶(教師和學(xué)生)設(shè)有權(quán)限，以便整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)管理，并對(duì)教師的作品進(jìn)行版權(quán)保護(hù)。 （3）VOD視頻點(diǎn)

3、播系統(tǒng) VOD視頻點(diǎn)播系統(tǒng)內(nèi)裝有大量的教育教學(xué)用視頻資料，如教育電視片、教學(xué)電視片、各類經(jīng)典影視片、愛(ài)國(guó)主義教育片、各門課程的實(shí)操教學(xué)環(huán)節(jié)錄像片等。教師和學(xué)生可以對(duì)所有視頻資料進(jìn)行查詢檢索，找到自己所需的資料。教師可以先進(jìn)行預(yù)覽，看過(guò)之后再?zèng)Q定是否用于教學(xué)。學(xué)生則可以隨時(shí)進(jìn)人此系統(tǒng)選擇自己感興趣的視頻資料進(jìn)行觀看和學(xué)習(xí)。 （4）網(wǎng)絡(luò)課程庫(kù) 網(wǎng)絡(luò)課程庫(kù)內(nèi)存放有成熟的網(wǎng)絡(luò)課程。網(wǎng)絡(luò)課程庫(kù)中的課程軟件絕大部分需要教師進(jìn)行開(kāi)發(fā)，因?yàn)槭袌?chǎng)上成型適用的網(wǎng)絡(luò)課程極少。網(wǎng)絡(luò)課程開(kāi)發(fā)統(tǒng)一基于WEB格式，每一門網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)有多個(gè)功能模塊，如本課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)進(jìn)度安排、教師特征、學(xué)生特征、教師的電子教案、

4、各類參考文獻(xiàn)、背景材料(或是超鏈接)、習(xí)題庫(kù)、EMAIL作業(yè)布置與答疑、課程BBS論壇、各種圖片、聲音、動(dòng)畫(huà)和視頻素材庫(kù)等。還應(yīng)設(shè)計(jì)有注冊(cè)登陸、用戶認(rèn)證功能，任課教師是本網(wǎng)絡(luò)課程的管理員，學(xué)生的權(quán)限作相應(yīng)的限制等。 （5）教學(xué)案例庫(kù) 教學(xué)案例庫(kù)中存有各個(gè)專業(yè)、各門課程的教學(xué)案例。案例以多媒體課件或是視頻錄像片的形式存在。來(lái)源一方面是各類大眾媒體上傳播的內(nèi)容，如電視臺(tái)播出的案例、報(bào)紙刊出的事例、Internet網(wǎng)上的實(shí)例等，如中央電視臺(tái)的焦點(diǎn)訪談、今日說(shuō)法等，均可作現(xiàn)存的案例用于教學(xué)；另一類是為了教學(xué)需要，自己開(kāi)發(fā)制作的。教師和學(xué)生都可以使用案例庫(kù)中的材料進(jìn)行教學(xué)和學(xué)習(xí)。教學(xué)案例庫(kù)的組織管理方式

5、與VOD視頻點(diǎn)播系統(tǒng)相似。 （6）試題庫(kù) 試題庫(kù)中存放有大量的試題。試題可以按系、專業(yè)、課程進(jìn)行逐級(jí)分類存放。試題庫(kù)是開(kāi)放式的，可擴(kuò)展。管理員或是本課程教師可以靈活地添加、刪除試題庫(kù)中的試題，以便進(jìn)行試題庫(kù)更新。教師和學(xué)生可以利用試題庫(kù)靈活組卷，自動(dòng)選題。對(duì)每一道題可以自動(dòng)評(píng)判，可以模擬考試，自動(dòng)進(jìn)行成績(jī)統(tǒng)計(jì)、排序等。 2多媒體資源庫(kù)的特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中對(duì)多媒體資源庫(kù)的要求很多，各種要求綜合形成網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)的特點(diǎn)，其中主要的特點(diǎn)如下： (1)能存儲(chǔ)巨大的信息量； (2)教學(xué)資源有多種表現(xiàn)形式，如文本、圖像、影像、動(dòng)畫(huà)、聲音和游戲等等； (3)教學(xué)資源的結(jié)構(gòu)可以采用層次模型（Outline 方法）、網(wǎng)

6、狀模型（超文本）、關(guān)系模型（關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)）及對(duì)象模型（面向?qū)ο蠓椒ǎ﹣?lái)組織； (4)具有精品意識(shí)，多媒體應(yīng)用于教學(xué)時(shí)，需要一定規(guī)格的硬件設(shè)備來(lái)滿足其大容量的內(nèi)容，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上使用也限制其不可太濫，所以多媒體資源庫(kù)的素材內(nèi)容必須經(jīng)過(guò)精心挑選，表現(xiàn)形式的設(shè)計(jì)也要化費(fèi)一定的心思和精力； (5)多媒體資源庫(kù)的資源信息可供快速查詢、實(shí)時(shí)存取和多路并發(fā)，滿足多媒體教學(xué)的需求。 基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的多媒體資源庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)用的多媒體資源庫(kù)必須首先明確需求要求和軟硬件要求。 1多媒體資源庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求 通用型多媒體素材庫(kù)設(shè)計(jì)與建設(shè)是為多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與學(xué)習(xí)服務(wù)的，適用于校園園區(qū)內(nèi)部網(wǎng)使用。多媒體素材庫(kù)的教

7、學(xué)與學(xué)習(xí)功能是為以教師為主導(dǎo)的教學(xué)和以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)提供直接的技術(shù)支持。設(shè)計(jì)方案主要可從以下幾個(gè)方面提出基本需求： （1）建立一套本校內(nèi)部使用的多媒體素材數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，主要面向教師，為教學(xué)推備，也即為教師的備課提供服務(wù)。該系統(tǒng)對(duì)短片型的視音頻文件，圖片、動(dòng)畫(huà)和文本類等文件具有入庫(kù)、管理與發(fā)布等功能； （2）為各種教學(xué)素材的入庫(kù)提供入庫(kù)工具，在入庫(kù)的同時(shí)自動(dòng)生成可進(jìn)行預(yù)覽的縮微文件，特別是圖片資料文件，對(duì)于基于表示形式的檢索方式顯得特別重要； （3）多媒體素材庫(kù)應(yīng)具有海量存儲(chǔ)能力，在超過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)50萬(wàn)條記錄的情況下，依然具有強(qiáng)大的檢索能力； （4）與多媒體素材庫(kù)并行建立VOD視顛點(diǎn)播系統(tǒng)，既可面向

8、教師，也可面向?qū)W生，提供全方位的教學(xué)任務(wù)。系統(tǒng)帶有可控視頻流技術(shù)，支持傳送超過(guò)100個(gè)MEPG-1或MPEG-4點(diǎn)播視頻流，視頻圖像質(zhì)量回放平滑、流暢； （5）與多媒體素材庫(kù)并行建立多媒體課件庫(kù)，支持用PowerPoint、Authorware、Director等多媒體著作工具制作的電子教案上傳與下載。用于教師教學(xué)的同時(shí)，也為學(xué)生預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)課堂教學(xué)內(nèi)容的個(gè)別化學(xué)習(xí)提供有效的幫助； （6）多媒體素材庫(kù)、課件庫(kù)和VOD視頻點(diǎn)播系統(tǒng)集成整合，形成后臺(tái)數(shù)據(jù)多元內(nèi)容，前臺(tái)表現(xiàn)一致的多媒體資源庫(kù)門戶網(wǎng)站系統(tǒng)，搜索引擎實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)檢索，為海量多媒體信息資源檢索提供高查準(zhǔn)率和高查全率的技術(shù)支持。 2構(gòu)建多媒體資

9、源庫(kù)的硬件條件 多媒體資源庫(kù)的硬件設(shè)備要求比較高，主要是要達(dá)到大容量、高速、安全和多路并發(fā)的性能。一般需要具備以下的硬件條件。 視頻數(shù)據(jù)服務(wù)器：用來(lái)作為大型的多媒體數(shù)據(jù)服務(wù)器，包括視頻點(diǎn)播（VOD）以及管理網(wǎng)上多媒體課件，是多媒體資源庫(kù)中的核心設(shè)備。 多媒體數(shù)據(jù)素材服務(wù)器：作為多媒體課件制作和管理素材的服務(wù)器。 硬盤陣列：與多媒體數(shù)據(jù)素材服務(wù)器配套使用，儲(chǔ)存多媒體CAI課件、素材以及視頻資料。 光盤庫(kù)，用來(lái)存放大部分購(gòu)買的以及自行開(kāi)發(fā)的多媒體CAI光盤和VCD盤。 光盤庫(kù)服務(wù)器：作為光盤庫(kù)管理和應(yīng)用的服務(wù)器。 光盤塔：存放使用率較高的多媒體CAI光盤和VCD盤，能以較高的速度進(jìn)行讀取。 3構(gòu)建

10、多媒體資源庫(kù)的軟件條件 選擇合適的軟件也是保證多媒體資源庫(kù)正常運(yùn)行的重要條件。目前，與多媒體資源庫(kù)相關(guān)的主要軟件有： Solaris 7： Solaris 7中文版已于1998年底在中國(guó)發(fā)布，是基于Internet標(biāo)準(zhǔn)的具有高縮放性、高可靠性的64位環(huán)境，是視頻服務(wù)器最理想的操作平臺(tái)。Oracle 8 ：Oracle 8通過(guò)其Data Cartridges支持復(fù)雜數(shù)據(jù)類型和所有類型的應(yīng)用程序，在對(duì)象/關(guān)系型支持方面的定義比較廣泛，使擴(kuò)展模塊在系統(tǒng)中的加載和卸載更加簡(jiǎn)單，提供了數(shù)據(jù)的多維查看功能。 SQL server 7.0 ：SQL server 7.0是一種比較通用的語(yǔ)言，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域

11、里有著重要的作用。 Smart CD光盤庫(kù)管理軟件：該軟件主要是對(duì)光盤庫(kù)的應(yīng)用進(jìn)行管理。 視頻點(diǎn)播軟件：該軟件主要是滿足網(wǎng)上對(duì)視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取、多路并發(fā)。服務(wù)端/客戶端應(yīng)用程序：該程序可以聯(lián)系多媒體資源庫(kù)和用戶之間的樞紐，能順利保證多媒體資源庫(kù)的安全、可靠和高速運(yùn)用。多媒體資源庫(kù)的檢索技術(shù) 所謂檢索，是指對(duì)文獻(xiàn)或記錄的信息集合進(jìn)行查詢以查找出含有能夠滿足個(gè)人或團(tuán)體信息需求或感興趣的信息內(nèi)容的過(guò)程。檢索技術(shù)是應(yīng)用于提問(wèn)與文件表示的匹配比較技術(shù)。 依據(jù)檢索文獻(xiàn)集合及其所用的標(biāo)引方法的特性，可分為準(zhǔn)確匹配技術(shù)與模糊匹配技術(shù)兩大類：準(zhǔn)確匹配要求文獻(xiàn)（標(biāo)識(shí)）中包含的需求模式必須與提問(wèn)表達(dá)的模式完全匹配

12、，才能作為命中文獻(xiàn)輸出；模糊匹配只要求文獻(xiàn)（標(biāo)識(shí)）中包含的需求模式與提問(wèn)表達(dá)的模式部分匹配，即為命中。 信息檢索技術(shù)從開(kāi)始時(shí)基于關(guān)鍵詞的檢索發(fā)展到基于概念的檢索（concept-based retrival），再到基于內(nèi)容的檢索（CBR，content-based retrival）。這一演化過(guò)程反映了對(duì)某一素材的檢索由對(duì)內(nèi)容知識(shí)的檢索代替了對(duì)關(guān)鍵詞、概念知識(shí)的檢索。 1基于關(guān)鍵詞的檢索 基于關(guān)鍵詞的檢索方法是最基本也是最常用的方法，幾乎每一個(gè)搜索引擎都采用了這一方法。它的核心是關(guān)鍵字符的匹配，只要發(fā)現(xiàn)某個(gè)網(wǎng)頁(yè)中含有這個(gè)關(guān)鍵字符，就將該網(wǎng)頁(yè)作為查詢結(jié)果返回給用戶，還可以結(jié)合布爾邏輯運(yùn)算提供更為

13、復(fù)雜的表達(dá)方式，但都是以關(guān)鍵字符匹配為基礎(chǔ)的。 這種方法面臨比較突出的問(wèn)題有：一詞多義的問(wèn)題，例如table在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中有兩種意思：“表格”和“桌子”，而用戶往往指的是其中一個(gè)意義項(xiàng)。如果不加處理，把所有包含“table”一詞的頁(yè)面全都返回用戶，則用戶將得到一大堆不必要的信息垃圾，故查準(zhǔn)率不高 同義詞問(wèn)題，“計(jì)算機(jī)”與“電腦”是同義的，但用戶輸入“計(jì)算機(jī)”，則keyword的方法將不把包含“電腦”的文檔列進(jìn)搜索結(jié)果，顯然查全率有待提高。 這種方法所得的結(jié)果與用戶輸入的關(guān)鍵字又密切關(guān)系，關(guān)鍵字選取不當(dāng)將嚴(yán)重影響搜索效果。如用heart disease作為keyword搜索心臟病方面的文章可獲

14、得很好效果，但用cardiac（心臟的）disease，卻幾乎查不到一篇文章。因此，在實(shí)際使用中，基于關(guān)鍵字的檢索有一定的局限性。 2基于概念的檢索 （1）何謂概念檢索 概念檢索通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的原文信息進(jìn)行語(yǔ)義層次上的自然語(yǔ)言處理來(lái)析取各種概念信息，并由此形成知識(shí)庫(kù)，然后根據(jù)對(duì)用戶提問(wèn)的理解來(lái)檢索知識(shí)庫(kù)中的相關(guān)信息以提供直接的回答。 請(qǐng)看一段摘自著名的SCISOR系統(tǒng)中用戶與系統(tǒng)之間的對(duì)話： 用戶：ACE五金公司是否并吞了ACME食品公司？ 系統(tǒng)：是的，上星期五并吞的。 用戶：ACE與ACME并吞交易的詳情如何？ 系統(tǒng)：五月十三日便有傳聞?wù)fACME將會(huì)被并吞。ACME的股票因此上漲了八美元。五月十

15、六日，ACE公司發(fā)布了并吞的消息 對(duì)話中提到的ACE公司并吞ACME公司，五月十三日的傳聞，股票的上漲以及五月十六日發(fā)布的消息，都曾是新聞報(bào)導(dǎo)中的零星消息。由于SCISOR系統(tǒng)將分散的關(guān)于ACE公司并吞ACME公司的新聞信息經(jīng)過(guò)分析與處理形成了一個(gè)共有的知識(shí)庫(kù)，這樣，為回答用戶的提問(wèn)而檢索這個(gè)知識(shí)庫(kù)便能得到相關(guān)的信息。 （2）概念檢索與傳統(tǒng)信息檢索的比較 作為一種新型的信息檢索，概念檢索與傳統(tǒng)的信息檢索相比，有著如下優(yōu)點(diǎn)： 概念檢索打破了關(guān)鍵詞障礙。由于傳統(tǒng)信息檢索只是通過(guò)關(guān)鍵詞的出現(xiàn)與否來(lái)檢索文獻(xiàn)，故查全率和查準(zhǔn)率都很低。因此，關(guān)鍵詞不適合用來(lái)表達(dá)文獻(xiàn)的概念內(nèi)容和意義。要打破這種關(guān)鍵詞障礙，

16、必須設(shè)法讓信息檢索系統(tǒng)具有分析和理解文獻(xiàn)內(nèi)容和意義的能力。由于概念信息檢索具備了這種能力，故而能夠鑒別文獻(xiàn)的相關(guān)性，避免漏檢和誤檢，提高了查全率和查準(zhǔn)率。 概念檢索具有較好的自然語(yǔ)言接口。傳統(tǒng)信息檢索的檢索語(yǔ)言具有很強(qiáng)的專門性，有著特別的規(guī)定和規(guī)則，用戶必須經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)才能掌握運(yùn)用。因此，它在人機(jī)交互方面具有較大的局限性。概念信息檢索采用自然語(yǔ)言提問(wèn)與自然語(yǔ)言回答，在人機(jī)交互上較好地改善了信息檢索系統(tǒng)的用戶友好性。 概念檢索可以為用戶提供能直接利用的信息。傳統(tǒng)信息檢索提供給用戶的只是檢索到的文獻(xiàn)信息，這些文獻(xiàn)信息是否有用則需要用戶根據(jù)情況做出鑒別與取舍。概念信息檢索由于能夠理解文獻(xiàn)的概念內(nèi)容和意義

17、，以及為用戶提供相關(guān)的回答，故提供的信息能夠被用戶直接使用，具有較高的信息使用率。 3基于內(nèi)容的檢索 所謂基于內(nèi)容的檢索（CBR），是指根據(jù)媒體對(duì)象的語(yǔ)義和上下聯(lián)系進(jìn)行檢索，可分為基于內(nèi)容的圖像檢索、視頻檢索和音頻檢索。與傳統(tǒng)的信息檢索相比，基于內(nèi)容的檢索具有如下特點(diǎn)： （1）從媒體內(nèi)容中提取信息。CBR突破了傳統(tǒng)的基于表達(dá)式檢索的局限，它直接對(duì)文本、圖像、視頻、音頻進(jìn)行分析，抽取特征，然后利用這些內(nèi)容特征建立索引并進(jìn)行檢索。 （2）基于內(nèi)容的檢索是一種近似匹配（或者說(shuō)局部匹配）。傳統(tǒng)的信息檢索都是采用準(zhǔn)確匹配技術(shù)，CBR是采用相似性匹配的方法逐步求精來(lái)獲得查詢的結(jié)果。 （3）具有大型數(shù)據(jù)庫(kù)（集）的快速檢索功能。CBR往往擁有數(shù)量巨大、種數(shù)繁多的多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多媒體信息的快速檢索。 （4）能滿足用戶多層次的檢索需求。CBR數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常由媒體庫(kù)、特征庫(kù)和知識(shí)庫(kù)組成。媒體庫(kù)包含多媒體數(shù)據(jù)，如圖像、視頻、文本等；特征庫(kù)包含用戶輸入的特征和預(yù)處理自動(dòng)抽取的內(nèi)容特征，知識(shí)庫(kù)包含領(lǐng)域知識(shí)和通用知識(shí)，其中的知識(shí)表達(dá)可以更換，以適應(yīng)各種不同領(lǐng)域的應(yīng)用要求。 （5）它是一種交互式的、形象化的檢索。CBR通常是按照與用戶輸入的查詢信息相似程度排列檢索結(jié)果，并能