数字化教育资源的特点和评估

教育资源是指蕴涵着教育相关信息的各类信息资源。狭义的教育资源仅仅指用于教学过程及教学评价与管理的教材、课件、辅导资料、参考资料、习题集、试题集、工具型资料、教学标准与过程规范等。广义的教育资源还包括教育新闻、招生信息、教育类广告等资源。教育资源既可以是数字化的，也可以是非数字化的。数字化的教育资源在承载信息量、复用、传递、共享、交流、反馈等方面比非数字化的资源具有非常明显的优势。

目前，数字化教育资源具有以下显著特征：

（1）信息形式多样，数量庞大，传递速度快，增长速度快。

（2）内容丰富。

（3）时效上有长期性和短期性，更新速度快。

（4）访问获取容易。

（5）交互性好

1．1   数字化教育资源的硬件基础

数字化教育资源需要有多媒体计算机、网络和专用配件作为支撑。

1.1.1  从文本到图像到交互式多媒体

人类社会和自然界信息的存在与传播方式是多种多样的,其中,声音、图像、文字是最基本的媒体。长期以来,由于受到计算机技术、制作成本等方面的限制,人们只能在计算机中使用数字和文字信息,不能“图、文、声”并茂地加以应用和处理,从而在一定程度上影响了计算机在各个应用领域的发展,不能使计算机更快地走进千家万户。随着超大规模集成电路技术的快速发展,计算机性能的不断提高，软硬件价格的大幅度下降,使得计算机采用高速、通用的数字信号处理器和超大容量的存储器成为可能,多媒体技术就是在这种“机遇”下应运而生,它已成为90年代计算机技术的一个重要发展方向。

多媒体是相对于单一媒体来说的。媒体在计算机领域中有两种含义，一是指用以存储信息的载体，如磁盘、光盘和半导体存储器等；一是指信息本身的载体，如字符、声音、图形和图像等。多媒体技术中的媒体指的是后者。所谓多媒体技术（Multimedia Computing）是计算机交互式综合处理多媒体信息——文本、图形、图像和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性。

1.1.2  多媒体计算机系统的基本知识

一、  什么是多媒体计算机

所谓“多媒体计算机”,就是充分利用计算机的先进技术和优势，能综合处理文本、图形、图像和声音等多种媒体信息(包括互联、存取、编辑、加工、显示、输出,等等),把它们集成为一个完整的系统,并具有很强交互功能的计算机。这种计算机,完全改变了传统计算机的“盲、聋、哑”形象,变成了一个能听懂你的讲话、识别得出你写的文字、看得见你的面孔、能迅速满足你的要求并及时回答你的问题、善解人意的知心朋友了!一位专家从多媒体技术的丰富内涵出发,把“多媒体计算机”定义为:趋向人性化的多维信息处理系统。

“让计算机具备视、听、说的能力”,是人们多年来梦寐以求的目标,因为这是人和计算机之间进行信息交流最方便、最自然的途径。图像和语言的识别、理解相当复杂,必须有科学理论的指导、反复实践的检验,它涉及电子学、光学、计算机软硬件及“人工智能"等众多学科的研究。就多媒体技术当前的状况来看,它的最大贡献是改善了人机界面、拓宽了计算机的应用领域,出现了具有一定多媒体处理功能、颇受用户青睐的家用多媒体计算机。

二、  多媒体计算机的基本组成

多媒体计算机系统基本上由以下三大部分组成：

1. 多媒体数字化外部设备

这里包括了数字化声音、图像的输入/输出设备和装置,诸如声卡、视卡或回放卡、摄像机、话筒、音箱等。由于多媒体数据需要占用大量的存储空间，所以“只读光盘(CD-R0M)”,以及“一次写入光盘(W0RM)”已成为多媒体计算机系统不可缺少的硬件配置了。

2. 多媒体主机硬件设备

它应具备比普通个人计算机更大的内、外存空间,更快的CPU速度,更高分辨率的彩色显示器和更快速的联网能力等特点。如当前典型的主机配置是:

（1）   奔腾以上处理器(300MHz以上)；

（2）   32MB～128MB的内存；

（3）   l5英寸以上彩显及质量高的视频接口卡；

（4）   24～40倍速的CD-R0M；

（5）   Modem由28.8b/s～56.6b/s；

（6）   3.2GB以上的硬盘。

目前，市面上销售的PC，一般都能满足以上多媒体计算机配置的要求，当然，配置更好的计算机将有助于提高整个多媒体计算机系统的性能。

3. 多媒体软件系统

它包括多媒体控制、多媒体管理、多媒体开发、创作和多媒体应用等各方面软件。如“多媒体开发、创作软件”是一种对多媒体进行编辑、制作和浏览时所用的工具软件。用户可以方便地根据自己的意愿,定义、制作多媒体应用系统,直到满意为止。而“多媒体应用系统”是直接面向最终用户的应用系统,多媒体系统最终要通过应用系统向用户展示其强大的、丰富多彩的视听功能,如交互式多媒体辅助教学系统就属于这种应用软件。

如果用户使用多媒体软件只是看小电影(VCD)、听音乐,自己并不开发创作多媒体(如进行摄录、编辑图像、录制声音和制作光盘等),则只要在传统PC机基础上添置如下设备：声卡、回放卡、CD-R0M和音箱等,以及与这些功能卡有关的多媒体软件。

1.1.3  光盘及其驱动器的基本知识

多媒体技术中的声音、图形、图像占用的存储空间是非常巨大的，如果使用普通的软盘作为存储介质的话，一方面需要大量的软盘，另一方面存储时速度也将非常漫长，将失去多媒体的实时性和协调性，因而是不现实的。为了方便、安全地保存、携带这些多媒体数据，必须使用大容量的外存储器。目前，大容量的外存储器主要有光存储设备（光盘）和磁存储设备（硬磁盘）两大类。光存储设备主要有CD ROM和DVD ROM及其相应的刻录机，磁存储设备主要是100M-200M的ZIP盘和硬盘等。由于光盘具有容量巨大、读写速度快、信息不易丢失等特点，是目前存储多媒体数据的主要存储介质。

一、  光盘的工作原理

以CD ROM为例，介绍光盘的工作原理。

CD-ROM盘不大，直径只有12CM，但能存储650MB左右数据。数据被记录在不同长度的凹槽、陆地和其跳变的边沿上，这是与软盘、硬盘数据记录方式上的一个重要差别。一张光盘上由这些凹槽和凸起的陆地连接起来的螺旋长度可达到3英里长以上，整个盘片由1.6μm宽的光道间隔和宽度为0.5μm的光道构成，头发丝直径那么一点距离就可容纳50道这样的螺旋。

CD-ROM是制造光盘的标准之一，它是由菲力蒲和索尼公司共同提出，作为全球共同遵守的标准之一来开发产品。

1、CD ROM盘的基本结构

CD ROM盘直径120mm，中心有一个15mm直径的孔。盘片上真正存放数据的空间只占38mm宽。此外，盘片外沿有一个1mm宽的无数据环，环绕中心孔的13.5mm内环也不存放任何数据。这种存放数据的宏观范围同软盘有相似之处。

制作盘片时，激光沿着螺旋光道以1.6μm间隔宽度烧出宽度为0.5μm而长度不同的凹槽，从凹槽到凸起或从凸起到凹槽的变化代表1，而变化间的凹槽或陆地的长度代表0。

 

2、CD ROM上数据的读取原理

读取数据时，激光穿过表面基片的透明衬底，聚焦在反射层的凹槽和陆地上，当激光束在这些凹凸不平的区域上移动时，反射光随之变化——凹槽和陆地将光线散射，而由凹槽到陆地（或相反）的边沿处则将光线反射回来几乎无强度损失。凹槽的前后沿表示二进制数据流中的1，而持续一定时间的光强无论是凹槽还是陆地，均表示0。

是否准确地从盘片上读出数据，部分依赖于驱动器本身的激光聚焦，同时也依赖于标准的磁道宽度和磁道间隙宽度之和——即标准的磁道间距。

数字数据准确地读出有三个主要因素：

（1）     磁道聚焦，即聚焦于适当磁道的能力——保持透镜与反射层之间规定的垂直距离；

（2）     径向聚焦，光束停留于某一磁道的能力－－保持激光束聚焦于此磁道的中心；

（3）     恒定的数据库－－从螺旋状磁道上得到的恒定读出速率。

有几个因素会影响聚焦，透镜可能移动，发生散焦，驱动器可能受到震动，凹槽本身不规则，或者激光束沿着螺旋磁道的运动路线有偏移．在实际使用中，这些情况都会发生。

为了控制这些变化，从基片层反射回来的光线通过一个棱镜，产生90度偏移，然后再经过一个光劈将光束一分为二，两束光分别聚焦于两组光电二极管上。如果透镜发射层太近或太远，接收二极管组中的光，则指示错误，为了检测错误，驱动器在读取数据时将两个二极管接收到的信号相加，如果需要还可以计算出调整数据，将透镜与反射层的距离调近调远。

聚焦在反射（垂直聚焦）是一个困难问题，将激光束调整到磁道中心（径向跟踪）是另一个困难问题。检测垂直焦距的两对二极管同时监控着径向跟踪、光电二极管发现两束光强弱不同时，它旁边的定位器会收到一个信号，然后移动光学拾取头使激光束定位于磁道中心。

 

准确读取的第三个要求是恒定的数据位的移动速度——数据位必须以恒定的速率在光学拾取单元下移动，这称为恒定线速度，为了达到恒定线速度，驱动器的服务马达必须在激光束径向移动，即光学头向盘中心或向外缘移动时改变盘片的转速，原因很简单，盘片的外缘在光学拾取头下转动时必须比拾取头靠近盘中心时来得慢，当激光束从盘片外缘移向中心时，盘片转速从230rpm逐渐增加到530rpm。

驱动器一直将数据读取率与一个非常稳定的时钟频率相比较，检测数据率，若检测到偏差，就自动将马达调速，以保持恒定线速度和恒定读取速度。

3、CD ROM盘的存储容量

一片CD ROM盘标准容量为635M，但实际上把一片CD-ROM盘上所有信息转到硬盘上，却只有540M，这是什么原因呢？在CD-ROM上数据也是分“扇区”存放的，每扇区2048字节，270各扇区总共（270Ｘ2048）就达到了540M，其余的容量就是根据CD-ROM特性而增加的。它要在每一扇区上增加6字节地址和同步数据，以告知光学拾取的位置并控制盘片转速，同时增加288字节的错误检测和校正信息，这样每扇区长2352字节，乘以270得出CD-ROM标准容量635M。

二、  光盘驱动器

根据所使用的光盘不同，可以把光盘驱动器分成：CD-ROM驱动器，只能读取CD-ROM光盘的数据；CD-R驱动器，又称刻录机，能够多次读取光盘上的数据，但只能一次性将数据存储到相应的WORM光盘中；CD-RW驱动器，也称为刻录机，能在CD-RW盘片上多次读出和写入数据。

CD-ROM（只读光盘存储器）驱动器作为典型的光学存储设备，是个人电脑中不可缺少的部件之一。现在，在光学存储方面，一些专用存储设备如CD-R刻录机和CD-RW刻录机也进入了普通用户的PC配置中。

CD-ROM盘一种只可读不可重写的光盘，CD-ROM盘的读取必须要在CD-ROM驱动器中进行。CD-ROM光驱的主要性能指标是光驱的读取速度、读取方式、数据缓冲区大小和寻道时间。

光驱的读取速度以150kb/s数据传输率的单倍速为基准，如24速光驱其数据传输率即为24X150=3600kb/s。但由于数据读取方式的限制，高倍速光驱并不能总是运行在它的标称的速度上，只是在读取某一位置时达到最大的数据传输率。

CD-ROM的读取方式有CLV（恒定线速度）和CAV（恒定角速度）及P-CAV（部分恒定角速度）三种，现大部分CD-ROM采用CAV控制方式。为了获得较高的数据传输率，当前高倍速光驱多采用CAV和PCAV的数据读取技术。CAV（Constant Angular Velocity，恒定角速度）技术采用始终恒定的马达速度读取光盘数据，使其外圈的数据传输率大大提高，缩短平均寻道时间。高倍速光驱的标称值如32X，是指CAV技术所能达到的数据传输率为32倍速——4800kb/s。PCAV（Partial－CAV，部分恒定角速度）技术则是早期低速（十二速以下）光驱采用的CLV（Constant Linear Velocity，恒定线速度）技术和CAV技术的结合，读取内圈数据时用CLV方式，而当马达的速度达到一定速度向外圈读取时，采用CAV方式达到最大的速度，这样来保持内外圈数据读取的稳定。如今24X以上的光驱都普遍采用CAV和PCAV的数据读取方式，平均寻道时间都小于90ms。寻道时间越短越好，寻道时间短的光驱在安装软件，播放VCD等方面没有多大优势，在查阅光盘电子词典等随机查询软件应用方面有明显优势。

光驱本身所带的缓存在一定程度上解决高数据传输效率所带来的问题，缓存越大则解决读取与传输处理之间速度矛盾的能力就愈大。

任何光驱的性能指标中都没有标出容错能力的参数，但这却是一个实在的光驱评判标准。只有读盘能力较强的光驱才算得上真正的超强纠错。

CD-R是英文CD Recordable的简称，意思是可记录光盘驱动器，一般也称为光盘刻录机。相对于CD-ROM驱动器只能读不能写的局限性，它可一次写入多次读取，所记录的CD-R盘片可以在CD-ROM光驱和CD-R刻录机上被多次读取。CD-R刻录机的最大优点是成本低，使用寿命也比较长，因此得到了广泛的应用。

CD-R刻录机的性能指标是刻录速度、读取速度和数据缓冲区大小。刻录速度是指将数据写入CD-R盘时的速度，一般是2倍速或4倍速等。因为，CD-R盘片只能写入一次，如果在写入的过程中出现故障的话，这张CD-R盘就报废不能使用了，所以，通常为了保证刻录的成功率，总是使用较慢的刻录速度。读取速度是指CD-R刻录机在读取各种光盘时的速度，一般能达到24倍速以上。对CD-R刻录机来说，数据缓冲区的大小是一个非常重要的指标，数据缓冲区越大，则CD-R刻录机在写入数据时工作就越稳定，刻录成功率就会越高，一般数据缓冲区应该在1M以上。

CD-RW刻录机提供了反复擦写光盘的功能，同时也向下兼容CD-R刻录机和CD-ROM驱动器，但这种擦写工作只不过能在专用的CD-RW盘上使用，擦写次数有限，价格也较贵。因为，随着计算机技术的发展，CD-RW刻录机的加工成本和CD-R刻录机相差无几，但是盘片的材料不同。

CD-RW的性能指标主要是刻写速度、擦写速度、读盘速度、高速缓存、数据格式和刻录方式等。

DVD是数字视盘（Digital Video Disk）和数字万用盘（Digital Versatile Disk）的缩写，DVD是利用 MPEG2的压缩技术来储存影像，希望以更小的体积、更大的储存容量。同时， DVD也能储存大量的计算机数据和为音乐界提供高保真的数字声音。因此，DVD是数字化的多用途光碟，它的用途非常广泛，包括五种规格∶

Book A的DVD-ROM是电脑资料只读光碟，用途类似CD-ROM；

Book B的DVD-Video是家用的影音光碟，用途类似LD或Video CD；

Book C的DVD-Audio是音乐碟片，用途类似音乐CD；

Book D的DVD-R（或称 DVD-Write-Once)是仅可录入一次的DVD，用途类似CD-R；

Book E的DVD-RAM(或称 DVD-Rewritable)是可多次读写的光碟，用途类似MO。

DVD具有以下几个优点∶

大容量和快速读取∶大多DVD与一般CD的大小相同，直径约 12公分（也有8公分的），由二个厚度各为0.6mm的基质层黏贴而成，采用多面多层的技术，即每一面光碟可以储存双层资讯，一张光碟最多可四面的储存空间，DVD 利用聚焦更集中的红光雷射提高了每单位面积的储存密度，因此可说其储存空间是空前的大。此外，利用较短波长的雷射和较密集的讯坑制作，可以使单层 DVD的最大读取率达11.08 Mbit/sec，相当於八倍速的光碟机。

高解析度的视讯∶采用MPEG2标准影像压缩技术的DVD，其解晰度可达720x480，远超过VCD的352x240。此外，MPEG2具有可弹性调整视讯读取率的能力，因此可以在保有原画面品质的情况下，大量节省视讯的储存空间。此外，DVD播放器内建的 Letterbox和Pan and Scan的显示模式，还可调整16:9或4:3电视的画面宽高比例。

高保真的音质∶DVD 可利用更精确的取样精度转换类比讯号，并且将传统的二声道扩充至5.1声道，让人们真正进入多声道的世界。