基于的设计与实现

基于的设计与实现（通用6篇）

篇1：基于的设计与实现

基于FPGA的指纹采集接口设计与实现

一、引言

相对于密码、证件等传统身份认证技术和诸如语音、虹膜、脸形、签名等其他生物特征识别认证技术而言，指纹识别认证是一种更为理想的身份认证技术。其优点体现在：

1.广泛性——每个人的每一跟手指都具有指纹；

2.唯一性——每个人的指纹都不相同，极难进行复制；

3.稳定性——指纹不会随着年龄的增长而改变；

4.易采集性——指纹图像可运用专业的指纹传感器获取，易于开发识别认证系统。

随着电子商务的发展和消费类电子的普及，越来越多的领域需要指纹识别系统。目前，基于、的独立式指纹识别系统已经成功应用于考勤、门禁、安检等领域。同时，随着微电子技术的进步，设计开发能应用在小型微型系统（如手机、PDA等）的ASIC资金资助：上海市科学技术委员会PDC计划项目（No.047062023）和AM 0403项目（专用集成电路）指纹识别认证系统，将具有很强的现实意义和广阔的市场空间。

由于FPGA（现场可编程门阵列）具有高集成度，低功耗，短开发周期等优点，本文选用FPGA作为指纹识别认证系统的核心器件，以控制其依次实现指 纹采集、指纹特征点提取、存储、比 对等等过程。可见，指纹识别认证系统的首要任务是如何采集到高质量指纹图像以保证后续任务的完成，而指纹图像质量不仅与指纹传感器自身的性能有关，也与数 据传输通信接口的性能密切相关。因此，如何设计性能优良的通信接口是实际系统设计的一个难点问题。于是本文针对这一问题进行了研究，介绍了一种基于 FPGA与滑动式指纹传感器的指纹采集接口的设计与实现方法。

二、简介指纹采集接口器件

本指纹采集接口的核心控制器件为Xilinx公司SpartanIII系列的XC3S400型FPGA芯片，它的封装形式为PQ208。这款芯片采用先进的90ns工艺，最大容量40万门，工作频率高达200M，足以完成系统需要。

另外，本文选用的指纹采集传感器为富士通公司的MBF300滑动式电容指纹采集传感器。这款指纹传感器采用标准CMOS技术，含有8位A／D变换 器，能在2.8V~5V的宽电压范围内工作，能自动检测到是否有指纹到达传感器，并实现在线采集。而它与以往采用的面积式指纹传感器相比最大的优点在于，在保证指纹图像高分辨率（500dpi）的同时大大减小了传感器的尺寸（13.3×3.6）。

MBF300支持3种通信接口：8位微处理器总线接口（microprocessor bus interface）、集成的USB全速接口（Integrated USB Full-Speed Interface）和集成SPI接口（Integrated Serial Peripheral Interface）。其中本文选用SPI接口，并将详细讲述基于MBF300和FPGA的SPI设计与实现方法。

MBF300的SPI接口需要时钟信号线SCK、主进从出信号线MISO、主出从进信号线MOSI和使能信号线，共4根信号线。其中，传感器的时钟 源可以从外部输人，也可以外接一个晶体振荡器后，利用MBF300内部的振荡电路来获得时钟源。在选择了SPI模式后，MBF300的其他两种模式将自动 禁止。在本系统中，MBF300在SPI工作模式下相当于一个从设备，XC3S400作为主设备。XC3S400通过读写MBF300内部的寄存器实现对 它的控制，以完成指纹采集的任务。

另外，MBF300在SPI的从设备状态下，它的通信协议的具体内容包括：

MOSI线上的数据在SCK的上升沿被采样；

MISO线上的数据在SCK的下降沿发生改变；

SCK在空闲状态时，可以为高电平，也可以为低电平；

串行传输过程中，高位在前(最先被移出)。具体时序见图1。

三、指纹采集接口的设计与实现

本文中指纹传感器MBF300的主要任务是采集指纹图像，并自动A/D转换，并把转换后的图像数据通过SPI接口传送到FPGA芯片XC3S400 中，以进行指纹登记或者指纹识别比对。由此可见，指纹采集是整个指纹识别系统的第一步，采集质量的好坏将直接影响系统的性能与准确度的高低，因此，接下来 将重点介绍指纹采集接口——SPI接口的设计，在此过程中，XC3S400为SPI主设备，MBF300为SPI从设备。

1、指纹采集电路

由于FPGA内部采用的SRAM存储器结构，所以需要外置一个PROM在上电时对FPGA进行程序配置。同时，还扩展了一个SRAM和Flash分 别用作存储指纹程序运行时的临时数据和指纹数据信息。另外，为了实现与PC机通信，指纹采集部分还设计一个RS232接口，整个的硬件电路如图2所示。由 图中可以看出，整个指纹采集的核心部件就是FPGA芯片XC3S400，它相当于常见的嵌入系统中的DSP或者ARM，控制着整个指纹采集，以及指纹登 记，指纹比对，结果输出等过程。

2、指纹采集接口硬件设计与实现

本文的SPI接口主设备为FPGA芯片XC3S400，从设备为指纹传感器MBF200。由于FPGA没有特定管脚的要求，本文任意选用XC3S400的4个I/O口137—140，分别与指纹传感器MBF300的相应管脚连接，见图3所示。

3、指纹采集接口软件设计与实现

接口时钟采用传感器内部的12M时钟，整个采集指纹图像流程如图4所示，主要有初始化，调整参数，指纹采集，指纹存储几部分组成。

3.1 初始化XC3S400和MBF300

XC3S400为FPGA器件，因此在系统上电后先要对其进行初始化，即从PROM中读取配置数据，以完成后面的指纹采集、特征点提取、存储、比对等工作；初始化XC3S400之后，接着初始化指纹传感器MBF300，其中部分VHDL源程序如下：

……

ENTITY ini_mbf300 IS

PORT(......pgc : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

dtr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

dcr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

thr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

ctrlb : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

isr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

icr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

......);--定义需要初始化的MBF300寄存器；

END ini_mbf300;

ARCHITECTURE ini_mbf300 OF ini_mbf300 IS

BEGIN

pgc <= “00000110 ”;--初始设置图像增益为1.5；

dtr <= “00111111”;

dcr <= “00000001”;

thr <= “00101100”;

ctrlb <= “00000001”;--使能阵列，AD及时钟；

isr <= “00000011”;--清空中断；

icr <= “01011001”;--使能自动检测；…...END ini_mbf300；......3.2 调整MBF300参数

调整MBF300参数，也就是调整PGC、DTR、DCR三个寄存器的值来调整放电时间、放电电流速率和图像的放大增益，直到获得最佳质量的图像。

3.3 采集指纹图像

XC3S400按照MBF300的SPI时序要求，在MOSI信号线上发送一系列读写MBF300寄存器的指令，并由MBF300在MISO信号线上发送A/D转换后的指纹数据，直到一幅完整的256*32的指纹图像传输完毕。

3.4 存储指纹图像

采集到的原始指纹图像保存到片外SRAM中，地址空间为0000 0000 0000 0000~FFFF FFFF FFFF FFFF。实验调试与结论

指纹采集接口的整个程序的VHDL源代码已经通过调试，在ModelSim SE 6.1b中成功仿真，FPGA的SPI时序与MBF300一致，完全能达到指纹采集的目的。于是将MBF300设置为DTR＝0x15，DCR= 0x20，PGC=0x01，通过SPI接口采集到的原始指纹数据通过图2中的RS232接口传送给PC机，然后利用Matlab工具数据转化得到指纹图 像，它足以满足后续的指纹特征点提取、比对等要求。

四、小结

这种基于FPGA芯片XC3S400与固体指纹传感器MBF300的SPI接口具有设计实现简单，传输速率高的特点，完 全能胜任指纹采集的任务。而MBF300的高精度更能保证采集到的指纹图像的质量，这有利于简化后续的指纹图像增强、二值化等算法。总之，基于FPGA与 指纹传感器的指纹采集系统的SPI接口的成功实现，为指纹识别技术的SOC片上集成打开一个良好的开端。

本文作者创新点：

虽然基于DSP或者ARM的指纹识别认证系统已经在考勤，门禁等领域实现商品化，但这样的嵌入式系统很难实现小型化集成化，更无法SOC，所以本文 采用FPGA来实现指纹识别认证系统，利用FPGA高集成度，低功耗，短开发周期等优点，并以实现系统的ASIC为研究背景，具有很强的现实意义和广阔的 市场空间。

只有保证高质量的指纹采集才会保证高质量的指纹识别认证，因此本文主要介绍了基于FPGA的指纹识别系统的指纹采集接口部分的设计与实现方案，经实验研究证实该接口完全能满足实际需要，这为指纹识别系统的片上集成打开了一个良好的开端。

参考文献：

[1]谢健阳，李铁才,唐降龙等.指纹识别系统的设计与实现.微计算机信息.2006;22(3-2):156-157;

[2]周宁婕,付宇卓,周煜.基于DSP的指纹识别系统硬件平台设计.计算机仿真.2005;22(1):241-243;

[3]黄林波，杜坤梅，谢建阳等.基于ARM的指纹识别算法的研究与开发.哈尔滨商业大学学报(自然科学版).2005;21(2):179-181;[4]沈小丰, 李小贝.便携式指纹识别系统的设计.自动化技术与应用.2005;24(4):55-58

[5] MBF300 Solid State Fingerprint Sweep Sensor，Data Sheet[Z].2002 [6] Spartan-3 FPGA Family: Complete Data Sheet [Z].2005

篇2：基于的设计与实现

用户在论坛首页中，单击讨论主题超链接，将进入到查看主题信息页面，该页面主要实现以下功能：

1.显示当前主题的详细信息； 2.显示当前主题的回复信息。

查看主题页面的运行结果如图4.8所示。4.5.4回复主题

当用户浏览主题时，可能会对该主题有自己的看法，此时可以单击“回复主题”来发表意见。回复主题页面主要实现以下功能：

1.显示当前主题信息； 2.填写回复信息；

3.显示当前系统日期；

4.自动显示回复人姓名，该内容不允许用户修改。回复主题页面运行结果如图4.9所示。在网上课堂页面中同样由网站导航条、网上课堂主体内容和页脚版权信息三大部分组成，其中网站导航条和页脚版权信息同首页一样，只需包含相应文件即可。在网上课堂主体内容的左边是专业信息列表，它是从数据库中提取出来的。右边列出来的是和所选专业相对应的课程信息，按课程类别分列显示。

设计课程学习内容页面。在该页面的右侧显示相应课程的参阅资料，用户单击参阅资料名称可以打开相应的 Word文件显示资料信息。

3.学习资料库

在该页面的左边是资料类别信息，右边是每个类别所包含的资料信息，单击它会链接到相关的网址。

4.网络考试

学生进入考试系统后，会列出考试规则，考生同意之后，链接到选择考试课程页面。因为考生在注册时已经选择好了专业，所以这时列出的只是与该考生专业相关的课程信息。

在选择完考试课程之后，考生开始正式考试。如果考试时间到了还没有交卷，则系统会自动提交并阅卷，同时显示本次考试成绩。

5.在线论坛

该模块主要是为了方便师生之间的交流，因此要有发表主题和回复主题的信息。

6.教师登录

该教学网站的教师登录模块也就是管理员登录模块，教师登录该模块后能够方便的对本教学网站后台进行管理。主要有学生档案管理、专业管理、学习资料库管理和公告栏管理几大模块，管理员能够对数据库中的内容进行及时更新。

第四节

部分源程序代码

1.分页显示源程序代码 <%

rs_student.pagesize=10

page=CLng(Request(“page”))

if page<1 then page=1

rs_student.absolutepage=page

for i=1 to rs_student.pagesize %>

<%=rs_student(“Name”)%>

<%=rs_student(“sex”)%>

<%=rs_student(“birthday”)%>

<%=rs_student(“Professionname”)%>

<%=rs_student(“address”)%>

篇3：基于的设计与实现

本文应用结构如下图1所示。

PC机运行上位机软件, 本文的上位机软件使用windows系统自带的超级终端, bootloader运行后超级终端输出界面如图2。

用户根据超级终端输出提示发送上图中bootloader命令;上位机使用超级终端的xmodem协议发送S19文件, 下位机板卡采用MC9S12XEQ512单片机, 运行bootloader软件, 接收S19镜像文件, 最终完成应用程序的烧写。

Bootloader上位机、下位机通信协议xmodem简介:XMODEM协议是一种串口通信中广泛用到的异步文件传输协议。分为标准Xmodem和1k-Xmodem两种, 前者以128字节块的形式传输数据, 后者字节块为1k即1024字节, 并且每个块都使用一个校验和过程来进行错误检测。在校验过程中如果接收方关于一个块的校验和与它在发送方的校验和相同时, 接收方就向发送方发送一个确认字节 (ACK) 。由于Xmodem需要对每个块都进行认可, 这将导致性能有所下降, 特别是延时比较长的场合, 这种协议显得效率更低。本文采用128字节块形式传输数据的标准xmodem协议。

HCS12X系列单片机简介:

S12XE系列单片机是基于S12XD系列的增强型单片机, 其增强主要表现在使用S12X CPU V2内核, 锁相环模块增加了内部滤波器和失效探测功能。本文采用该系列的MC9S12XEQ512单片机, 该单片机片上资源丰富, 开发环境采用Code Warrior Development Studio for HCS12 (X) V4.7。

2 BOOTLOADER设计

2.1 BOOTLOADER软件结构

BOOTLOADER软件结构如图3所示。

各区在FLASH中的地址范围如下:

(1) 应用程序区+应用程序中断向量表:0x7843ff~0x7f3fff、0x7f83ff~0x7fffff

(2) BOOTLOADER区+BOOTLOADER中断向量表:0x7803ff~0x783fff、0x7f43ff~0x7f7fff。

程序复位首先进入bootloader, 进入后由bootloader管理中断向量表, 将应用程序中单片机的默认中断向量整体映射到bootloader中断向量表中, 进入应用程序后bootloader交出管理权由应用程序管理使用单片机默认的中断向量表。

2.2 程序处理流程

Bootloader通过串口接收上位机命令, 上位机命令有擦除、编程、复位、帮助、运行应用程序等基本命令操作, 命令循环处理流程如图4所示。

Bootloader处理的镜像文件格式采用S19格式, S19的文件格式解析是完成烧写的重要组成部分, S19文件是摩托罗拉公司为便于对可执行镜像文件便于烧写而提出的一种文件格式, 文件中所有说句都采用ASCII码格式, 图5为一个简化的S19文件。

S19文件的每一行组成格式相同, 第一个字符固定为S, 第二个字符表示数据记录行的类型, 第三和第四个字符组合为一个数字代表该行的数据长度, 后续为数据, 末尾为校验和。每行的组成格式如图6所示。

文件格式解释如下:

起始码S:表示该文件采用摩托罗拉公司格式;

数据类型:0代表S19的第一行, 1、2代表普通数据记录行, 9代表S19文件的最后一行;

长度:由两个ASCII码构成, 指示数据长度 (含校验和) ;

如上图中最后一行S903000FC:最后一行数据长度为3个字节 (6个ASCII码) , 校验码为FC。

其中开发的重心集中在烧写APP命令的处理, Bootloader接收到编程命令后, 进入xmodem协议接收流程, xmodem协议采用128字节块传输, bootloader收到128字节块存入缓冲区后根据图中所示状态机解析出S19文件的完整一行数据, 将该行烧入FLASH;烧写成功后继续xmodem协议的下一个128字节块的数据接收;当收到S19文件的最后一行时完成对整个S19文件烧写处理流程, xmodem协议接收到128字节数据后的流程处理如图7所示。

最后一行的判断依据:S19格式的最后一行为S9030000FC, 检测到S9数据后即可认为接收到最后一行。

最后一行的数据不需烧入flash, 程序直接返回烧写完成即可。

3 结语

本文基于飞思卡尔MC9S12系列开发的bootloader, 实现了单片机bootloader所需的大部分功能, 且软件模块划分合理、设计思路清晰;同时串口通信协议采用标准的xmodem协议, 具备一定的通用性, 对其它架构的单片机或处理器设计开发bootloader亦有一定的参考价值。

参考文献

[1]MC9S12XEP100 Reference Manual CoversMC9S12XEFamily

篇4：基于的设计与实现

摘 要：在教学实践中发现现有在线评价平台不能满足实践需求。根据前期调查和实践的经验，设计和实现了基于php技术的网络同伴评价系统。该系统不仅用于慕课网络教学评价环节，也可以作为传统评价方式的有益补充。

关键词：在线评价平台；同伴评价；php

中图分类号：G40-057 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）23-0092-05

一、问题的提出

同伴评价是指具有相同背景的学习者之间相互评价的过程[1]。同伴评价可以促进学习者对学习内容的深层次理解，参照评价标准评价他人的学习，能够更好地理解学习内容。同伴的评价是从学习者而不是从教师的角度给出评价，学习者之间可以共享彼此的成功经验，从各自的不足中吸取经验教训。

随着网络技术的发展， 同伴评价逐渐在网络教学评估领域中被采用。与此同时，一种新的教育模式——慕课正在兴起，其影响力与日俱增。由于慕课本身大规模、在线、开放的特点，学习者众多，作业的评价就成为一个难题。同伴互评的机制因此被引入慕课平台，但其准确性以及有效性一直受到怀疑[3]。早期的同伴评价多基于课堂进行面对面评价，但是这种方式存在很多不足：“如学习者不能及时获得同伴的评价，存在时间和空间的限制，很难实现评价方式和评价形式的多样性等”[4]。而在线的同伴评价系统可以解决上述问题，避免传统同伴评价方式的不足。目前已有的网络的同伴评价系统，主要有两类：一类是专门的评价平台，如Web-Spa[5]、PRAZA[6]、PASS[7]等；另一类为网络教学平台自带的评价系统，如Moodle[8]。以上平台多为国外开发，可通过互联网访问。国内用户在使用上存在一些不便和限制，此外功能也不够完善，不能满足同伴评价实践的需要。如对于小组评价的支持度不够，不能较好地区分小组内不同成员的贡献；同伴评价中的互评关系在同伴定量评分和定性文本评论上均存在显著差异，是影响评价质量的一个重要因素[9][10]，现有评价系统不能对该因素进行控制。为了解决上述问题，减轻教师负担，实现评价方式的多样性，使同伴评价更加科学有效，本研究在现有文献研究和同伴评价系统的基础上，设计和实现了一个在线同伴评价系统。期望为高校教学评价改革提供一些借鉴和参考，更好的服务于评价实践。

二、设计分析

1.需求分析

同伴评价是传统教学评价方式之外的一种评价手段，需要教师和学习者的额外付出，因此，需要在尽量减少教师和学习者负担的情况下，进行科学有效的同伴评价实践。笔者曾借助其他平台开展过同伴评价的实践，并进行过调查研究和系列实验研究。结合多年的实践经验和研究成果，对用户的需求进行梳理与分析，具体如下：

（1）评价方式的多样化。主要有：评价主体的多样化，允许教师设置不同评价主体的权限及权重；评价形式的多样化，提供多种评价形式如百分制评价、量表评等评价、文本评论评价，供教师选择和组合。

（2）同伴评价影响因素的控制。相关研究表明，评价署名方式、互评类型是影响同伴评价质量的重要因素[10]。系统允许教师对以上因素的不同类型进行组合，寻找最佳的评价模式。

（3）同伴评价任务的自动分配。系统根据教师的设置，为评价者和被评价者进行配对，自动为每位学习者分配同伴评价任务。

（4）同伴评价的监控与管理。系统对同伴评价的完成进度进行统计，并对同伴评价行为的质量进行监控。对于同伴评分质量的评价由系统自动完成。而对于同伴文本评论质量的评价，必須由人工完成。系统设计由被评价者而不是教师进行评价反馈，这样不仅更加合理，还可以减少教师负担。

（5）小组贡献评价。小组协作学习是高校教学中经常采用的一种方式，系统支持多样化的分组方式，如随机分组、自由分组、教师分组等。同时系统还提供小组贡献评价功能，以解决小组成绩没有区分度的问题。

2.开发技术与数据库设计

本系统采用了php+MySQL 进行开发。系统中的各种数据资源可分成五个部分：用户数据、分组数据、作业数据、评价数据、消息数据。分别用于存放用户的账号信息，关联的课程和班级信息，学习者分组信息，作业的发布、提交和成绩信息，评价任务和同伴评价以及小组评价信息，用户发送的消息等数据。这些数据库通过主键相连，形成了一个大的数据网络。

三、系统设计与实现

教师注册后即可使用系统，学习者账号为学号，由教师导入或自行注册到系统。根据用户的需求，系统设计了以下功能模块：信息管理、课程作业、课程评价、课程统计，用户登录后按照其教师或学习者的身份显示相应权限的功能。系统功能结构如图1所示。

1.信息管理模块

信息管理模块主要实现课程管理、站内信息收发、密码管理等功能。教师先要开设相应的课程，才可以进行后续教学活动。教师在该模块上可以创建课程和班级，导入该班级学习者的学号、姓名等信息，并对课程、班级、学习者的信息进行管理。站内信息页面主要实现站内信息的收发，学习者之间、师生之间可以通过站内短信息进行答疑或学习内容的交流。密码管理是系统的一项基本的功能，用户可以修改密码，设置密码保护问题，在忘记密码的情况下，可以通过回答密码保护问题找回密码。

2.课程作业模块

课程作业模块主要实现作业的发布、小组分组、作业查看、优秀作业展示等功能。布置作业是教师进行评价活动的前提，教师通过该模块进行课程作业的创建，进行相关参数的设置。参数包括标题、内容、作业类型（小组作业或个人作业）、截止日期、作业大小限制等。在教学中分组作业是一种经常采用的方式，如果教师发布了小组作业，则进行课程分组。教师设定分组参数，包括分组方法、小组人数、截止时间等。分组方法包括以下三种方式：学习者自由组合、教师指定分组、系统随机分组。教师可以对小组的成员和组长进行管理。学习者可以查看分组参数和分组结果。自由组合情况下，系统显示每一个小组的人员信息，学习者可以选择未满员的小组加入，并申请是否成为组长。

作业发布后，教师可以查看已发布的作业信息，对作业进行编辑，还可以查看学习者的完成进度，下载、评阅作业。教师在评阅过程中可以设置质量较高的作业为优秀作业。系统提取优秀作业名单，并展示给学习者。学习者可以查看教师和其他同伴对该作业的评价，借鉴同伴的学习成果。学习者可以查看作业信息，提交作业，提交后可以查看教师对作业的评价。如果该作业有同伴评价任务，还可查看同伴的评价情况。

3.课程评价模块

课程评价模块主要实现同伴评价任务发布与分配、同伴评价、同伴反馈、小组贡献评价等功能。该模块为本系统的核心功能，下面对其进行重点介绍。

（1）评价任务发布

在发布同伴评价任务时，教师可以对同伴评价过程进行控制，其中包括：

1）基本信息。教师选取需要创建同伴评价的作业，描述评价要求，设定评价截止时间。

2）评价标准与作品范例。笔者进行的一项问卷调查显示：92%的学习者认为教师有必要提供一份详细的评价标准，并对标准进行解释和指导；84.8%的学习者认为教师应该提供作品的范本。教师可以上传评价标准和作品范例，供学习者评价时参考。

3）评价形式。同伴评价可以采取多种评价方式，如百分制、量表评等的定量评价，文本评论的定性评价，教师可以选择以上三种方式或它们的组合，百分制+文本为系统默认的评价形式。

4）评价主体与权重。同伴评价可以有多个评价主体，包括同伴评价、教师评价、自我评价。教师可以设置每个主体的评价权限以及署名方式。

5）任务数量。教师需要为学习者分配适当的同伴评价任务。教师可以结合具体的情境，设置适当的任务量。

在同伴评价过程中，教师还需要对影响同伴评价质量的其他因素进行控制。这些因素有：评价署名方式。包括评价者和被评价者在评价时的署名方式；互评的类型，互评的类型分直接互评和间接互评。相关学者开展了一系列实验研究，表明上述因素对评价质量构成影响。评价者的不同署名方式在评价的批判性、关注焦点上存在差异，而被评价者的署名方式的不同在评价质量上存在差异[9]。互评关系在同伴量化评分以及文本评论上均存在显著影响。不同的互评方式和评价署名方式的组合对同伴评价质量会产生不同的效果，评价中存在互评关系和被评者署名方式的交互效应[10]。教师在发布任务时，可以对以上因素进行控制，在评价时尝试不同的组合，寻找最适合的评价模式。

（2）评价任务分配

评价任务发布后，系统需要为每一位学习者生成评价任务表，评价任务的分配是同伴评价系统一个重要功能，保证每位评价者的任务数量是相同的，按照不同的互评模式对评价者和被评价者进行配对。实现原理是将每位学习者提交的作品进行随机编号，如果是小组作业，则以小组为单位进行作品编号。系统根据评价数量和互评关系通过算法进行匹配，自动生成每位评价者的同伴评价任务分配表，如表1所示。表1以10位学习者为例，展示了两种互评模式下评价者和被评价者的配对结果。

从表1可以看出，直接互评模式下被评价同伴将对评价者的作品进行评价，间接互评模式下被评价者不会对评价者的作品进行评价。

评价任务发布和分配后，学习者可以查看同伴评价任务的具体要求以及同伴评价任务表。任务表显示被评价的同伴作品编号，被评价同伴姓名（被评价者匿名时则不显示），互评关系，作业完成情况，评价状态，评价截止时间等，如图2所示。

（3）同伴评价与反馈

如果教师在发布评价任务时允许自我評价，学习者还可以对自己的作品进行评价。自我评价能够辅助同伴评价的开展，提高学习者的反思能力。学习者获取同伴评价任务后，通过被评同伴作品编号链接入同伴评价页面。根据教师设置的评价形式，学习者以署名或匿名的方式对同伴的作品进行量化评分或文本评价，学习者在进行文本评价时被要求对同伴作品的亮点和不足进行评价，提出修改意见。学习者评价之后可以浏览教师和其他同伴对于该作品的评价。学习者在参与同伴评价任务过程中，既是评价者，又是被评价者，学习者可以查看同伴对自己作品的评价。

同伴评价的形式主要有定量评分和定性文本评论，教师通常采取两种方式进行结合。学习者在评价过同伴的作品之后，由被评价者对同伴的评价质量进行评价，并对同伴的评价内容和行为进行反馈，以帮助同伴提高评价质量。同伴的反馈对评价者的行为有一定的约束作用。为保证反馈的公正性，系统在反馈前隐藏同伴的评分，反馈后再显示，以避免因为较低的评分而给予负面的反馈。小组作业的成员需要全体参与到同伴反馈，根据评价人的数量以及小组人数来调节每位组员的工作量。文本评论质量的评价依赖于被评价者积极地完成反馈，系统对学习者反馈同伴的情况也进行监控，如果有待完成的反馈任务，系统将进行提醒。

（4）小组贡献评价

小组学习是可以促进学习者各方面能力的发展，如责任心，人际交流能力，小组协作以及组织能力，在高校教学中被广泛地使用。但在实践中却容易存在搭便车的情况。如何公正地评价小组中各成员的成绩是一个难题。教师因为较少参加小组内部活动，很难进行公正、合理的评价，只有小组成员才有足够的信息对相互之间的贡献进行评价。小组贡献评价可以解决小组成员作品分数一致没有区分度的问题，让贡献较多的成员获得较高分数，让贡献较少的成员获得较低的分数。教师可以通过贡献评价页面为小组作业创建贡献评价任务。发布时教师需要设置该任务的起止时间，依据贡献大小的等级设置加权系数。系统将小组成员的贡献分为五个等级：远超过平均值、比平均值略多、平均值、比平均值略少、远低于平均值，赋予1分到5分的分值，学习者在进行小组贡献评价时依据该等级评分。以贡献达到平均值为基准系数（设为1），教师为不同贡献等级设置适当的贡献系数。学习者的总成绩以小组作品成绩为基准，根据个人贡献的多少进行加权。教师发布小组贡献评价任务后，学习者可以查看任务列表，进行个人贡献描述，并根据其他组员的贡献描述和实际贡献情况，给予相应等级的评价。如果评价者给全部或多数组员过高或过低的贡献评分，系统将不予通过。

4.课程统计模块

学习者在完成相关任务后，教师需要进行很多项目的统计工作，例如学习者的学习进度，同伴评价作品成绩，同伴评价行为质量的量化成绩，基于组员贡献对小组作业成绩的统计。如果采用传统的方式进行统计，由于其巨大的工作量，将会给教师带来较大的负担，学习者也无法得知其成绩评定的细节，而系统的统计功能可以解决上述问题。

（1）进度监控与统计。教师发布各项任务后，需要对学习者的学习进度进行监控和管理。系统为教师统计全体学习者的作业提交、同伴评价与反馈、小组贡献评价的完成情况，并提供详情；系统为学习者统计课程任务的完成情况，以清单的形式列出所有任务及其完成进度。这些任务包括提交课程作业，加入课程小组，评价同伴作品，反馈同伴评价，提交个人贡献，评价组员贡献。

（2）作业成绩统计：一般的作业由教师评定成绩，同伴参与评价的作业，其成绩由多个评价主体共同评定，系统根据不同主体的权重计算总评分。小组作业的成绩评定，由系统统计学习者的小组贡献系数，以小组作品总评分为基准，计算总评分。教师和学习者可以查看作业成绩统计过程的细节。

（3）评价行为成绩统计。在同伴评价过程中，只有参与评价的学习者积极认真地履行评价职责，评价才能取得良好的效果。教师需要对同伴评价的质量进行监控，并对评价质量高的学习者进行激励。笔者的一项问卷调查表明：79.8%的学习者表示赞成教师将评价质量进行成绩考核；76.8%的学习者认为这一措施可以提供同伴评价质量。为提高学习者参与评价的积极性和评价质量，督促学习者认真完成同伴任务，系统将同伴评价行为的质量进行量化，并纳入平时成绩考核中去。由教师设置同伴评价行为的考核规则，以及该项成绩在总成绩中的权重。

学习者的同伴评价行为成绩由三部分组成，量化评分的质量，文本评论的质量，以及对同伴反馈的完成度，每一部分均量化为百分制，由教师设定各部分的权重。评分质量的考核是将单个评价者的评分与教师评分和总评分进行比较，考查其一致性，一致性越高，说明评分质量越高。评论质量的考核由被评价者完成，根据被评价者进行同伴反馈时给出的评价结果进行统计。如果被评价者超期未对同伴的评论进行反馈，教师可以设定为默认好评或由教师代为反馈。同伴反馈的考核主要考察完成度，即个人反馈的数量与待反馈数量比例。如果是小组作业，以小组整体为单位考察同伴反馈的完成度。

同伴评价行为成绩由系统依据评分规则，对同伴评价行为进行量化成绩统计。系统提供学习者每一项评价行为的细节及得分情况，如图3所示。图3中评价形式为百分制加文本，系统分别统计了量化评分评价成绩、文本评论的评价成绩、以及同伴反馈的成绩。

（4）课程成绩汇总。课程成绩统计方便用户查看单独的作业成绩和评价成绩的细节，但不能对成绩进行汇总显示。为方便教师对作业成绩和评价成绩进行汇总统计，制作报表，系统提供了成绩汇总功能，提取历次作业和评价行为成绩，如图4所示。

如果教师布置有多次课程作业，通常的做法是将历次作业成绩相加取平均分。在实际教学中，如果某次作业比较重要，教师可以赋予该作业较高的权重。系统允许教师对作业的权重进行设置，可以平均分配，也可以不平均分配。如果是后者，教师可以设置作业的权重，系统依据每份作业的权重计算课程作业总成绩。如果有多次同伴评价任务，则取平均分。系统依据作业成绩和同伴评价成绩的权重，计算课程总成绩。

四、总结和讨论

1.应用情况

本系统完成后，在南京晓庄学院新闻传播学院2011級到2014级多个班级的课程中投入了使用。如社科类课程《社会研究方法》、《社会心理学》，理工类课程《php网络编程》、《网页设计》，取得了较好的效果。每一轮使用后，就同伴评价的效果和系统的功能进行了调研。最新一次针对三个班级的99位学习者的调查显示，78.9%的人认为同伴的评价可以促进反思，意识到自己作品的不足；83.1%的人认为同伴的意见可以帮助修改和完善作品，74.6%的学习者认为同伴的意见是中肯的。总体而言，多数学习者认可同伴评价这种方式。笔者对使用系统的教师也进行了访谈。受访者表示：系统功能较为完善，可以满足教师进行同伴评价实践的需要，方便易用。此外，用户对系统的功能方面提出了各种改进建议，比如完善流程控制，提供系统使用说明和指导等。笔者结合用户反馈的意见对系统的功能不断进行完善。

2.小结和讨论

基于php的在线同伴评价基本能够满足当前同伴评价实践需要，但也存在一些问题，例如对于同伴评价行为表现进行量化的算法比较简单，存在一定误差。在进行小组贡献评价时，会陷入一团和气，评价者碍于情面对低贡献者仍给予较高评级，不能完全有效地区分不同学习者的贡献。这种情况尤其在小组成员较少时比较明显，这超出了系统设计本身的问题。在同伴评价实践中，除了系统平台的支持之外，学生和教师都需要付出额外的精力。教师在任务发布后，需要跟踪学生评价进度，对学生进行督促，激励学生积极、高质量地进行同伴评价。

本系统不仅适用于高校的传统教学，也可应用在高校的慕课教学评价实践中，下一步将扩大其应用范围，完善系统功能。

参考文献：

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[9]张倩.网络环境下同伴匿名评价实证研究[J].电化教育研究，2007（7）：55-57.

[10]舒存叶，张海萍.网络环境下同伴评价影响因素的实证研究[J].电化教育研究，2005（2）：89-93.

篇5：基于的设计与实现

【摘要】信息技术与通讯技术的发展为微格教学系统奠定了基础并且提供了新的契机，本文对微格教学系统先进行分析，介绍了微格教学系统走向数字化和网络化的优势，并对基于网络的数字微格教学系统加以设计并实现。

【关键词】微格教学；数字微格；网络

【中图分类号】G434 【文献标识码】B

信息与网络技术的快速发展为教育改革带来了新的挑战，教学与学习变得越来越灵活与方便。目前的微格教学训练对师范生教学技能的训练起了积极的作用，但由于受到设备和信号传输等的限制，影响了微格教学的效果。网络技术的发展和微格教学的数字化，则为网络环境下的数字微格教学奠定了基础并提供技术支持。本文所要探讨的就是利用信息和网络技术的发展，在数字化环境下，对微格教学系统进行的一种改进方法。

一、微格教学的分析

微格教学(Micro Teaching)又被称为“微型教学”、“微观教学”、“小型教学”等，是一种以现代教育技术为手段，以训练学生掌握某种教学技能、技巧为目标的小规模教学活动。它把复杂的教学过程分解为若干项容易掌握的单一教学技能并对每项教学技能进行逐一研讨，以提高教学技能的系统培训方法。它是以教育学、心理学等的理论为指导，以现代科学技术设备为手段的一种系统培训教学技能、技巧的方法。它具有技能培训方向明确、集中，反馈及时且可以审阅、检查的特点，培养了学生的多元智能，从注重教师“教”转向注重学生“学”，提高他们从师执教的能力，在训练师范生教学技能方面发挥着重大的作用。

目前许多微格教学实验系统因技术、设备等原因，无法适应信息社会的迅速发展，表现出了一些缺陷和问题，比如学生的参与程度不高、学生学习的灵活性不强、缺乏必要的互动性、存储和查询方面不便、难以适应扩招后的大量学生等。计算机技术、网络技术和通信技术的发展为微格实验室系统走向数字化和网络化，为解决传统微格所存在的问题提供了新的方式和手段。

实现数字化网络化微格教学对师范生进行教学技能训练，根据多元化的教学目标，使师范生对教学技能的学习和训练、教学能力的培养更能适应现代教育的要求。学生学习更生动、自主、有效，学生之间进行合作式、情境式学习等，教师的教学更有针对性，并做到因材施教，创建更为灵动、可变、多元化的教学训练体系，使微格教学更适应现代教育发展的需求，切实提高微格教学绩效。

（一）实时非实时点播，提高教学效率

基于网络的微格教学系统的教学过程可以通过网络加以组织，微格教学中的模拟教学、课后分析、分组讨论和信息反馈等环节都可以通过网络完成。采用数字化微格教学实验系统后，我们可以实时直播观看教学过程，通过网络对课堂进行交互式现场直播教学，实现本教室成员间或各教室成员以及指导人员与受训人员之间的双向实时教学交流。采用网络化微格教学系统后，教学过程的分析与讨论不再局限于微格教室中进行，提高了微格实验室的利用效率。基于网络环境的微格教学系统，可以实现最大程度的开放性。多媒体教室、办公室、图书馆电子阅览室、学生和教工宿舍都可以通过校园网直播或点播存储于服务器的视频流文件。所有参与微格学习的人都可以在自己的设定权限内直播点播自己或他人的教学视频，扩大学生的交流与协作，强调多次反馈和校正训练，提高了教学效率。除此之外，还可以实现不同教学者完成同一教学环节训练的对比演示和分析。

（二）数字化存储，利于查询和检索 所有资源实现信息化管理，数字化存储。教学过程存放于服务器，数字化后的资料可通过网络随时调用，易进行易于管理、自动化程度高，也方便查询和检索。

（三）系统有利扩展利用

整个系统由多间微格教室、录播服务器、监控室和局域网组成，系统集成度高，与校园网互为一体，资源共享，扩充方便。设备网络化，信号数字化，便于信息的交流，符合现代教育技术的发展趋势。此外，系统经过适当扩展，还能实现双向的实时交流，校园远程教学，虚拟教室，网络会议等功能。

二、数字化网络微格教学系统的设计与实现

基于网络环境的微格教学系统是利用纯数字摄录方式，通过网络数字化信息传递形成分布式微格教学控制体系。利用数字视频采集压缩和处理技术、数字影像存储和索引技术、数字视频点播技术为基础，通过视频发布和点播等方式实现微格教学、微格教学课程学习、微格教学资源发布等功能的新型微格教学系统。

基于网络环境的微格教学系统是采用了当前先进的数字化传输、数字化存储和网络应用方案的，集微格教学、多媒体编辑、影视音像制作、多媒体存储、视频点播、数字化现场直播、微格教学资源发布、微格教学经验交流、微格教学评价为一体的数字化网络系统，系统架构如图1所示。

图1 数字化微格系统整体架构

（一）微格教室系统

通过多个高清晰摄像头和硬件采集压缩系统，能够同时监控和录制师范生的教学过程。同时，教室里配备多媒体系统和摄像画面显示系统，模拟教师的师范生能够实时观看到录像过程，如有需要，可以本地控制录制过程，操作摄像机。教室后墙挂有大幅纠正镜。

（二）主控室监控系统

指导老师通过在现场或在控制中心、观摩教室等，通过网络对摄像机云台、多倍变焦镜头对摄像机进行远程操作，对教师动作、学生回答、板书内容拍摄特写镜头，实现对教室内受训人员或教师的教态、语态、板书以及学生活动的全方位拍摄和录像，对教学全过程从不同方位进行现场评估、监控、录像，并可实现远程评价人员在异地评价的特性。

（三）微格直播点播系统

该系统具有实时直播和非实时点播功能，能够在校园网内直播多个微格教室内的教学情况，通过对教学直播进行播放级别设定，实现直播分级管理，实现特定节目只许可特定级别的用户组收看，且支持跨路由的广域网应用，直播的延时时间小于1秒，具有断线自动重联功能。此外，根据系统访问密码、控制密码设定工作站后，系统可以根据需要添加直播教室。直播系统访问界面如图2所示，当前用户权限下，可以看到的直播教室共有5个，每一个都可以观看流媒体实时直播。

图2 微格直播系统

校园网内用户通过账号和密码可以登陆IE浏览器在自己权限内在线点播各种微格教学视频，在单播应用中，单播并发用户数不少于50个。能进行实时的远程IP网络直播和手动控制课堂实况录制的基本功能外，还能按教学课表的预定时间实现课堂实况的全自动录制，即时生成数字化的多媒体视频课件，直接用于网络点播和直播，同时可在控制台进行教学评估。点播系统访问界面如图3所示，当前用户权限下，共可以点播到8个视频文件。

图3 微格点播系统

基于网络环境的微格教学系统将随着现代教育信息技术的不断进步，功能上向更加智能化更加精确化发展，把以计算机为核心的信息技术与学科课程整合，培养具有信息素养和创新能力，适合信息时代需求的人才。同时，本系统还需进一步完善，例如增加缺乏微格教学评价系统，不能为学生和老师提供一个实时交流的平台，资料库的内容还有待丰富等。相信随着信息技术和现代教育理论的不断发展，微格教学作为培养师范生教学技能的一种有效方法，不断融入新的教学理念、教学内容、教学手段与技术，为教师教学技能的培养发挥更大的作用。

参考文献

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[4] 周剑辉，丁芳．基于网络的微格教学环境设计[ J]．现代教育技术，2007，(1)：63-64 [5] 吴乃域．中学课堂教学技能与教学技能培训[M]．.重庆：重庆大学出版社，1997

Design of Microteaching Environment Based on Network

篇6：基于的设计与实现

互联网的迅猛发展，正在深刻地改变着人类的生产、工作和生活方式，对社会政治、经济和文化生活产生了广泛而深远的影响。在信息社会中，人们的各种观念习惯都在改变，包括人们对新技术。新知识的学习，不再满足于各种条件限制的面授教学，都想充分利用现有的资源，获得较好的学习效果和效率。因此，组建一个远程教育平台越来越受到学校和企事业单位的青睐。人们可以利用现有的计算机和越来越普及的互联网网络，不受时间、地域和天气条件等限制，随时随地进行学习。

随着南京市地方税务局的组织发展，教育培训需求日益增长，传统的以教师为中心的课堂教育模式已经远远不能适应现实的需求。

首先，大规模的课堂培训组织难度大，需要投入巨大的物力、财力，同时需要占用大量的正常办公时间，严重影响正常的税收业务活动。其次，传统培训方式无法实现个性化学习。全员干部培训并不意味着培训内容的同一化。各级各类干部学习需求不尽相同，对培训内容的要求也呈现多样化、多元化，这就需要根据不同类别、不同层次、不同区域干部的特点和需求设置班次、设计课程，充分体现个性化、差别化和具体化的要求。第三，无法实现资源共享。由于南京地税干部办公地点相对分散，无法将优秀的教师资源和丰富的学习资源提供给每一位干部，学员无法享受同样高质量的教学服务，直接影响到了培训的质量。

在这样的背景之下，按照南京市地方税务局创建学习型组织的要求，为适应系统内外日益增长的教育培训需求，南京地税通过开发e-learning学习的平台——“网络教育培训平台”，进一步丰富培训资源、创新培训手段，积极引导干部利用业余时间加强自主学习、自我超越，不断提高学习力、竞争力和创新力。该平台由学习咨询、网上大学、在线课堂、在线测试、在线交流、学习档案等模块组成，在网上实现教、学、考、管等各种功能。

远程在线学习是改进教育培训内容和方式的有效手段，也是信息化发展的必然趋势。南京地税局充分利用网络教育培训平台的培训资源，将进一步拓展地税干部教育的培训渠道和内容，培养南京地税广大干部的专业技能，更好地完成地税干部教育培训的任务；进行在线学习可以不受时间和地点的限制，有利于将在线学习与集中培训形成相互补充，在一定程度上缓解工学矛盾；有利于充分调动干部的学习积极性，满足学习的个性化需求，提高教育培训的实际效果。同时，该学习系统信息量大、课件丰富、形式多样，有利于全面实现组织知识共享、信息共享和培训资源共享，便于干部根据自身实际需要自愿选择学习内容，从而为自己的职业生涯发展提供支撑。

一、网络教育的现状与发展趋势

信息化社会人们需要终身学习，远程教育特别是以网络为主要载体的现代远程教育，顺应了这一趋势，给人们随时获取新知识提供了便捷和强有力的支持。如今，全球每年有超过7000万人次通过互联网来接受教育，继续教育已占美国GNP的6%，而且在不断向上攀升。以互联网为核心的在线学习(e-Learning)正在成为全球性的教育培训的潮流和趋势。

美国是目前远程职业培训规模最大的国家，其政府十分重视现代信息技术在教育中的应用，利用因特网的非同步教学、双向交互式的视频教学和单向式预录视频教学等技术，积极推进网络教育的发展。44%的高等学校向全社会提供各种远程教育，接受远程高等教育的学员约占全日制在校学员32%，基本覆盖了美国高校的所有专业和学科；英国也是较早开展网络教育的国家，其开放大学是一种面向全社会、全世界的全方位开放的大学。实行免试入学，实行学历教育和终身教育相结合的办学机制。开放大学的教学以网络为基础，采用多媒体教学环境，应用CAI课件。同时，英国各教育组织还在积极开拓国际高等教育市场份额。澳大利亚具有世界一流的、建立在网络上的、满足不同教育层次需求的现代远程教育系统，其TAFE学院在澳大利亚6个州和2个领地共有85个学院和1132个校区。2000年，全澳洲共有130万人参加TAFE学习，占全国总人口的7.1%。TAFE把学历教育与岗位培训结合到一起，突破了传统的一次性教育的局限，建立了“学习一工作一再学习一再工作”的多循环终身教育模式。

我国政府也十分重视网络教育。国务院1999年1月转发教育部制订的“面向21世纪教育振兴行动计划”中，明确提出了实施现代远程教育工程，并在第三次全国教育工作会议上，提出在2010年初步实现高等教育大众化的目标，建立现代远程教育网络，构建终身教育体系。1998年6月教育部批准首批远程教育试点高校，开始了我国真正意义上的网络远程教育。短短6年间网络大学从4所发展为67所，已开设9大类153个专业。截至2005年底，网络高等教育累计注册420多万人，年增长近100万人。也正是在这样的背景之下，南京地税组织开发适合自身应用、满足自身需求的网络教育培训平台。

二、项目介绍

南京地税的网络教育培训系统是建立在基于WEB的网络管理平台之上的，其技术发展经历了以下几个阶段：

最初的网络管理平台是Web网站+网页的方式，即将一些教学的讲义、课外阅读资料、上课视频等多媒体资源做成静态的网页放到Web网站上供浏览和下载，这是一种比较初级的方式，不能发挥网络教学的许多固有优势。

第二代的网络管理平台利用了动态网页和数据库技术，具有网络教学的比较系统的功能，将多媒体网络教学资源整合在数据库中，学员能够方便地登录到平台进行学习，平台具有可管理性和交互性。

第三代网络管理平台利用XML等技术，营造一个仿真的教学环境，能为学生提供个性化的服务，着力发挥网络教学的个性化学习、创造性学习和合作学习的优势。

南京地税网络教育系统作为南京地税网络培训系统核心系统，它的建设目标是建成南京地税自主管理的教育培训，可以分别实施地税内部员工网络培训测试和外部纳税人测试，内部用户除了可以在局域网内进行网络培训和测试外，还可以通过互联网访问测试系统内部人员测试部分。同时，纳税人可以通过互联网访问纳税人测试部分，网络培训系统将集成在我局外部的企业门户中，实现单点登录的功能。初步预计外部用户规模在5万户左右，内部用户在2500左右。

网络教育平台功能模块主要分为三大类：在线学习、在线测试系统管理三大模块，功能模块结构如下图所示：

南京市地税局开发网络教育培训平台，产生了良好的社会效益： 一是按照创建学习型组织要求，适应系统内外日益增长的教育培训需求，通过开发网络教育培训平台，进一步丰富培训资源、创新培训手段，积极引导干部利用业余时间加强自主学习、自我超越，不断提高学习力、竞争力和创新力。

二是按照服务型税务发展战略，逐步开放部分网络教育培训资源给纳税人使用．帮助纳税人提高税收业务知识水平，实现南京地税与全体纳税人的共同发展、共同进步。有力地促进了纳税人对南京地税综合满意率的提升（相关指标通过纳税人综合满意度调查测量确定）。

三、总结与展望

经过试运行阶段的反复测试，网络教育培训与在线测试系统的各项功能趋于稳定，各模块运行畅通，已满足项目上线的要求。同时系统的运用，为南京地税干部创造了一个良好的自主学习的平台，受到广大干部的广泛欢迎。

网络教育培训生动、宽松、高效、可以反复学习的方式受到用户的欢迎，从课件的点击率的分布情况可以看出，干部的参与热情普遍提高，干部学习的自觉性得到加强。从学习效果来看，绝大多数干部反映通过网络学习，可以进一步方便接触国内外先进的管理理念和税务专业知识，业务水平有了较大提高，知识面得到较大拓宽。从反馈情况来看，部分干部已不满足于完成规定学习任务，进一步自主学习的需求较大。