انقلاب تكنولوژي

چكيده ـ در حال حاضر انقلاب تكنولوژي عميقاً نحوه تفكر عمل و بسياري از فرآيندهاي كاري را در زندگي ما تغيير داده است. تحولات بزرگ جامعه بشري، ما را به سويي مي‌كشاند كه آموزش از راه دور امري اجتناب‌ناپذير خواهد شد و گاهاً مي‌توان در اين عرصه فرصتهايي را يافت كه نتيجه فرآيند اموزش را غني‌تر نموده و چه بسا با در اختيار گرفتن امكانات كمك

آموزشي ديداري و شنيداري پيشرفته در اين نوع آموزش، ارائه دروس و مطالب را بسيار جذابتر كرد. در اين مقاله با مروري بر بكارگيري مفهوم E-Learning در كلاس مجازي، مزايا و معايب و ويژگيهاي بكارگيري اين روش بيان گرديده است. در ادامه به ارائه اجزاء عمده و اصلي تشكيل‌دهنده يك كلاس مجازي پرداخته و سپس يك نمونة عملي شامل چند خصوصيت كليدي پياده‌سازي شدة چنين كلاسي از جمله ارسال و دريافت تصوير، صوت و ويدئو را تشريح خواهيم كرد. در اين بخش مفاهيمي چون فشرده‌سازي، همزماني و … مدنظر قرار گرفته و مثال پياده‌سازي شده در يك شبكه محلي تست شده است.

مقدمه
فناوري اطلاعات و ارتباطات (ICT) وجه تمايز بنيادين عصر ما با دوران گذشته است. تقسيم‌بندي دنياي حاضر به جوامع اطلاعاتي، جوامع صنعتي و جوامع سنتي با ميزان بهره‌گيري و كاربرد فناوري اطلاعات و ارتباطات رابطه مستقيم دارد. از طرفي ميزان توسعه و كاربرد فناوري اطلاعات و ارتباطات در امر آموزش مهمترين شاخص پيشرفت به شمار مي‌رود. آموزش از راه دور سال‌ها است كه نهادينه شده و مفاهيم طراحي آموزش، نحوه ارائه، اجرا و ارزشيابي برنامه‌هاي آموزشي در آن كاملاً روشن گرديده است. با توسعه ICT در كشورها ارائه

سرويس‌هاي IT-Based رشد شتاباني گرفته و در اين ميان آموزش مجازي Virtual Education يا آموزش الكترونيكي (E-Learning) براهميت‌ترين عامل جهش‌هاي علمي / پژوهشي ژ فرهنگي و در نتيجه تعميق شكاف‌هاي رو به رشد مي‌باشد. لذا، براي كاهش اين فاصله‌گذار به جامعه اطلاعاتي نه يك انتخاب بلكه يك اجبار است. گرچه گذار به جامعه اطلاعاتي مستلزم تغييرات بسيار گسترده در ساختارهاي اقتصادي و اجتماعي و لزوم سياست‌گذاري مجدد كلان مي‌باشد ولي اين تحول لزوماً يك آفت يا معضل نبوده و چالش‌هاي منطقي دولت‌ها در اين گذار مي‌تواند فرصت‌هاي خوبي را ايجاد كند.

تركيب آموزش از راه دور با اينترنت منجر به ابداع روش جديدي از نحوه تدريس بنام يادگيري توسعه يافته يا فراگير و E-Learning شده است. مفهوم يادگيري توسعه يافته در دانشگاههاي مجازي و بر روي شبكه‌هاي رايانه‌اي همانند اينترنت، LAN، و … ديگر فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي قابل اجرا بوده و رويكردهاي جديدي در طراحي آموزشي، ارائه، اجرا و ارزشيابي برنامه‌هاي آموزشي ايجاد كرده است. در سال‌هاي اخير موسسات فراواني (به خصوص در آمريكا) اقدام به برگزاري دوره‌هاي علمي و فني مبتني بر روش E-Learning كرده‌اند كه از

نمونه‌هاي موفق و پايدار مي‌توان به دوره‌هاي تخصصي شركت‌هاي كامپيوتري Microsoft، SISCO، Sun Microsystems، Oracel و … اشاره كرد. انجمن مهندسان برق و الكترونيك آمريكا (IEEE) طرح نسبتاً مفيدي ارائه كرده است. ولي در اين ميان، دانشگاه MIT بعنوان پيشتاز اين نحوه آموزش، بسترساز مقوله آموزش الكترونيكي در ميان دانشگاههاي با سابقه و معتبر گرديده است. طرح مذكور، (OCW) Course wore open space نام دارد و از ماه سپتامبر ۲۰۰۲ رسماً مورد استفاده عموم قرار گرفته است. تعداديي از دروس برخي رشته‌هاي دانشگاهي بر روي اينترنت ارائه مي‌گردند.

آموزش از راه دور به هر نوع دوره و آموزشي اطلاق مي‌شود كه به شكلي غير از روشهاي سنتي رو در رو انجام مي‌گيرد. محتويات دروس ممكن است كه از طريق اينترنت و يا استفاده از ويدئو و تصاوير فعال و متعامل دو طرفه انتقال يابند. لذا ارزيابي عملكرد آموزش از راه دور با سنجش مزايا و معايب آن امكانپذير بوده و در صورتي برتري در مقابل روشهاي سنتي به عنوان راه‌حل قابل پيشنهاد خواهد بود. برخي از مزاياي آموزش از راه دور در ذيل آورده مي‌شود.

ـ تعداد پرسنل كمتر در اجرا و بكارگيري اين نوع آموزش
ـ توانايي كسب پيشرفت سريعتر با توجه به استعداد و فرصت‌هاي شخصي
ـ استفاده از فن‌آوري اطلاعات در امر آموزش و دستيابي به سطوح بالاتر آموزش
ـ جذابيت اين نوع آموزش

ـ جذب و انتقال تجارب آموزشي بطور سريع و آسان
ـ طي مراحل اداري و قانوني اين آموزش بطور سريع
ـ مقرون به صرفه بودن آموزش

ـ استفاده از بسياري از منابع آموزشي جهت مطالعه و آموزش
ـ پوشش فراگير اين نوع آموزش
ـ صرفه‌جوئي در وقت، سفر، اسكان، زمان و …

از آنجائيكه در برخي از كشورها خطوط قوي براي ارتباط با اينترنت وجود ندارد و قيمت استفاده از آن بالاست از نظر تهيه الزامات نرم‌افزاري و سخت‌افزاري با سنجش جنبه‌هاي اقتصادي، بايد زمينه‌هاي استفاده از اين نوع آموزش را براي تمام اقشار جامعه فراهم كرد. از طرفي يك روش آموزش تازه تاسيس تا مدت طولاني نمي‌تواند با روشهاي ديگر سنتي معتبر موجود مقابله كند. البته مشكلات فوق با توجه به روند رو به رشد تكنولوژي و ارائه نرم‌افزارها و سخت‌افزارهاي قيمت و روشن شدن قابليتهاي اين نوع از آموزش، در آينده نزديك قابل حل خواهد بود.

در اين مقاله با مروري بر ويژگيهاي قابل انتظار از يك كلاس مجازي، پارامترهاي شاخص اين مفهوم در يك ارتباط نرم‌افزاري و سخت‌افزاري مورد بحث واقع گرديده است. برخي از اين شاخص‌ها هم‌اكنون در طرحهاي عملي اين نوع آموزش موجود بوده و برخي هدف آينده طراحان اين نوع آموزش مي‌باشند. در ادامه يك مپال عملي از اين نوع آموزش با رعايت شاخصهاي فشرده‌سازي و سنكرون‌سازي در يك شبكه LAN با پروتكل TCP/IP به تفصيل شرح داده خواهد شد.
۱ـ روش‌هاي ارتباطي و انتظارات از يك كلاس مجازي

در اين بخص بصورت خلاصه به امكاناتي كه مي‌توان در يك كلاس مجازي ايجاد كرد اشاره مي‌كنيم. آنچه كه از يك كلاس مجازي بصورت اوليه انتظار مي‌رود ارتباط بلادرنگ بين دو طرف حاضر در كلاس (استاد و دانشجو) و يا ارتباط بين هر يك از اعضاي كلاس است. اين انتظارات را مي‌توان بصورت زير ليست كرد كه هر كدام نشانگر نوعي ارتباط بين استاد و دانشجو در انتقال مفاهيم يا استفاده بهتر از مطالب ارائه شده و مواد كمك آموزشي مي‌باشد:
ـ ارتباط از طريق گپ بصورت متن نوشتاري يا چپ

ـ داشتن يك تخته سياه يا تخته سفيد الكترونيكي كه استاد بتواند مطالب را بصورت مناسب در معرض ديد دانشجويان قرار دهد.
ـ ارتباط صوتي
ـ ارتباط تصويري كه مي‌تواند نشانگر حركات استاد يا دانشجويان و يا مطالب ديگري بصورت ويدئويي از هر دو طرف باشد.
ـ ارائه مطالب بصورت اسلايدهاي PowerPoint
ـ به اشتراك گذاشتن برنامه‌هاي كاربردي و امكان استفاده از راه دور توسط هر يك از طرفين بصورت كنترل از راه دور
ـ به اشتراك گذاري فايلها يا مستندات كه مي‌تواند بعنوان تمرين‌ها، تكاليف، نتايج كارها و يا گزارش‌ها باشد.
ـ داشتن مرورگر وب همزمان در كلاس

ـ امكان داشتن چند ارائه‌دهنده بصورت همزمان
ـ بالا بردن دست شاگردان در كلاس براي سؤال و امكان قبول يا رد آنها

ـ اجازه‌دهي به حضور يا خروج عضو در كلاس و امكان كنترل جلسه
مواردي نيز بعنوان ويژگيهاي مضاعف يك كلاس مجازي مطرح مي‌باشند كه مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
ـ امكان ضبط و پخش مطالب طرح شده در كلاس توسط استاد يا دانشجو
ـ بايگاني كردن كلاسها بصورت سازمان يافته و امكان فراخواني مجدد آنها با سرعت زياد
ـ امكان جستجو در مطالب طرح شده در يك كلاس

ـ امكان تشكيل گروههاي كاري و بحث كلاسي
در راستاي ايجاد يك كلاس مجازي سه ويژگي عمده كلاس يعني امكان ارتباط صوتي و ويدئويي بين استاد و دانشجويان و امكان رد و بدل كردن تصاوير شامل PowerPoint كه حاوي مطالب درسي مي‌باشند در يك مثال عملي و در شبكه محلي پياده‌سازي شده است كه در ادامه اين مثال عملي را تشريح خواهيم كرد.
۲ـ پياده‌سازي واسط پايه‌اي كلاس مجازي در شبكه محلي

در اين بخش يك نمونه عملي پياده‌سازي شده از سه واسط اساسي كلاس مجازي شامل ارسال دريافت تصاوير، صوت و ويدئو آورده شده است. در واسطه‌هاي نوشته شده فشرده‌سازي اطلاعات جهت افزايش سرعت ارسال و دريافت در شبكه مدنظر قرار گرفته است. همچنين از آنجا كه تعداد درخواست‌كنندگان در يك لحظه ممكن است زياد باشد سنكرون‌سازي بين درخواستها در سمت سرور مورد توجه قرار گرفته شده است.

۲ـ۱ واسط تصوير
در اين قسمت واسط پياده‌سازي شده، هدف ارسال و دريافت تصاوير دوربين از طريق شبكه است. براي اين منظور دو برنامه واسط به طور كامل پياده‌سازي شده اند.
ـ واسط سمت سرور: واسطي كه تصاوير را از دوربين گرفته، از فرمت BMP به فرمت JPEG فشرده كرده و سپس براي متقاضيان ارسال مي‌نمايد. براي راحتي كار نام اين واسط را CICS گذاشته‌ايم.

ـ واسط سمت كاربر: واسطي كه به سرور متصل شده، درخواست دريافت تصوير نموده، تصوير دريافتي JPEG را به BMP تبديل كرده و آن را نمايش دهد. براي راحتي كار نام اين واسط را GIDS گذاشته‌ايم.
واسط CICS ابتدا سوكتي را براي برقراري ارتباط باز كرده و مي‌تواند در مد Auto كار كند. در مد Manual فقط زماني كه سرور دكمه Manual را كليك كند تصوير موردنظر از دوربين گرفته شده و ارسال مي‌شود. در حاليكه در مد Send سرور تصاوير را با فاصله زماني قابل تنظيم به صورت اتوماتيك تصويري از دوربين گرفته و به سمت كاربران ارسال مي‌كند.
كاربرد در صورت تمايل به حضور در كلاس تحت شبكه، ابتدا با وارد كردن IP سرور و پورت مربوطه در پنجره مخصوص، به سرور متصل و سپس تصاوير مربوط به كلاس درسي موردنظر را دريافت نموده و پس از بازگشايي، آنها را به ترتيب ارسالشان نمايش مي‌دهد.

واسط GIDS در سمت كاربر وظيفه اتصال به سرور، دريافت تصاوير از سرور، بازگشايي تصاوير (از JPEG به BMP) و سپس نمايش تصاوير را به ترتيب ارسال شده از سرور برعهده دارد. امكان ذخيره تصاوير دريافتي براي كاربر وجود دارد.
شكل ۱ وضعيت ديالوگ برنامه CICS را قبل از اينكه كاربر به آن متصل شود نشان مي‌دهد. سرور در حال گوش دادن به خط است تا در صورت دريافت يك تقاضا به آن جواب دهد. در شكل ۲ وضعيت ديالوگ برنامه GIDS را قبل از اتصال به سرور نشان مي‌دهد. همان‌طور كه در شكل مي‌بينيد، كاربر در حال وارد كردن مشخصات سرور مي‌باشد.

به ترتيب در شكلهاي ۳ و ۴ وضعيت ديالوگ CICS بعد از قبول يك كاربر و وضعيت ديالوگ GIDS را بعد از اتصال به سرور و دريافت تصوير ارسالي سرور، نشان مي‌دهد.

۲ـ۲ واسط صوت
در اين قسمت واسط پياده‌سازي شده، هدف ارسال و دريافت داده‌هاي صورتي از طريق شبكه است.
براي اين منظور دو برنامه واسط به طور كامل پياده‌سازي شده‌اند.
ـ واسط سمت سرور: واسطي كه صدا را از ميكروفن ضبط كرده، از فرمت wav به صورت فرمت mp3 فشرده كرده و سپس براي متقاضيان ارسال نمايد. براي راحتي كار نام اين واسط را RACS گذاشته‌ايم.

واسط سمت كاربر: واسطي كه به سرور متصل شده، درخواستهاي داده‌هاي صوتي نموده و مدت زمان درخواتي براي دريافت صوت را تعيين كرده، داده‌هاي صوتي دريافتي mp3 را به wav تبديل كرده و آن را پخش مي‌نمايد. براي راحتي كار نام اين واسط را GADP گذاشته‌ايم.
واسط RACS ابتدا سوكتي را براي برقراري ارتباط باز كرده، سپس در صورت اتصال كاربر و برحسب مدت زمان موردنظر كاربر داده‌هاي صوتي را ارسال مي‌كند. امكان پخش و ضبط فايل صدا به صورت مستقل در سمت سرور وجود دارد.

در سمت كاربر در صورت تمايل به دريافت داده‌هاي صوتي، ابتدا با وارد كردن IP سرور و پورت مربوطه در پنجره مخصوص، در صورتي كه سرورع شروع به كار كرده و آماده سرويس‌دهي باشد به سرور متصل و مدت زمان درخواستي براي دريافت صوت را تعيين مي نمايد. پس از آن اطلاعات صوتي مربوط به كلاس درسي موردنظر را دريافت نموده و پس از بازگشايي، پخش مي‌كند.

واسط GADP در سمت كاربر وظيفه اتصال به سرور، دريافت داده هاي صوتي با فرمت mp3، بازگشايي فايل صدا و تبديل آن به فرمت wav و در نهايت آن را برعهده دارد. در شكل ۵ و ۶ شماي كلي واسط‌هاي RACS و GADP نمايش داده شده‌اند.

۲ـ۳ واسط ويدئوي
در زمينه انتقال اطلاعات ويدئويي بر روي شبكه، معمولا تكنولوژي streaming استفاده مي‌شود. اين تكنولوژي، براي اولين بار در سال ۱۹۹۵ روي اينترنت بكار گرفته شد. در نگاه اول به نظر مي‌رسد كه اين تكنولوژي عبارت است از قرار دادن مقداري معادل با چند ثانيه از اطلاعات تصاوير ويديويي و صدا در حافظه كه موجب مي‌شود صدا و ويدئو بدون قطع شدن پخش شوند و در واقع در هربار با گذاشتن مقداري از صدا و ويدئو از قبل در حافظه، امكان مشاهده ويدئو بدون داشتن وقفه فراهم مي‌شود. ولي تكنولوژي streaming به همينجا محدود نمي‌گردد، تكنيك بافرينگ كه در طراحي واسط ويدئويي از آن استفاده شده است، تنها يكي از عملياتي است كه براي Streaming مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

در واسط ارائه شده از تكنيكهاي فشرده‌سازي ويدئو استفاده شده است. فايلهاي ويدئويي پس از فشرده‌سازي براي كاربران ارسال مي‌شوند. كيفيت نمايش ويدئو در اين تكنيك پايينتر از تصوير تلويزيون، ماهواره و يا كابل مي‌باشد. چون بايد حجم فايل را براي انتقال روي خطوط شبكه كاهش داد، تصوير كوچكي نمايش داده مي‌شود.
واسط CVCS براي گرفتن ويدئو، فشرده‌سازي آن و ارسال بر روي شبكه طراحي شده است. بعد از گرفتن ويدئو با استفاده از روش MPEG كه توابع آن را در يك كتابخانه پويا گردآوري شده است، آن را فشرده‌ كرده و بطور همزمان با استفاده از يك بافر بر روي شبكه ارسال مي‌كند.

با كليك بر روي كليد Start، يك Thread ايجاد مي‌شود كه كارهاي مربوط به ايجاد سوكت و برقراري ارتباط را انجام مي‌دهد و در نتيجه از اين به بعد، كاربران مي‌توانند به سرور مثل شده و ويدئو را دريافت كنند. كليد Time Control براي تنظيم برخي خصوصيات گرفتن ويدئو پيش‌بيني شده است. براي مثال، مي‌توان نرخ گرفتن ويدئو را از مقدار پيش‌فرض آن كه ۱۵ فريم در ثانيه است به مقدار ديكري تنظيم كرد. همچنين مي‌توان تعيين كرد كه سرور، هر چند ثانيه يك بار ويدئوي گرفته شده را ارسال كند. با كليك كردن روي كليد Work Offline مي‌توان يك فايل را به دلخواه انتخاب و براي كاربر ارسال كرد. دكمه Close هم براي آزاد كردن منابع استفاده شده و سپس قطع ارتباط و بستن برنامه در نظر گرفته شده است. در شماي ۷ شماي كلي پنجرة واسط CVCS نشان داده شده است.

واسط GVDS براي گرفتن ويدئوي فشرده شده، بازگشايي و سپس نمايش آن بصورت همزمان طراحي شده است. روش كار بدين صورت است كه ابتدا كاربر از طريق سوكت به سرور متصل مي‌شود، سپس سرور كه در حال گرفتن فريمهاي ويدئويي مي‌باشد، اطلاعات فشرده شده ويدئويي را براي كاربر ارسال مي‌كند. اين برنامه همزمان با دريافت اين اطلاعات، آنها را بازگشايي كرده و نمايش مي‌دهد. در شكل ۸ شماي كلي پنجرة واسط GVDS قبل و بعد از برقراري ارتباط نشان داده شده است.

همانطور كه اشاره شد در واسط ارائه شده اجزاي پايه‌اي و اساسي موردنياز كلاس مجازي شامل ارسال و دريافت تصاوير، صدا و ويدئو به صورت مجزا پياده‌سازي شده‌اند. در فازهاي بعدي مي‌توان اين بخشها را با يكديگر مرتبط كرده تا كلاسي با امكانات ارسال و دريافت همزمان صوت، تصوير و ويدئو را دارا باشيم.
بحث فشرده‌سازي از مهمترين و اساسي‌ترين مسائل در كارهاي مربوط به شبكه مي‌باشد. لذا توجه به انتخاب فرمت مناسب فشرده‌سازي به طوريكه داده‌ها در عين فشردگي، اطلاعاتشان را از دست ندهند ضروري به نظر مي‌رسد. به طور مثال در واسط پياده‌سازي شده در حوزه تصوير از الگوريتم JPEG براي قسمت فشرده‌سازي استفاده شده است. الگوريتم JPEG داراي معايبي است؛ از جمله Lossy بودن اين فرمت كه باعث از دست دادن بخشي از اطلاعات مي‌شود. به همين خاطر براي عملكردهاي خاص ـ به طور مثال پزشكي از راه دور ـ مناطبي نمي‌باشد.