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[關鍵詞] 遠程教育 多媒體網絡 動態分組傳輸DPT SRP 千兆位交換路由

隨著網絡時代的快速到來，網絡教育將成為革新傳統教育模式的重要動力。根據中國社會科學院的一項調查研究稱，由于技術手段的快速發展以及在各行業的滲透和應用，網上教育將成為我國一種速度更快，傳播空間更大，教學手段更加新穎的新型教育形式，它將與課堂教育、廣播教育、電視教育一起構成多元化的現代教育體系。

我國現代遠程教育工程的目標是建立一個開放式的教育網絡，構建終身教育體系和社會化學習。為此，教育部在清華大學等幾所高校試點的基礎上，將這類學校的數額擴大到31所。我相信這才只是開頭，隨著網絡經濟的迅速發展和完善，遠程教育將會更加如火如荼。

然而，從目前我國教育網絡建設的實際發展情形來看，要構建真正意義上的網絡教育體系，與國外的差距還不小。目前國內互聯網提供商以“網校”或“教育頻道”之類名義開設的有關教育方面的內容大多是靜態的、局部的，真正的教學內容仍然相對匾乏。而許多網絡大學的學習又都不是通過網上進行的，還需要在固定的時間到固定的教學點去上課，不能完成真正的網上教學服務。究其原因之一主要是由于目前我們國家的整個網絡基礎設施建設還未跟上現代教育發展的節奏，有限的帶寬嚴重地制約了網絡教育的進一步發展。因此建立一個真正高速的寬帶基礎主干網對于推動網絡遠程教育是十分必要的。

未來的遠程教育模式應該是社會開放式的并且是交互式的，無論是學歷教育，非學歷教育甚至是屬于技能培訓的，任何人都可以坐在辦公室里甚至輕松地坐在家里在他認為方便的時候泡上一杯咖啡后挑選他所感興趣的課程進行學習，不懂的時候也可以及時地向老師提出疑問并在學生之間也能隨時相互進行交流無論對方在那里，是否屬于同一所學校。課后的作業及考試也可采取聯機交互的方式來進行，當時做完當時就能知道自己今天做得如何。

首先讓我們來看一下作為遠程教育通常采用的幾項手段的技術背景。進入20世紀90年代之后，由于對于聲音、電視和數據流的多媒體網絡應用的需求在不斷地增加，因此也有不少的企業和機構加大了對此的開發和研究，近年來也不斷有產品投入市場，用戶也渴望得到服務質量好、服務費用低的產品，像電視會議、協同工作、遠程教學、可視電話、視頻點播VOD (video on demand)等等的多媒體網絡應用都是非常受歡迎的應用。但由于多媒體的數據量大得驚人，尤其是聲音和視頻。為了克服數據傳輸通道帶寬的限制，有效地在網上大量地傳輸數據流，有關企業和研究機構投入了大量的人力和物力來開發數據壓縮和解壓縮技術以及數據通信技術。目前MPEG-1和MPEG -2標準已經正式，并且得到廣泛應用。例如，CD-交互系統，在網絡上的數字聲音廣播、數字電視廣播和影視點播等。表1是MPEG-1和-2的典型編碼參數。

表 1

同時，國際電信聯盟(ITU)還制定了許多多媒體通信的標準。其中，T.120， H.320， H.323和H.324標準組成了多媒體通信的核心技術標準。T.120是實時數據會議標準；H.320是綜合業務數字網(ISDN)電視會議標準；H.323是局域網上的多媒體通信標準；H.324是公眾交換電話網絡上的多媒體通信標準。從上面我們可以看出即使采用了很好的壓縮技術，傳輸多媒體數據所需要的帶寬就目前而言仍然是巨大的。在目前要想實現真正的開放式教育就必須實現至少如MPEG-1一類的視頻流能夠暢通無阻的在網絡中流動，基本無抖動和延遲。要實現這樣的要求就必須為每個視頻流分配至少1.5兆的帶寬。假如使用MPEG-2的話帶寬還需成倍地增加。這時我們可以假設即使采用IP多目傳送方式的話有許多學生要想同時上不同的課的話也將有大量的數據流在主干上跑而且又不能有明顯的延遲和抖動，隨著課程數目的增加和學生人數的增加此類流量將急劇增加。也可設想在不久的將來如果采用個性化教育方式的話需要采用單目傳送的方式來實現又需要多少帶寬呢。同時中國目前的遠程教育發展正處于發展期，受教育的學生的人數將會急劇增加遠比國外就學的人要多的多。顯然想要進行真正意義上的遠程教育沒有一個高帶寬的并具有良好擴展性的傳輸平臺做基礎的話顯然困難重重。

能成為一個良好的主干網基礎設施應該符合起碼以下幾個基本條件：

隨著流量的增長帶寬也能跟著相應增長

在擁塞的情況下也能維持較高的帶寬并能迅速適應并改變流量分布

在節點數量和距離方面都能符合大規模環形拓撲結構的要求

在主節點間應能保證各節點間的地位平等，避免產生某一節點產生黑洞吃掉大量帶寬

在傳輸介質或節點失效時能迅速恢復其業務

加入某一個節點或去掉一個節點時盡量減少配置的需求

那么是否較好的方案可供選擇呢？答案當然是有的。首先基于IP的數據網絡似乎現在已是大家所公認的，目前世界電話業務年增長率僅為8%，數據通信業務增長率卻超過100%，尤其是Internet業務，進入90年代中期以來一直以300%的速率在增長。由于TCP/IP已是事實上的標準，因此在網絡層采用IP協議已無可非議。基于IP+路由的所有服務由于多年來的發展已進入到一個較為完善的階段，有效的路由選擇和非常豐富的應用服務功能可以說已到了一個相當高的境界，遺憾的是要想在當前的架構上讓速度有進一步較大的提高就受到較多限制。所以最近提出的多協議標簽交換技術（MPLS）等就是為了解決在有限的帶寬內讓那些真正想得到高質量服務的數據流能順利通過，提高服務質量。因此增加總的可用帶寬也就成了當前迫切需要解決的問題。

而光纖由于它的高質量、高帶寬以及低成本也成為首選的物理介質。因此，目前真正的的焦點集中在數據鏈路層的實現。目前有幾種方法已被用來或建議在光纖上傳輸高速IP業務，如圖1所示圖1

從圖1可清楚看到隨著網絡技術的逐步發展目前人們已越來越傾向于層次的簡單化了，從IP over ATM/SDH/Optical，IP over ATM/Optical 到IP over SDH/Optical一直到IP over fiber），省去了中間層次轉換的復雜性，中間的層次越少就越能降低管理開銷來最大化可用的傳輸帶寬，同時也大大降低了網絡規劃、操作、錯誤檢測以及網絡恢復的復雜性，當然也能進一步減少基礎建設費用。

綜上所述目前Cisco公司推出了一種全新的數據傳輸技術DPT（Dynamic Packet Transport）解決方案。關鍵就是簡潔性，它在繼承了以往IP數據服務的優點以外又同時吸取了傳統電信傳輸SONET/SDH的高帶寬和良好的自愈能力的優點，將兩者完美地結合起來，中間不再有其它多余的層次。為此還提出了一種新的MAC層的協議，稱為空間重利用協議SRP（Spatial Reuse Protocol）和兩種新的專有算法：

SRP公平算法The SRP fairness algorithm（SRP-fa）

智能保護切換Intelligent protection switching（IPS）

形成了費用便宜，性能優越的解決方案，被稱為優化的動態分組傳輸技術。具體見圖2，由圖可見由于它是直接建立在光纖上因此傳輸效率極高，Cisco也將其稱為IP over Optical。而傳統的時分多路復用

SONET/SDH網絡則以小型64Kbps信道的層次結構為基礎，必須再使用ADM來轉換成較大型的OC-12/STM-4或OC-48/STM-16管網

下面我們來看一下這項技術的一些優點，首先在物理層上采用的是雙向光纖環繞回技術，分成內環和外環且繞行方向互為相反。在兩個環上都能同時利用起來傳輸數據和控制信息，在數據傳送上兩者互為反向，并且數據和控制信號分開在兩個環上分別傳送。如果一組數據在一根光纖環的一個方向發送數據（下行），那么就在另一個光纖環的反向環路上發送控制分組（上行）。這樣就巧妙地避免了當某一環路上數據量過大時影響控制信號的通行，同時也最大限度地利用了兩根光纖。因此DPT技術既最大程度地利用了可用的帶寬又保證了用于自愈等目的的控制信號的傳送信道。不像SONET/SDH那樣為了保證整個信道的正常運行要保留帶寬的一半出來給控制信號使用。

在MAC層使用了一種SRP（Spatial Reuse Protocol）協議，這種協議和原先在其它環形拓撲結構中所使用的有所不同。在環形網中標記環是最普遍采用的介質訪問控制，環中同時只有一個標記在循環中傳送，原來無論在FDDI環還是令牌環網中當由源站節點發出一個Token時一直要沿著環形循環一周后回到原先發出這個Token的源站點時才能決定是否拋棄，這樣使得帶寬的利用率大為降低，發送的幀在發送源不卸下前總是繞環運行的。而SRP的特點則采用目的地卸下分組的方式，在目的地的節點上把分組從環上卸下，同時在環上其它段的全部帶寬均仍可被利用。由于每個環上的節點都可以同時發送分組到環上，因而使環上的帶寬利用率最高。如圖3所示當DPT環在4，5，6及A路由器間的業務量很大時，與此同時，在1，2，3和B路由器間的業務流量仍可以不受影響地分開地正常運行。可以說，從此例中空間再利用技術方便地提供了二倍帶寬的復用。

使用了SRP-fa公平機制后每個在環上的節點都是公平，均可公平地分享帶寬避免某個站點餓死并防止出現運行中斷和時延過大等現象。SFR-fa 通過全局優化來控制送到環中的每個分組的速率不會使得某個節點持續地發送分組而其它節點呈現等待的現象，避免過度延遲現象，而本地優化又盡可能地使每個節點最大限度地利用空間重利用特性來使得局部地得到更大的帶寬。由于以上的特性因此允許在分組環中能處理高達128個有高速接口的節點，使之具有良好的擴展性。

由于DPT在分組環中使用了SONET/SDH幀來封裝數據因此它能透明地運行在所有的光纖傳輸體系中，比如裸光纖、WDM、SONET/SDH等，甚至還能在單膜光纖和多膜光纖之間混用。正由于這種特性還允許其運行在稱為混合環境中，這大大提高了傳輸的靈活性和遷移性。即允許傳統的傳輸設施能充分利用又能向新的DPT傳輸網逐漸轉變。如光纖的距離太長時可加入IP再生器和SDH再生設備

在容錯和錯誤恢復方面正如上面所說的那樣DPT技術吸取了SONET/SDH的好的方面，如像SONET/SDH環那樣提供了一系列的 主動的性能監測和快速的自愈能力（APS）。而DPT技術采用了一種被稱為智能保護切換的技術（IPS），除了原有的那些基本特點外還具備了以下這些很好的特性

一，它的控制信號并不依賴于SDH的開銷字節因此它可以運行在裸光纖或WDM這些非SDH基礎上，非常靈活。

二，大家知道在Packet over SONET/SDH（POS）技術中傳輸用的SDH技術和上面所載IP服務是分開的，彼此是互不知道的。因此當下面的環結構有問題時SDH可以在50ms內偵測到問題并且恢復，但由于在上面跑的IP路由協議（RIP、OSPF、EGP等的收斂是需要相當長的時間，有時需要幾分鐘的時間。因此整個服務就會出現中斷。而DPT技術是IP awareness的，在光纖環上跑的SDH幀是能夠知道在它上面是什么樣的協議。IPS不僅僅在第一層而在所有的三層都監視并處理發生的事件，因此整個服務恢復都將在50ms內完成。而且像FDDI環一樣容錯功能極好在光纖環多處出現故障時也能保證其一定的正常運行。

三，即插即用操作 不想其它技術那樣，DPT盡量地減少了在一個DPT環中插入或去掉一個節點時所需的一些繁瑣復雜人工配置操作，一切都是自動的過程。包括：全局唯一，永久地分配MAC地址，從環中快速地插入一個新節點和刪除一個原有的節點，環上事件的自動自愈處理，拓撲自動發現和動態分組路徑選擇。

現在來看一看DPT技術對IP業務的支持。首先它能支持具有分組優先的特性，數據包將被分類并定位為高優先級和低優先級兩種，那些需要低延遲、抖動控制并要求帶寬保證的高優先級分組將得到優先的處理，而那些低優先級的分組則將采取盡力而為的方式傳輸。其次，DPT環支持IP組播技術，因而其增強性的服務包括多點信息傳送和高質量的視頻廣播。第三，具有帶寬的良好可擴展性—DPT環提供了能進行線速處理和帶寬倍增能力的又大又寬的管道來將丟包和延遲減至最低，并能輕松地從低至OC-12c/STM-4擴展到OC-48c/STM-16乃至OC-192c/STM-64c。最后，DPT技術的MAC層能和大量的IP的COS（Class of Services）等協同工作來提供第三層的服務。

DPT還提供了一個全面，綜合，基于SNMP的網絡管理模式，其中包括DPT環中的分組交換和分組傳送兩大網絡部件的管理，具有事件，告警，當前和歷史的近端及遠端性能監測信息。不像目前現有的網管系統，為管理路由器網絡及傳輸網絡的需求各自分開有自己的一套特有的網絡管理系統，即麻煩又復雜。

在接入技術上DPT環通過環狀體系結構即能對本地的訪問接入匯聚又能對MAN/WAN聯接提供很好的有層次的支持。現在很多學校都在當地有關部門的大力支持下建立了自己的城域網，因此只要在幾個主要節點上放置了GSR千兆位交換路由機后充分利用DPT技術的上述優點后就能將現有的網絡技術容納進來，也可將有線電視網經千兆比交換路由器GSR接至主干網。DPT環集合了高帶寬，線路速率處理，優先級排列，以及第三層IP CoS（服務等級）于一體，如能再加上多協議標簽交換技術（MPLS），實時傳輸協議（RTP）和實時傳輸控制協議（RTCP）的支持，提供優質的實時業務，滿足巨量話音和視頻流并保證所需的時延和抖動控制的要求應能在相當長的時間不成問題。Cisco GSR的分布式交換和傳送體系結構使用了縱橫開關結構和獨立線路卡，能自主地處理千兆位路由處理器的信息包發送。這種新型體系結構設計可實現速度的不斷提高，國外目前已有OC-192速度的成功應用了。如此下去在各城市間如能實現各環網的相交話，那一個能滿足急劇增長需求的全國性的遠程教育網絡基礎設施就將為我國的開放性教育做出應有的貢獻

參考文獻

1 多媒體技術基礎及應用 林福宗 （清華大學智能技術與系統國家重點實驗室）

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博恒系統與CTP設備的匹配與銜接

羊城晚報于1998年開始應用CTP設備，早期采用單套RIP對應一臺CTP設備，即每臺CTP設備由固定的RIP完成版面解釋和點陣輸出兩大功能，負荷大，運行慢，不利于快速生產。而且當多臺CTP設備同時工作，有1臺CTP設備閑置，即有1套RIP閑置時，也無法將尚未輸出的版面傳輸給閑置的RIP進行版面解釋和點陣輸出。

經過一段時間的試驗后，羊城晚報于2001年10月建成印務中心（其離報社辦公大樓10km遠），購置了4臺CTP設備，這時如果繼續采用單套RIP對應1臺CTP設備的方式，會大大降低CTP設備的使用率。于是，根據印務中心建立時的技術情況，即版面的RIP解釋和點陣輸出對計算機硬件要求較高，單套RIP完成兩個關鍵任務的效率低下，不適合報紙出版，我們采用了一種靈活的處理方式，采用2～4套RIP組成一個RIP組，所有的版面解釋工作完全由這個RIP組完成，而RIP組解釋完成的點陣信息以文件的方式傳送到點陣信息服務器，CTP設備的輸出控制計算機從點陣信息服務器中讀取數據并控制CTP設備輸出（如圖1所示）。這樣只要有RIP完的點陣信息，任何一臺空閑的CTP設備都可以進行版面輸出，從而將原來的流水輸出改為并行輸出，大大節約了RIP解釋時間，提高了CTP設備的生產效率。同時，該方式支持集群，可以大幅度提高整個系統的擴展能力，當生產能力需要提高時，只要增加相應的RIP或CTP設備就可以了。

基于這一思路，我們采用了以博恒系統為核心的數字化工作流程，并將點陣信息服務器分為發送服務器和接收服務器，中間通過光纖連接，如圖2所示，其流程如下：編輯部簽發的PS文件傳到生產車間，車間工作人員在客戶端進行拼版，對拼版后的文件進行標準化命名，并放入熱文件夾中，PS文件服務器根據工作計劃將拼版后的PS文件動態地分配到RIP服務器群進行解釋，RIP解釋后，將點陣信息文件存放到發送服務器上，發送服務器再通過專用通信協議將點陣信息文件傳送至接收服務器，接收服務器根據工作計劃動態分配點陣信息文件至CTP控制器，CTP控制器通過控制CTP設備輸出印刷版面。該系統具有以下特點。

（1）靈活的流程管理。可以對CTP設備進行有效管理，均衡分配作業，從而大大提高CTP設備的使用效率。

（2）完善的協作處理能力。支持遠程和本地客戶的協作處理，能迅速檢查和修正錯誤，從而減少出錯導致的時間損失，加快整個流程的處理速度。

（3）良好的監控、瀏覽版面功能和版面輸出反饋功能。

（4）支持一次RIP解釋，多次輸出，保證高速生產的需求。

隨著企業的不斷發展以及新CTP設備的引進，這種流程在生產中也逐漸暴露出了一些問題，例如，自動化程度低，管理和控制環節多，流程的一致性不好，質量難以控制；由于技術條件和標準的限制，PS格式的文件須經RIP解釋成TIFF文件進行輸出，有時會出現無法解釋、內嵌EPS拼版出錯等非經常性錯誤，且有時印刷出來的效果與客戶的要求有所差異，容易導致質量糾紛；以RIP技術為核心的博恒系統在控制CTP設備、印刷彩色印品時比較復雜，不便于節墨系統、全媒體管理系統等的開發應用。而且，近幾年，軟件開發商也停止了對博恒系統的升級和維護。

基于上述原因，原有系統的技術和性能已不能滿足應用需求。同時，綜合信息管理平臺（EIP）的建成和采編系統的應用也迫切需要引入一套與之兼容的數字化工作流程。

暢流系統與CTP設備的匹配與銜接

為了建立完善的工藝流程，使CTP設備的性能得到最大程度的發揮，在綜合考慮了整體技術的先進性、升級成本、平穩過渡（系統切換時不影響生產）以及設備之間的性能匹配等各方面因素后，羊城晚報于2008～2011年購買了以暢流系統為核心的數字化工作流程以及3套愛克發紫激光報業CTP （Advantage N-DL） 設備。暢流系統采用標準的PDF/JDF開放格式，涵蓋了報紙生產的各工藝環節，包括文件接收、文件規范化處理、邊空調整、拼版計劃、PDF掛網、CTP輸出控制等，并可實現這些環節的統一控制與管理。由于暢流系統采用PDF內核技術，兼容性和穩定性更強大，從而避免了以往數字化工作流程中經常出現的版面文件無法解釋、解釋出錯、內嵌EPS拼版出錯等問題。

暢流系統的制版流程如下：編輯部排版后生成的PS文件傳送到印前制版部門，通過暢流系統的規范化器對PS文件進行版心識別、邊空調整等規范化處理，按照生產計劃進行PDF掛網，從而處理成可用于CTP等設備輸出的點陣信息。所有功能模塊由主控服務器統一進行管理和調配，操作人員在網內任意客戶端即可完成相關作業操作，并能監控版面數據處理的狀態，檢查版面是否符合后端印刷要求，提前發現缺字、缺圖等問題，并及時報警提示。而且由于所有功能模塊都集中在一個工作傳票上統一操作，制版速度大大加快。經實際測算，一個版面從提交作業至暢流系統處理（包括打樣、節墨處理）再到CTP輸出，只需3～4分鐘，而利用原有的數字化工作流程，作業通過拼版、打樣、博恒RIP再到CTP輸出，需要6～7分鐘，可見，利用暢流系統幾乎可節約一半時間。

此外，由于羊城晚報印務中心需要輸出的CTP版較多，為了使各臺CTP設備的負載均衡，我們又增加了PRODUCER服務器。PRODUCER服務器上裝有CTP作業隊列管理軟件Arkitex Producer，其可以根據CTP設備的性能、負載以及使用的版材尺寸自動分配任務，確保有多臺CTP設備時，能夠將作業發送到空閑CTP設備上，并從主控服務器上獲取版面信息，通過CTP驅動軟件NewsDrive控制版面輸出，從而保證在最短的時間內完成生產任務。同時，Arkitex Producer還能保證同一版面的所有色版由同一臺CTP設備輸出，即使是后期補版，其也能追蹤到原來的CTP設備并進行版面輸出，確保套印準確。

經過試驗、試用、應用等階段，我們逐漸熟悉和掌握了暢流系統的技術特點，并根據實際生產需求，配置和完善了所需功能模塊，并逐漸把所有印前相關設備和軟件進行了統一管理，建立了報紙印前生產管理調度中心，暢流系統的優勢也逐漸顯現。例如，暢流系統可將印前流程中的各獨立功能模塊進行系統集成與整合，使生產控制和流程管理得到統一，完善了整個制版流程，提高了生產效率，使業務分布處理和管理集中統一的預期效果得以實現；采用業界標準的開放格式和模塊化設計，具有很好的兼容性和擴展性，隨著報社的發展、業務量的提高和設備的增加，只需要增加相應的模塊就能對系統進行快速擴展；其版面預覽功能更直觀、準確，避免了原有軟件多次拼版可能出現的錯誤和造成的時間損失，能有效降低出錯率及提高報紙印刷質量。

但是隨著使用的不斷深入，筆者認為暢流系統仍存在一些問題。

（1）設置用戶權限后，即使已經限制某用戶只能對一種報紙進行操作，但用戶進入暢流系統后，仍然能夠讀取并修改無操作權限報紙的生產計劃和拼版模板。

（2）當暢流系統的監控模塊無法使用時，暢流系統無錯誤信息提示，只有重啟服務器才能解決此問題。

（3）一些細節的操作界面仍需完善。例如，點陣中繼系統功能中沒有顯示作業提交時間的窗口；作業欄窗口沒有自動刷新功能，操作人員只能手動刷新，從而影響工作效率。

（4）有時經暢流系統處理后生成的PDF文件中的個別字體與數碼打樣樣張上的字體不一致。

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全書共20章。1.Python編程101：對使用Python語言編程進行總體介紹，包括創建對象、對象調用方法、運算符重載、讀取文件方法、XML文件等內容；2.計算復雜度：包括計算機體系結構介紹、常見的計算復雜性、攤銷復雜度的方法等；3.遞歸：包括時棧和堆的概念、簡單遞歸函數的編寫、運行，遞歸計算機圖形學、列表與字符串等；4.排序：包括選擇排序、歸并排序、快速排序、鏈表、棧和隊列等內容；5.集合與映射：數獨游戲介紹、集、散列等相關概念，最后分析規劃問題；6.樹：抽象語法樹和表達、前綴和后綴表達式、解析前綴表達式、二叉搜索樹等內容；7.圖：包括圖的定義及理論、存儲結構及算法實現、Kruskal算法、Dijkstra算法、圖的表示方法等；8.Bloom過濾器、Trie數據類型等相關內容；9.堆：包括堆的主要思想及其建立、排序算法、與其他算法的比較等；10.平衡二叉搜索樹：二叉搜索樹的概念、存儲結構與性質、AVL樹與 Splay樹等具體實例；11.B樹：包括關系型數據庫的概念、B樹的組織結構、優勢、實現、B樹的插入與刪除等內容；12.啟發式搜索：包括深度優先搜索與廣度優先搜索、A*搜索、最佳搜索等相關內容；13.附錄A：整數操作符；14.附錄B：浮算子；15.附錄C：字符串運算符和方法；16.附錄D：列表操作符和方法；17.附錄E：字典操作和方法；18.附錄F：Turtle方法；19附錄G：TurtleScreen方法；20.附錄H：完整的程序。

作者Kent D.Lee博士是美國艾奧瓦洲路德學院計算機科學教授，已成功出版兩本著作：Python編程基礎和編程語言基礎。另一作者Steve Hubbard博士是路德學院數學與計算機科學系教授。

本書介紹了初級與高級的數據結構和算法問題，每一章開始提供了學習目標，復習題和編程練習，以及眾多的例證；同時在相關的網站提供可下載的程序和補充文件。本書可以作為計算機學科相關專業的教材或參考書，同時對計算機科技工作者也有參考價值。

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范例教學法是指教師在教學中選擇真正基礎的本質的知識作為教學內容，通過“范例”內容的講授，使學生達到舉一反三掌握同一類知識的規律的方法。它源于上世紀50年代出現的一種影響頗大的教學理論流派——范例教學，倡導者為德國教育家瓦根舍因和克拉夫基。運用此法的目的在于促使學生獨立學習，而不是要學生復述式地掌握知識，要使學生所學的知識遷移到其他方面。進一步發展所學的知識，以改變學生的思維方法和行動的能力。

我們以前教學中喜歡講一個知識點，舉一個例子。這樣做的優點是學生對知識點掌握得較為牢靠，細致，但是對整體的把握卻很差，不能夠獨立地解決問題。未來社會需要的是那種能夠面對問題，進行分析，思考，并解決的人才，而不是別人幫你鋪好路你才會走下去的庸才。

二、范例教學的實施

我個人覺得范例絕不是簡單的for example，它必須是一個包含了完整的知識體系，帶有普遍規律的模板，必須是經過精選的，并能夠起示范作用的。學生掌握了這類知識，有助于舉一反三，進行學習遷移和實際運用。而這些經過精選的知識，又必須是“整體的一面鏡子”，透過它可以反映出與此有關的知識的全貌，能夠達到窺一斑而見全貌的教學材料。通過它的學習，學生能掌握一種基本的方法，并能直接應用到其他類似的學習中。

下面我就以網頁制作FRONTPAGE制作來探討范例教學模式在信息技術教學中的應用。

第一節課，我展示了一些全國中學生電腦比賽獲獎作品，讓學生欣賞討論。同齡人在想象力、觀察力、思考方式上都有其共同的地方，用這種方式來提高他們的興趣，激發他們的好勝心。然后我引導學生一起分析作品的構思，構成，作品好在什么地方，有哪些地方可以改進。動手之前，我們需要做哪些準備工作。并讓學生利用課余時間準備好一個主題，畫好結構圖，搜集材料。

我自己備課時做了班級網頁“青春的腳步”，將常用的知識點按每節課學生可接受的容量分散到每個對象中。整個過程分割為四塊，每一節課講一部分。

教學過程中，教師需要近距離接觸學生，及時發現他們存在的問題，并加以糾正。比如，要提醒學生背景的和諧統一，色調一致，超鏈接的應用、表格、表單等制作方法；同時注意培養學生的信息素養。當教師的范例完成時，學生也完成了各自的與眾不同的個人網頁。在實踐中，我發現過好多令我感到欣喜的事情，我講網頁排版的組合時，學生做出了許多組合的非常有特點的設計，使我不得不感慨學生的想象力、創造力。

三、實施過程中出現的問題

在范例的實施過程中。如果是一節課能夠完成的小范例，那么沒有什么問題。但是像本文的這個范例需要切割為幾塊，分多節課完成，問題就出現了：我們在教學中第一節課新建一個網頁，布局頁面，到第二節課正常情況下應該接著上節課的網頁添加內容，但是學生機房為保護機器都裝有還原設備，所以學生前一節課的內容都沒有了，怎么辦。剛開始，我也沒多想，讓學生重建一個，以此類推。以后的課程都一樣。這樣做的直接后果就是當我在學期結束讓學生自主創建個人網站的時候。大多學生都做了四個頁面。而正確的做法它們原本應該在一個文檔里。屬于一個整體。范例的切割，使得學生對作品的完整性也有了錯誤的認識，怎樣才能解決這個矛盾呢？

四、問題的解決：ftp的使用

在摸索中，我們逐漸發現了ftp的妙用。我們在教師機上安裝serv-u軟件，新建一個文件夾“作業”，子目錄里分別建文件夾“高一（x）班”，然后給每個班級建一個用戶，密碼為空，鎖定到對應的班級目錄中，并給學生設置合理的權限。每學期剛開始我們都會教學生如何登錄教師機，從教師機下載文件，以及將自己的作業上傳到教師機中。其優點如下：

1 對于諸如以上網頁制作這種一節課完不成的大范例，第一節課我們會讓學生將自己的站點文件以學號姓名為文件名將自己的文件上傳到教師機中，到下次上課時，學生再從教師機中將自己的作品下載到本地電腦進行進一步加工。再上傳。利用ftp把教師機變成學生的中間存儲站。這樣范例講完，學生從無到有，從一個網頁到兩個、三個……完成了作品的內容，豐富了作品的內涵。他對該軟件，該作品從人手到實施到結束能夠有一個循序漸進，結構上完整的認識，對于他以后獨自構思，創建一個作品奠定了良好的基礎。

2 以前我們往往使用網絡教室的文件分發功能，給學生分發作業，但是因為機器或者學生等諸多因素，多臺機器未接收到文件時，我們需要花費很多時間等待學生機登錄，重新分發。但是現在我們可以讓學生直接登錄到教師機自己去下載作業。課堂秩序更井然。

3 學生長期與ftp接觸，對文件傳輸有了更好的理解。

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[關鍵詞] 神經細胞；膜片鉗技術；單細胞RT-PCR

[中圖分類號]R34 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-7210（2008）04（a）-015-02

膜片鉗技術(patch-clamp technique)是1976年由Neher和Sakmann[1]在電壓鉗基礎上發展而來的一種記錄細胞膜離子通道電生理活動的技術。后經Hamill[2]等進一步完善，其電流測量靈敏度已達1 PA,空間分辨率達1 m，時間分辨率達10 s，并已發展出許多適合不同需要的記錄模式。它能分辨通過細胞膜單個通道的電流,對通道電導及其動力學特性、藥理學特性和調節機制進行研究，為通道分型提供了可靠標準；同時它擴展了電生理技術的應用范圍，以往難以研究的哺乳類動物小細胞或脆性很大的細胞等，均可采用膜片鉗技術進行研究。另外，應用膜片鉗技術還可準確監測出與細胞分泌相關的膜電容的微小變化，因而它還是一種研究細胞分泌機制的電生理新方法。

聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction,PCR）技術是一種在體外由引物介導的特定DNA序列的酶擴增，能快速特異的擴增所需目的基因或DN段，是一種用途廣泛且有效的核酸擴增技術。目前，PCR技術已廣泛應用于基因分離、克隆和核酸序列分析，突變體和重組體構建，基因表達調控研究及基因多態性分析等。RT-PCR是將RNA的反轉錄（RT）與cDNA的PCR相結合的技術。首先經反轉錄酶作用從RNA合成 cDNA，再以cDNA為模板，擴增合成目的片段。RT-PCR技術靈敏且用途廣泛，可用于檢測細胞中基因表達水平，細胞中RNA病毒含量和直接克隆特定基因的cDNA序列。

膜片鉗與單細胞RT-PCR相結合的目的是為了確定單細胞內多基因表達的方式。該技術應用于神經細胞的研究, 從電生理學和分子生物學角度揭示了神經細胞功能活動與結構之間的相互聯系,使單個神經細胞離子通道的生物物理學和藥理學特性得以表現，同時可以在同一細胞篩選出特異性的mRNA表達。

1基本原理

Eberwine等[3]于1991年首先將膜片鉗與單細胞RT-PCR技術結合起來，具體方法是:將逆轉錄酶、dNTP(DNA合成底物)及引物等在膜片鉗記錄之前加到電極內液中，使細胞內mRNA在膜片鉗記錄過程中即被逆轉錄生成cDNA，然后對生成的cDNA進行PCR擴增，擴增產物通過凝膠電泳進行分析。這兩種技術的結合可對形態相似而電活動不同的細胞做出分子水平的解釋。

1995年，美國哈佛大學醫學院的Sucher和斯坦福大學的Deitcher[4] 在Neuron雜志上發表文章，首次介紹了膜片鉗與單細胞RT-PCR技術結合在單個神經元研究中的應用，在完成對神經元離子通道的藥理學和生物物理學特性觀察后，研究同一細胞上特異mRNAs的表達情況。其具體操作是:在嚴格防止RNA酶污染的條件下先完成全細胞膜片鉗記錄，再將該細胞內容物吸入到記錄電極中,然后用所研究的離子通道亞單位特異性引物將取自單細胞的mRNA逆轉錄成cDNA后進行PCR擴增，進而檢測特異的mRNA。

膜片鉗技術既可以對單細胞電生理功能進行研究，又可以借助其電極形成的吸收通道，吸取單個細胞，對其進行單細胞水平的分子生物學研究。借助于膜片鉗電極，在相差顯微鏡觀察下，直接用電極將待選取的單個細胞吸取出來，將其轉入Eppendorf管，然后進行RT-PCR.

2研究進展

2.1分析神經元離子通道

Srinivasan Kanumilli等[5]運用膜片鉗和單細胞RT-PCR技術，對成年鼠小腦和小腦蒲肯野神經元中的CaV2.1轉錄本進行表達分析，發現單個小腦蒲肯野細胞雖然表達多種CaV2.1轉錄本，但其種類比小腦中的少。他提出不同類型的CaV2.1轉錄本可在不同腦區和腦神經元中進行選擇性表達。Mechaly I等[6]應用膜片鉗和單細胞RT-PCR研究2種不同類型哺乳動物的可興奮細胞（海馬神經元和非神經頭發囊狀上皮細胞），發現在這兩種細胞中Nav1.2 mRNA 和Nav1.6 mRNA表達最多,而Nav1.3 mRNA 和Nav1.7 mRNA分別在胚胎海馬神經細胞和新生兒的頭發囊狀上皮細胞有適度表達。Lidong Liu等[7]應用膜片鉗和單細胞RT-PCR技術，在分離的2~5個月的SD雄性大鼠前舌蕈狀味覺感受器細胞上研究延遲整流鉀(DRK)通道的表達，發現其上有許多種來自KCNA, KCNB和 KCNC 亞家族的DRK通道，其中 Shaker Kv1.5通道(KCNA5)是蕈狀味覺感受器細胞主要的DRK通道。

2.2觀察神經元受體分布

Whyment等[8]應用膜片鉗和單細胞RT-PCR技術分析新生大鼠脊髓交感神經元組胺受體mRNA的表達，觀察到75％交感節前神經元表達H1受體的mRNA而未表達H2，H3和H4受體的mRNA。該研究首次報道了交感節前神經元中表達H1受體，并推測組胺通過對H1受體直接的突觸后效應對交感節前神經元的興奮性進行調節。Julia E. Fries等[9]應用膜片鉗和單細胞RT-PCR技術研究增殖性玻璃體視網膜病變病人視網膜Müller 細胞中P2Y受體亞型的類型，發現Müller 細胞表達P2Y1，P2Y2，P2Y4，P2Y6受體。Sergeeva OA等[10]在急性分離的TM神經元中,運用全細胞膜片鉗和單細胞RT-PCR技術研究AMPA受體特征。發現所有神經元上都有AMPA受體GLUR2的mRNA，75%的神經元有GLUR1的mRNA，其次是GLUR4（56%）, GLUR3（0％）。

2.3分析神經元的分子基礎

Sosulina L等[11]運用膜片鉗、單細胞RT-PCR及無監督聚類分析方法,依據電生理特性和分子參數的不同把大鼠側杏仁核神經元分成五類。第一類是投射神經元，此類神經元具有低發放頻率，對長期去極化刺激具有頻率適應性等電生理特性并表達囊泡膜谷氨酸轉運體1（VGLUT1）。其根據電緊張性的不同和是否存在血管活性腸肽（VIP）又分class IA和class IB兩類。其余四類都是含有谷氨酸脫羧酶(GAD67)的中間神經元。第二類神經元產生快速棘波，并伴有一些早期的頻率適應。第三類神經元無頻率適應而產生快速棘波，它與第兩類神經元的區別在于后者存在VIP和相對較少的神經肽Y(NPY)及生長抑素(SOM)。第四類和第五類通過分子標記不能明確區別，但可根據膜電位值和棘波圖形的不同進行區分。Hüttmann K等[12]通過膜片鉗和單細胞RT-PCR技術研究頑固性顳葉癲癇病人的側杏仁核神經元特性，發現投射性神經元具有棘狀樹突, 不同程度頻率適應性的動作電位和γ-氨基丁酸受體耦聯的內向整流K+通道(Kir)。而中間神經元的樹突無棘或很少棘,動作電位小且常常是自發的,且無γ-氨基丁酸受體。單細胞RT-PCR發現，在投射神經元中表達Kir通道亞型Kir3.1 和Kir3.2及囊泡膜谷氨酸轉運體VGLUT1和VGLUT2；而中間神經元也表達Kir通道亞型Kir3.1 和Kir3.2，但其缺乏VGLUT1 和VGLUT2受體。結果表明,根據形態學、電生理和分子生物學標準可以區分人腦杏仁核投射神經元和中間神經元。

2.4研究藥物對神經細胞的作用

Zhong CB等[13]運用全細胞膜片鉗和單細胞RT-PCR技術分析急性分離的東莨菪堿誘導的認知缺損的大鼠海馬錐體神經元延遲整流鉀電流的特征以揭示由膽堿能損傷導致記憶缺失的離子機制。他發現海馬錐體神經元IK電流密度增大、振幅峰值變高；Kv2.1 mRNA增加,而Kv1.5 mRNA沒有明顯的改變，提示海馬錐體細胞Kv2.1 mRNA表達增加可能是IK增加的原因及東莨菪堿誘導記憶缺陷的離子基礎。Mark Fry等[14]應用全細胞膜片鉗和單細胞RT-PCR技術分析了Adiponectin對大鼠最后區（AP）神經元的作用，觀察到60％大鼠AP神經元對Adiponectin敏感，且對Adiponectin敏感的所有AP神經元均表達AdipoR1 and AdipoR2 兩種Adiponectin受體。

3展望

膜片鉗與單細胞RT-PCR技術相結合應用于神經科學領域的研究, 從分子生物學和電生理角度揭示了神經細胞的功能活動與結構之間的相互聯系，也使得檢測單個細胞的基因改變成為可能。該技術能夠精確地研究特定單細胞的基因表達，成為研究功能基因組學的有力工具。而許多疾病的發生都是由于單個細胞的分子改變引起的，因此準確地找到發生改變的細胞對于疾病的診斷、機制的研究及防治都有重要的意義。但由于對技術的高度要求以及對外界干擾的高度敏感，單細胞RT-PCR 的應用受到了一定的限制。因此這項技術在體系上有待于進一步的完善，在應用上有待于進一步的擴展。

[參考文獻]

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[3]Eberwine J,Yeh H,Miyashiro K,et a1.Analysis of gene expression in single Live neurons[J].PANS,1992,89:3010-3014.

[4]Sucher NJ,Deitcher DL.PCR and patch-clamp analysis of single neurons[J].Neuron,1995,14(6):1095-1100.

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