馬立林 孫紹榮 李 紅

【摘要】遠程答疑系統(tǒng)是現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)中重要組成部分,構(gòu)建了一種面向用戶,以用戶為中心,集同步答疑、異步答疑和即時消息提醒的新型遠程答疑系統(tǒng)?；贔LEX和J2EE多層架構(gòu)體系的系統(tǒng)實現(xiàn),有效提高了系統(tǒng)的可擴展性、可維護性、可重用性和用戶體驗。并將知識管理思想融入系統(tǒng)設(shè)計中,有助于提高教學(xué)質(zhì)量,具有較強的可操作性。

【關(guān)鍵詞】人工答疑;音頻;視頻;即時消息;模型-視圖-控制器

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A【論文編號】1009—8097(2009)08—0089—04

引言

隨著計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,遠程教育越來越向網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、和個性化發(fā)展。遠程答疑成為遠程教育的發(fā)展方向,它以其答疑行為上的時空延展性,內(nèi)容上的資源多樣性等優(yōu)勢,為遠程教育提供了高效率、高質(zhì)量的學(xué)生與教育資源、學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生之間的交互。它不僅成為了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的重要支撐部件,還逐漸成為傳統(tǒng)課堂教學(xué)的有益補充。

目前遠程答疑系統(tǒng)按照功能實現(xiàn)劃分,主要分為如下兩類:①簡單答疑系統(tǒng)。利用留言板進行簡單的答疑[6],或者基于WEB方式的BBS或聊天室,供師生進行實時或非實時答疑討論。②初步具備智能答疑功能的智能答疑系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)輸入的關(guān)鍵詞在已有的數(shù)據(jù)庫中尋找相關(guān)的資料,如果有新的提問和答案,可以增加到數(shù)據(jù)庫中。但已有的答疑系統(tǒng)還存在以下不足:①以功能為中心,不是以用戶為中心,缺少個性化服務(wù)。②系統(tǒng)的知識管理能力不足,不能有效管理答疑信息。③缺少即時消息提醒功能。④主要通過BBS論壇和在線文字聊天答疑,交流方式有限,難以達到充分溝通。⑤由于所采用開發(fā)技術(shù)的限制使得系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢以及較低的用戶體驗。

基于目前遠程答疑系統(tǒng)的不足,本文遵循現(xiàn)代軟件系統(tǒng)設(shè)計模式的趨勢,由以系統(tǒng)功能為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂脩魹橹行?圍繞用戶,更好的為用戶服務(wù);將知識管理思想融入系統(tǒng)設(shè)計;在實現(xiàn)遠程答疑系統(tǒng)基本功能如在線文字聊天、BBS論壇的基礎(chǔ)上,增加音頻答疑和視頻答疑;提供快速便捷的即時消息服務(wù)。

一 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

采用基于FLEX和J2EE多層架構(gòu)的遠程答疑系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示?；贔LEX和J2EE多層架構(gòu)應(yīng)用模型同傳統(tǒng)的C/S模型相比,提高了系統(tǒng)的可擴展性、可維護性、可重用性和用戶體驗[4]。它將應(yīng)用邏輯與用戶界面和數(shù)據(jù)訪問相剝離,這樣便使系統(tǒng)的維護變的簡單,同時通過采用組件技術(shù),降低數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負擔,從而提高系統(tǒng)的性能。

如圖1所示,學(xué)生、教師、管理員均處于客戶端層,它提供了一個用戶界面,作為用戶與應(yīng)用程序之間的接口,用于同用戶交互并將用戶請求傳遞到位于中間層的組件之上。用戶使用瀏覽器通過Internet,連接至Web server。Web server 和應(yīng)用服務(wù)器均處于中間層,Web server接受客戶端層提交的用戶請求后,調(diào)用應(yīng)用服務(wù)器上的相關(guān)服務(wù)組件,執(zhí)行具體的業(yè)務(wù)邏輯,向位于數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器或文件系統(tǒng)提出數(shù)據(jù)請求,如問題的提交、解答,并將結(jié)果返回至Web server,Web server再將其傳送給用戶。

1 客戶層

客戶層在系統(tǒng)中表現(xiàn)為Web瀏覽器,是系統(tǒng)的人機接口部分,它負責用戶與系統(tǒng)的交互以及數(shù)據(jù)展示。通過用戶界面,用戶可以完成獲取數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)等一系列操作。在該系統(tǒng)中采用Flex技術(shù)實現(xiàn),它們部署在Web容器中,在Flash Player 9.0中運行,通過Web容器響應(yīng)客戶端的請求[1]。

2 中間層

中間層利用FLEX組件、SPRING和HIBERNATE等技術(shù)構(gòu)建遠程答疑系統(tǒng)的各部分功能,它位于應(yīng)用程序服務(wù)器上,主要由三部分組成:

(1) Web容器 這是中間層的重要組成部分,系統(tǒng)所有的用戶界面都在這里得以實現(xiàn)。考慮到Flex 是一種運行于傳統(tǒng)瀏覽器中的應(yīng)用程序,它能夠充分結(jié)合桌面應(yīng)用程序的反應(yīng)快捷、交互性強的優(yōu)點,以及Web 應(yīng)用程序的傳播范圍廣和易于傳播的特性。例如,Flex 可在消息確認和編排方面提供交互用戶界面,在無刷新頁面中提供快捷的界面響應(yīng)速度,以及提供通用的用戶界面特性及在線和離線操作能力。Flex 還具有用戶友好性、交互性、跨平臺兼容性、一次加載多次使用、客戶端數(shù)據(jù)緩存、高效的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)忍攸c,故系統(tǒng)采用Flex實現(xiàn)用戶界面[2]。

(2) 業(yè)務(wù)層(Business Layer) 這一層將負責:①處理業(yè)務(wù)邏輯和業(yè)務(wù)校驗;②管理事務(wù);③提供從表示層到持久層通信的接口。從表示層獲得requests,處理事務(wù),并且控制異常,在業(yè)務(wù)層中創(chuàng)建業(yè)務(wù)服務(wù)對象,通過這些對象來執(zhí)行程序的業(yè)務(wù)邏輯,調(diào)用持久層獲取數(shù)據(jù)并進行處理后發(fā)送到客戶端。系統(tǒng)的大部分事物邏輯和規(guī)則都在這里實現(xiàn)。這些業(yè)務(wù)組件部署在Spring環(huán)境中,通過Spring的依賴注入機制,可以在運行期為組件配置所需資源,而無需在編寫組件代碼時就加以指定,從而在相當程度上降低了組件之間的耦合,實現(xiàn)了組件真正意義上的即插即用。Spring把DAO對象和業(yè)務(wù)服務(wù)對象搭配起來,通過DAO對象來與持久層進行通信。由于采用了面向接口編程的技術(shù),因此并不需要將實現(xiàn)類緊密地耦合在一起,而組件間依賴關(guān)系的減少也將極大改善代碼的可重用性。

(3) 持久層(Persistence Layer)Hibernate服務(wù)對象接受業(yè)務(wù)層傳送的消息,通過數(shù)據(jù)庫連接與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)交互信息,進行相關(guān)的操作。這一層主要負責數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改和查詢功能,并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為持久對象。

3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)和文件系統(tǒng),負責數(shù)據(jù)的存儲管理、安全管理、完整性管理和一致性管理[5],系統(tǒng)使用的是開源數(shù)據(jù)庫MySql。存儲的信息主要有:問題及解答信息、學(xué)生信息、教師信息、答疑室信息、資源信息以及站內(nèi)消息等數(shù)據(jù)。

二 系統(tǒng)模塊設(shè)計

遠程答疑系統(tǒng)設(shè)計的典型用戶有3類:一是使用系統(tǒng)解答自己疑問的普通用戶(學(xué)生),二是答疑系統(tǒng)所涉及領(lǐng)域的教師用戶,三是系統(tǒng)維護管理人員。因此從用戶的角度出發(fā),遠程答疑系統(tǒng)從總體上主要分為3大塊:學(xué)生模塊、教師模塊和管理員模塊[3],除此三大模塊,還包含系統(tǒng)特色模塊IM模塊。使用者以不同的身份登陸系統(tǒng),并通過系統(tǒng)安全驗證后即可進入相應(yīng)的模塊。如圖2所示。

為增加系統(tǒng)的知識管理能力,有效管理信息,學(xué)生模塊和教師模塊的設(shè)計基于問題的知識搜索和發(fā)掘,更迅速幫助教師與學(xué)生獲取所需要的知識和信息。

1 學(xué)生模塊

學(xué)生模塊主要包括以下幾個模塊:①個人基本信息管理模塊:包括注冊信息、口令更改等。②查看自己問題及解答情況,便于學(xué)生及時得到老師的反饋信息。③查看所有問題:從別人的提問中學(xué)到更多的知識,查詢方式分為完全匹配和模糊匹配兩種,查詢結(jié)果以列表的方式列出匹配的問題。④查看我參與的問題:查看自己問題及解答情況,以及查看自己回答其它學(xué)生問題的回答情況。⑤收藏自己感興趣的問題,便于以后瀏覽這些問題的解答情況。⑥查看未回答的問題,便于自己解答其它學(xué)生提的問題。⑦查看最新的問題來了解最近同學(xué)普遍遇到的問題,以便引起自己的注意。⑧查看最熱的問題,便于了解同學(xué)遇到最多的問題,從而在平時的學(xué)習(xí)中引起重視。⑨對老師解答問題的情況進行評價,能夠督促老師認真、負責解答學(xué)生的提問。⑩選擇答疑類型:學(xué)生模塊最基本的功能——提問功能,通過選擇不同的答疑類型進入不同的答疑模塊。人工答疑分為同步答疑和異步答疑兩種,同步答疑通過聊天室、音頻答疑室和視頻答疑室三種不同的方式實現(xiàn)師生之間的實時交流,異步答疑通過BBS實現(xiàn)師生之間的在線討論。

2 教師模塊

教師模塊注意包含以下幾個模塊:①個人信息管理:包括注冊信息、口令更改等。②查看所有問題,以便對沒有回答的問題及時給予答復(fù)或?qū)σ呀?jīng)回答的問題做進一步的補充和完善。③查看學(xué)生最近所提的問題,便于了解學(xué)生最近的學(xué)習(xí)情況,有利于在課堂上做針對性的講解。④查看學(xué)生最關(guān)注的問題,能夠了解學(xué)生普通存在的知識缺陷,從而重點講解相關(guān)知識點,把知識點講明白,講透。⑤回答學(xué)生提問:教師模塊最基本的功能,教師可以通過聊天室、音頻答疑室、視頻答疑室實時的回答學(xué)生的提問,也可以通過BBS與學(xué)生一起參與討論。

3 管理員模塊

系統(tǒng)管理員不是答疑系統(tǒng)的核心用戶,不參與問題的解答與提問,但是享有系統(tǒng)的最高權(quán)限,維護系統(tǒng)的正常運行。主要包括以下幾個功能模塊:①用戶管理:對用戶的注冊信息進行管理。②系統(tǒng)管理:包括用戶角色、用戶權(quán)限管理;界面維護、公告信息管理;系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理,按時做好系統(tǒng)備份等。③資源管理:管理教師上傳的一些課件以及通過音頻答疑室和視頻答疑方式所保存的音頻和視頻文件。④答疑室管理:根據(jù)教師的教學(xué)進度要求,不定期的建立答疑室,控制答疑室的開放與關(guān)閉。

4 IM模塊

IM(Instant Message)模塊是答疑系統(tǒng)的特色模塊,面向用戶,及時向用戶發(fā)送相關(guān)信息。主要包括以下幾個模塊:①站內(nèi)短信:在用戶登陸系統(tǒng)后的首頁上及時提示用戶被解答了的問題或提示用戶有哪些問題需要自己去解決。②即時E-mail:學(xué)生提問后由系統(tǒng)自動給相關(guān)老師發(fā)送郵件,提醒老師及時解答學(xué)生的問題;老師解答問題后也由系統(tǒng)自動發(fā)送E-mail給問題所屬學(xué)生,告訴其所提問題已經(jīng)得到解答。③手機短信:學(xué)生提問后由系統(tǒng)自動發(fā)送短信給相關(guān)老師,提醒老師及時解答學(xué)生的問題;老師解答問題后由系統(tǒng)自動發(fā)送短信給問題所屬學(xué)生,告訴其所提問題已經(jīng)得到解答。④RSS:提供問題的發(fā)布與訂閱功能,學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣訂閱不同課程的問題列表,以便及時了解最新的問題及其解答。

三 主要模塊詳細設(shè)計

1 同步交流IRC模塊

IRC聊天室提供了一個師生實時交流的方式和場所。實時交流對數(shù)據(jù)同步要求比較高,為了高質(zhì)量地保證數(shù)據(jù)的同步,采用Flex和FDS(Flash Data Services)中的DMS(Data management service),Message service.對數(shù)據(jù)的訪問進行了優(yōu)化。DMS支持Clients和Server數(shù)據(jù)同步, 支持分布式數(shù)據(jù), 支持Data Push(數(shù)據(jù)推送)。利用Data Push技術(shù),Server根據(jù)某一個client的更新, 更新自身數(shù)據(jù), 同時更新其他clients數(shù)據(jù),無需刷新頁面。Data Push技術(shù)的使用,大大加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度,提高了用戶體驗。

基于數(shù)據(jù)庫的聊天室模塊采用客戶端層,中間層的Web層和Server層,數(shù)據(jù)層來實現(xiàn)?？蛻舳藢邮褂脼g覽器,Web層采用FDS,Flex和Jsp,Server層采用Spring和Hibernate實現(xiàn),數(shù)據(jù)層保存聊天室里的相關(guān)信息,總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2 音頻與視頻交流模塊

音頻與視頻交流模塊包含學(xué)生與教師點對點的交流、一對多的交流(視頻會議模式)、音頻與視頻的錄制。點對點的交流方式即學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間通過音頻或視頻進行一對一的溝通,能夠保證學(xué)生與學(xué)生,學(xué)生與教師之間的交流更充分,可以用來解決非大眾化的問題。對于學(xué)生普遍存在的問題采用視頻會議的模式,即一人講,多人聽,這樣能夠有效利用資源和節(jié)省時間。錄制音頻與視頻,對錄制好的音頻與視頻進行存儲,檢索與回放,根據(jù)音頻與視頻整理問題與解答列表,供學(xué)生查詢。音頻與視頻交流模塊的建立,為學(xué)生與教師提供了一個更接近現(xiàn)實社會溝通的場所與方式,通過這種方式進行提問與解答,更真實、更方便、更迅速、更充分、更有效。

音頻與視頻模塊實現(xiàn)過程中的難點是音頻和視頻的質(zhì)量和傳輸速率,多用戶并發(fā)使用。為了保證高質(zhì)量音頻和視頻的快速傳輸,采用了FMS(Flash Media Server)流媒體服務(wù)器。FMS是將傳統(tǒng)的流媒體功能與靈活的開發(fā)環(huán)境結(jié)合起來,為最廣泛的群體創(chuàng)建和提供創(chuàng)新的、交互式媒體應(yīng)用。FMS組合可以創(chuàng)建并交付使用廣泛的媒體交流體驗,包括傳統(tǒng)的媒體交付應(yīng)用,如視頻點播、實時 Web 事件廣播、MP3 流以及富媒體通信應(yīng)用,如視頻博客、視頻消息和多媒體聊天環(huán)境。

(1) FMS實現(xiàn)模型

FMS包含Server端和Client端兩部分,Server端通過一些asc文件實現(xiàn)其功能,Client端由一些Flex開發(fā)的swf文件組成。Client首先通過http向Web server發(fā)送請求,Web server響應(yīng)客戶端請求,通過http服務(wù)把內(nèi)容提供給Client端。Server端和Client端的數(shù)據(jù)傳輸通過RTMP (Real-Time Message Protocol)進行實時交流,實現(xiàn)模式如圖4:

(2) 音頻、視頻交流模塊的實現(xiàn)

音頻、視頻交流模塊分為點對點和一對多交流方式、音頻與視頻的錄制。在點對點交流方式設(shè)計方面,考慮到音頻或視頻同步傳遞,系統(tǒng)采用了FMS提供的數(shù)據(jù)流方法。數(shù)據(jù)流通過簡單的發(fā)布和訂閱方式實現(xiàn)音頻、視頻和其它數(shù)據(jù)的信息流同步傳遞,一個發(fā)布的數(shù)據(jù)流可以實時的被看到。在一對多交流方式設(shè)計方面,考慮到一個音頻或視頻被多個客戶端共享,系統(tǒng)采用了FMS提供的共享對象方法。把音頻或視頻錄制成FLV格式文件,保存至FMS服務(wù)器,設(shè)置相應(yīng)音頻或視頻文件為共享對象,每個客戶端都通過NetStream Object訪問共享對象,不僅實現(xiàn)了一對多交流模式,而且存儲的音頻或視頻文件也可以供查詢、回放、整理問題與解答列表。其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖5。

四 結(jié)束語

本文通過分析遠程答疑系統(tǒng)應(yīng)用的特點及其系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型,結(jié)合遠程答疑系統(tǒng)目前的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,采用現(xiàn)代應(yīng)用軟件的設(shè)計思想,運用先進的開發(fā)技術(shù),設(shè)計并實現(xiàn)了基于FLEX和J2EE面向用戶多層架構(gòu)的多媒體遠程答疑系統(tǒng)。文中對系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)作了詳細的介紹。系統(tǒng)以用戶為中心,集同步與異步交流,音頻與視頻交流,具有集成性、方便性、實效性和實用性等特點。答疑系統(tǒng)中的同步方式如:文字聊天、音頻聊天和視頻聊天,與異步答疑方式中的論壇在線討論,以及站內(nèi)即時短信、站外即時E-mail和移動短信、RSS訂閱與發(fā)布功能無縫的集成在一起,提供師生多樣化、及時的交流答疑方式,使得各種方式優(yōu)勢互補,充分滿足學(xué)生答疑的需求。