基于Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ的網絡虛擬教學系統的設計與實現

劉　紅　王士勇

【摘要】隨著網絡教學中用戶對交互性和體驗感的要求越來越高,傳統的以數據為中心,以HTML為表現形式的Web網絡教學應用程序已遠不能滿足學習者更高的、全方位的體驗要求,而RIA及微軟Silverlight技術平臺的出現正好為這個問題提供了很好的解決途徑。文章重點介紹了如何通過微軟的Silverlight技術來設計和實現高體驗度的網絡虛擬教學系統。

【關鍵詞】虛擬教學;Silverlight;RIA

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097(2009)10—0114—03

一 前言

隨著人們對網絡的依賴性越來越強,基于網絡的現代遠程教育成為了繼第一代的函授遠程教育和第二代的廣播電視校閱之后新一代教育方式。為此,基于web的網絡教學平臺以其功能豐富,結構完整迅速成為了網絡教育的主載體。其開放的學習條件、豐富的學習資源使得網絡教學具有傳統教學方法無法比擬的優勢。但是隨著網絡教學中用戶對交互性和體驗感的要求越來越高,傳統的以數據為中心,以HTML為表現形式的Web網絡教學應用程序已遠不能滿足學習者更高的、全方位的體驗要求。而RIA的適時出現為這個問題提供了全新的解決途徑。

RIA是Rich Internet Application(富互聯網應用系統,亦稱富客戶端)的縮寫,維基百科對它有如下定義:所謂RIA,首先,它應該是一個網絡應用程序;其次,它還要具有桌面應用程序的特征和功能。簡單地說,如果你的桌面程序(比如說Word、Photoshop和Eclipse)能在網絡上運行,并且能保持其原來的功能和特征,那么我們就可以稱它們為RIA應用(富客戶端應用)。因此,RIA的技術特點使得其非常適用于網絡虛擬教學系統的開發,在網絡教育領域必將具有廣闊的應用前景。

二 Silverlight介紹及其在網絡虛擬教學系統的應用優勢

RIA作為未來Web應用程序的發展方向。許多公司和研究機構,包括Microsoft、Adobe、Sun等軟件業巨頭,都積極投入到了RIA的研發當中。本節將重點介紹Microsoft Silverlight的一些技術特點。

眾所周知,微軟是一個優秀的平臺開發商。它的Windows和Microsoft 0ffice產品都符合工業級標準,在Web展現技術方面,以往微軟并沒有太多表現,不過在推出了名為Microsoft SiIverlight的新技術之后,希望在這方面有所突破。Silverlight實際上是一個運行在Web瀏覽器上的應用程序界面開發平臺。與應用已久的Adobe Flash/Flex相比,Sliverlight是一個仍在完善中的技術平臺,目前版本為SilveHight2.0。但由于微軟強大的技術實力和宣傳力度,Silverlight一經推出就受到開發人員的熱捧。

Silverlight是一個跨瀏覽器、跨平臺的插件,為網絡帶來下一代基于.NET的媒體體驗和豐富的交互式Web應用程序。從編程的角度來看,Silverlight程序使用的是.NET托管代碼, 可以用XAML(Extensible Application Markup Language,擴展應用程序標記語言)編寫,XAML是微軟為Windows Vista創建的基于XML的標記語言。它提供了對動畫和3D眾多方面的支持。XAML程序可以用最簡單的文本編輯器編寫,當然最好是使用圖形工具(如Expression Blend)來創建XAML代碼,之后就可以開放給Web搜索引擎和其它在線工具。這是Silverlight與Flash另外一點截然不同的地方,Flash實際上是一個對外封閉的“黑盒”環境。而由于Silverlight除了支持IE以外,還可以支持Apple的Safari和Mozilla的Firefox瀏覽器,因此它可以運行在任何計算機平臺上,包括Macintosh和Linux。從根本上來說,Silverlight最關鍵的與眾不同之處,實際上就是它創建出的UI質量,它是真正以XAML格式進行數據傳輸,到用戶前端后再解析為具體圖像,文本的大小是非常小的,所以完全不用擔心帶寬。此外,Silverlight還提供靈活的編程模型,支持AJAX,VB,C#,Python,Ruby等語言,并集成到現有的網絡應用程序中。而對于使用Windows平臺開發工具的用戶來說,可以使用 C# ,VB等多種語言進行開發,而不需要拋棄原本的知識去學習ActionScript,而且這些語言在進行Silverlight開發時,也繼承了很多這些語言的特性,如在網絡虛擬教學應用程序中,會大量使用各種多媒體素材,如音頻、視頻等,而Silverlight就可以很方便的使用最常用的底層的傳輸工具Sockets。同時Silverlight的System.Net命名空間里還有很多通訊組件比如Webclient等,完全可以實現SOA和Flex的Httpservice的功能。

從上面介紹的一些Silverlight的技術特點,我們不難得出它在網絡虛擬教學系統中的諸多應用優勢:

豐富的表現力:Silverlight技術具有豐富的多媒體表現能力, 可以將文字、圖片、音頻、視頻進行無縫的結合,從而使得教學內容的表現更加生動和豐富,使學生的體驗感更強,提高了學生的學習興趣。

強大的交互性:傳統的數字圖書館信息服務以文本為主,缺乏交互,響應速度緩慢。Silverlight技術支持動畫、視頻、音頻、雙向的數據通信和創建復雜的窗體,使得強調以學生為中心的網絡教育系統具有強大的交互能力。包括學生與課程的交互,以及學生與學生、學生與教師之間的交互。

高效的數據傳輸:服務端與客戶端之間的數據流傳輸方式采取XAML數據,客戶端和服務器端僅傳遞必要的數據。從而大大降低了數據通訊量,降低了對網絡帶寬的要求,大大提高網絡訪問速度,使得學生對教學系統的訪問更加流暢。

三 基于Silverlight的網絡虛擬教學系統的設計與實現

1 系統框架

基于Silverlight網絡虛擬教學平臺為三層B/S模式,開發技術主要使用XAML、.NET、Javascript等,數據庫采用SQL Server 2005。系統框架如圖1所示,第一層為表示層,通過在Web瀏覽器上外掛Silverlight瀏覽器插件實現用戶與整個系統的交互;第二層為業務層,該層主要負責系統的各種邏輯業務,完成表示層與數據層之間的通訊。如調用數據庫中的虛擬元件和學習模塊信息,生成虛擬實驗室場景。第三層為數據層,提供平臺所需要的數據信息,如場景信息和角色信息等。

用戶登錄后,建立與服務器的連接,服務器為其分配標識,建立角色模型,并下載教學課件,通過XAML控制文件進行交互,模擬真實學習情景。同時服務器還負責存放共享空間、管理和維護虛擬教學場景的一致性,監聽客戶端的連接請求和響應連接。客戶端是基于瀏覽器的,第一次使用時,只需不到幾秒鐘的時間就可以自動下載安裝了Silverlight瀏覽器插件。客戶端程序以插件方式運行在瀏覽器中,創建與服務器之間的Socket連接,接收服務器的報文進行解析,發送客戶端的請求,從而實現虛擬場景的更新和用戶交互。

2 主要功能模塊

網絡虛擬教學系統通過模擬和實現課堂的教學功能來為網絡在線學生提供逼真的教學環境,使其不僅可以享受自由的學習和實踐空間,而且還可以進行各種實時的交流與協作。系統的主要功能模塊如下:

(1) 虛擬教學場景生成模塊

虛擬教學系統中會存在多種虛擬場景,如虛擬教學場景、虛擬討論場景和自主學習場景等。每個場景具有不同的場景片段和屬性,系統根據學習者的屬性,學習者選擇的課程屬性和選擇學習場景載入與學習者需要相符合個中虛擬元件,構建出學習者特有的虛擬情境。

(2) 教學白板模塊

教學白板是虛擬教學中一個重要的工具,它的主要功能是實現教學過程中老師與學生,學生與學生之間的實時交流和討論。教師在教學的過程中可通過白板講解教學內容和提出問題,學生也可以通過白板提出問題,查看老師和其他學生的發言,實現師生之間的實時在線討論和交流。

(3) 規則管理模塊

虛擬教學系統中存在多種規則,如教學規則、考試規則、作業規則、評判規則和關聯規則等。規則管理模塊負責添加、刪除和修改這些規則。

(4) 信息管理模塊

該模塊主要負責管理系統所需的各種數據。系統的數據主要包括用戶信息,課程信息,虛擬場景(元件)信息和其他教學資源等信息。信息管理模塊實現對這些信息的統一組織和管理。

3 關鍵模塊的實現

(1) 虛擬場景的構建

場景建模是構建虛擬場景最關鍵的一步。模型的復雜度、精細度直接關系到系統性能的好壞,因此建模主要解決兩個問題:1)如何生成數據量小、適于網絡傳輸的模型;2)如何模擬場景的真實感。通過本文第二節對Silverlight的介紹,我們可以知道Silverlight采用XAML作為描述語言,它提供了對動畫和3D等眾多方面的支持。因此系統平臺的三維模型設計采用了如下方式:簡單的模型直接采用XAML設計;復雜的模型采用AutoCAD應用軟件PRO/E進行造型,然后輸入到3DMAX中,在Lightwave中進行材質、紋理等處理后,通過微軟提供的轉換軟件輸出為XAML文件,從而通過Silverlight在瀏覽器中生成虛擬場景。圖2為構建的虛擬化學實驗室模型。

(2) 基于Silverlight的電子教學白板

基于Silverlight的電子教學白板可以使多人可同時使用白板繪制圖形,發送文本消息,而這些動作都將會反映在每個使用者的屏幕上。因此,通過電子白板,老師和學生、學生和學生之間就可以進行便捷的交流和討論,圖3是我們實現的一個電子教學白板的截屏圖。

電子白板采用XAML+WCF實現,XAML作為表示層用來進行白板的繪制,而用戶操作的反饋則是通過WCF進行傳遞的。WCF(Windows Communication Foundation)的核心目的是允許程序與同一臺計算機或網絡上的,或跨越互聯網的其它程序實現通訊。WCF編程模型把Web服務、.NET遠程技術、分布式事務和消息隊列統一到單個面向服務的編程模型中,從而實現真正意義上的分布式計算。由于電子教學白板既需要從瀏覽器端調用服務器端方法來完成動作的反饋(即瀏覽器端把用戶的動作發送到服務器),服務器端又需要完成用戶動作的分發(即服務器接收到用戶的反饋后把動作分發到各瀏覽器端),因此,教學電子白板需要調用WCF的雙向通信(Duplex Service),其相關代碼如下:

// Page 為瀏覽器端方法調用器的啟動頁面

ClientSideMethodCaller caller = new ClientSideMethod Caller(Page);

// clientMethodName:瀏覽器端方法名

// param1,param2,……… 調用參數

// returnValueReader 返回值閱讀器

caller.Call(“clientMethodName”, param1, param2, ………, returnValueReader);

四 總結

RIA是未來Web應用程序的發展方向,它的技術特點使得其非常適用于網絡虛擬教學系統的開發,在網絡教育領域必將具有廣闊的應用前景。而微軟最新推出的Silverlight的技術平臺也旨在RIA市場占有一席之地,相信憑借微軟雄厚的技術實力和強大的用戶群體,Silverlight也必將放出其應有的光彩。本文通過Silverlight建立構建一個逼真的虛擬教學場景以達到現實中的效果,從而給學習者以真實感、歸屬感和沉浸感,實現人與虛擬環境的統一,從而大大提高了學生的學習興趣和效率。

參考文獻

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