基于FMS的遠程教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

（東北師范大學(xué)理想信息技術(shù)研究院，吉林長春 130117）

一、研究背景

近年來，越來越多的遠程教育專家關(guān)注基于FMS（Flash Media Server） 的遠程教學(xué)系統(tǒng)的研究并取得了一定的成果。基于FMS的教學(xué)系統(tǒng)已具備了遠程教學(xué)系統(tǒng)的基本功能并且在不斷地發(fā)展變化。經(jīng)過筆者對相關(guān)研究成果的內(nèi)容分析發(fā)現(xiàn)，在教育領(lǐng)域，針對FMS教學(xué)系統(tǒng)的研究主要包括以下幾個維度：比較分析國內(nèi)外FMS的教育應(yīng)用情況；從理論角度探討構(gòu)建基于FMS的遠程教學(xué)系統(tǒng)的可行性；從技術(shù)角度對系統(tǒng)功能、架構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲做了全面的設(shè)計。其中，系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)無疑是當(dāng)前研究的熱點。有的研究者以.NET和FMS技術(shù)為支撐，重點探索系統(tǒng)中音視頻文件錄制、播放、交流等功能的實現(xiàn)；有的研究者對系統(tǒng)中基于FMS的網(wǎng)絡(luò)視頻答疑模塊進行了詳細(xì)的描述。進一步分析發(fā)現(xiàn)，這類注重技術(shù)實現(xiàn)的文獻都重視FMS的實時音視頻播放功能的實現(xiàn)，而且討論了在基于FMS的教學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用實時音視頻播放功能時產(chǎn)生的理論及技術(shù)問題。

目前，遠程教學(xué)系統(tǒng)都普遍把視頻授課過程當(dāng)成視頻直播過程，將教師的教學(xué)活動過程及課件內(nèi)容通過攝像頭捕捉，最后轉(zhuǎn)換成視頻信號發(fā)布到教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生只需訪問該直播的頁面即可。這種方式看似完全呈現(xiàn)了課堂原貌，實現(xiàn)了教師－學(xué)生的直接“交流”，但其實由于整個教學(xué)過程加入了除教師、學(xué)生以外的第三者（錄制人員），學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中無法自行選擇關(guān)注焦點，而是受錄制人員畫面切換方式的控制，只能完全按照畫面中呈現(xiàn)的圖像來決定學(xué)習(xí)進程，如做筆記、觀看教師活動。這大大降低了學(xué)生的參與度，讓學(xué)生成為教學(xué)的旁觀者。為解決此類問題，本文提出了利用FMS的實時通信功能，采用SWF課件形式構(gòu)建遠程教學(xué)系統(tǒng)，滿足學(xué)生的需要。

二、基于FMS的遠程教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

1.系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

在現(xiàn)代多媒體教學(xué)環(huán)境下，教學(xué)視頻直播既要體現(xiàn)教師的活動、狀態(tài)、表情、語言，還要完全展示教師使用的課件內(nèi)容。如前文所說，傳統(tǒng)的遠程教學(xué)系統(tǒng)中存在一些弊端，由于視頻需要多個鏡頭，不同機位分別對教師、課件進行拍攝，因此，呈現(xiàn)在教學(xué)系統(tǒng)中的視頻畫面常常是在教師與課件之間交替切換，且切換的課件由于經(jīng)過攝像機、計算機的信號轉(zhuǎn)換處理，呈現(xiàn)在學(xué)生端的電腦屏幕上往往出現(xiàn)失真、模糊不清，無法顯示細(xì)節(jié)等現(xiàn)象，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來一定的不便。因此，本研究所設(shè)計的遠程教學(xué)系統(tǒng)的基本目標(biāo)就是把課件內(nèi)容從攝像頭捕捉的畫面中分離出來而獨自形成一個畫面，使學(xué)生能夠清晰地看到課件內(nèi)容。

2.SWF 課件設(shè)計

SWF（Shock Wave Flash）是一種支持矢量和點陣圖形的動畫文件格式，被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)頁設(shè)計、動畫制作等領(lǐng)域。SWF文檔通常也被稱為Flash文件，可以由Macromedia Flash 8、Adobe Flash CS、Flash Builder 等開發(fā)工具創(chuàng)建。SWF普及程度很高，幾乎能被所有操作系統(tǒng)所讀取，只要用戶端支持flash文件的播放，就可以進行播放觀看。SWF格式是以多個幀（Frame）組合生成的。Macromedia Flash8開發(fā)環(huán)境下以10個幀構(gòu)成的SWF文件編輯圖實例如圖1所示。

圖1 以10個幀構(gòu)成的SWF文件編輯圖實例

傳統(tǒng)課件是由多個幻燈片構(gòu)成的。SWF課件也可以包含多個幻燈片。在SWF課件中，每一幀就是一個幻燈片，只需按一個導(dǎo)航按鈕（或可以用別的方法設(shè)置）就可以轉(zhuǎn)換到其他的幻燈片。例如：圖1所示的SWF課件就是由10個幻燈片構(gòu)成的。SWF文件支持文本、圖像、圖片、動畫等格式內(nèi)容的顯示，能夠很好地滿足幻燈片設(shè)計的需要。而幻燈片數(shù)量、每個幻燈片的具體內(nèi)容、導(dǎo)航方法都可以由教師自行設(shè)定。如圖2所示，即是一個SWF課件幻燈片實例。

圖2 SWF課件幻燈片實例

3.基于FMS的遠程教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文提出的基于FMS的遠程教學(xué)系統(tǒng)仍用攝像頭捕捉教師的表情和動作，通過網(wǎng)絡(luò)傳達給學(xué)生。但視頻畫面中不再切換課件的內(nèi)容，而是應(yīng)用FMS提供的實時通信功能，把課件內(nèi)容傳遞給學(xué)生。

基于FMS的遠程教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 基于FMS的遠程教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖3可以看出，教師端不是發(fā)送SWF課件的全部內(nèi)容，只是發(fā)送幻燈片號碼和鼠標(biāo)位置。教師和學(xué)生各自獨立運行一樣的SWF課件，教師端每次導(dǎo)航幻燈片和移動鼠標(biāo)時發(fā)送其幻燈片號碼和鼠標(biāo)位置。

FMS提供的實時通信功能把幻燈片號碼和鼠標(biāo)位置實時傳達到學(xué)生端，學(xué)生端接收幻燈片號碼和鼠標(biāo)位置時立刻把自己運行中的SWF課件導(dǎo)航到其幻燈片以及把鼠標(biāo)（或者指教師鼠標(biāo)位置的標(biāo)志）移動到其（x,y）坐標(biāo)。按此方式，教師導(dǎo)航到哪個幻燈片學(xué)生就導(dǎo)航到哪個幻燈片，教師把鼠標(biāo)移動到哪里學(xué)生端SWF課件的對應(yīng)的標(biāo)志就移動到哪里。通過這種方式實現(xiàn)教師端與學(xué)生端課件畫面的同步。

4.界面結(jié)構(gòu)

教師端界面實例設(shè)計如下（如圖4所示）。

圖4 教師端界面實例

學(xué)生端界面實例設(shè)計如圖5所示。

圖5 學(xué)生端界面實例

如圖4、圖5所示，教師端和學(xué)生端的界面都以課件畫面為主要部分。其他顯示區(qū)域（學(xué)生畫面和教師畫面）較小。學(xué)生端的課件幻燈片與教師端幻燈片同步播放，學(xué)生端的紅色箭頭標(biāo)志按教師端鼠標(biāo)位置變化跟著移動。為避免講課時出現(xiàn)混亂，學(xué)生端的導(dǎo)航按鈕功能無效。

在遠程授課前，教師需要按計劃設(shè)計SWF課件，并上傳到遠程教學(xué)系統(tǒng)里面。教師與學(xué)生在上課前首先訪問教學(xué)頁面進行登陸，登錄需選擇不同的權(quán)限（教師權(quán)限或?qū)W生權(quán)限），教師選課后進入講課界面，就可以講課，學(xué)生選課時系統(tǒng)自動把該課件下載到學(xué)生端。登錄時給予的學(xué)生權(quán)限使導(dǎo)航按鈕功能無效，選課后進入聽課界面。

三、基于FMS的遠程教學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

基于FMS的遠程教學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是FMS提供的實時通信功能。此功能可以由共享對象SharedObject的兩種函數(shù)來實現(xiàn)。

1.onSync 函數(shù)

由共享對象SharedObject的onSync函數(shù)來實現(xiàn)。把幻燈片號碼和鼠標(biāo)坐標(biāo)變化存在共享對象中，共享對象里面的數(shù)據(jù)變化時,onSync立刻自動運行，onSync讀取共享對象的數(shù)據(jù)從而實現(xiàn)教師端和學(xué)生端課件的同步。

SWF課件中需要的主要代碼實例如下：

2.send 函數(shù)

由共享對象SharedObject的send函數(shù)來實現(xiàn)。以教師端的幻燈片號碼和鼠標(biāo)坐標(biāo)為其函數(shù)的參數(shù)值，每次幻燈片號碼或鼠標(biāo)位置變化時運行send函數(shù)，就可以實時發(fā)送到學(xué)生端。

SWF課件中需要的主要代碼實例如下：

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