構(gòu)件技術(shù)在多媒體系統(tǒng)集成中的應(yīng)用研究

文章編號：1962-5913(2008)13-0077-03

摘要：構(gòu)件技術(shù)是現(xiàn)代軟件工程中軟件復(fù)用的主要發(fā)展方向之一，本文結(jié)合一個軟件包的開發(fā)過程，詳細(xì)分析了構(gòu)件技術(shù)在多媒體系統(tǒng)集成中應(yīng)用的方法，基于這一技術(shù)和方法設(shè)計(jì)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)多媒體集成軟件“E媒體課堂軟件包”已經(jīng)成功地應(yīng)用于教學(xué)。

關(guān)鍵詞：多媒體；課件；課堂管理；數(shù)據(jù)庫；

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

多媒體數(shù)據(jù)的集成技術(shù)廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域，教學(xué)網(wǎng)站、視頻課程和視頻課件已經(jīng)成為遠(yuǎn)程教育中一項(xiàng)重要的教學(xué)資源。多媒體視頻課件直觀、形象，方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)的效果.但是絕大多數(shù)的多媒體視頻課件受到集成工具的制約，使課堂教學(xué)變成了看電影，教師備課變成了寫電影腳本，嚴(yán)重影響了教師的個性和主動性的發(fā)揮?；谶@一認(rèn)識，在充分分析教師教學(xué)的特點(diǎn)和學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為，構(gòu)件技術(shù)的應(yīng)用是解決多媒體教學(xué)課程中影響教師的個性和主動性發(fā)揮的一個重要途徑。

1構(gòu)件及其屬性概述

構(gòu)件又稱元件，是指可方便地插入到語言、工具、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)中的一種獨(dú)立可重用的二進(jìn)制形式的代碼和數(shù)據(jù)，它由接口(Interface)、實(shí)現(xiàn)(Implementation)和部署(Deployment)三部分構(gòu)成，其中接口告訴構(gòu)件的用戶該構(gòu)件能完成的主要功能；實(shí)現(xiàn)是讓該構(gòu)件得以運(yùn)作的代碼。部署是構(gòu)件的存在形式，一般即為二進(jìn)制代碼或可執(zhí)行文件。

構(gòu)件具有封裝性、描述性、替換性、擴(kuò)展性等四個重要屬性。

(1) 封裝性。構(gòu)件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的調(diào)整不會影響用戶的使用。

(2) 描述性。主要包括對構(gòu)件的接口、實(shí)現(xiàn)和部署的描述。對接口的描述告知用戶構(gòu)件所提供的所有接口名及各接口所能完成的服務(wù)；對實(shí)現(xiàn)的描述告知用戶構(gòu)件是如何構(gòu)造的，如數(shù)據(jù)存儲使用的是XML文件還是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫；對部署的描述則告知用戶構(gòu)件的運(yùn)行環(huán)境，如COM+、CORBA等。

(3) 替換性。構(gòu)件的封裝和描述屬性使得構(gòu)件具有可替換性。只要有相同的接口，一個構(gòu)件完全可以由另一個構(gòu)件替換，哪怕它們的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)各不相同。

(4) 擴(kuò)展性。是指在不影響用戶使用構(gòu)件的情況下增加構(gòu)件的功能。這種擴(kuò)展可以藉由兩種方法達(dá)成。一是增加接口，該方法多為構(gòu)件開發(fā)者采用，因?yàn)闃?gòu)件開發(fā)者可以直接對內(nèi)部實(shí)現(xiàn)進(jìn)行修改，同時考慮到兼容性，構(gòu)件的原有接口會保留，而把新增的功能通過新添加的接口供用戶調(diào)用。二是授權(quán)(Delegating Responsibility)。該方法多為構(gòu)件用戶使用，因?yàn)闃?gòu)件用戶無法直接修改構(gòu)件的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。該方法將創(chuàng)建一個新的構(gòu)件，原構(gòu)件無法提供的功能在此新構(gòu)件中實(shí)現(xiàn)，已提供功能則在此新構(gòu)件中繼續(xù)被調(diào)用。

2多媒體集成系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1) 多媒體展示的集成性

這里的集成，包括兩方面的含義，一方面是多媒體信息載體的多樣性，需要一種能夠把多種信息進(jìn)行集成展示的工具；另一方面是多個多媒體課件的集成展示。信息技術(shù)的發(fā)展，為多媒體數(shù)據(jù)的集成管理提供了高效、實(shí)用的信息平臺，多媒體課件的集成性是未來多媒體課件發(fā)展的主要方向。

(2) 多媒體元素的開放性

這里的多媒體元素是課件中所包含的任意文本、圖形、圖象、音頻和視頻信息。課件的開放性是指用戶可以根據(jù)教學(xué)需要，分離或組合課件所包含的任意元素或構(gòu)件，或者增加若干相適應(yīng)的構(gòu)件元素。開放性的課件需要一個能夠有效管理這些元素?cái)?shù)據(jù)的課件開發(fā)工具。開放性管理有利于媒體的集成，更有利于個性化的因材施教。但要注意，這里的開放性指的是開放式管理和整合，并不是侵權(quán)修改。

(3) 數(shù)據(jù)管理的智能性

多媒體課堂里的數(shù)據(jù)應(yīng)該有兩方面的含義。一是多媒體課程數(shù)據(jù)，即前面提到的文本、圖形、圖象、音頻和視頻等信息資源和課件數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)是多媒體集成系統(tǒng)中最有效的構(gòu)件元素。二是課堂管理數(shù)據(jù)，包括學(xué)生聽課情況、學(xué)習(xí)效果等反饋數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)的智能化分析和調(diào)整，是保證教師進(jìn)行多媒體教學(xué)成敗的關(guān)鍵。

3基于構(gòu)件技術(shù)的多媒體課件集成系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)

多媒體課件集成系統(tǒng)由系統(tǒng)由課件管理模塊、課堂管理模塊、多媒體集成模塊、發(fā)布演示模塊和構(gòu)件庫等五部分組成，其應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

下邊給出課件編輯模塊、多媒體集成模塊和課堂管理模塊的功能設(shè)計(jì)方法。

3.1課件編輯模塊

為了突出本系統(tǒng)在課件方面的“集成性”、“可編輯性”和“靈活性”特點(diǎn)，我們專門設(shè)計(jì)了一個個性化的課件編輯器，該編輯器不僅具備所有的文本編輯器的特性，而且集成了課件模板、特效編輯功能，同時還分別支持試題庫數(shù)據(jù)、學(xué)生庫數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫，支持章節(jié)表數(shù)據(jù)、檢索數(shù)據(jù)、課堂日志數(shù)據(jù)、講義教案數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)列表，支持音頻視頻等多媒體數(shù)據(jù)。如果有必要，用戶還可以靈活增加其它的數(shù)據(jù)，如主題詞數(shù)據(jù)和飛播數(shù)據(jù)等等。經(jīng)過綜合編輯的課件可以經(jīng)過課件轉(zhuǎn)換工具加入構(gòu)件庫或利用瀏覽器來播放。如圖2所示。

3.2多媒體集成模塊

多媒體集成模塊是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，該模塊管理的主要對象是課堂教學(xué)中的各類教學(xué)資源構(gòu)件。根據(jù)教學(xué)資源的不同的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式和不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們把教學(xué)資源構(gòu)件分為課程資源構(gòu)件、學(xué)生資源構(gòu)件和媒體資源構(gòu)件三個部分。其中課程資源包括教學(xué)課件、課件素材、電子教案等；學(xué)生資源包括學(xué)生基本信息、課內(nèi)教學(xué)活動信息和課外學(xué)習(xí)信息；媒體資源構(gòu)件包括課堂內(nèi)外的各類教學(xué)媒體和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)資源等。三類信息資源通過互聯(lián)網(wǎng)和瀏覽器整合在一起，如圖3所示。

3.2.1課程資源構(gòu)件

包括教學(xué)課件、課件素材和電子教案的課程資源構(gòu)件是該系統(tǒng)構(gòu)件的重要數(shù)據(jù)對象。它們的表現(xiàn)形式為文本、圖形、圖象、音頻和視頻等元素，內(nèi)容涉及面廣，格式豐富多樣?？紤]到多媒體元素的集成性，我們采用開放式素材管理模式，對各類素材進(jìn)行相對獨(dú)立的管理。例如，對文本素材(包括章節(jié)表、教案和講義等)，我們使用了話框方式或視圖方式進(jìn)行單獨(dú)管理，以本文、超文本或其它文檔方式進(jìn)行存儲。完整的素材還可以上傳到遠(yuǎn)程素材庫，方便了課件的整合和異構(gòu)。

根據(jù)課件的使用方式，對已做好的課件的管理分為章節(jié)表管理、索引管理和使用方式管理等部分。章節(jié)表管理給出本課程的所有章節(jié)；索引管理可以對任一章節(jié)進(jìn)行檢索；使用方式管理分為行出現(xiàn)式和整屏出現(xiàn)式，行出現(xiàn)式模仿教師板書方式，符合教師和學(xué)生的思維方式，整屏出現(xiàn)式適合學(xué)生自學(xué)和教師瀏覽總結(jié)。

為了方便教師對學(xué)生的考核，課程資源構(gòu)件還集成了試題庫、知識要點(diǎn)庫等內(nèi)容。教師對試題庫的管理分兩個層次。一是編輯層次，即在課件編輯和備課過程中編輯、增加、刪除和修改題庫中試題內(nèi)容。二是在課件演示過程中(或者是在授課過程中)，隨時點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕，所選文字自動入庫。這樣大大增強(qiáng)了教師選題的靈活性，通常是在一門課程授完之后，一個完整的試題庫就建成了，不僅方便了期末考試和考查，更有利于本學(xué)科的課程建設(shè)。

3.2.2媒體資源構(gòu)件

不同的學(xué)習(xí)方式要用到不同的教學(xué)媒體資源，教師在多媒體教室的授課方式和學(xué)生在課外通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)方式截然不同，媒體資源也不盡相同。但要得到同樣的教學(xué)效果，必須對多種媒體資源進(jìn)行整合。本系統(tǒng)把媒體資源構(gòu)件按照不同的使用對象進(jìn)行了統(tǒng)一的編碼管理，使教師和學(xué)生可以在不同時間，不同地點(diǎn)共享同一種教學(xué)資源。

3.3課堂管理模塊

課堂管理模塊由考勤管理、學(xué)習(xí)控制管理、課堂日志管理等幾部分組成，如圖4所示。

圖4 課堂管理模塊結(jié)構(gòu)示意圖

本系統(tǒng)中，我們利用條形碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了本地課堂考勤的自動化，不論是課堂授課還是大型講座或報告，只需在門口或入口處放置一臺條形碼識別儀，報告者便可采集到學(xué)生的第一手資料。當(dāng)然，如果不方便使用條形碼方式，可使用手動方式實(shí)現(xiàn)。學(xué)習(xí)控制管理是教師在多媒體教學(xué)環(huán)境中根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)將教學(xué)資源信息傳播給學(xué)生的一個重要途徑。這一過程中教師可靈活利用系統(tǒng)提供的各類教學(xué)策略，如重點(diǎn)播放式、要點(diǎn)提示式、課堂提問式等，不同的教學(xué)策略因人而異。課堂日志是根據(jù)上課時間、地點(diǎn)、內(nèi)容和聽課人數(shù)、講課內(nèi)容、提問方式和課堂效果等幾項(xiàng)內(nèi)容的實(shí)時記錄，教師在上課前啟動課堂日志，下課后把課堂日志存盤，不僅方便了教師對學(xué)生的日常管理，而且做到了教學(xué)效果的實(shí)時反饋，加強(qiáng)了教師對教學(xué)過程的管理；基于試題庫的課堂提問方式，可以以提問、搶答和游戲的形式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行有效的檢測；課堂分析是對課堂日志綜合分析后形成的課堂教學(xué)效果的綜合評價。本系統(tǒng)的課堂效果展示如圖5所示。

4結(jié)束語

把多種媒體元素作為“構(gòu)件”實(shí)時嵌入多媒體作品中，是多媒體數(shù)據(jù)集成的一個新思路，這一技術(shù)在我們開發(fā)的多媒體課件集成系統(tǒng)“E媒體課堂軟件包”中得到了具體的應(yīng)用。和傳統(tǒng)的課件開發(fā)工具相比，基于構(gòu)件技術(shù)的多媒體課件集系統(tǒng)把媒體元素作為“構(gòu)件”引入課件集成領(lǐng)域，具有三個突出的優(yōu)點(diǎn)：一是可以把在豐富的教學(xué)資源數(shù)據(jù)加以整合，引入課堂，二是用該系

統(tǒng)制作的課件可以即時加入課件資源庫和互聯(lián)網(wǎng)，三是可以通過教學(xué)過程全程“錄制”的數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)改革。

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