基于Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ的網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉　紅　王士勇

【摘要】隨著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中用戶對(duì)交互性和體驗(yàn)感的要求越來越高,傳統(tǒng)的以數(shù)據(jù)為中心,以HTML為表現(xiàn)形式的Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用程序已遠(yuǎn)不能滿足學(xué)習(xí)者更高的、全方位的體驗(yàn)要求,而RIA及微軟Silverlight技術(shù)平臺(tái)的出現(xiàn)正好為這個(gè)問題提供了很好的解決途徑。文章重點(diǎn)介紹了如何通過微軟的Silverlight技術(shù)來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高體驗(yàn)度的網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】虛擬教學(xué);Silverlight;RIA

【中圖分類號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097(2009)10—0114—03

一 前言

隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來越強(qiáng),基于網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育成為了繼第一代的函授遠(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)以其功能豐富,結(jié)構(gòu)完整迅速成為了網(wǎng)絡(luò)教育的主載體。其開放的學(xué)習(xí)條件、豐富的學(xué)習(xí)資源使得網(wǎng)絡(luò)教學(xué)具有傳統(tǒng)教學(xué)方法無法比擬的優(yōu)勢(shì)。但是隨著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中用戶對(duì)交互性和體驗(yàn)感的要求越來越高,傳統(tǒng)的以數(shù)據(jù)為中心,以HTML為表現(xiàn)形式的Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用程序已遠(yuǎn)不能滿足學(xué)習(xí)者更高的、全方位的體驗(yàn)要求。而RIA的適時(shí)出現(xiàn)為這個(gè)問題提供了全新的解決途徑。

RIA是Rich Internet Application(富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng),亦稱富客戶端)的縮寫,維基百科對(duì)它有如下定義:所謂RIA,首先,它應(yīng)該是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序;其次,它還要具有桌面應(yīng)用程序的特征和功能。簡(jiǎn)單地說,如果你的桌面程序(比如說Word、Photoshop和Eclipse)能在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)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?yōu)镽IA應(yīng)用(富客戶端應(yīng)用)。因此,RIA的技術(shù)特點(diǎn)使得其非常適用于網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā),在網(wǎng)絡(luò)教育領(lǐng)域必將具有廣闊的應(yīng)用前景。

二 Silverlight介紹及其在網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

RIA作為未來Web應(yīng)用程序的發(fā)展方向。許多公司和研究機(jī)構(gòu),包括Microsoft、Adobe、Sun等軟件業(yè)巨頭,都積極投入到了RIA的研發(fā)當(dāng)中。本節(jié)將重點(diǎn)介紹Microsoft Silverlight的一些技術(shù)特點(diǎn)。

眾所周知,微軟是一個(gè)優(yōu)秀的平臺(tái)開發(fā)商。它的Windows和Microsoft 0ffice產(chǎn)品都符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn),在Web展現(xiàn)技術(shù)方面,以往微軟并沒有太多表現(xiàn),不過在推出了名為Microsoft SiIverlight的新技術(shù)之后,希望在這方面有所突破。Silverlight實(shí)際上是一個(gè)運(yùn)行在Web瀏覽器上的應(yīng)用程序界面開發(fā)平臺(tái)。與應(yīng)用已久的Adobe Flash/Flex相比,Sliverlight是一個(gè)仍在完善中的技術(shù)平臺(tái),目前版本為SilveHight2.0。但由于微軟強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和宣傳力度,Silverlight一經(jīng)推出就受到開發(fā)人員的熱捧。

Silverlight是一個(gè)跨瀏覽器、跨平臺(tái)的插件,為網(wǎng)絡(luò)帶來下一代基于.NET的媒體體驗(yàn)和豐富的交互式Web應(yīng)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(kuò)展應(yīng)用程序標(biāo)記語言)編寫,XAML是微軟為Windows Vista創(chuàng)建的基于XML的標(biāo)記語言。它提供了對(duì)動(dòng)畫和3D眾多方面的支持。XAML程序可以用最簡(jiǎn)單的文本編輯器編寫,當(dāng)然最好是使用圖形工具(如Expression Blend)來創(chuàng)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(diǎn)截然不同的地方,Flash實(shí)際上是一個(gè)對(duì)外封閉的“黑盒”環(huán)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(yùn)行在任何計(jì)算機(jī)平臺(tái)上,包括Macintosh和Linux。從根本上來說,Silverlight最關(guān)鍵的與眾不同之處,實(shí)際上就是它創(chuàng)建出的UI質(zhì)量,它是真正以XAML格式進(jìn)行數(shù)據(jù)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(dān)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(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中。而對(duì)于使用Windows平臺(tái)開發(fā)工具的用戶來說,可以使用 C# ,VB等多種語言進(jìn)行開發(fā),而不需要拋棄原本的知識(shí)去學(xué)習(xí)ActionScript,而且這些語言在進(jìn)行Silverlight開發(fā)時(shí),也繼承了很多這些語言的特性,如在網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)應(yīng)用程序中,會(huì)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(shí)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(shí)現(xiàn)SOA和Flex的Httpservice的功能。

從上面介紹的一些Silverlight的技術(shù)特點(diǎn),我們不難得出它在網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)系統(tǒng)中的諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì):

豐富的表現(xiàn)力:Silverlight技術(shù)具有豐富的多媒體表現(xiàn)能力, 可以將文字、圖片、音頻、視頻進(jìn)行無縫的結(jié)合,從而使得教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)更加生動(dòng)和豐富,使學(xué)生的體驗(yàn)感更強(qiáng),提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

強(qiáng)大的交互性:傳統(tǒng)的數(shù)字圖書館信息服務(wù)以文本為主,缺乏交互,響應(yīng)速度緩慢。Silverlight技術(shù)支持動(dòng)畫、視頻、音頻、雙向的數(shù)據(jù)通信和創(chuàng)建復(fù)雜的窗體,使得強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)具有強(qiáng)大的交互能力。包括學(xué)生與課程的交互,以及學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間的交互。

高效的數(shù)據(jù)傳輸:服務(wù)端與客戶端之間的數(shù)據(jù)流傳輸方式采取XAML數(shù)據(jù),客戶端和服務(wù)器端僅傳遞必要的數(shù)據(jù)。從而大大降低了數(shù)據(jù)通訊量,降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求,大大提高網(wǎng)絡(luò)訪問速度,使得學(xué)生對(duì)教學(xué)系統(tǒng)的訪問更加流暢。

三 基于Silverlight的網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 系統(tǒng)框架

基于Silverlight網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)平臺(tái)為三層B/S模式,開發(fā)技術(shù)主要使用XAML、.NET、Javascript等,數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005。系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)用戶與整個(gè)系統(tǒng)的交互;第二層為業(yè)務(wù)層,該層主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的各種邏輯業(yè)務(wù),完成表示層與數(shù)據(jù)層之間的通訊。如調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的虛擬元件和學(xué)習(xí)模塊信息,生成虛擬實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景。第三層為數(shù)據(jù)層,提供平臺(tái)所需要的數(shù)據(jù)信息,如場(chǎng)景信息和角色信息等。

用戶登錄后,建立與服務(wù)器的連接,服務(wù)器為其分配標(biāo)識(shí),建立角色模型,并下載教學(xué)課件,通過XAML控制文件進(jìn)行交互,模擬真實(shí)學(xué)習(xí)情景。同時(shí)服務(wù)器還負(fù)責(zé)存放共享空間、管理和維護(hù)虛擬教學(xué)場(chǎng)景的一致性,監(jiān)聽客戶端的連接請(qǐng)求和響應(yīng)連接。客戶端是基于瀏覽器的,第一次使用時(shí),只需不到幾秒鐘的時(shí)間就可以自動(dòng)下載安裝了Silverlight瀏覽器插件。客戶端程序以插件方式運(yùn)行在瀏覽器中,創(chuàng)建與服務(wù)器之間的Socket連接,接收服務(wù)器的報(bào)文進(jìn)行解析,發(fā)送客戶端的請(qǐng)求,從而實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的更新和用戶交互。

2 主要功能模塊

網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)系統(tǒng)通過模擬和實(shí)現(xiàn)課堂的教學(xué)功能來為網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)生提供逼真的教學(xué)環(huán)境,使其不僅可以享受自由的學(xué)習(xí)和實(shí)踐空間,而且還可以進(jìn)行各種實(shí)時(shí)的交流與協(xié)作。系統(tǒng)的主要功能模塊如下:

(1) 虛擬教學(xué)場(chǎng)景生成模塊

虛擬教學(xué)系統(tǒng)中會(huì)存在多種虛擬場(chǎng)景,如虛擬教學(xué)場(chǎng)景、虛擬討論場(chǎng)景和自主學(xué)習(xí)場(chǎng)景等。每個(gè)場(chǎng)景具有不同的場(chǎng)景片段和屬性,系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的屬性,學(xué)習(xí)者選擇的課程屬性和選擇學(xué)習(xí)場(chǎng)景載入與學(xué)習(xí)者需要相符合個(gè)中虛擬元件,構(gòu)建出學(xué)習(xí)者特有的虛擬情境。

(2) 教學(xué)白板模塊

教學(xué)白板是虛擬教學(xué)中一個(gè)重要的工具,它的主要功能是實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程中老師與學(xué)生,學(xué)生與學(xué)生之間的實(shí)時(shí)交流和討論。教師在教學(xué)的過程中可通過白板講解教學(xué)內(nèi)容和提出問題,學(xué)生也可以通過白板提出問題,查看老師和其他學(xué)生的發(fā)言,實(shí)現(xiàn)師生之間的實(shí)時(shí)在線討論和交流。

(3) 規(guī)則管理模塊

虛擬教學(xué)系統(tǒng)中存在多種規(guī)則,如教學(xué)規(guī)則、考試規(guī)則、作業(yè)規(guī)則、評(píng)判規(guī)則和關(guān)聯(lián)規(guī)則等。規(guī)則管理模塊負(fù)責(zé)添加、刪除和修改這些規(guī)則。

(4) 信息管理模塊

該模塊主要負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)所需的各種數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要包括用戶信息,課程信息,虛擬場(chǎng)景(元件)信息和其他教學(xué)資源等信息。信息管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信息的統(tǒng)一組織和管理。

3 關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)

(1) 虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建

場(chǎng)景建模是構(gòu)建虛擬場(chǎng)景最關(guān)鍵的一步。模型的復(fù)雜度、精細(xì)度直接關(guān)系到系統(tǒng)性能的好壞,因此建模主要解決兩個(gè)問題:1)如何生成數(shù)據(jù)量小、適于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪Ｐ?2)如何模擬場(chǎng)景的真實(shí)感。通過本文第二節(jié)對(duì)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(duì)動(dòng)畫和3D等眾多方面的支持。因此系統(tǒng)平臺(tái)的三維模型設(shè)計(jì)采用了如下方式:簡(jiǎn)單的模型直接采用XAML設(shè)計(jì);復(fù)雜的模型采用AutoCAD應(yīng)用軟件PRO/E進(jìn)行造型,然后輸入到3DMAX中,在Lightwave中進(jìn)行材質(zhì)、紋理等處理后,通過微軟提供的轉(zhuǎn)換軟件輸出為XAML文件,從而通過Silverlight在瀏覽器中生成虛擬場(chǎng)景。圖2為構(gòu)建的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室模型。

(2) 基于Silverlight的電子教學(xué)白板

基于Silverlight的電子教學(xué)白板可以使多人可同時(shí)使用白板繪制圖形,發(fā)送文本消息,而這些動(dòng)作都將會(huì)反映在每個(gè)使用者的屏幕上。因此,通過電子白板,老師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間就可以進(jìn)行便捷的交流和討論,圖3是我們實(shí)現(xiàn)的一個(gè)電子教學(xué)白板的截屏圖。

電子白板采用XAML+WCF實(shí)現(xiàn),XAML作為表示層用來進(jìn)行白板的繪制,而用戶操作的反饋則是通過WCF進(jìn)行傳遞的。WCF(Windows Communication Foundation)的核心目的是允許程序與同一臺(tái)計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)上的,或跨越互聯(lián)網(wǎng)的其它程序?qū)崿F(xiàn)通訊。WCF編程模型把Web服務(wù)、.NET遠(yuǎn)程技術(shù)、分布式事務(wù)和消息隊(duì)列統(tǒng)一到單個(gè)面向服務(wù)的編程模型中,從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的分布式計(jì)算。由于電子教學(xué)白板既需要從瀏覽器端調(diào)用服務(wù)器端方法來完成動(dòng)作的反饋(即瀏覽器端把用戶的動(dòng)作發(fā)送到服務(wù)器),服務(wù)器端又需要完成用戶動(dòng)作的分發(fā)(即服務(wù)器接收到用戶的反饋后把動(dòng)作分發(fā)到各瀏覽器端),因此,教學(xué)電子白板需要調(diào)用WCF的雙向通信(Duplex Service),其相關(guān)代碼如下:

// Page 為瀏覽器端方法調(diào)用器的啟動(dòng)頁面

ClientSideMethodCaller caller = new ClientSideMethod Caller(Page);

// clientMethodName:瀏覽器端方法名

// param1,param2,……… 調(diào)用參數(shù)

// returnValueReader 返回值閱讀器

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

四 總結(jié)

RIA是未來Web應(yīng)用程序的發(fā)展方向,它的技術(shù)特點(diǎn)使得其非常適用于網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā),在網(wǎng)絡(luò)教育領(lǐng)域必將具有廣闊的應(yīng)用前景。而微軟最新推出的Silverlight的技術(shù)平臺(tái)也旨在RIA市場(chǎng)占有一席之地,相信憑借微軟雄厚的技術(shù)實(shí)力和強(qiáng)大的用戶群體,Silverlight也必將放出其應(yīng)有的光彩。本文通過Silverlight建立構(gòu)建一個(gè)逼真的虛擬教學(xué)場(chǎng)景以達(dá)到現(xiàn)實(shí)中的效果,從而給學(xué)習(xí)者以真實(shí)感、歸屬感和沉浸感,實(shí)現(xiàn)人與虛擬環(huán)境的統(tǒng)一,從而大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率。

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