基于FMS的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

一、研究背景

近年來(lái)，越來(lái)越多的遠(yuǎn)程教育專家關(guān)注基于FMS（Flash Media Server） 的遠(yuǎn)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(yuǎn)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(guò)筆者對(duì)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(duì)FMS教學(xué)系統(tǒng)的研究主要包括以下幾個(gè)維度：比較分析國(guó)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(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的可行性；從技術(shù)角度對(duì)系統(tǒng)功能、架構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)做了全面的設(shè)計(jì)。其中，系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)疑是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。有的研究者以.NET和FMS技術(shù)為支撐，重點(diǎn)探索系統(tǒng)中音視頻文件錄制、播放、交流等功能的實(shí)現(xiàn)；有的研究者對(duì)系統(tǒng)中基于FMS的網(wǎng)絡(luò)視頻答疑模塊進(jìn)行了詳細(xì)的描述。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這類注重技術(shù)實(shí)現(xiàn)的文獻(xiàn)都重視FMS的實(shí)時(shí)音視頻播放功能的實(shí)現(xiàn)，而且討論了在基于FMS的教學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用實(shí)時(shí)音視頻播放功能時(shí)產(chǎn)生的理論及技術(shù)問(wèn)題。

目前，遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)都普遍把視頻授課過(guò)程當(dāng)成視頻直播過(guò)程，將教師的教學(xué)活動(dòng)過(guò)程及課件內(nèi)容通過(guò)攝像頭捕捉，最后轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)發(fā)布到教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生只需訪問(wèn)該直播的頁(yè)面即可。這種方式看似完全呈現(xiàn)了課堂原貌，實(shí)現(xiàn)了教師－學(xué)生的直接“交流”，但其實(shí)由于整個(gè)教學(xué)過(guò)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(guò)程中無(wú)法自行選擇關(guān)注焦點(diǎn)，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(lái)決定學(xué)習(xí)進(jìn)程，如做筆記、觀看教師活動(dòng)。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(wèn)題，本文提出了利用FMS的實(shí)時(shí)通信功能，采用SWF課件形式構(gòu)建遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，滿足學(xué)生的需要。

二、基于FMS的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)、狀態(tài)、表情、語(yǔ)言，還要完全展示教師使用的課件內(nèi)容。如前文所說(shuō)，傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中存在一些弊端，由于視頻需要多個(gè)鏡頭，不同機(jī)位分別對(duì)教師、課件進(jìn)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(guò)攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)的信號(hào)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(wú)法顯示細(xì)節(jié)等現(xiàn)象，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)一定的不便。因此，本研究所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)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(lái)而獨(dú)自形成一個(gè)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(jì)

SWF（Shock Wave Flash）是一種支持矢量和點(diǎn)陣圖形的動(dòng)畫文件格式，被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)、動(dòng)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(kāi)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(jìn)行播放觀看。SWF格式是以多個(gè)幀（Frame）組合生成的。Macromedia Flash8開(kāi)發(fā)環(huán)境下以10個(gè)幀構(gòu)成的SWF文件編輯圖實(shí)例如圖1所示。

圖1 以10個(gè)幀構(gòu)成的SWF文件編輯圖實(shí)例

傳統(tǒng)課件是由多個(gè)幻燈片構(gòu)成的。SWF課件也可以包含多個(gè)幻燈片。在SWF課件中，每一幀就是一個(gè)幻燈片，只需按一個(gè)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(gè)幻燈片構(gòu)成的。SWF文件支持文本、圖像、圖片、動(dòng)畫等格式內(nèi)容的顯示，能夠很好地滿足幻燈片設(shè)計(jì)的需要。而幻燈片數(shù)量、每個(gè)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(gè)SWF課件幻燈片實(shí)例。

圖2 SWF課件幻燈片實(shí)例

3.基于FMS的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文提出的基于FMS的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)仍用攝像頭捕捉教師的表情和動(dòng)作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)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(shí)時(shí)通信功能，把課件內(nèi)容傳遞給學(xué)生。

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

圖3 基于FMS的遠(yuǎn)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?jī)?nèi)容，只是發(fā)送幻燈片號(hào)碼和鼠標(biāo)位置。教師和學(xué)生各自獨(dú)立運(yùn)行一樣的SWF課件，教師端每次導(dǎo)航幻燈片和移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)發(fā)送其幻燈片號(hào)碼和鼠標(biāo)位置。

FMS提供的實(shí)時(shí)通信功能把幻燈片號(hào)碼和鼠標(biāo)位置實(shí)時(shí)傳達(dá)到學(xué)生端，學(xué)生端接收幻燈片號(hào)碼和鼠標(biāo)位置時(shí)立刻把自己運(yùn)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(dòng)到其（x,y）坐標(biāo)。按此方式，教師導(dǎo)航到哪個(gè)幻燈片學(xué)生就導(dǎo)航到哪個(gè)幻燈片，教師把鼠標(biāo)移動(dòng)到哪里學(xué)生端SWF課件的對(duì)應(yīng)的標(biāo)志就移動(dòng)到哪里。通過(guò)這種方式實(shí)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(shí)例設(shè)計(jì)如下（如圖4所示）。

圖4 教師端界面實(shí)例

學(xué)生端界面實(shí)例設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 學(xué)生端界面實(shí)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(dòng)。為避免講課時(shí)出現(xiàn)混亂，學(xué)生端的導(dǎo)航按鈕功能無(wú)效。

在遠(yuǎn)程授課前，教師需要按計(jì)劃設(shè)計(jì)SWF課件，并上傳到遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)里面。教師與學(xué)生在上課前首先訪問(wèn)教學(xué)頁(yè)面進(jìn)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(jìn)入講課界面，就可以講課，學(xué)生選課時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)把該課件下載到學(xué)生端。登錄時(shí)給予的學(xué)生權(quán)限使導(dǎo)航按鈕功能無(wú)效，選課后進(jìn)入聽(tīng)課界面。

三、基于FMS的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

基于FMS的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是FMS提供的實(shí)時(shí)通信功能。此功能可以由共享對(duì)象SharedObject的兩種函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.onSync 函數(shù)

由共享對(duì)象SharedObject的onSync函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。把幻燈片號(hào)碼和鼠標(biāo)坐標(biāo)變化存在共享對(duì)象中，共享對(duì)象里面的數(shù)據(jù)變化時(shí),onSync立刻自動(dòng)運(yùn)行，onSync讀取共享對(duì)象的數(shù)據(jù)從而實(shí)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(shí)例如下：

2.send 函數(shù)

由共享對(duì)象SharedObject的send函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。以教師端的幻燈片號(hào)碼和鼠標(biāo)坐標(biāo)為其函數(shù)的參數(shù)值，每次幻燈片號(hào)碼或鼠標(biāo)位置變化時(shí)運(yùn)行send函數(shù)，就可以實(shí)時(shí)發(fā)送到學(xué)生端。

SWF課件中需要的主要代碼實(shí)例如下：

[1]盛小清,吳偉信.基于Flash Media Server的視頻教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,(5):722－725.

[2]吳征遠(yuǎn).基于FMS的網(wǎng)絡(luò)視頻答疑系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].牡丹江大學(xué)學(xué)報(bào),2011,(8):117－119.

[3]周永健.基于Flex＋FMS遠(yuǎn)程交互視頻教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都:四川師范大學(xué)，2010.

[4]魯志剛.基于FlashMediaServer（FMS）的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)春:東北師范大學(xué),2008.

[5]李銀勝.基于凡段上技術(shù)的遠(yuǎn)程教育教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究[D].上海:復(fù)旦大學(xué)，2010.

[6]陳榮.基于FMS的交互教學(xué)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].成都:電子科技大學(xué)，2010.

[7]武勇.基于FMS的遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)系統(tǒng)的研建[D].北京:北京林業(yè)大學(xué)，2008.

[8]戴光麟.基于FMS的遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].杭州:浙江工業(yè)大學(xué)，2007.

[9]尹元花.基于FMS流媒體技術(shù)的遠(yuǎn)程教育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].曲阜:曲阜師范大學(xué),2011.

[10]尤亮.基于流媒體技術(shù)的在線視頻教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廈門:廈門大學(xué),2008.