基于FLEX和J2EE多媒體遠程答疑系統設計與實現

馬立林 孫紹榮 李 紅

【摘要】遠程答疑系統是現代遠程教育系統中重要組成部分,構建了一種面向用戶,以用戶為中心,集同步答疑、異步答疑和即時消息提醒的新型遠程答疑系統。基于FLEX和J2EE多層架構體系的系統實現,有效提高了系統的可擴展性、可維護性、可重用性和用戶體驗。并將知識管理思想融入系統設計中,有助于提高教學質量,具有較強的可操作性。

【關鍵詞】人工答疑;音頻;視頻;即時消息;模型-視圖-控制器

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A【論文編號】1009—8097(2009)08—0089—04

引言

隨著計算機技術、多媒體技術及互聯網技術的發展,遠程教育越來越向網絡化、虛擬化、智能化、和個性化發展。遠程答疑成為遠程教育的發展方向,它以其答疑行為上的時空延展性,內容上的資源多樣性等優勢,為遠程教育提供了高效率、高質量的學生與教育資源、學生與教師、學生與學生之間的交互。它不僅成為了網絡教學的重要支撐部件,還逐漸成為傳統課堂教學的有益補充。

目前遠程答疑系統按照功能實現劃分,主要分為如下兩類:①簡單答疑系統。利用留言板進行簡單的答疑[6],或者基于WEB方式的BBS或聊天室,供師生進行實時或非實時答疑討論。②初步具備智能答疑功能的智能答疑系統。用戶可以根據輸入的關鍵詞在已有的數據庫中尋找相關的資料,如果有新的提問和答案,可以增加到數據庫中。但已有的答疑系統還存在以下不足:①以功能為中心,不是以用戶為中心,缺少個性化服務。②系統的知識管理能力不足,不能有效管理答疑信息。③缺少即時消息提醒功能。④主要通過BBS論壇和在線文字聊天答疑,交流方式有限,難以達到充分溝通。⑤由于所采用開發技術的限制使得系統響應速度較慢以及較低的用戶體驗。

基于目前遠程答疑系統的不足,本文遵循現代軟件系統設計模式的趨勢,由以系統功能為中心轉變為以用戶為中心,圍繞用戶,更好的為用戶服務;將知識管理思想融入系統設計;在實現遠程答疑系統基本功能如在線文字聊天、BBS論壇的基礎上,增加音頻答疑和視頻答疑;提供快速便捷的即時消息服務。

一 系統體系結構

采用基于FLEX和J2EE多層架構的遠程答疑系統體系結構如圖1所示。基于FLEX和J2EE多層架構應用模型同傳統的C/S模型相比,提高了系統的可擴展性、可維護性、可重用性和用戶體驗[4]。它將應用邏輯與用戶界面和數據訪問相剝離,這樣便使系統的維護變的簡單,同時通過采用組件技術,降低數據庫服務器的負擔,從而提高系統的性能。

如圖1所示,學生、教師、管理員均處于客戶端層,它提供了一個用戶界面,作為用戶與應用程序之間的接口,用于同用戶交互并將用戶請求傳遞到位于中間層的組件之上。用戶使用瀏覽器通過Internet,連接至Web server。Web server 和應用服務器均處于中間層,Web server接受客戶端層提交的用戶請求后,調用應用服務器上的相關服務組件,執行具體的業務邏輯,向位于數據層的數據庫服務器或文件系統提出數據請求,如問題的提交、解答,并將結果返回至Web server,Web server再將其傳送給用戶。

1 客戶層

客戶層在系統中表現為Web瀏覽器,是系統的人機接口部分,它負責用戶與系統的交互以及數據展示。通過用戶界面,用戶可以完成獲取數據、輸入數據、修改數據、刪除數據等一系列操作。在該系統中采用Flex技術實現,它們部署在Web容器中,在Flash Player 9.0中運行,通過Web容器響應客戶端的請求[1]。

2 中間層

中間層利用FLEX組件、SPRING和HIBERNATE等技術構建遠程答疑系統的各部分功能,它位于應用程序服務器上,主要由三部分組成:

(1) Web容器 這是中間層的重要組成部分,系統所有的用戶界面都在這里得以實現。考慮到Flex 是一種運行于傳統瀏覽器中的應用程序,它能夠充分結合桌面應用程序的反應快捷、交互性強的優點,以及Web 應用程序的傳播范圍廣和易于傳播的特性。例如,Flex 可在消息確認和編排方面提供交互用戶界面,在無刷新頁面中提供快捷的界面響應速度,以及提供通用的用戶界面特性及在線和離線操作能力。Flex 還具有用戶友好性、交互性、跨平臺兼容性、一次加載多次使用、客戶端數據緩存、高效的網絡數據信息傳輸等特點,故系統采用Flex實現用戶界面[2]。

(2) 業務層(Business Layer) 這一層將負責:①處理業務邏輯和業務校驗;②管理事務;③提供從表示層到持久層通信的接口。從表示層獲得requests,處理事務,并且控制異常,在業務層中創建業務服務對象,通過這些對象來執行程序的業務邏輯,調用持久層獲取數據并進行處理后發送到客戶端。系統的大部分事物邏輯和規則都在這里實現。這些業務組件部署在Spring環境中,通過Spring的依賴注入機制,可以在運行期為組件配置所需資源,而無需在編寫組件代碼時就加以指定,從而在相當程度上降低了組件之間的耦合,實現了組件真正意義上的即插即用。Spring把DAO對象和業務服務對象搭配起來,通過DAO對象來與持久層進行通信。由于采用了面向接口編程的技術,因此并不需要將實現類緊密地耦合在一起,而組件間依賴關系的減少也將極大改善代碼的可重用性。

(3) 持久層(Persistence Layer)Hibernate服務對象接受業務層傳送的消息,通過數據庫連接與數據庫管理系統交互信息,進行相關的操作。這一層主要負責數據的添加、刪除、修改和查詢功能,并將數據轉換為持久對象。

3 數據層

數據層是數據庫管理系統(DBMS)和文件系統,負責數據的存儲管理、安全管理、完整性管理和一致性管理[5],系統使用的是開源數據庫MySql。存儲的信息主要有:問題及解答信息、學生信息、教師信息、答疑室信息、資源信息以及站內消息等數據。

二 系統模塊設計

遠程答疑系統設計的典型用戶有3類:一是使用系統解答自己疑問的普通用戶(學生),二是答疑系統所涉及領域的教師用戶,三是系統維護管理人員。因此從用戶的角度出發,遠程答疑系統從總體上主要分為3大塊:學生模塊、教師模塊和管理員模塊[3],除此三大模塊,還包含系統特色模塊IM模塊。使用者以不同的身份登陸系統,并通過系統安全驗證后即可進入相應的模塊。如圖2所示。

為增加系統的知識管理能力,有效管理信息,學生模塊和教師模塊的設計基于問題的知識搜索和發掘,更迅速幫助教師與學生獲取所需要的知識和信息。

1 學生模塊

學生模塊主要包括以下幾個模塊:①個人基本信息管理模塊:包括注冊信息、口令更改等。②查看自己問題及解答情況,便于學生及時得到老師的反饋信息。③查看所有問題:從別人的提問中學到更多的知識,查詢方式分為完全匹配和模糊匹配兩種,查詢結果以列表的方式列出匹配的問題。④查看我參與的問題:查看自己問題及解答情況,以及查看自己回答其它學生問題的回答情況。⑤收藏自己感興趣的問題,便于以后瀏覽這些問題的解答情況。⑥查看未回答的問題,便于自己解答其它學生提的問題。⑦查看最新的問題來了解最近同學普遍遇到的問題,以便引起自己的注意。⑧查看最熱的問題,便于了解同學遇到最多的問題,從而在平時的學習中引起重視。⑨對老師解答問題的情況進行評價,能夠督促老師認真、負責解答學生的提問。⑩選擇答疑類型:學生模塊最基本的功能——提問功能,通過選擇不同的答疑類型進入不同的答疑模塊。人工答疑分為同步答疑和異步答疑兩種,同步答疑通過聊天室、音頻答疑室和視頻答疑室三種不同的方式實現師生之間的實時交流,異步答疑通過BBS實現師生之間的在線討論。

2 教師模塊

教師模塊注意包含以下幾個模塊:①個人信息管理:包括注冊信息、口令更改等。②查看所有問題,以便對沒有回答的問題及時給予答復或對已經回答的問題做進一步的補充和完善。③查看學生最近所提的問題,便于了解學生最近的學習情況,有利于在課堂上做針對性的講解。④查看學生最關注的問題,能夠了解學生普通存在的知識缺陷,從而重點講解相關知識點,把知識點講明白,講透。⑤回答學生提問:教師模塊最基本的功能,教師可以通過聊天室、音頻答疑室、視頻答疑室實時的回答學生的提問,也可以通過BBS與學生一起參與討論。

3 管理員模塊

系統管理員不是答疑系統的核心用戶,不參與問題的解答與提問,但是享有系統的最高權限,維護系統的正常運行。主要包括以下幾個功能模塊:①用戶管理:對用戶的注冊信息進行管理。②系統管理:包括用戶角色、用戶權限管理;界面維護、公告信息管理;系統基礎數據管理,按時做好系統備份等。③資源管理:管理教師上傳的一些課件以及通過音頻答疑室和視頻答疑方式所保存的音頻和視頻文件。④答疑室管理:根據教師的教學進度要求,不定期的建立答疑室,控制答疑室的開放與關閉。

4 IM模塊

IM(Instant Message)模塊是答疑系統的特色模塊,面向用戶,及時向用戶發送相關信息。主要包括以下幾個模塊:①站內短信:在用戶登陸系統后的首頁上及時提示用戶被解答了的問題或提示用戶有哪些問題需要自己去解決。②即時E-mail:學生提問后由系統自動給相關老師發送郵件,提醒老師及時解答學生的問題;老師解答問題后也由系統自動發送E-mail給問題所屬學生,告訴其所提問題已經得到解答。③手機短信:學生提問后由系統自動發送短信給相關老師,提醒老師及時解答學生的問題;老師解答問題后由系統自動發送短信給問題所屬學生,告訴其所提問題已經得到解答。④RSS:提供問題的發布與訂閱功能,學生可以根據自己的興趣訂閱不同課程的問題列表,以便及時了解最新的問題及其解答。

三 主要模塊詳細設計

1 同步交流IRC模塊

IRC聊天室提供了一個師生實時交流的方式和場所。實時交流對數據同步要求比較高,為了高質量地保證數據的同步,采用Flex和FDS(Flash Data Services)中的DMS(Data management service),Message service.對數據的訪問進行了優化。DMS支持Clients和Server數據同步, 支持分布式數據, 支持Data Push(數據推送)。利用Data Push技術,Server根據某一個client的更新, 更新自身數據, 同時更新其他clients數據,無需刷新頁面。Data Push技術的使用,大大加快了系統的響應速度,提高了用戶體驗。

基于數據庫的聊天室模塊采用客戶端層,中間層的Web層和Server層,數據層來實現。客戶端層使用瀏覽器,Web層采用FDS,Flex和Jsp,Server層采用Spring和Hibernate實現,數據層保存聊天室里的相關信息,總體結構如圖3所示。

2 音頻與視頻交流模塊

音頻與視頻交流模塊包含學生與教師點對點的交流、一對多的交流(視頻會議模式)、音頻與視頻的錄制。點對點的交流方式即學生與學生之間、學生與教師之間通過音頻或視頻進行一對一的溝通,能夠保證學生與學生,學生與教師之間的交流更充分,可以用來解決非大眾化的問題。對于學生普遍存在的問題采用視頻會議的模式,即一人講,多人聽,這樣能夠有效利用資源和節省時間。錄制音頻與視頻,對錄制好的音頻與視頻進行存儲,檢索與回放,根據音頻與視頻整理問題與解答列表,供學生查詢。音頻與視頻交流模塊的建立,為學生與教師提供了一個更接近現實社會溝通的場所與方式,通過這種方式進行提問與解答,更真實、更方便、更迅速、更充分、更有效。

音頻與視頻模塊實現過程中的難點是音頻和視頻的質量和傳輸速率,多用戶并發使用。為了保證高質量音頻和視頻的快速傳輸,采用了FMS(Flash Media Server)流媒體服務器。FMS是將傳統的流媒體功能與靈活的開發環境結合起來,為最廣泛的群體創建和提供創新的、交互式媒體應用。FMS組合可以創建并交付使用廣泛的媒體交流體驗,包括傳統的媒體交付應用,如視頻點播、實時 Web 事件廣播、MP3 流以及富媒體通信應用,如視頻博客、視頻消息和多媒體聊天環境。

(1) FMS實現模型

FMS包含Server端和Client端兩部分,Server端通過一些asc文件實現其功能,Client端由一些Flex開發的swf文件組成。Client首先通過http向Web server發送請求,Web server響應客戶端請求,通過http服務把內容提供給Client端。Server端和Client端的數據傳輸通過RTMP (Real-Time Message Protocol)進行實時交流,實現模式如圖4:

(2) 音頻、視頻交流模塊的實現

音頻、視頻交流模塊分為點對點和一對多交流方式、音頻與視頻的錄制。在點對點交流方式設計方面,考慮到音頻或視頻同步傳遞,系統采用了FMS提供的數據流方法。數據流通過簡單的發布和訂閱方式實現音頻、視頻和其它數據的信息流同步傳遞,一個發布的數據流可以實時的被看到。在一對多交流方式設計方面,考慮到一個音頻或視頻被多個客戶端共享,系統采用了FMS提供的共享對象方法。把音頻或視頻錄制成FLV格式文件,保存至FMS服務器,設置相應音頻或視頻文件為共享對象,每個客戶端都通過NetStream Object訪問共享對象,不僅實現了一對多交流模式,而且存儲的音頻或視頻文件也可以供查詢、回放、整理問題與解答列表。其實現結構如圖5。

四 結束語

本文通過分析遠程答疑系統應用的特點及其系統體系結構模型,結合遠程答疑系統目前的研究和應用現狀,采用現代應用軟件的設計思想,運用先進的開發技術,設計并實現了基于FLEX和J2EE面向用戶多層架構的多媒體遠程答疑系統。文中對系統的設計與實現作了詳細的介紹。系統以用戶為中心,集同步與異步交流,音頻與視頻交流,具有集成性、方便性、實效性和實用性等特點。答疑系統中的同步方式如:文字聊天、音頻聊天和視頻聊天,與異步答疑方式中的論壇在線討論,以及站內即時短信、站外即時E-mail和移動短信、RSS訂閱與發布功能無縫的集成在一起,提供師生多樣化、及時的交流答疑方式,使得各種方式優勢互補,充分滿足學生答疑的需求。