馬立林 孫紹榮 李 紅

【摘要】遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)是現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中重要組成部分,構(gòu)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(shí)消息提醒的新型遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)?；贔LEX和J2EE多層架構(gòu)體系的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),有效提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、可重用性和用戶體驗(yàn)。并將知識(shí)管理思想融入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,有助于提高教學(xué)質(zhì)量,具有較強(qiáng)的可操作性。

【關(guān)鍵詞】人工答疑;音頻;視頻;即時(shí)消息;模型-視圖-控制器

【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)08—0089—04

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,遠(yuǎn)程教育越來(lái)越向網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、和個(gè)性化發(fā)展。遠(yuǎn)程答疑成為遠(yuǎn)程教育的發(fā)展方向,它以其答疑行為上的時(shí)空延展性,內(nèi)容上的資源多樣性等優(yōu)勢(shì),為遠(yuǎn)程教育提供了高效率、高質(zhì)量的學(xué)生與教育資源、學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生之間的交互。它不僅成為了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的重要支撐部件,還逐漸成為傳統(tǒng)課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。

目前遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)按照功能實(shí)現(xiàn)劃分,主要分為如下兩類:①簡(jiǎn)單答疑系統(tǒng)。利用留言板進(jìn)行簡(jiǎn)單的答疑[6],或者基于WEB方式的BBS或聊天室,供師生進(jìn)行實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)答疑討論。②初步具備智能答疑功能的智能答疑系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)輸入的關(guān)鍵詞在已有的數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找相關(guān)的資料,如果有新的提問(wèn)和答案,可以增加到數(shù)據(jù)庫(kù)中。但已有的答疑系統(tǒng)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(gè)性化服務(wù)。②系統(tǒng)的知識(shí)管理能力不足,不能有效管理答疑信息。③缺少即時(shí)消息提醒功能。④主要通過(guò)BBS論壇和在線文字聊天答疑,交流方式有限,難以達(dá)到充分溝通。⑤由于所采用開(kāi)發(fā)技術(shù)的限制使得系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢以及較低的用戶體驗(yàn)。

基于目前遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)的不足,本文遵循現(xiàn)代軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的趨勢(shì),由以系統(tǒng)功能為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂脩魹橹行?圍繞用戶,更好的為用戶服務(wù);將知識(shí)管理思想融入系統(tǒng)設(shè)計(jì);在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)基本功能如在線文字聊天、BBS論壇的基礎(chǔ)上,增加音頻答疑和視頻答疑;提供快速便捷的即時(shí)消息服務(wù)。

一 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

采用基于FLEX和J2EE多層架構(gòu)的遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示?；贔LEX和J2EE多層架構(gòu)應(yīng)用模型同傳統(tǒng)的C/S模型相比,提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、可重用性和用戶體驗(yàn)[4]。它將應(yīng)用邏輯與用戶界面和數(shù)據(jù)訪問(wèn)相剝離,這樣便使系統(tǒng)的維護(hù)變的簡(jiǎn)單,同時(shí)通過(guò)采用組件技術(shù),降低數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的負(fù)擔(dān),從而提高系統(tǒng)的性能。

如圖1所示,學(xué)生、教師、管理員均處于客戶端層,它提供了一個(gè)用戶界面,作為用戶與應(yīng)用程序之間的接口,用于同用戶交互并將用戶請(qǐng)求傳遞到位于中間層的組件之上。用戶使用瀏覽器通過(guò)Internet,連接至Web server。Web server 和應(yīng)用服務(wù)器均處于中間層,Web server接受客戶端層提交的用戶請(qǐng)求后,調(diào)用應(yīng)用服務(wù)器上的相關(guān)服務(wù)組件,執(zhí)行具體的業(yè)務(wù)邏輯,向位于數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器或文件系統(tǒng)提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求,如問(wèn)題的提交、解答,并將結(jié)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(tǒng)中表現(xiàn)為Web瀏覽器,是系統(tǒng)的人機(jī)接口部分,它負(fù)責(zé)用戶與系統(tǒng)的交互以及數(shù)據(jù)展示。通過(guò)用戶界面,用戶可以完成獲取數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)等一系列操作。在該系統(tǒng)中采用Flex技術(shù)實(shí)現(xiàn),它們部署在Web容器中,在Flash Player 9.0中運(yùn)行,通過(guò)Web容器響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求[1]。

2 中間層

中間層利用FLEX組件、SPRING和HIBERNATE等技術(shù)構(gòu)建遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)的各部分功能,它位于應(yīng)用程序服務(wù)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(tǒng)所有的用戶界面都在這里得以實(shí)現(xiàn)?？紤]到Flex 是一種運(yùn)行于傳統(tǒng)瀏覽器中的應(yīng)用程序,它能夠充分結(jié)合桌面應(yīng)用程序的反應(yīng)快捷、交互性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),以及Web 應(yīng)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(rèn)和編排方面提供交互用戶界面,在無(wú)刷新頁(yè)面中提供快捷的界面響應(yīng)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(tái)兼容性、一次加載多次使用、客戶端數(shù)據(jù)緩存、高效的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)忍攸c(diǎn),故系統(tǒng)采用Flex實(shí)現(xiàn)用戶界面[2]。

(2) 業(yè)務(wù)層(Business Layer) 這一層將負(fù)責(zé):①處理業(yè)務(wù)邏輯和業(yè)務(wù)校驗(yàn);②管理事務(wù);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(wù),并且控制異常,在業(yè)務(wù)層中創(chuàng)建業(yè)務(wù)服務(wù)對(duì)象,通過(guò)這些對(duì)象來(lái)執(zhí)行程序的業(yè)務(wù)邏輯,調(diào)用持久層獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理后發(fā)送到客戶端。系統(tǒng)的大部分事物邏輯和規(guī)則都在這里實(shí)現(xiàn)。這些業(yè)務(wù)組件部署在Spring環(huán)境中,通過(guò)Spring的依賴注入機(jī)制,可以在運(yùn)行期為組件配置所需資源,而無(wú)需在編寫(xiě)組件代碼時(shí)就加以指定,從而在相當(dāng)程度上降低了組件之間的耦合,實(shí)現(xiàn)了組件真正意義上的即插即用。Spring把DAO對(duì)象和業(yè)務(wù)服務(wù)對(duì)象搭配起來(lái),通過(guò)DAO對(duì)象來(lái)與持久層進(jìn)行通信。由于采用了面向接口編程的技術(shù),因此并不需要將實(shí)現(xiàn)類緊密地耦合在一起,而組件間依賴關(guān)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(wù)對(duì)象接受業(yè)務(wù)層傳送的消息,通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)連接與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)交互信息,進(jìn)行相關(guān)的操作。這一層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改和查詢功能,并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為持久對(duì)象。

3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)和文件系統(tǒng),負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理、安全管理、完整性管理和一致性管理[5],系統(tǒng)使用的是開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)MySql。存儲(chǔ)的信息主要有:問(wèn)題及解答信息、學(xué)生信息、教師信息、答疑室信息、資源信息以及站內(nèi)消息等數(shù)據(jù)。

二 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)設(shè)計(jì)的典型用戶有3類:一是使用系統(tǒng)解答自己疑問(wèn)的普通用戶(學(xué)生),二是答疑系統(tǒng)所涉及領(lǐng)域的教師用戶,三是系統(tǒng)維護(hù)管理人員。因此從用戶的角度出發(fā),遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)從總體上主要分為3大塊:學(xué)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(tǒng)特色模塊IM模塊。使用者以不同的身份登陸系統(tǒng),并通過(guò)系統(tǒng)安全驗(yàn)證后即可進(jìn)入相應(yīng)的模塊。如圖2所示。

為增加系統(tǒng)的知識(shí)管理能力,有效管理信息,學(xué)生模塊和教師模塊的設(shè)計(jì)基于問(wèn)題的知識(shí)搜索和發(fā)掘,更迅速幫助教師與學(xué)生獲取所需要的知識(shí)和信息。

1 學(xué)生模塊

學(xué)生模塊主要包括以下幾個(gè)模塊:①個(gè)人基本信息管理模塊:包括注冊(cè)信息、口令更改等。②查看自己?jiǎn)栴}及解答情況,便于學(xué)生及時(shí)得到老師的反饋信息。③查看所有問(wèn)題:從別人的提問(wèn)中學(xué)到更多的知識(shí),查詢方式分為完全匹配和模糊匹配兩種,查詢結(jié)果以列表的方式列出匹配的問(wèn)題。④查看我參與的問(wèn)題:查看自己?jiǎn)栴}及解答情況,以及查看自己回答其它學(xué)生問(wèn)題的回答情況。⑤收藏自己感興趣的問(wèn)題,便于以后瀏覽這些問(wèn)題的解答情況。⑥查看未回答的問(wèn)題,便于自己解答其它學(xué)生提的問(wèn)題。⑦查看最新的問(wèn)題來(lái)了解最近同學(xué)普遍遇到的問(wèn)題,以便引起自己的注意。⑧查看最熱的問(wèn)題,便于了解同學(xué)遇到最多的問(wèn)題,從而在平時(shí)的學(xué)習(xí)中引起重視。⑨對(duì)老師解答問(wèn)題的情況進(jìn)行評(píng)價(jià),能夠督促老師認(rèn)真、負(fù)責(zé)解答學(xué)生的提問(wèn)。⑩選擇答疑類型:學(xué)生模塊最基本的功能——提問(wèn)功能,通過(guò)選擇不同的答疑類型進(jìn)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(guò)聊天室、音頻答疑室和視頻答疑室三種不同的方式實(shí)現(xiàn)師生之間的實(shí)時(shí)交流,異步答疑通過(guò)BBS實(shí)現(xiàn)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(gè)模塊:①個(gè)人信息管理:包括注冊(cè)信息、口令更改等。②查看所有問(wèn)題,以便對(duì)沒(méi)有回答的問(wèn)題及時(shí)給予答復(fù)或?qū)σ呀?jīng)回答的問(wèn)題做進(jìn)一步的補(bǔ)充和完善。③查看學(xué)生最近所提的問(wèn)題,便于了解學(xué)生最近的學(xué)習(xí)情況,有利于在課堂上做針對(duì)性的講解。④查看學(xué)生最關(guān)注的問(wèn)題,能夠了解學(xué)生普通存在的知識(shí)缺陷,從而重點(diǎn)講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn),把知識(shí)點(diǎn)講明白,講透。⑤回答學(xué)生提問(wèn):教師模塊最基本的功能,教師可以通過(guò)聊天室、音頻答疑室、視頻答疑室實(shí)時(shí)的回答學(xué)生的提問(wèn),也可以通過(guò)BBS與學(xué)生一起參與討論。

3 管理員模塊

系統(tǒng)管理員不是答疑系統(tǒng)的核心用戶,不參與問(wèn)題的解答與提問(wèn),但是享有系統(tǒng)的最高權(quán)限,維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。主要包括以下幾個(gè)功能模塊:①用戶管理:對(duì)用戶的注冊(cè)信息進(jìn)行管理。②系統(tǒng)管理:包括用戶角色、用戶權(quán)限管理;界面維護(hù)、公告信息管理;系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理,按時(shí)做好系統(tǒng)備份等。③資源管理:管理教師上傳的一些課件以及通過(guò)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(jù)教師的教學(xué)進(jìn)度要求,不定期的建立答疑室,控制答疑室的開(kāi)放與關(guān)閉。

4 IM模塊

IM(Instant Message)模塊是答疑系統(tǒng)的特色模塊,面向用戶,及時(shí)向用戶發(fā)送相關(guān)信息。主要包括以下幾個(gè)模塊:①站內(nèi)短信:在用戶登陸系統(tǒng)后的首頁(yè)上及時(shí)提示用戶被解答了的問(wèn)題或提示用戶有哪些問(wèn)題需要自己去解決。②即時(shí)E-mail:學(xué)生提問(wèn)后由系統(tǒng)自動(dòng)給相關(guān)老師發(fā)送郵件,提醒老師及時(shí)解答學(xué)生的問(wèn)題;老師解答問(wèn)題后也由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送E-mail給問(wèn)題所屬學(xué)生,告訴其所提問(wèn)題已經(jīng)得到解答。③手機(jī)短信:學(xué)生提問(wèn)后由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送短信給相關(guān)老師,提醒老師及時(shí)解答學(xué)生的問(wèn)題;老師解答問(wèn)題后由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送短信給問(wèn)題所屬學(xué)生,告訴其所提問(wèn)題已經(jīng)得到解答。④RSS:提供問(wèn)題的發(fā)布與訂閱功能,學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣訂閱不同課程的問(wèn)題列表,以便及時(shí)了解最新的問(wèn)題及其解答。

三 主要模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)

1 同步交流IRC模塊

IRC聊天室提供了一個(gè)師生實(shí)時(shí)交流的方式和場(chǎng)所。實(shí)時(shí)交流對(duì)數(shù)據(jù)同步要求比較高,為了高質(zhì)量地保證數(shù)據(jù)的同步,采用Flex和FDS(Flash Data Services)中的DMS(Data management service),Message service.對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)進(jìn)行了優(yōu)化。DMS支持Clients和Server數(shù)據(jù)同步, 支持分布式數(shù)據(jù), 支持Data Push(數(shù)據(jù)推送)。利用Data Push技術(shù),Server根據(jù)某一個(gè)client的更新, 更新自身數(shù)據(jù), 同時(shí)更新其他clients數(shù)據(jù),無(wú)需刷新頁(yè)面。Data Push技術(shù)的使用,大大加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度,提高了用戶體驗(yàn)。

基于數(shù)據(jù)庫(kù)的聊天室模塊采用客戶端層,中間層的Web層和Server層,數(shù)據(jù)層來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)層保存聊天室里的相關(guān)信息,總體結(jié)構(gòu)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(xué)生與教師點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交流、一對(duì)多的交流(視頻會(huì)議模式)、音頻與視頻的錄制。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交流方式即學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間通過(guò)音頻或視頻進(jìn)行一對(duì)一的溝通,能夠保證學(xué)生與學(xué)生,學(xué)生與教師之間的交流更充分,可以用來(lái)解決非大眾化的問(wèn)題。對(duì)于學(xué)生普遍存在的問(wèn)題采用視頻會(huì)議的模式,即一人講,多人聽(tīng),這樣能夠有效利用資源和節(jié)省時(shí)間。錄制音頻與視頻,對(duì)錄制好的音頻與視頻進(jìn)行存儲(chǔ),檢索與回放,根據(jù)音頻與視頻整理問(wèn)題與解答列表,供學(xué)生查詢。音頻與視頻交流模塊的建立,為學(xué)生與教師提供了一個(gè)更接近現(xiàn)實(shí)社會(huì)溝通的場(chǎng)所與方式,通過(guò)這種方式進(jìn)行提問(wèn)與解答,更真實(shí)、更方便、更迅速、更充分、更有效。

音頻與視頻模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的難點(diǎn)是音頻和視頻的質(zhì)量和傳輸速率,多用戶并發(fā)使用。為了保證高質(zhì)量音頻和視頻的快速傳輸,采用了FMS(Flash Media Server)流媒體服務(wù)器。FMS是將傳統(tǒng)的流媒體功能與靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)合起來(lái),為最廣泛的群體創(chuàng)建和提供創(chuàng)新的、交互式媒體應(yīng)用。FMS組合可以創(chuàng)建并交付使用廣泛的媒體交流體驗(yàn),包括傳統(tǒng)的媒體交付應(yīng)用,如視頻點(diǎn)播、實(shí)時(shí) Web 事件廣播、MP3 流以及富媒體通信應(yīng)用,如視頻博客、視頻消息和多媒體聊天環(huán)境。

(1) FMS實(shí)現(xiàn)模型

FMS包含Server端和Client端兩部分,Server端通過(guò)一些asc文件實(shí)現(xiàn)其功能,Client端由一些Flex開(kāi)發(fā)的swf文件組成。Client首先通過(guò)http向Web server發(fā)送請(qǐng)求,Web server響應(yīng)客戶端請(qǐng)求,通過(guò)http服務(wù)把內(nèi)容提供給Client端。Server端和Client端的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)RTMP (Real-Time Message Protocol)進(jìn)行實(shí)時(shí)交流,實(shí)現(xiàn)模式如圖4:

(2) 音頻、視頻交流模塊的實(shí)現(xiàn)

音頻、視頻交流模塊分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和一對(duì)多交流方式、音頻與視頻的錄制。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交流方式設(shè)計(jì)方面,考慮到音頻或視頻同步傳遞,系統(tǒng)采用了FMS提供的數(shù)據(jù)流方法。數(shù)據(jù)流通過(guò)簡(jiǎn)單的發(fā)布和訂閱方式實(shí)現(xiàn)音頻、視頻和其它數(shù)據(jù)的信息流同步傳遞,一個(gè)發(fā)布的數(shù)據(jù)流可以實(shí)時(shí)的被看到。在一對(duì)多交流方式設(shè)計(jì)方面,考慮到一個(gè)音頻或視頻被多個(gè)客戶端共享,系統(tǒng)采用了FMS提供的共享對(duì)象方法。把音頻或視頻錄制成FLV格式文件,保存至FMS服務(wù)器,設(shè)置相應(yīng)音頻或視頻文件為共享對(duì)象,每個(gè)客戶端都通過(guò)NetStream Object訪問(wèn)共享對(duì)象,不僅實(shí)現(xiàn)了一對(duì)多交流模式,而且存儲(chǔ)的音頻或視頻文件也可以供查詢、回放、整理問(wèn)題與解答列表。其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖5。

四 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)及其系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型,結(jié)合遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)目前的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,采用現(xiàn)代應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)思想,運(yùn)用先進(jìn)的開(kāi)發(fā)技術(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FLEX和J2EE面向用戶多層架構(gòu)的多媒體遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)。文中對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)的介紹。系統(tǒng)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(shí)效性和實(shí)用性等特點(diǎn)。答疑系統(tǒng)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(nèi)即時(shí)短信、站外即時(shí)E-mail和移動(dòng)短信、RSS訂閱與發(fā)布功能無(wú)縫的集成在一起,提供師生多樣化、及時(shí)的交流答疑方式,使得各種方式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),充分滿足學(xué)生答疑的需求。