羅翌陳，張文輝，李靈巧

(桂林電子科技大學 計算機科學與工程學院，廣西 桂林 541004)

一、目前網(wǎng)絡教育軟件建模與設計的缺陷

網(wǎng)絡教育軟件的設計通常利用當前主流的網(wǎng)絡服務，以應用技術(shù)為支撐，結(jié)合多媒體資源和網(wǎng)絡教育資源的豐富性、先進性和等認知特性，在一定的信息化教學設計理念下進行完整而精確的集成的方法和過程。為此而生的計算機描述與表示為網(wǎng)絡教育軟件的建模。

目前網(wǎng)絡教育軟件建模與設計的缺陷主要在于網(wǎng)絡教育資源缺乏統(tǒng)一的格式標準，使得網(wǎng)絡教育資源和應用的集成存在重復和低效率，不能發(fā)揮其優(yōu)勢。通常情況下，網(wǎng)絡教育軟件的創(chuàng)作采用.NET、JSP、PHP等網(wǎng)絡開發(fā)軟件作為開發(fā)工具，并用Photoshop、Director、Premier等軟件進行多媒體素材的組織與編輯，最后以多媒體網(wǎng)頁的形式發(fā)布，而且通過部署和配置形成網(wǎng)絡教育網(wǎng)站。這類網(wǎng)絡教育軟件的優(yōu)點主要是多媒體表現(xiàn)力強，人機界面成熟，設計方便，但存在較為典型缺陷。具體如下：

1.無法共享網(wǎng)絡教育應用與服務

由于網(wǎng)絡教育應用與服務模塊通常用專用的工具開發(fā)，數(shù)據(jù)封閉，有防火墻和用戶權(quán)限等安全措施，無法靈活地對數(shù)據(jù)資源進行共享，網(wǎng)絡教育信息的價值將不能體現(xiàn)出來。

2.軟件中的服務與應用無法提取

服務與應用的設計關(guān)系到網(wǎng)絡前后臺的軟件連接，通過采用前、后臺對象與中間件進行關(guān)聯(lián)，服務與應用則以代碼方式存在，這些都是無法直接抽取出來并進行移植的。

3.維護與修改需要較為專業(yè)的技能

網(wǎng)絡教育應用與服務由服務器提供，類似于服務器上開發(fā)的應用程序，而客戶端則無需關(guān)心開發(fā)過程。如此一來，普通的客戶將難以修改或維護。

4.對跨平臺的移植和擴展難以實現(xiàn)

服務器平臺獨有的應用接口和環(huán)境將使其程序難以跨平臺移植。通常服務器上的應用程序和服務只能用適于該服務器平臺的工具開發(fā)，普遍具有較強的專業(yè)性。

此外，網(wǎng)絡教育應用軟件共享與集成方面也存在較多問題：其一，在網(wǎng)絡教育應用與服務不復雜時，可移植部分代碼以實現(xiàn)應用服務共享，但由于沒有統(tǒng)一的標準，只能手工抽取和移植，而且在服務應用較為復雜時無法移植；其二，軟件和資源難以實現(xiàn)網(wǎng)絡管理，海量的服務和多媒體資源的管理將是個重要的問題；其三，集成的程度和規(guī)模很有限，多平臺下的應用服務在沒有一定的統(tǒng)一標準下將難以深度集成，如.NET與J2EE的應用集成將很困難。

二、軟件應具有網(wǎng)絡開放性、智能發(fā)布和共享的特點

教育服務軟件和教育應用軟件與校園網(wǎng)的整合促使現(xiàn)代網(wǎng)絡教育教學向協(xié)作化、分布化和探究式的方向發(fā)展，這就需要對網(wǎng)絡教育軟件進行更深化的變革和演化。目前校園網(wǎng)已經(jīng)成為相當成熟的開發(fā)與應用平臺，現(xiàn)代網(wǎng)絡教育與校園網(wǎng)的重要發(fā)展目標之一就是構(gòu)建開放式教育網(wǎng)絡，這就必須保證教育應用軟件和服務軟件具有開發(fā)統(tǒng)一性和部署的智能化。具體來說，網(wǎng)絡教育與服務的軟件必須具備以下特點：

1.教育應用軟件與服務軟件的分布化

將教育應用軟件與服務軟件分布于不同地點、不同社區(qū)的服務器，有利于用戶快速訪問服務和提高應用服務的效率，同時通過負載的均衡使整體效率得以提高。

2.教育應用軟件與服務軟件的發(fā)布和部署智能化

在大量的網(wǎng)絡教育應用服務中快速找到所需要的應用或服務，需要一個完整統(tǒng)一的服務發(fā)布、部署和應用的標準框架，其中為了有利于用戶的發(fā)現(xiàn)和應用，教育應用軟件與服務軟件的發(fā)布、部署的智能化是關(guān)鍵。

3.對教育應用軟件與服務軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡共享與重用

網(wǎng)絡應用軟件與服務軟件基本采用B/S或C/S模式開發(fā)，處理用戶請求并完成任務的部分都在服務器端，但不同的服務器大多提供不同的功能和服務，互不重復，因此必須保證這些應用軟件和服務通過某種機制為網(wǎng)絡用戶所調(diào)用，以實現(xiàn)功能的共享與重用。

在網(wǎng)絡教育逐步成熟的今天，海量的網(wǎng)絡教育應用與服務仍然缺乏統(tǒng)一的標準和共享機制，造成大量網(wǎng)絡教育網(wǎng)站的重復建設和浪費，不少系統(tǒng)無法共享和交換應用功能和教學信息。有效共享和集成基于Web的遠程教學系統(tǒng)資源是關(guān)鍵問題。教學軟件和教學服務設施容易形成信息倉庫式的重復、冗余和浪費，并在教學服務搜索及應用上造成迷航。鑒于此，基本的Web Service的網(wǎng)絡教育應用能實現(xiàn)與終端平臺、服務器端平臺和應用設計工具無關(guān)的標準化教育軟件模式，通用瀏覽器即可獲得教育應用與服務。Web Service具有完整規(guī)范的協(xié)議框架，完全可以實現(xiàn)標準化教育應用軟件的目標。

三、Web Service實現(xiàn)網(wǎng)絡教育應用與服務的主要特點

Web Service是一個公共的網(wǎng)際間對象互操作的標準協(xié)議。它是分布式的、基于網(wǎng)絡的和接口標準化的模塊化組件，這些組件遵循具體的技術(shù)規(guī)范，使用標準的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，通過簡潔的互操作，實現(xiàn)廣泛的基于互聯(lián)網(wǎng)的、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的功能訪問。與傳統(tǒng)的HTML網(wǎng)頁或者JSP、ASP網(wǎng)頁相比，具有明顯的優(yōu)勢：

1.靈活的擴展性

基于Web Service的應用框架是按照標準協(xié)議SOAP、WSDL、UDDI等多種協(xié)議構(gòu)建的開放式分布系統(tǒng)應用，它的擴展性具有先天的優(yōu)勢，其他系統(tǒng)應用很難與之比較。這些協(xié)議不針對任何一種開發(fā)語言，可以用C#實現(xiàn)，也可以用Java實現(xiàn)，而且它們提供的Web Service模塊可以相互調(diào)用，其他語言也可以在遵循上述協(xié)議的情況下訪問和調(diào)用。Web Service不針對系統(tǒng)平臺開發(fā)，可以根據(jù)實際情況配置資源和服務，以便調(diào)用。如小型移動平臺上調(diào)用Web Service可獲得小而精的數(shù)據(jù)返回，大型終端上則可以獲得全面且豐富的數(shù)據(jù)流服務，這些都不必考慮使用平臺的異構(gòu)性，服務的部署和發(fā)布也不需要停止其他服務的使用，各個Web Service模塊之間的松耦合使之擴展和消減靈活自如。

2.組織結(jié)構(gòu)的松散耦合

松散耦合性是Web Service的核心思想之一。Web Service的發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、調(diào)用是完全基于規(guī)范化的XML文檔，某一個Web Service細節(jié)的改變和調(diào)整，不會對調(diào)用者發(fā)生任何影響。為了實現(xiàn)Web Service組件及其功能的機器可識別，Web Service使用標準化的描述語言WSDL描述組件的交互細節(jié)，并通過規(guī)范的發(fā)布機制公開。經(jīng)過多年努力，標準的Web Service協(xié)議框架實現(xiàn)了服務提供者、服務注冊中心和服務調(diào)用者的相互獨立。

3.功能強大的交互性

Web Service實現(xiàn)了跨平臺的雙向交流，在不同網(wǎng)絡狀態(tài)下均可獲得暢通的信息獲取與反饋，使受教育者與知識傳播者之間的區(qū)別能進一步演化，在這種情況下，學習者甚至可以參與到教學信息的構(gòu)建過程中來。

4.完備的服務功能

Web Service通過多年的設計與應用逐漸形成了完整的協(xié)議框架，在理論和功能上都是完備的。如服務訪問與返回，業(yè)務邏輯的應用與修改，事務處理的構(gòu)建與執(zhí)行，通用性與安全性的集成，QoS的設計及應用等等，是Web Service作為一種功能完備系統(tǒng)設計的體現(xiàn)。

四、在Web Service技術(shù)支持下具有的優(yōu)勢及具體應用

使用Web Service創(chuàng)建并集成網(wǎng)絡教育軟件的主要優(yōu)點有：

1.通過Web Service技術(shù)將網(wǎng)絡教育軟件的創(chuàng)作、測試、發(fā)布、部署標準化

Web Service具有完整的應用服務生命周期協(xié)議，可以根據(jù)統(tǒng)一的協(xié)議簇來實現(xiàn)網(wǎng)絡教育應用和服務軟件的廣泛共享。不同終端和用戶只要獲得訪問許可，均可以在任意網(wǎng)絡終端訪問到服務。鑒于此，國際教育組織將學習支持整合化，特別是將學習者支持的思想和方法整合到高校的網(wǎng)絡課程、網(wǎng)絡教學中，強化和促進各種層次的交互。從趨勢上看，Web Service將是構(gòu)建在線學習支持、在線知識社區(qū)、探究共同體和實踐共同體的框架，國際教育組織在該框架下注重教學過程、學習過程中各種影響因素的分析，分析學生的參與、學生與教師以及學生與學生之間的交互情況，通過Web Service使交互信息顯性化，并為分析學習者模型提供數(shù)據(jù)。這些研究和應用具有很強的實用性，逐漸成為網(wǎng)絡教育研究中理解社會協(xié)商和意義建構(gòu)的重要的方法。

2.Web Service將可以完全實現(xiàn)大型分布式的網(wǎng)絡教育系統(tǒng)軟件

多媒體課件或小型網(wǎng)絡教育軟件的信息量小，形式各異，難以發(fā)展為大型軟件，而Web Service構(gòu)建在嚴整的分布式平臺上，有嚴格統(tǒng)一的接口標準，允許系統(tǒng)實現(xiàn)真正意義上的分布式應用。通過其制作的網(wǎng)絡教育軟件可部分、按階段放在互聯(lián)網(wǎng)上，學生或老師利用瀏覽器就可以查詢到所需要的教育信息，并可以通過瀏覽器上傳到服務器。Web Service的一系列標準完全開放且大部分已經(jīng)標準化，這些對網(wǎng)絡教育軟件的有效集成和優(yōu)化提供了強有力的平臺。

3.使用Web Service的教學信息是完整分布式的

分布式的教學信息允許教學內(nèi)容以知識點為單位，實現(xiàn)教學內(nèi)容的分布式添加、修改和維護，知識結(jié)構(gòu)的樹狀拓撲、分層結(jié)構(gòu)和超鏈接結(jié)構(gòu)都易于形成和實現(xiàn)，這是傳統(tǒng)教學組織所不能比擬的。

4.在Web Service的支持下，搜索變得快捷簡單

Web Service作為一種高效、方便的網(wǎng)絡開發(fā)工具，將給網(wǎng)絡教育的形式帶來變革。例如，Web Service的搜索功能直接以數(shù)據(jù)庫操作為依托，以數(shù)據(jù)庫指令直接執(zhí)行，使原有的基于HTML的復雜而且低效的搜索變得快捷、簡單化，不需要對搜索功能創(chuàng)建特征庫和算法等復雜的設計，讓智能搜索、模糊搜索和精確搜索變得簡單和方便。

進行智能搜索時，首先由客戶端輸入需要搜索的關(guān)鍵詞，輸入的信息將提交給Web Service模塊，再由Web Service調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的存儲過程，而在存儲過程中已經(jīng)設計好搜索項的智能篩選和排除，這樣一來，智能搜索基本變成數(shù)據(jù)庫的智能檢索功能和實現(xiàn)。目前的數(shù)據(jù)庫功能都很完善和成熟，通過Web Service以數(shù)據(jù)庫檢索為基礎的智能搜索將變得簡單而實用。

五、用Web Service構(gòu)建網(wǎng)絡教育軟件的框架結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡教育軟件必須首先能夠保持知識的傳授和獲取的流暢。Web Service的數(shù)據(jù)可直接來自于數(shù)據(jù)庫，而在數(shù)據(jù)庫中存放教學內(nèi)容便于組織和管理，返回到Web Service中的數(shù)據(jù)可由普通的ASP.NET網(wǎng)頁或其他網(wǎng)頁直接使用。在數(shù)據(jù)庫中使用表及其關(guān)聯(lián)實現(xiàn)教育信息的多樣化，由多種不同的媒體信息及其關(guān)聯(lián)表現(xiàn)出網(wǎng)絡教育信息的空間結(jié)構(gòu)、時間結(jié)構(gòu)和同步信息。Web Service完全可實現(xiàn)異地的集成和系統(tǒng)功能的松耦合，在這種情況下，可以實現(xiàn)快速的師生交互網(wǎng)絡學習環(huán)境。

1.Web Service中媒體信息的時空描述和實現(xiàn)形式

多媒體的名稱和部分內(nèi)容存放于數(shù)據(jù)庫中，便于修改和添加。在播放多媒體信息時，利用標記語言和媒體控制語言實施播放和控制，如使用HTML、C#和SMIL的混合代碼程序。HTML用于靜態(tài)的媒體布局，C#用于動態(tài)的媒體播放控制和交互，而SMIL用于媒體播放的同步。所有的媒體名稱及其關(guān)聯(lián)都來自于數(shù)據(jù)庫，通過Web Service訪問，有利于修改和集成。如圖片和聲音放于數(shù)據(jù)庫，由下列Web Service訪問，返回后由SMIL標記實施同步。視頻和動畫在僅在數(shù)據(jù)庫中保存名稱。為了保證多媒體數(shù)據(jù)服務的成功訪問以及為了支持QoS，采用支持QoS的Web Service方式和相關(guān)的協(xié)議，如下所示：

該程序主要使用服務器stub代理的request/response來檢測和估計服務的QoS，如果發(fā)現(xiàn)不能達到一定的指標，則進行相應服務配置的修改以達到服務質(zhì)量的穩(wěn)定。

當達不到指標數(shù)據(jù)時，修改相應的WebService配置:

修改后再進行測試，直到達到目標為止。

2.多媒體信息的Web Service處理和控制方法

目前多媒體信息的表現(xiàn)多以腳本控制并且采用SMIL等多媒體同步語言進行集成和控制。使用Web Service可以實現(xiàn)更好的分布式應用和松散耦合的多媒體控制。比如，在某些環(huán)境下，流媒體的傳輸和播放需要時間戳的訪問和控制，使用Web Service更易于實現(xiàn)靈活的訪問和控制，不需要媒體的解耦和排他占用。

3.以知識點為單位的Web Service信息組織結(jié)構(gòu)

Web Service的信息組織完全可以實現(xiàn)真正意義的分布式。對知識點內(nèi)部，Web Service通過數(shù)據(jù)庫的簡捷訪問即可保證知識點結(jié)構(gòu)的完整、嚴密和健壯性，而樹形結(jié)構(gòu)的知識點結(jié)構(gòu)和超鏈接形式的知識點結(jié)構(gòu)都以不同的Web Service模塊來實現(xiàn)，既有松散的數(shù)據(jù)倉庫組織又有嚴密的關(guān)系數(shù)據(jù)庫組織。這樣生成的Web Service信息組織結(jié)構(gòu)更加完美。

該網(wǎng)絡教育軟件的知識點以XML文檔的形式存儲和傳輸，使用XML定義一套scheme集合。scheme文檔良好的通用性和規(guī)范性對網(wǎng)絡教育軟件的推廣具有較強的優(yōu)勢。知識點為單位的組織結(jié)構(gòu)在Web Service下的屬性定義如下：

·標記（vid）：表示原子知識點或復合知識點，是知識點的唯一標識；

·主題（title）：表示知識點的主體提要；

·標題（subject）；知識點的內(nèi)容最簡化提要；

·關(guān)鍵字（keyword）：用于知識點的檢索；

·內(nèi)容（content）：知識點的主體內(nèi)容，包括圖片、動畫、視頻、交互式插件、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)以及文字；

·超鏈接（hyperlink）：表示知識點關(guān)系的主要形式，如平行關(guān)系、從屬關(guān)系、包含關(guān)系等；

·案例（usercase）：包括典型用例和演示用例；

·關(guān)聯(lián)課程（contextcourse）：知識點學習的相關(guān)課程；

·檢驗（test）：包含知識點的考查試題，以考查學生掌握知識的程度，比如對基礎知識的掌握，對重點知識點的掌握，對難點的理解和掌握程度等；

·類型（type）：基本分為：記憶性知識點、陳述性知識點、理解性知識點、應用性知識點、綜合性知識點；

·難點（difficulty）：分為高、中、低三等；

·掌握深度（learningdeep）：分為四層：記憶、理解、應用、綜合；

·分類（classification）：主要分三種：節(jié)點知識點、單元知識點、原子知識點。

六、Web Service教育軟件結(jié)構(gòu)與模塊

根據(jù)網(wǎng)絡教育信息的結(jié)構(gòu)特點設計Web Service訪問的數(shù)據(jù)庫以及各個Web Service模塊的顆粒度和鏈接形式。使用數(shù)據(jù)庫集群實施數(shù)據(jù)庫的維護和運行，方便了服務規(guī)模的擴展和調(diào)整。為了用戶賬戶安全，會話對象和狀態(tài)置于數(shù)據(jù)庫中，不必每次訪問都提交用戶名和密碼。主要框圖如下圖所示：

圖 Web Service網(wǎng)絡教育軟件結(jié)構(gòu)

七、總結(jié)

總之，Web Service為網(wǎng)絡教育軟件的建模與構(gòu)建提供了較為理想的應用方案，具有統(tǒng)一的標準協(xié)議和統(tǒng)一的格式標準，可實現(xiàn)盡可能的共享與學習的協(xié)同，極大地方便了維護與修改，克服了多媒體網(wǎng)絡的種種缺點，創(chuàng)建了一種結(jié)構(gòu)智能化，定義、描述、構(gòu)建快速化的智能多媒體網(wǎng)絡教育軟件。