基于构件技术的多媒体教学系统研究与设计

1、基于构件技术的多媒体教学系统研究与设计    采用多媒体进行教学已成为计算机辅助教学的一种新兴手段。开发一个优秀的，适合自己国情的多媒体教学系统已是我国教育软件业的迫切要求。本文采用构件技术，提出了一种易用、易扩展的系统结构模式，并对它进行具体分析、设计和实现。关键词 多媒体；计算机辅助教学；构件；设计模式 0 引言计算机技术、多媒体技术相结合并融入到教学过程中，已成为现代教学一个新兴的教学手段。计算机多媒体技术及其网络教学系统，能使以往靠多种设备、技术才能实现的课堂多媒体教学集计算机于一身，并能与现代通讯设备形成网络，构成全方位、多渠道、交互

2、式的教学系统。多媒体教学系统是一种全新的教学系统，它集声音、图像、视频和文字等媒体为一体，能产生生动活泼的效果，有助于提高学生学习的兴趣和记忆能力；同时，充分利用多媒体的表现力、参与性、重视力和受控性强的特点，既能达到传授知识、开发智力、培养能力又能实现因材施教和个别化教学的目的。在充分发挥多媒体教学系统的功能，使其更好地为教育服务的同时，应看到：教师不是多媒体专业制作人员，他们可以写好课件脚本却没有足够的力量制作。课件制作在低水平上重复严重。如果把教师大量的时间过多地安排在对多媒体课件制作工具的学习及制作课件上，这是不利于正常教学的。为此对多媒体教学平台的研究与设计，积极探索一种简便、灵活、

3、易用、易扩展的多媒体教学平台开发模式是非常重要的。当前软件工程中涌现了许多新技术：面向对象的系统分析与设计、面向对象编程、构件技术1-3等以及我国计算机辅助教学从课件思想向积件思想的转变4，这使研究和开发一种简便易用的多媒体教学系统成为可能。开发适合自己国情的多媒体辅助教学系统这对我国教育软件产业5的发展也是非常有利的。本文在第二部分提出了一种基于构件技术的多媒体教学系统结构模式，在第三部分详细叙述了系统结构模式设计，在第四部分介绍系统的具体实现。1         构件技术构件（Component）是可复用的软件

4、组成部分，可被用来构造其他软件。它可以是被封装的对象类、类树、一些功能模块、软件框架（或体系结构）、设计模式等。从广义上讲，构件技术是基于面向对象的，以嵌入后马上可以使用的即插即用型构件概念为中心，通过构件的组合来建立应用的技术体系；从狭义上讲，它是通过构件组合支持应用的开发环境和系统的总称。构件技术的关键点应当实现两种接口：一种是功能性接口，能够反映构件在系统中的角色；另一种是非功能性接口，能够反映由底层的构件框架所定义的构件模型。    构件将抽象的程度提到一个更高的层次，它是对一组类的组合进行封装并完成特定的服务，也为用户提供了多个接口。整个构件隐藏了具体的

5、实现，只用接口提供服务。这样，在不同层次上，构件均可以将底层的多个逻辑组合成高层次的粒度更大的新构件，甚至直接封装到一个系统，使模块的重用从代码级、对象级、架构级到系统级都可能实现，从而使软件像硬件一样，能任人装配定制而成的梦想得以实现。构件技术的出现是对传统软件开发过程的一次变革。2  多媒体教学系统分析开发一个非常好的多媒体系统，关键是要首先分析和设计出一个非常简单、易用、易扩展的系统体系结构模型。多媒体系统必须提供一个良好的编辑制作平台、系统演示（播放）工具等。多媒体系统既要能处理非常多的元素，如：文本、图形、图象、音频/视频等，又还得具有一定的兼容性（支持现有的已做好的优秀课

6、件，最典型的如用FLASH制作的一些小动画），同时还得具有一定的交互性。因此设计一个良好的多媒体系统体系结构是一件很复杂的事情，要在实践中不断摸索。本文结合自己的实践，把多媒体教学系统划分成多个模块，每个模块采用构件技术加以实现，然后对用这些构件进行组装成、完成整个系统的设计。这种设计降低了子系统之间的耦合度和增强了子系统内部的聚合度。系统的结构图如下：                    &#

7、160;图1 系统体系结构在设计中采用了Facade（外观）对象结构模式6，它定义了一些高层接口，为系统提供一个一致的功能界面。系统由三个组件完成制作课件导航、课件制作框架及课件演示三大功能。课件制作导航构件：是方便用户进行课件制作时，随时查看已做好的各页及在各页之间进行切换。课件播放构件主要是利用课件编辑框架的资源（已做好的课件）把它在全屏上进行播放；导航组件和演示组件分别与课件编辑制作框架采用消息进行交互。框架给它们提供访问接口，而不管他们是如何具体去实现的。一旦这些构件进行升级，只要按照定义接口规范做，就可以重新使用，不必更改其他的部分，这样为系统的升级和维护带来了简便，这也正是采用构件

8、的优点所在。课件编辑制作是要对课件元素进行编辑、设定交互方式等，处理事务非常多，在这里本文采用框架（FrameWork）模式来进行设计。因为框架是构成一类特定软件可复用设计的一组相互协作的类，而框架对应用的最主要贡献在于它所定义的体系结构，因此设计的框架必须尽可能地灵活、可扩充，这也是本系统设计难点中的难点。3  多媒体教学系统平台的设计从第二部分提出结构模式中，导航构件、播放构件是以课件编辑制作框架为中心。框架必须屏蔽许多底层的逻辑设计、完成一些公共的操作，对基于它的上层结构提供一个或多个应用服务接口。在系统中对课件元素的编辑操作，如：编辑单个课件元素时，课件元素周围出现八个黑点（

9、拖动放大放小操作），对课件元素的移动、复制、删除等；共同的键盘事件、对象鼠标事件等，这些功能都要在框架中实现。   导航器构件的操作只是增加、删除课件页及课件页之间的切换。框架提供这些接口，增加课件页就创建新页让用户进行编辑、删除页就删除该页的资源、页切换时切换到哪一页就显示哪一页。至于双方如何实现都可以屏蔽掉了。   课件播放构件只注重于如何以丰富、多样的形式，对课件资源进行播放。框架提供访问资源的接口。课件播放构件通过接口读取制作好的课件资源。    导航器构件、课件播放构件和课件编辑框架，他们之间是平行，互不干扰，也就

10、达到了散耦合。把这些构件的接口规范定义好、数据结构定义好，不管他们内部各自如何变动，对用户采用何种显示方式或是将来要升级，只要按照定义好的规范去做，就能相互协调工作。在众多课件元素中不管是文本对象、音频/视频、图形/图象还是控制对象（如按钮等），它们在课件系统都要首先表现课件对象的共同属性和行为，其次才是自身特别对象行为。在本文中，把表现为是课件对象的共同属性和行为的定义为一个抽象类，为它的子类定义公共接口。这个抽象类将把它的部分或全部操作的实现延迟到子类中。如下图：图2 课件元素类 ConcreteClass类是由针对具体的课件元素定制的类，可以是自己开发也可以由第三方开发。TCrwObje

11、ct类是一个课件抽象类，实现系统对课件元素一致处理，定义了一些虚接口，由其子类类重载这些接口。TcrwConcreteClass继承了TcrwObject类并封装了一个ConcreteClass类，通过对重载父类的虚接口，就可以操作子类中特制对象的属性和行为，这样就实现了对具体对象的封装，编程也是针对接口编程而不是针对对象进行编程。现在众多的软件开发工具都是面向对象编程的，开发环境中集成了许多易用的组件，同时市场上也有大量第三方组件：如制作动画效果非常好的FLASH,micromedia公司就提供了Flash构件，用本文这种对象模式，完全可以把它们封装到系统中，实现系统的自适应性。系统处理的元

12、素特别多，因此类别也很多，每次创建时都要去区分类别，而且要达到一致处理，这是非常烦琐的。在这里本文采用参数工厂方法5，用工厂封装创建产品对象的责任和过程，将用户与类的实现分离，用户通过抽象接口操作实例。产品对象的类名也是在工厂的实现中被分离，不需要出现在用户的代码中。实现方式如下：                      图3 课件框架中设计模板结构工厂类对象实现如下：

13、60;  TObjectFactory=class    private     FOwner: TComponent;    public     constructor Create(AOwner: TComponent);     function CreateCrwObject(ObjType: TObjType): TcrwObject;  end; 从上面可以知道，系统每类课

14、件元素封装一个具体类，如封装了RichText、Timage、Mediaplay组件实现系统对文本、图像、视频/音频的支持。这种设计有两大优势：一是，为实现构件技术带来了方便，因为在具体实现中，只要把抽象类所定义（按图2方式）的规范发布出去。任何一个新组件只要按照这个规范来实现的，把它编译成DLL形式的文件后注册到系统中，系统就能进行识别和生成相应的课件对象，与具体实现的编程语言无关；二是：为制作课件提供发展提供方向。从过去的经验中，知道多媒体专业制作人员和一线教师很容易造成角色错位，限制了课件的发展。采用上述设计方式，多媒体专业制作人员可以运用专业制作工具（不过该工具要提供一个组件注册到系统

15、中）制作一些精美的、短小精悍的无需考虑教学情景的片段；教师只需把要运用到教学中片段进行简单组合就可以了。这也可能是课件制作领域中讨论最多的积件思想的所在。4  多媒体教学系统平台的实现在第二和第三部分建立多媒体教学系统的体系结构，在这里给出建立课件的结构模型和一些主要功能的具体方法。4.1 课件的结构模型本文采用页面的层次结构来设计课件结构模型。页是课件组织的最小单位，每页都有一个ID号，在同一页上的每个课件对象的ID号设置为该页ID号，每一页表达一定主题思想。如果有些页之间存在一定的逻辑关系，即表示一定的层次关系时，可以在播放页列表索引中设置（播放时不是按页顺序播放，按页列表索引播

16、放）。创建页信息（ID号，页标题）单独存放在对象容器中，而所有创建的课件对象都放在另一个对象容器中，编辑框架提供了访问这两种资源的接口。定义这种课件结构模型为系统一些功能实现带来了方便。4.2 课件主要功能实现文件操作（保存、打开、分解、合并）：保存课件信息时，先把页信息写入文件中，然后在把对象容器的对象逐一写入文件中，保存对象时，只保存对象的基本属性信息和内部包含的资源。打开文件时，按写入的顺序读出数据，再在系统中动态创建这些对象即可。合并文件操作，只要把源文件的页信息写入目标文件同时，用目标文件最大ID号依次更改页信息中的ID号，再把对应页的课件对象的ID号也一并更改，就可以实现。分解文件

17、操作时，把要分解出去的页信息和对应页的课件对象全部存为另一个文件，再在源文件中删除这些信息（页和对应课件对象）。导航构件是维护页信息，编辑页显示当前页的课件对象。增加新页时，把页的最大ID号增一；而在删除页时，为了方便，最大页ID号不变（否则要更改该页以下页和课件对象的ID号），删除当前页信息和对应页的课件对象，这因为在播放时，不是按页的ID号顺序播放，而是按照播放页列表索引进行。设置播放页列表索引也是为能使用户可以随意设置播放顺序，实现了跳转、循环播放要求。播放构件从编辑框架中读取播放页列表索引和课件所有对象元素，按页列表索引进行播放。在播放时要处理是动画问题，本文采用驱动课件对象在屏幕上移动来完成平面上二维动画，三维或复杂的动画效果则由组件内部方法进行完成，如封装了FLASH组件，可以播放FLASH动画，这为系统的开发大大做了简化，也可以让第三方开发更专业的组件，封装到系统中来。播放构件可以单独作为独立体，系统做的文件只能用这个播放构件执行，我们还可以把播放构件和课件文件进行打包，脱离运行环境也可以运行。 5  结束语本文采用构件技术和一些设计模式来研究和设计了一种多媒体教学系统结构，并进行了具体应用。系统支持的课件元素比较多，易扩展，对开发高质量、交互性好的多媒体教学系统有一定的借鉴意义。 参考文献1