Web Service在分布式網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用及其優(yōu)勢

羅翌陳，張文輝，李靈巧

(桂林電子科技大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

一、目前網(wǎng)絡(luò)教育軟件建模與設(shè)計的缺陷

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

目前網(wǎng)絡(luò)教育軟件建模與設(shè)計的缺陷主要在于網(wǎng)絡(luò)教育資源缺乏統(tǒng)一的格式標(biāo)準(zhǔn)，使得網(wǎng)絡(luò)教育資源和應(yīng)用的集成存在重復(fù)和低效率，不能發(fā)揮其優(yōu)勢。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)教育軟件的創(chuàng)作采用.NET、JSP、PHP等網(wǎng)絡(luò)開發(fā)軟件作為開發(fā)工具，并用Photoshop、Director、Premier等軟件進(jìn)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(luò)教育網(wǎng)站。這類網(wǎng)絡(luò)教育軟件的優(yōu)點(diǎn)主要是多媒體表現(xiàn)力強(qiáng)，人機(jī)界面成熟，設(shè)計方便，但存在較為典型缺陷。具體如下：

1.無法共享網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用與服務(wù)

由于網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用與服務(wù)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(jìn)行共享，網(wǎng)絡(luò)教育信息的價值將不能體現(xiàn)出來。

2.軟件中的服務(wù)與應(yīng)用無法提取

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

3.維護(hù)與修改需要較為專業(yè)的技能

網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用與服務(wù)由服務(wù)器提供，類似于服務(wù)器上開發(fā)的應(yīng)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(hù)。

4.對跨平臺的移植和擴(kuò)展難以實現(xiàn)

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

此外，網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用軟件共享與集成方面也存在較多問題：其一，在網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用與服務(wù)不復(fù)雜時，可移植部分代碼以實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)共享，但由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能手工抽取和移植，而且在服務(wù)應(yīng)用較為復(fù)雜時無法移植；其二，軟件和資源難以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理，海量的服務(wù)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(yīng)用服務(wù)在沒有一定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下將難以深度集成，如.NET與J2EE的應(yīng)用集成將很困難。

二、軟件應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)開放性、智能發(fā)布和共享的特點(diǎn)

教育服務(wù)軟件和教育應(yīng)用軟件與校園網(wǎng)的整合促使現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教育教學(xué)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(luò)教育軟件進(jìn)行更深化的變革和演化。目前校園網(wǎng)已經(jīng)成為相當(dāng)成熟的開發(fā)與應(yīng)用平臺，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教育與校園網(wǎng)的重要發(fā)展目標(biāo)之一就是構(gòu)建開放式教育網(wǎng)絡(luò)，這就必須保證教育應(yīng)用軟件和服務(wù)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(luò)教育與服務(wù)的軟件必須具備以下特點(diǎn)：

1.教育應(yīng)用軟件與服務(wù)軟件的分布化

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

2.教育應(yīng)用軟件與服務(wù)軟件的發(fā)布和部署智能化

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

3.對教育應(yīng)用軟件與服務(wù)軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享與重用

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件與服務(wù)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(wù)的部分都在服務(wù)器端，但不同的服務(wù)器大多提供不同的功能和服務(wù)，互不重復(fù)，因此必須保證這些應(yīng)用軟件和服務(wù)通過某種機(jī)制為網(wǎng)絡(luò)用戶所調(diào)用，以實現(xiàn)功能的共享與重用。

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

三、Web Service實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用與服務(wù)的主要特點(diǎn)

Web Service是一個公共的網(wǎng)際間對象互操作的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。它是分布式的、基于網(wǎng)絡(luò)的和接口標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展性

基于Web Service的應(yīng)用框架是按照標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用，它的擴(kuò)展性具有先天的優(yōu)勢，其他系統(tǒng)應(yīng)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(wù)，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(wù)，這些都不必考慮使用平臺的異構(gòu)性，服務(wù)的部署和發(fā)布也不需要停止其他服務(wù)的使用，各個Web Service模塊之間的松耦合使之?dāng)U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(xì)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(jī)器可識別，Web Service使用標(biāo)準(zhǔn)化的描述語言WSDL描述組件的交互細(xì)節(jié)，并通過規(guī)范的發(fā)布機(jī)制公開。經(jīng)過多年努力，標(biāo)準(zhǔn)的Web Service協(xié)議框架實現(xiàn)了服務(wù)提供者、服務(wù)注冊中心和服務(wù)調(diào)用者的相互獨(dú)立。

3.功能強(qiáng)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(luò)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(jìn)一步演化，在這種情況下，學(xué)習(xí)者甚至可以參與到教學(xué)信息的構(gòu)建過程中來。

4.完備的服務(wù)功能

Web Service通過多年的設(shè)計與應(yīng)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(wù)訪問與返回，業(yè)務(wù)邏輯的應(yīng)用與修改，事務(wù)處理的構(gòu)建與執(zhí)行，通用性與安全性的集成，QoS的設(shè)計及應(yīng)用等等，是Web Service作為一種功能完備系統(tǒng)設(shè)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(yīng)用

使用Web Service創(chuàng)建并集成網(wǎng)絡(luò)教育軟件的主要優(yōu)點(diǎn)有：

1.通過Web Service技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)教育軟件的創(chuàng)作、測試、發(fā)布、部署標(biāo)準(zhǔn)化

Web Service具有完整的應(yīng)用服務(wù)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(luò)教育應(yīng)用和服務(wù)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(luò)終端訪問到服務(wù)。鑒于此，國際教育組織將學(xué)習(xí)支持整合化，特別是將學(xué)習(xí)者支持的思想和方法整合到高校的網(wǎng)絡(luò)課程、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，強(qiáng)化和促進(jìn)各種層次的交互。從趨勢上看，Web Service將是構(gòu)建在線學(xué)習(xí)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(xué)過程、學(xué)習(xí)過程中各種影響因素的分析，分析學(xué)生的參與、學(xué)生與教師以及學(xué)生與學(xué)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(xué)習(xí)者模型提供數(shù)據(jù)。這些研究和應(yīng)用具有很強(qiáng)的實用性，逐漸成為網(wǎng)絡(luò)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(luò)教育系統(tǒng)軟件

多媒體課件或小型網(wǎng)絡(luò)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(yán)整的分布式平臺上，有嚴(yán)格統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，允許系統(tǒng)實現(xiàn)真正意義上的分布式應(yīng)用。通過其制作的網(wǎng)絡(luò)教育軟件可部分、按階段放在互聯(lián)網(wǎng)上，學(xué)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(wù)器。Web Service的一系列標(biāo)準(zhǔn)完全開放且大部分已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，這些對網(wǎng)絡(luò)教育軟件的有效集成和優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的平臺。

3.使用Web Service的教學(xué)信息是完整分布式的

分布式的教學(xué)信息允許教學(xué)內(nèi)容以知識點(diǎn)為單位，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的分布式添加、修改和維護(hù)，知識結(jié)構(gòu)的樹狀拓?fù)洹⒎謱咏Y(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(xué)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(luò)開發(fā)工具，將給網(wǎng)絡(luò)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(fù)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(fù)雜的設(shè)計，讓智能搜索、模糊搜索和精確搜索變得簡單和方便。

進(jìn)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(shè)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(chǔ)的智能搜索將變得簡單而實用。

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

網(wǎng)絡(luò)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(xué)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(luò)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(luò)學(xué)習(xí)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(biāo)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(biāo)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(wù)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(wù)器stub代理的request/response來檢測和估計服務(wù)的QoS，如果發(fā)現(xiàn)不能達(dá)到一定的指標(biāo)，則進(jìn)行相應(yīng)服務(wù)配置的修改以達(dá)到服務(wù)質(zhì)量的穩(wěn)定。

當(dāng)達(dá)不到指標(biāo)數(shù)據(jù)時，修改相應(yīng)的WebService配置:

修改后再進(jìn)行測試，直到達(dá)到目標(biāo)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(jìn)行集成和控制。使用Web Service可以實現(xiàn)更好的分布式應(yīng)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(diǎn)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(diǎn)內(nèi)部，Web Service通過數(shù)據(jù)庫的簡捷訪問即可保證知識點(diǎn)結(jié)構(gòu)的完整、嚴(yán)密和健壯性，而樹形結(jié)構(gòu)的知識點(diǎn)結(jié)構(gòu)和超鏈接形式的知識點(diǎn)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(yán)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(luò)教育軟件的知識點(diǎn)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(luò)教育軟件的推廣具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。知識點(diǎn)為單位的組織結(jié)構(gòu)在Web Service下的屬性定義如下：

·標(biāo)記（vid）：表示原子知識點(diǎn)或復(fù)合知識點(diǎn)，是知識點(diǎn)的唯一標(biāo)識；

·主題（title）：表示知識點(diǎn)的主體提要；

·標(biāo)題（subject）；知識點(diǎn)的內(nèi)容最簡化提要；

·關(guān)鍵字（keyword）：用于知識點(diǎn)的檢索；

·內(nèi)容（content）：知識點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)學(xué)習(xí)的相關(guān)課程；

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

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

·難點(diǎn)（difficulty）：分為高、中、低三等；

·掌握深度（learningdeep）：分為四層：記憶、理解、應(yīng)用、綜合；

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

六、Web Service教育軟件結(jié)構(gòu)與模塊

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)教育信息的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)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(hù)和運(yùn)行，方便了服務(wù)規(guī)模的擴(kuò)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(luò)教育軟件結(jié)構(gòu)

七、總結(jié)

總之，Web Service為網(wǎng)絡(luò)教育軟件的建模與構(gòu)建提供了較為理想的應(yīng)用方案，具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和統(tǒng)一的格式標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)盡可能的共享與學(xué)習(xí)的協(xié)同，極大地方便了維護(hù)與修改，克服了多媒體網(wǎng)絡(luò)的種種缺點(diǎn)，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(luò)教育軟件。