Web Service在分布式网络教育中的应用及其优势

罗翌陈，张文辉，李灵巧

(桂林电子科技大学 计算机科学与工程学院，广西 桂林 541004)

一、目前网络教育软件建模与设计的缺陷

网络教育软件的设计通常利用当前主流的网络服务，以应用技术为支撑，结合多媒体资源和网络教育资源的丰富性、先进性和等认知特性，在一定的信息化教学设计理念下进行完整而精确的集成的方法和过程。为此而生的计算机描述与表示为网络教育软件的建模。

目前网络教育软件建模与设计的缺陷主要在于网络教育资源缺乏统一的格式标准，使得网络教育资源和应用的集成存在重复和低效率，不能发挥其优势。通常情况下，网络教育软件的创作采用.NET、JSP、PHP等网络开发软件作为开发工具，并用Photoshop、Director、Premier等软件进行多媒体素材的组织与编辑，最后以多媒体网页的形式发布，而且通过部署和配置形成网络教育网站。这类网络教育软件的优点主要是多媒体表现力强，人机界面成熟，设计方便，但存在较为典型缺陷。具体如下：

1.无法共享网络教育应用与服务

由于网络教育应用与服务模块通常用专用的工具开发，数据封闭，有防火墙和用户权限等安全措施，无法灵活地对数据资源进行共享，网络教育信息的价值将不能体现出来。

2.软件中的服务与应用无法提取

服务与应用的设计关系到网络前后台的软件连接，通过采用前、后台对象与中间件进行关联，服务与应用则以代码方式存在，这些都是无法直接抽取出来并进行移植的。

3.维护与修改需要较为专业的技能

网络教育应用与服务由服务器提供，类似于服务器上开发的应用程序，而客户端则无需关心开发过程。如此一来，普通的客户将难以修改或维护。

4.对跨平台的移植和扩展难以实现

服务器平台独有的应用接口和环境将使其程序难以跨平台移植。通常服务器上的应用程序和服务只能用适于该服务器平台的工具开发，普遍具有较强的专业性。

此外，网络教育应用软件共享与集成方面也存在较多问题：其一，在网络教育应用与服务不复杂时，可移植部分代码以实现应用服务共享，但由于没有统一的标准，只能手工抽取和移植，而且在服务应用较为复杂时无法移植；其二，软件和资源难以实现网络管理，海量的服务和多媒体资源的管理将是个重要的问题；其三，集成的程度和规模很有限，多平台下的应用服务在没有一定的统一标准下将难以深度集成，如.NET与J2EE的应用集成将很困难。

二、软件应具有网络开放性、智能发布和共享的特点

教育服务软件和教育应用软件与校园网的整合促使现代网络教育教学向协作化、分布化和探究式的方向发展，这就需要对网络教育软件进行更深化的变革和演化。目前校园网已经成为相当成熟的开发与应用平台，现代网络教育与校园网的重要发展目标之一就是构建开放式教育网络，这就必须保证教育应用软件和服务软件具有开发统一性和部署的智能化。具体来说，网络教育与服务的软件必须具备以下特点：

1.教育应用软件与服务软件的分布化

将教育应用软件与服务软件分布于不同地点、不同社区的服务器，有利于用户快速访问服务和提高应用服务的效率，同时通过负载的均衡使整体效率得以提高。

2.教育应用软件与服务软件的发布和部署智能化

在大量的网络教育应用服务中快速找到所需要的应用或服务，需要一个完整统一的服务发布、部署和应用的标准框架，其中为了有利于用户的发现和应用，教育应用软件与服务软件的发布、部署的智能化是关键。

3.对教育应用软件与服务软件实现网络共享与重用

网络应用软件与服务软件基本采用B/S或C/S模式开发，处理用户请求并完成任务的部分都在服务器端，但不同的服务器大多提供不同的功能和服务，互不重复，因此必须保证这些应用软件和服务通过某种机制为网络用户所调用，以实现功能的共享与重用。

在网络教育逐步成熟的今天，海量的网络教育应用与服务仍然缺乏统一的标准和共享机制，造成大量网络教育网站的重复建设和浪费，不少系统无法共享和交换应用功能和教学信息。有效共享和集成基于Web的远程教学系统资源是关键问题。教学软件和教学服务设施容易形成信息仓库式的重复、冗余和浪费，并在教学服务搜索及应用上造成迷航。鉴于此，基本的Web Service的网络教育应用能实现与终端平台、服务器端平台和应用设计工具无关的标准化教育软件模式，通用浏览器即可获得教育应用与服务。Web Service具有完整规范的协议框架，完全可以实现标准化教育应用软件的目标。

三、Web Service实现网络教育应用与服务的主要特点

Web Service是一个公共的网际间对象互操作的标准协议。它是分布式的、基于网络的和接口标准化的模块化组件，这些组件遵循具体的技术规范，使用标准的互联网协议，通过简洁的互操作，实现广泛的基于互联网的、企业内部网的功能访问。与传统的HTML网页或者JSP、ASP网页相比，具有明显的优势：

1.灵活的扩展性

基于Web Service的应用框架是按照标准协议SOAP、WSDL、UDDI等多种协议构建的开放式分布系统应用，它的扩展性具有先天的优势，其他系统应用很难与之比较。这些协议不针对任何一种开发语言，可以用C#实现，也可以用Java实现，而且它们提供的Web Service模块可以相互调用，其他语言也可以在遵循上述协议的情况下访问和调用。Web Service不针对系统平台开发，可以根据实际情况配置资源和服务，以便调用。如小型移动平台上调用Web Service可获得小而精的数据返回，大型终端上则可以获得全面且丰富的数据流服务，这些都不必考虑使用平台的异构性，服务的部署和发布也不需要停止其他服务的使用，各个Web Service模块之间的松耦合使之扩展和消减灵活自如。

2.组织结构的松散耦合

松散耦合性是Web Service的核心思想之一。Web Service的发布、发现、调用是完全基于规范化的XML文档，某一个Web Service细节的改变和调整，不会对调用者发生任何影响。为了实现Web Service组件及其功能的机器可识别，Web Service使用标准化的描述语言WSDL描述组件的交互细节，并通过规范的发布机制公开。经过多年努力，标准的Web Service协议框架实现了服务提供者、服务注册中心和服务调用者的相互独立。

3.功能强大的交互性

Web Service实现了跨平台的双向交流，在不同网络状态下均可获得畅通的信息获取与反馈，使受教育者与知识传播者之间的区别能进一步演化，在这种情况下，学习者甚至可以参与到教学信息的构建过程中来。

4.完备的服务功能

Web Service通过多年的设计与应用逐渐形成了完整的协议框架，在理论和功能上都是完备的。如服务访问与返回，业务逻辑的应用与修改，事务处理的构建与执行，通用性与安全性的集成，QoS的设计及应用等等，是Web Service作为一种功能完备系统设计的体现。

四、在Web Service技术支持下具有的优势及具体应用

使用Web Service创建并集成网络教育软件的主要优点有：

1.通过Web Service技术将网络教育软件的创作、测试、发布、部署标准化

Web Service具有完整的应用服务生命周期协议，可以根据统一的协议簇来实现网络教育应用和服务软件的广泛共享。不同终端和用户只要获得访问许可，均可以在任意网络终端访问到服务。鉴于此，国际教育组织将学习支持整合化，特别是将学习者支持的思想和方法整合到高校的网络课程、网络教学中，强化和促进各种层次的交互。从趋势上看，Web Service将是构建在线学习支持、在线知识社区、探究共同体和实践共同体的框架，国际教育组织在该框架下注重教学过程、学习过程中各种影响因素的分析，分析学生的参与、学生与教师以及学生与学生之间的交互情况，通过Web Service使交互信息显性化，并为分析学习者模型提供数据。这些研究和应用具有很强的实用性，逐渐成为网络教育研究中理解社会协商和意义建构的重要的方法。

2.Web Service将可以完全实现大型分布式的网络教育系统软件

多媒体课件或小型网络教育软件的信息量小，形式各异，难以发展为大型软件，而Web Service构建在严整的分布式平台上，有严格统一的接口标准，允许系统实现真正意义上的分布式应用。通过其制作的网络教育软件可部分、按阶段放在互联网上，学生或老师利用浏览器就可以查询到所需要的教育信息，并可以通过浏览器上传到服务器。Web Service的一系列标准完全开放且大部分已经标准化，这些对网络教育软件的有效集成和优化提供了强有力的平台。

3.使用Web Service的教学信息是完整分布式的

分布式的教学信息允许教学内容以知识点为单位，实现教学内容的分布式添加、修改和维护，知识结构的树状拓扑、分层结构和超链接结构都易于形成和实现，这是传统教学组织所不能比拟的。

4.在Web Service的支持下，搜索变得快捷简单

Web Service作为一种高效、方便的网络开发工具，将给网络教育的形式带来变革。例如，Web Service的搜索功能直接以数据库操作为依托，以数据库指令直接执行，使原有的基于HTML的复杂而且低效的搜索变得快捷、简单化，不需要对搜索功能创建特征库和算法等复杂的设计，让智能搜索、模糊搜索和精确搜索变得简单和方便。

进行智能搜索时，首先由客户端输入需要搜索的关键词，输入的信息将提交给Web Service模块，再由Web Service调用数据库中的存储过程，而在存储过程中已经设计好搜索项的智能筛选和排除，这样一来，智能搜索基本变成数据库的智能检索功能和实现。目前的数据库功能都很完善和成熟，通过Web Service以数据库检索为基础的智能搜索将变得简单而实用。

五、用Web Service构建网络教育软件的框架结构

网络教育软件必须首先能够保持知识的传授和获取的流畅。Web Service的数据可直接来自于数据库，而在数据库中存放教学内容便于组织和管理，返回到Web Service中的数据可由普通的ASP.NET网页或其他网页直接使用。在数据库中使用表及其关联实现教育信息的多样化，由多种不同的媒体信息及其关联表现出网络教育信息的空间结构、时间结构和同步信息。Web Service完全可实现异地的集成和系统功能的松耦合，在这种情况下，可以实现快速的师生交互网络学习环境。

1.Web Service中媒体信息的时空描述和实现形式

多媒体的名称和部分内容存放于数据库中，便于修改和添加。在播放多媒体信息时，利用标记语言和媒体控制语言实施播放和控制，如使用HTML、C#和SMIL的混合代码程序。HTML用于静态的媒体布局，C#用于动态的媒体播放控制和交互，而SMIL用于媒体播放的同步。所有的媒体名称及其关联都来自于数据库，通过Web Service访问，有利于修改和集成。如图片和声音放于数据库，由下列Web Service访问，返回后由SMIL标记实施同步。视频和动画在仅在数据库中保存名称。为了保证多媒体数据服务的成功访问以及为了支持QoS，采用支持QoS的Web Service方式和相关的协议，如下所示：

该程序主要使用服务器stub代理的request/response来检测和估计服务的QoS，如果发现不能达到一定的指标，则进行相应服务配置的修改以达到服务质量的稳定。

当达不到指标数据时，修改相应的WebService配置:

修改后再进行测试，直到达到目标为止。

2.多媒体信息的Web Service处理和控制方法

目前多媒体信息的表现多以脚本控制并且采用SMIL等多媒体同步语言进行集成和控制。使用Web Service可以实现更好的分布式应用和松散耦合的多媒体控制。比如，在某些环境下，流媒体的传输和播放需要时间戳的访问和控制，使用Web Service更易于实现灵活的访问和控制，不需要媒体的解耦和排他占用。

3.以知识点为单位的Web Service信息组织结构

Web Service的信息组织完全可以实现真正意义的分布式。对知识点内部，Web Service通过数据库的简捷访问即可保证知识点结构的完整、严密和健壮性，而树形结构的知识点结构和超链接形式的知识点结构都以不同的Web Service模块来实现，既有松散的数据仓库组织又有严密的关系数据库组织。这样生成的Web Service信息组织结构更加完美。

该网络教育软件的知识点以XML文档的形式存储和传输，使用XML定义一套scheme集合。scheme文档良好的通用性和规范性对网络教育软件的推广具有较强的优势。知识点为单位的组织结构在Web Service下的属性定义如下：

·标记（vid）：表示原子知识点或复合知识点，是知识点的唯一标识；

·主题（title）：表示知识点的主体提要；

·标题（subject）；知识点的内容最简化提要；

·关键字（keyword）：用于知识点的检索；

·内容（content）：知识点的主体内容，包括图片、动画、视频、交互式插件、数据关联以及文字；

·超链接（hyperlink）：表示知识点关系的主要形式，如平行关系、从属关系、包含关系等；

·案例（usercase）：包括典型用例和演示用例；

·关联课程（contextcourse）：知识点学习的相关课程；

·检验（test）：包含知识点的考查试题，以考查学生掌握知识的程度，比如对基础知识的掌握，对重点知识点的掌握，对难点的理解和掌握程度等；

·类型（type）：基本分为：记忆性知识点、陈述性知识点、理解性知识点、应用性知识点、综合性知识点；

·难点（difficulty）：分为高、中、低三等；

·掌握深度（learningdeep）：分为四层：记忆、理解、应用、综合；

·分类（classification）：主要分三种：节点知识点、单元知识点、原子知识点。

六、Web Service教育软件结构与模块

根据网络教育信息的结构特点设计Web Service访问的数据库以及各个Web Service模块的颗粒度和链接形式。使用数据库集群实施数据库的维护和运行，方便了服务规模的扩展和调整。为了用户账户安全，会话对象和状态置于数据库中，不必每次访问都提交用户名和密码。主要框图如下图所示：

图 Web Service网络教育软件结构

七、总结

总之，Web Service为网络教育软件的建模与构建提供了较为理想的应用方案，具有统一的标准协议和统一的格式标准，可实现尽可能的共享与学习的协同，极大地方便了维护与修改，克服了多媒体网络的种种缺点，创建了一种结构智能化，定义、描述、构建快速化的智能多媒体网络教育软件。