基于 Android 的無線教學系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

引 言

近年來，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及移動智能終端的不斷涌現(xiàn)，高校中的教學方式及接入終端設(shè)備已經(jīng)發(fā)生了根本性的變化，這些變化不但對教師的教學方式、教學理念提出了挑戰(zhàn)，更對多媒體教學服務(wù)人員提出了更高、更新的要求[1-3]。

基于 Android 的軟件系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域。隨著學校教學模式的改革，Android 應(yīng)用與教學領(lǐng)域的結(jié)合更加緊密 [4-6]。目前，大多數(shù)學校多媒體教室配備了多媒體講臺、多媒體電腦、投影儀、話筒、音響等設(shè)備。教師講課時需攜帶翻頁筆，進行實物展示或演示操作步驟時，還需搭建安裝實物展示儀器 [7-9]。本文設(shè)計一款基于Android 的無線教學系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括服務(wù)器端與客戶端。服務(wù)器端安裝在多媒體電腦上?？蛻舳税惭b在基于安卓系統(tǒng)的手機等移動終端，集PPT 播放控制、激光翻頁筆、視頻展臺等功能于一體，攜帶方便，操作簡便。特別地，播放 PPT 時，客戶端可顯示 PPT 播放頁對應(yīng)的備注信息，對教師備課、講課有很大幫助。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能簡介

（1）PPT 播放功能

該功能實現(xiàn)了移動終端控制多媒體電腦 PPT 播放控制， 可進行放映、結(jié)束放映、翻頁操作。打開激光筆功能后，多媒體電腦屏幕會出現(xiàn)綠色激光點，可通過手指在觸摸區(qū)滑動控制激光點的移動。點擊“獲取備注”按鈕后，在觸摸區(qū)會顯示 PPT 當前播放頁的備注信息。文獻 [10] 只實現(xiàn)了 PPT 播放控制和“激光筆”功能，不能顯示 PPT 備注信息。

（2）視頻展臺功能

該功能不僅可以把各種幻燈片、模型、膠片、文稿以及其他實物通過視頻攝像頭清晰、逼真地顯示在投影屏幕上， 還可將教師實際動手操作過程實時、流暢地顯示到屏幕上。服務(wù)器端可進行拍照保存，以便查看。

1.2 總體設(shè)計

該系統(tǒng)由客戶端與服務(wù)器端組成?？蛻舳嘶?Android 語言開發(fā)，安裝在基于安卓系統(tǒng)的移動終端，主要實現(xiàn) PPT 播放控制、PPT備注顯示、激光筆、視頻展臺功能。服務(wù)器端基于 Java語言開發(fā)，安裝運行在多媒體電腦上，主要根據(jù)客戶端的命令執(zhí)行操作?？蛻舳撕头?wù)器端通過無線 WiFi 進行通信，客戶端有掃碼、手動輸入 IP兩種登錄方式，發(fā)送 Socket 至服務(wù)器端，服務(wù)器端新建線程接收消息，根據(jù)消息類型和內(nèi)容形成具體事件，達到控制電腦或?qū)崿F(xiàn)視頻展臺功能的目的。系統(tǒng)流程如圖 1 所示。

1.3 詳細設(shè)計

服務(wù)器端 PPT播放控制模塊由 PPTPlayServer實現(xiàn)，通過 ServerThread新建線程接收處理客戶端消息?？蛻舳讼㈩愋陀袃蓚€字段，中間用“：”隔開，第一個字段為事件類型，第二個字段為事件值。例如，“pen”為激光筆事件，該事件有“open”和“close”兩個值，分別對應(yīng)激光筆打開和關(guān)閉操作。

視頻展臺功能服務(wù)器端由 VideoPlayServer類實現(xiàn)，通過線程接收客戶端發(fā)出的圖片數(shù)據(jù)流，在新建的 ImageFrame 不斷刷新顯示，服務(wù)器端通過投影將動態(tài)畫面顯示在投影屏幕上。

客戶端由登錄模塊、PPT 播放模塊、視頻展臺模塊三大部分組成。

登錄模塊分為掃碼登錄和手動輸入 IP 地址兩種方式， 分別由 QRLoginActivity 類和 IPLoginActivity 類實現(xiàn)， 二維碼由 CreateQRCode 函數(shù)生成。掃碼登錄更加方便快捷，無需手動輸入 IP 地址，由 onActivityResult 函數(shù)實現(xiàn)解碼，并與服務(wù)器建立聯(lián)系。

PPT 播放模塊由 PlayActivity 類實 現(xiàn)， 放 映、 翻頁功能命令發(fā)送至服務(wù)器， 形成鍵盤事件。消息發(fā)送由UdpSendThread 類完成。獲取 PPT 備注功能基于 poi.hslf 架包開發(fā)，客戶端發(fā)送“comment”命令，服務(wù)器端通過新建SlideShow 對象完成 PPT 備注信息獲取工作，最后返回至客戶端。

視頻展臺模塊由 SurfaceHolder 類的 addCallback 方法自動調(diào)用攝像頭進行拍照， 并進行自動對焦， 最后通過Camera.PreviewCallback 接口的對象將照片打包實時發(fā)送至服務(wù)器端進行顯示。

2 系統(tǒng)測試與特點

2.1 系統(tǒng)測試

啟動服務(wù)器端，進入服務(wù)器端主界面，系統(tǒng)顯示本機 IP 地址，登錄二維碼。點擊“開始控制”按鈕，服務(wù)器端開始工作。如需播放 PPT，點擊“選擇文件”按鈕，選擇打開要播放的 PPT 文件。服務(wù)器端主界面如圖 2 所示。

圖 2 服務(wù)器端主界面

打開手機上的客戶端，進入客戶端主界面，用戶可選擇掃碼登錄或手動輸入 IP 地址登錄。例如，選擇掃碼登錄， 點擊“掃二維碼登錄”按鈕，進入掃碼登錄界面，點擊“掃描登錄”按鈕，將掃描框?qū)史?wù)器端二維碼進行掃描，掃描成功后自動進入客戶端菜單界面 ；選擇手動輸入 IP 地址方式登錄，點擊“輸 IP 地址登錄”按鈕，進入手動輸入 IP 登錄界面，將服務(wù)器端顯示的 IP地址輸入“電腦 IP：”欄內(nèi)，端口號默認為 8888，點擊“連接電腦”按鈕，系統(tǒng)進入客戶端菜單界面?？蛻舳酥鹘缑嫒鐖D 3 所示。

圖 3 客戶端主界面

在功能菜單界面，點擊“播放 PPT”按鈕，進入 PPT 播放控制界面。該界面最上端有四個按鈕，分別為“從頭開始放映”“當前頁開始放映”“結(jié)束放映”“返回”。中間區(qū)域為觸摸區(qū)和備注信息顯示區(qū)，類似鼠標控制界面的觸摸區(qū)，手指活動時，電腦鼠標會移動。下面兩側(cè)的兩個按鈕為PPT 翻頁按鈕，點擊“上一頁”，電腦 PPT 跳轉(zhuǎn)至上一頁，點擊“下一頁”，電腦 PPT切換至下一頁，手指在觸摸區(qū)單擊也可實現(xiàn)切換下一頁功能。PPT 播放控制界面如圖 4 所示。

圖 4 PPT 播放控制界面

中間為“激光燈”和“獲取備注”按鈕。當需要使用激光筆功能時，點擊“激光燈”按鈕，電腦屏幕出現(xiàn)激光效果點，激光點會隨著手指的滑動進行移動 ；當不需激光時，再次點擊“激光燈”按鈕，激光效果消失。播放 PPT 時，操控者有時需要看一下備注信息，但又不方便結(jié)束放映查看，此時需點擊“獲取備注”按鈕，客戶端從服務(wù)器端獲取了播放PPT 的備注信息，按鈕變?yōu)椤帮@示備注”，再次點擊該按鈕后， 當前頁 PPT 的備注信息就顯示在客戶端中間區(qū)域，該功能操作簡單，實用性強。激光筆效果如圖 5 所示，顯示 PPT 備注如圖 6 所示。

圖 5 激光筆效果圖

圖 6 顯示 PPT 備注

在客戶端功能菜單界面點擊“視頻展臺”按鈕，進入視頻展臺界面。該界面上半部分是攝像頭預(yù)覽區(qū)，下半部分有五個功能按鍵，點擊“聚焦”按鈕可進行手動聚焦，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn) 90°按鈕實現(xiàn)攝像頭轉(zhuǎn)動功能，重置按鈕實現(xiàn)轉(zhuǎn)動角度恢復初始功能，返回按鈕實現(xiàn)退出返回功能。在服務(wù)器端點擊“視頻展臺”按鈕，服務(wù)器端彈出視頻展示窗口，該窗口下方有“拍照”按鈕，可進行拍照，并將照片保存到服務(wù)器端指定位置。客戶端視頻展臺界面如圖 7 所示，服務(wù)器端視頻展臺展示窗口如圖 8 所示。

圖 7 客戶端視頻展臺界面

2.2 系統(tǒng)特點

本文系統(tǒng)將現(xiàn)有多媒體設(shè)備進行了功能集成，攜帶方便， 操作簡單，經(jīng)濟實惠，應(yīng)用前景良好。PPT 備注顯示功能對教師備課、講課有很大幫助。視頻展臺功能降低了投影教學的難度，減輕了教師的勞動強度。教師可將文稿、圖片等當場演示，通過手機的轉(zhuǎn)動，即可簡單地演示拍攝平臺上的實物，又可不受演示臺的限制，拍攝并現(xiàn)場直播或放大一些不宜觀察的實驗現(xiàn)象和實驗過程。該系統(tǒng)為多種教學軟件的組合運用提供了方便，可靈活演示實物、實驗、文稿、圖片、幻燈片等。系統(tǒng)編程語言為 Android，Java，運行環(huán)境為支持 Android 系統(tǒng)的手機或平板電腦。

圖 8 服務(wù)器端視頻展臺展示窗口

3 結(jié) 語

本文提出了一款基于 Android的無線教學系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計，以及實現(xiàn)的主要技術(shù)，并將其應(yīng)用到教學實踐中。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡便，提高了教師與學生的互動性。