基于 Android 的無線教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引 言

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及移動(dòng)智能終端的不斷涌現(xiàn)，高校中的教學(xué)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(duì)教師的教學(xué)方式、教學(xué)理念提出了挑戰(zhàn)，更對(duì)多媒體教學(xué)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(gè)領(lǐng)域。隨著學(xué)校教學(xué)模式的改革，Android 應(yīng)用與教學(xué)領(lǐng)域的結(jié)合更加緊密 [4-6]。目前，大多數(shù)學(xué)校多媒體教室配備了多媒體講臺(tái)、多媒體電腦、投影儀、話筒、音響等設(shè)備。教師講課時(shí)需攜帶翻頁筆，進(jìn)行實(shí)物展示或演示操作步驟時(shí)，還需搭建安裝實(shí)物展示儀器 [7-9]。本文設(shè)計(jì)一款基于Android 的無線教學(xué)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。客戶端安裝在基于安卓系統(tǒng)的手機(jī)等移動(dòng)終端，集PPT 播放控制、激光翻頁筆、視頻展臺(tái)等功能于一體，攜帶方便，操作簡(jiǎn)便。特別地，播放 PPT 時(shí)，客戶端可顯示 PPT 播放頁對(duì)應(yīng)的備注信息，對(duì)教師備課、講課有很大幫助。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

（1）PPT 播放功能

該功能實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)終端控制多媒體電腦 PPT 播放控制， 可進(jìn)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(huì)出現(xiàn)綠色激光點(diǎn)，可通過手指在觸摸區(qū)滑動(dòng)控制激光點(diǎn)的移動(dòng)。點(diǎn)擊“獲取備注”按鈕后，在觸摸區(qū)會(huì)顯示 PPT 當(dāng)前播放頁的備注信息。文獻(xiàn) [10] 只實(shí)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(tái)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(shí)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(shí)際動(dòng)手操作過程實(shí)時(shí)、流暢地顯示到屏幕上。服務(wù)器端可進(jìn)行拍照保存，以便查看。

1.2 總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由客戶端與服務(wù)器端組成。客戶端基于 Android 語言開發(fā)，安裝在基于安卓系統(tǒng)的移動(dòng)終端，主要實(shí)現(xiàn) PPT 播放控制、PPT備注顯示、激光筆、視頻展臺(tái)功能。服務(wù)器端基于 Java語言開發(fā)，安裝運(yùn)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(jìn)行通信，客戶端有掃碼、手動(dòng)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(dá)到控制電腦或?qū)崿F(xiàn)視頻展臺(tái)功能的目的。系統(tǒng)流程如圖 1 所示。

1.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

服務(wù)器端 PPT播放控制模塊由 PPTPlayServer實(shí)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€(gè)字段，中間用“：”隔開，第一個(gè)字段為事件類型，第二個(gè)字段為事件值。例如，“pen”為激光筆事件，該事件有“open”和“close”兩個(gè)值，分別對(duì)應(yīng)激光筆打開和關(guān)閉操作。

視頻展臺(tái)功能服務(wù)器端由 VideoPlayServer類實(shí)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(dòng)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(tái)模塊三大部分組成。

登錄模塊分為掃碼登錄和手動(dòng)輸入 IP 地址兩種方式， 分別由 QRLoginActivity 類和 IPLoginActivity 類實(shí)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(dòng)輸入 IP 地址，由 onActivityResult 函數(shù)實(shí)現(xiàn)解碼，并與服務(wù)器建立聯(lián)系。

PPT 播放模塊由 PlayActivity 類實(shí) 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(duì)象完成 PPT 備注信息獲取工作，最后返回至客戶端。

視頻展臺(tái)模塊由 SurfaceHolder 類的 addCallback 方法自動(dòng)調(diào)用攝像頭進(jìn)行拍照， 并進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦， 最后通過Camera.PreviewCallback 接口的對(duì)象將照片打包實(shí)時(shí)發(fā)送至服務(wù)器端進(jìn)行顯示。

2 系統(tǒng)測(cè)試與特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)測(cè)試

啟動(dòng)服務(wù)器端，進(jìn)入服務(wù)器端主界面，系統(tǒng)顯示本機(jī) IP 地址，登錄二維碼。點(diǎn)擊“開始控制”按鈕，服務(wù)器端開始工作。如需播放 PPT，點(diǎn)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(jī)上的客戶端，進(jìn)入客戶端主界面，用戶可選擇掃碼登錄或手動(dòng)輸入 IP 地址登錄。例如，選擇掃碼登錄， 點(diǎn)擊“掃二維碼登錄”按鈕，進(jìn)入掃碼登錄界面，點(diǎn)擊“掃描登錄”按鈕，將掃描框?qū)?zhǔn)服務(wù)器端二維碼進(jìn)行掃描，掃描成功后自動(dòng)進(jìn)入客戶端菜單界面 ；選擇手動(dòng)輸入 IP 地址方式登錄，點(diǎn)擊“輸 IP 地址登錄”按鈕，進(jìn)入手動(dòng)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(hào)默認(rèn)為 8888，點(diǎn)擊“連接電腦”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)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(diǎn)擊“播放 PPT”按鈕，進(jìn)入 PPT 播放控制界面。該界面最上端有四個(gè)按鈕，分別為“從頭開始放映”“當(dāng)前頁開始放映”“結(jié)束放映”“返回”。中間區(qū)域?yàn)橛|摸區(qū)和備注信息顯示區(qū)，類似鼠標(biāo)控制界面的觸摸區(qū)，手指活動(dòng)時(shí)，電腦鼠標(biāo)會(huì)移動(dòng)。下面兩側(cè)的兩個(gè)按鈕為PPT 翻頁按鈕，點(diǎn)擊“上一頁”，電腦 PPT 跳轉(zhuǎn)至上一頁，點(diǎn)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(shí)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(dāng)需要使用激光筆功能時(shí)，點(diǎn)擊“激光燈”按鈕，電腦屏幕出現(xiàn)激光效果點(diǎn)，激光點(diǎn)會(huì)隨著手指的滑動(dòng)進(jìn)行移動(dòng) ；當(dāng)不需激光時(shí)，再次點(diǎn)擊“激光燈”按鈕，激光效果消失。播放 PPT 時(shí)，操控者有時(shí)需要看一下備注信息，但又不方便結(jié)束放映查看，此時(shí)需點(diǎn)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(diǎn)擊該按鈕后， 當(dāng)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(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。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(diǎn)擊“視頻展臺(tái)”按鈕，進(jìn)入視頻展臺(tái)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(gè)功能按鍵，點(diǎn)擊“聚焦”按鈕可進(jìn)行手動(dòng)聚焦，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn) 90°按鈕實(shí)現(xiàn)攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)功能，重置按鈕實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)角度恢復(fù)初始功能，返回按鈕實(shí)現(xiàn)退出返回功能。在服務(wù)器端點(diǎn)擊“視頻展臺(tái)”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(jìn)行拍照，并將照片保存到服務(wù)器端指定位置?？蛻舳艘曨l展臺(tái)界面如圖 7 所示，服務(wù)器端視頻展臺(tái)展示窗口如圖 8 所示。

圖 7 客戶端視頻展臺(tái)界面

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

本文系統(tǒng)將現(xiàn)有多媒體設(shè)備進(jìn)行了功能集成，攜帶方便， 操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，應(yīng)用前景良好。PPT 備注顯示功能對(duì)教師備課、講課有很大幫助。視頻展臺(tái)功能降低了投影教學(xué)的難度，減輕了教師的勞動(dòng)強(qiáng)度。教師可將文稿、圖片等當(dāng)場(chǎng)演示，通過手機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，即可簡(jiǎn)單地演示拍攝平臺(tái)上的實(shí)物，又可不受演示臺(tái)的限制，拍攝并現(xiàn)場(chǎng)直播或放大一些不宜觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)過程。該系統(tǒng)為多種教學(xué)軟件的組合運(yùn)用提供了方便，可靈活演示實(shí)物、實(shí)驗(yàn)、文稿、圖片、幻燈片等。系統(tǒng)編程語言為 Android，Java，運(yùn)行環(huán)境為支持 Android 系統(tǒng)的手機(jī)或平板電腦。

圖 8 服務(wù)器端視頻展臺(tái)展示窗口

3 結(jié) 語

本文提出了一款基于 Android的無線教學(xué)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，以及實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)，并將其應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，提高了教師與學(xué)生的互動(dòng)性。