课题申报书:基于HTML5的实时交互式虚拟教室关键技术研究及实现Word文档格式.docx
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1.本课题国内外研究现状述评,选题的意义。
1.1国内外研究现状述评
1.1.1研究现状
国外从80年代就已经开始研究、设计虚拟教室,国内也从90
年代开始对这方面进行研究,目前研究主要集中在以下几个方面:
(1)虚拟教室学习环境构建;
(2)虚拟教室教学设计;
(3)虚拟教室应用场景研究;
(4)虚拟教室应用评估。
随着信息网络技术的飞速发展和软件技术的不断成熟,虚拟教室设计和幵发日趋完善。
作为传统教室的延伸,虚拟教室将开启教育教学的新途径。
虚拟教室目前已经得到国际上的广泛认可和应用,如美国的普度大学,密歇根大学已经将虚拟教室应用于教学活动。
国内对虚拟教室的应用基本上还局限于网络学院、成人培训等领域。
近年来,国内高校借鉴国外办学经验,引进了许多专家学者,为虚拟教室在国内高校的应用提供了创造了条件,例如北京师范大学的
新叶网络教学平台。
在企业培训领域比较完善的有江苏电力大规模虚拟教室,作为江苏省电力公司网络培训学院的核心培训平台,虚拟教室系统面向江苏电力全体员工(10万员工)提供在线面对面地远程培训服务。
1.1.2存在问题
研究发现,现有虚拟教室系统存在以下几个问题:
(1)实现远程教学的虚拟教室的研究还较薄弱,基于互联网的可以实现网络远程教育的虚拟教室相对较少,而且功能也不完备,不能适应和满足网络远程教学的需要。
(2)虚拟教室课程模式多是借鉴国外成熟软件模式,没有充分考虑实际应用特点,并不能很好地适合特定应用领域。
(3)技术条件限。
技术问题如带宽、网络环境、计算机软硬件兼容等都可能导致一些问题,影响教学活动的开展。
(4)现有的虚拟教室功能单一,扩展性不好。
如在虚拟教室无法整合白板系统,在线答疑系统,聊天系统等。
(5)基于HTML5技术的实时交互式虚拟教室技术在国内外研究还不多见。
1.2选题意义
本研究课题无论在理论研究方面还是实践应用方面都具有十分重要的意义:
(1)虚拟教室将为远程教育提供良好的网络学习平台
远程教育更强调学习的自主性、社会性、情景性、协作性。
虚拟教室注重学生间的协作、教师的指导、相互交流等,是一个良好的网络学习平台。
本虚拟教室将有效地解决目前开放远程教学上存在的一些问题,比如导师和学生经常时空阻隔,教师时常延误在传统教室里集中上课的机会。
同时也是为了适应开放教学的特色——以自主学习为主,重视协作学习,关注学习过程的评价等。
(2)推进优质教学资源的共享
在教学开放条件下,优质的资源由于存在地域阻隔等问题,共享相当困难。
在虚拟教室的环境中,教师们的教学资源都是放在虚拟教室的资源库中,师生可以方便地共享优质网络教学资源。
(3)有利于培养创新人才
研究的实施对于帮助开放教育学生的自主学习、独立思考、提高探索精神和创新能力,保障开放教育学生培养质量,培养具有良好的信息素养、创新型人才具有重要意义。
(4)丰富开放教育的教学模式
本虚拟教室的运行使用,将丰富开放教育网络教学模式,促进开放教育网络化教学的发展。
(5)采用基于HTML5的web实时交互式,提高开放教学课堂质量和效率
通过研究发现,传统虚拟教室大多数只包含静态的教学内容、视频以及相关课程资料,无法实现教师与学生之间、学生与学生之间实时活动与交流。
传统课堂教学主要是通过教师和学生的互动交流,提高学生学习知识能力和积极性,如果开发远程教学采用实时“面对面”交流互动,将极大的促进开放教学的课程质量。
本课题采用通过HTML5的实时交互式虚拟技术,实现教师和学生之间实时“面对面”互动交流,提高开放教学学生的学习效率和积极性,从而获得优质的课堂教学效果。
同时,系统通过整合在线答疑系统、白板系统,屏幕共享系统等,这将对于解决针对传统虚拟教室功能单一、交互性差等缺陷具有重要意义。
2.本课题所要解决的主要问题、研究的主要内容,课题研究的主要思路和方法。
2.1本课题所要解决的主要问题
通过对传统虚拟教室的研究,本课题主要解决的内容如下:
(1)虚拟教室缺乏面对面实时交互问题的解决
传统的课堂教学中,通过教师和学生之间的面对面互动,可以及时解决课堂教学过程中学生对相关知识点存在的疑问,从而提高学生学习积极性和掌握知识的能力,课堂教学效果明显。
目前,大多数虚拟教室缺乏面对面实时交流功能,该问题的解决,将极大提供开放式远程教学课堂教学效果。
(2)虚拟教室扩展性问题的解决
传统虚拟教室中,与在线答疑系统、白板系统、在线聊天等系统整合差,不能有效的组合成一个整体,从而降低了开放远程教育课堂教学质量。
2.2主要研究内容
本课题拟基于HTML技5
主要研究内容如下:
术构建web架构的实时交互式虚拟教室,
(1)Node.js及websocket技术研究
本课题拟采用Node.js来构建服务端系统,Node.js被设计出来用解决目前网络应用在I/0处理效率上的瓶颈问题,用来幵发高并发的大规模网络应用。
在计算机硬件及网络的性能限制下,读写I/O的速度常常是固定的。
对于开发人员将面临的这样的问题,如何在此这样的环境下处理尽可能更多的客户请求,让CPU使用效率发挥到极致。
Node.js采用了事件循环(eventloop)的设计架构,能够提供既
安全又容易的编写的可扩展性高的服务器环境。
在Node.js环境下,引入websocket来支撑实时通讯。
websocket是html5的重要功能,它直接在浏览器上对与socket的支持,他解决了web实时化的问题,websocket通信协议实现的是基于浏览器的原生socket,这样原先只有在c/s模式下的大量开发模式都可以搬到web上来了,基本就是通过浏览器的支持在web上实现了与服务器端的socket通信。
(2)WebRTC技术研究
WebRTC(WebReal-TimeCommunication)是一个支持网页浏览器进行实时语音对话或视频对话的API。
本课题通过WebRTC来替代传统虚拟教室使用的AdobeFlash和MicrosoftSilverlight,从而只通过浏览器就可以实现实时对等视频通讯,而不需要安装任何插件。
同时,大多数移动设备不支持Flash,这样,通过使用WebRTC,就可以完美在移动设备中进行视频实时交互。
(3)SOA技术研究
通过SOA,与现有开放教学中的视频教学进行整合,从而将相关视频实时共享给学生,提高课堂教学效果。
2.3课题研究的主要思路和方法。
2.3.1系统总体结构
本课题为基于HTML5技术的实时交互虚拟教室(WebIVC),系统结构如图2.1所示:
图2.1系统结构图
图2.1中,教师、学生可以通过笔记本、台式机、手机(PAD)登陆,进行实时交互。
本系统主要包括如下几个关键组件:
(1)安全认证组件
通过整合springacegi安全框架,用户通过系统设置的账号和密码登陆,通过系统验证后,根据用户分配的系统权限,为用户提供与其权限相适应的功能,如实时交互课堂、通知通告、视频培训等。
(2)教室管理组件
教室管理为本课题的核心组件之一,包括教室创建、学生管理、消息管理、白板、音视频交互、视频资料管理等。
可以通过本模块为学生分配相关权限,比如那些学生可以发消息,那些学生可以使用白板。
同时,通过SOA技术,将视频培训资料共享到教室中,供学生参考学习。
本模块采用Ajax技术实现与服务端交互。
(3)网络视频会议(WebConference)组件
网络视频会议(WebConference)组件实现“面对面”实时交互、在线PPT展示、屏幕共享等功能。
其中最重要的功能是“面对面”实时交互功能。
WebRT目前支持2人之间的交流,如果要实现多人交流,必须相关协议进行研究,如 JSEP(JavaScript Session
EstablishmentProtocol)、SDP(SessionDescriptionProtocol)、
networkaddresstranslation(NAT)、STUN/TURNserver等。
在WebRTC屏幕共享方面,必须研究SSL(SecureSocketLayer)等相关理论知识。
(4)展示工具组件
展示工具组件为学生及教师提供实时通信、白板、表情、在线答疑等功能。
2.3.2系统总体架构
本课题总体架构如图2.2所示:
图2.2系统总体架构图
本课题拟在客户端和服务端采用Javascript语言实现,在前端界面,采用JQuery整合HTML5和CSS,服务器端采用Node.js实
现,数据交互格式为JSON。
整个系统交互拓扑图如图2.3所示。
图2.3系统交互拓扑图
3本课题的创新之处,预期价值。
3.1本课题创新之处
(1)本课题首次将HTML5技术应用到远程开放教学当中,以提高远程教育课堂质量和效率。
(2)课题使用WebRTC技术,实现实时“面对面”互动及交互,解决当前虚拟教室中教师与学生之间、学生和学生之间互动性不强,教学效果差等问题。
(3)本课题通过整合白板系统,即时通讯系统,视频教学培训等功能,解决当前虚拟教室功能单一,使用效果差等问题。
3.2预期价值
通过本课题研究,将形成一套整合的实时交互式虚拟教室平台,为开放教育提供新途径和新方法。
4.已取得的相关研究成果和主要参考文献。
4.1已取得的相关研究成果
目前,本课题组成员在基础应用研究、资料收集、市场需求、湖州市可持续发展的要求等方面有一定的基础,加上项目组有关成员前期对所开发《浙江省基层社会管理综合信息平台》、《杭州市治安管理系统》、《杭州市公安局警务综合平台》、《温州市消防网格精细化管理平台》等系统所积累的经验,这些项目都涉及与本课题相关技术,为我们开展此项研究奠定了雄厚的基础。
课题可行性分析
三、完成课题的可行性分析
1.已取得的相关研究成果和主要参考文献。
1.1已取得的相关研究成果
目前,本课题组成员在基础应用研究、资料收集、市场需求、湖州市可持续发展的要求等方面有一定的基础,加上项目组有关成员前期对所开发《浙江省基层社会管理综合信息平台》、《杭州市治安管理系统》、《杭州市公安局警务综合平台》、《温州市消防网格精细化管
理平台》等系统所积累的经验,这些项目都涉及与本课题相关技术,为我们开展此项研究奠定了雄厚的基础。
1.2主要参考文献
(1)Ryan Lienhart Dahl. (2013 May27). Node.js v0.10.24Manual&
DocumentationRetrievedfromhttp:
//nodejs.org/api/
(2)I.FetteA.Melnikov.(December2011).TheWebSocketProtocol. Retrieved from
http:
//tools.ietf.org/html/rfc6455
(3)SamDutton.(2013Nov4).WebRTCintherealworld:
STUN,TURNandsignaling.Retrievedfrom
cture/
(4)J.Rosenberg.(April2010).InteractiveConnectivityEstablishment(ICE):
A Protocol for Network AddressTranslator (NAT)Traversal for Offer/Answer Protocols.
Retrievedfromhttp:
//tools.ietf.org/html/rfc5245
(5)Deshpande S.G.;
Jenq-Neng Hwang, (1999) ―Aninteractive virtual classroom-multimedia distance learningsystem, 1999 IEEE3rd Workshop on Multimedia Signal
Processing,13-15Sept.1999 ,P.575 –580.490
(6)JuByoungOh,JinSukKimandHyeKyuKim ,(2007)"
Anapplicationsharingobjectandbehaviorforcollaboration
basedsystem"
,Proceedingsofthe23rdEuromicroConferenceNewFrontiers of Information Technology EUROMICR9O7,1-4Sept.1997,p.38-43.
(7)Sankar,C. (2012) Video-conferencing inaclassroom‖ ,Proceedings of International Conference on EngineeringandTechnologyManagement,1996.IEMC96 ,18-20Aug.1996 ,p591–595.
(8)Surachai,S.andChalathip,C.(2006)―real-timeclassroomsystemwithtwowaycommunicationfordistancelearning,EDU-COMInternationalConference
(9)王琴,王宝俊.基于云计算的虚拟多媒体教室的研究与架构.环境建设与资源开发.2012年,1期
(10)黎才茂.基于CSCW的远程教育虚拟教室的研究与实现.东南大学硕士学位论文.2004
2.主要参加者的学术背景和人员结构(职务、专业、年龄)
本项目是由行业领域专家牵头,一批硕士为骨干的研发团队,
他们大多数人具有在国内大公司和外企公司的长期开发工作经历,具有雄厚的技术实力和丰富的应用经验。
项目主持人,1996毕业于宁波大学计算机及应用专业,2005年毕业于杭州电子科技大学,电子信息专业硕士,软件架构师。
毕业后一直从事软件开发及研究20余年,积累很多开发经验,对软件系统有深刻的理解和领悟。
近三年先后参与和主持了《浙江省基层社会管理综合信息平台》、《杭州市治安管理系统》、《杭州市公安局警务综合平台》、《温州市消防网格精细化管理平台》、《湖州市公安局基础信息应用平台》等项目的开发,主持湖州市科技局自然科学基金项目一项。
在《电力系统自动化》、《继电器》等杂志上发表论文10余篇。
3.完成课题的保障条件。
本项目的依托单位是湖州市唯一的一所公办高职院校,拥有
一支计算机信息及应用方面的专业教师,并有良好的软件和硬件条件,目前学校成立了软件开发与信息服务中心,尤其在近几年,开发团队对外承接了大量的横向课题,为本项目的研究和实现提供有力的支撑条件。
四、预期研究成果主要阶段性研究成果
完成时间
成果名称成果形式
预计字数参 加 人2015.06
系统架构设计文档
15000
徐爱春、魏艳华、方东傅
最终研究成果完成时间
预计字数参 加 人2015.12
应用系统软件
2015.12
发表论文期刊3500
五、经费预算序号
经费开支科目金额(元)序号
经费开支科目金额(元)
1
资料、书籍费
1500
5
咨询费
2
调研差旅费
5000
6
印刷费
3
小型会议费
7
其他
4
计算机及其辅助设备使用费
12000
Jenq-Neng Hwang, (1999) ―Aninteractive virtual classroom-multimedia distance learningsystem, 1999 IEEE3rd Workshop on Multimedia SignalProcessing,13-15Sept.1999 ,P.575 –580.490
(7)Sankar,C. (2012) Video-conferencing inaclassroom‖ ,
Proceedings of International Conference on Engineering
andTechnologyManagement,1996.IEMC96 ,18-20Aug.1996 ,
p591–595.
(8)Surachai,S. and Chalathip,C. (2006) ―real-timeclassroomsystem with two waycommunication for distance
learning,EDU-COMInternationalConference
本项目是由行业领域专家牵头,一批硕士为骨干的研发团队,他们大多数人具有在国内大公司和外企公司的长期开发工作经历,具有雄厚的技术实力和丰富的应用经验。
近三年先后参与和主持了《浙江省基层社会管理综合信息平台》、《杭州市治安管理系统》、《杭州市公安局警务综合平台》、《温州市消防网格精细化
管理平台》、《湖州市公安局基础信息应用平台》等项目的开发,主持湖州市科技局自然科学基金项目一项。
四、预期研究成果主要阶段性研究成果完成时间
预计字数参 加 人
2015.06
发表论文期
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- 课题 申报 基于 HTML5 实时 交互式 虚拟 教室 关键技术 研究 实现
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