基于 Android 的无线教学系统设计与实现

引 言

近年来，随着计算机技术、网络技术及移动智能终端的不断涌现，高校中的教学方式及接入终端设备已经发生了根本性的变化，这些变化不但对教师的教学方式、教学理念提出了挑战，更对多媒体教学服务人员提出了更高、更新的要求[1-3]。

基于 Android 的软件系统已经应用到各个领域。随着学校教学模式的改革，Android 应用与教学领域的结合更加紧密 [4-6]。目前，大多数学校多媒体教室配备了多媒体讲台、多媒体电脑、投影仪、话筒、音响等设备。教师讲课时需携带翻页笔，进行实物展示或演示操作步骤时，还需搭建安装实物展示仪器 [7-9]。本文设计一款基于Android 的无线教学系统，该系统包括服务器端与客户端。服务器端安装在多媒体电脑上。客户端安装在基于安卓系统的手机等移动终端，集PPT 播放控制、激光翻页笔、视频展台等功能于一体，携带方便，操作简便。特别地，播放 PPT 时，客户端可显示 PPT 播放页对应的备注信息，对教师备课、讲课有很大帮助。

1 系统设计

1.1 系统功能简介

（1）PPT 播放功能

该功能实现了移动终端控制多媒体电脑 PPT 播放控制， 可进行放映、结束放映、翻页操作。打开激光笔功能后，多媒体电脑屏幕会出现绿色激光点，可通过手指在触摸区滑动控制激光点的移动。点击“获取备注”按钮后，在触摸区会显示 PPT 当前播放页的备注信息。文献 [10] 只实现了 PPT 播放控制和“激光笔”功能，不能显示 PPT 备注信息。

（2）视频展台功能

该功能不仅可以把各种幻灯片、模型、胶片、文稿以及其他实物通过视频摄像头清晰、逼真地显示在投影屏幕上， 还可将教师实际动手操作过程实时、流畅地显示到屏幕上。服务器端可进行拍照保存，以便查看。

1.2 总体设计

该系统由客户端与服务器端组成。客户端基于 Android 语言开发，安装在基于安卓系统的移动终端，主要实现 PPT 播放控制、PPT备注显示、激光笔、视频展台功能。服务器端基于 Java语言开发，安装运行在多媒体电脑上，主要根据客户端的命令执行操作。客户端和服务器端通过无线 WiFi 进行通信，客户端有扫码、手动输入 IP两种登录方式，发送 Socket 至服务器端，服务器端新建线程接收消息，根据消息类型和内容形成具体事件，达到控制电脑或实现视频展台功能的目的。系统流程如图 1 所示。

1.3 详细设计

服务器端 PPT播放控制模块由 PPTPlayServer实现，通过 ServerThread新建线程接收处理客户端消息。客户端消息类型有两个字段，中间用“：”隔开，第一个字段为事件类型，第二个字段为事件值。例如，“pen”为激光笔事件，该事件有“open”和“close”两个值，分别对应激光笔打开和关闭操作。

视频展台功能服务器端由 VideoPlayServer类实现，通过线程接收客户端发出的图片数据流，在新建的 ImageFrame 不断刷新显示，服务器端通过投影将动态画面显示在投影屏幕上。

客户端由登录模块、PPT 播放模块、视频展台模块三大部分组成。

登录模块分为扫码登录和手动输入 IP 地址两种方式， 分别由 QRLoginActivity 类和 IPLoginActivity 类实现， 二维码由 CreateQRCode 函数生成。扫码登录更加方便快捷，无需手动输入 IP 地址，由 onActivityResult 函数实现解码，并与服务器建立联系。

PPT 播放模块由 PlayActivity 类实 现， 放 映、 翻页功能命令发送至服务器， 形成键盘事件。消息发送由UdpSendThread 类完成。获取 PPT 备注功能基于 poi.hslf 架包开发，客户端发送“comment”命令，服务器端通过新建SlideShow 对象完成 PPT 备注信息获取工作，最后返回至客户端。

视频展台模块由 SurfaceHolder 类的 addCallback 方法自动调用摄像头进行拍照， 并进行自动对焦， 最后通过Camera.PreviewCallback 接口的对象将照片打包实时发送至服务器端进行显示。

2 系统测试与特点

2.1 系统测试

启动服务器端，进入服务器端主界面，系统显示本机 IP 地址，登录二维码。点击“开始控制”按钮，服务器端开始工作。如需播放 PPT，点击“选择文件”按钮，选择打开要播放的 PPT 文件。服务器端主界面如图 2 所示。

图 2 服务器端主界面

打开手机上的客户端，进入客户端主界面，用户可选择扫码登录或手动输入 IP 地址登录。例如，选择扫码登录， 点击“扫二维码登录”按钮，进入扫码登录界面，点击“扫描登录”按钮，将扫描框对准服务器端二维码进行扫描，扫描成功后自动进入客户端菜单界面 ；选择手动输入 IP 地址方式登录，点击“输 IP 地址登录”按钮，进入手动输入 IP 登录界面，将服务器端显示的 IP地址输入“电脑 IP：”栏内，端口号默认为 8888，点击“连接电脑”按钮，系统进入客户端菜单界面。客户端主界面如图 3 所示。

图 3 客户端主界面

在功能菜单界面，点击“播放 PPT”按钮，进入 PPT 播放控制界面。该界面最上端有四个按钮，分别为“从头开始放映”“当前页开始放映”“结束放映”“返回”。中间区域为触摸区和备注信息显示区，类似鼠标控制界面的触摸区，手指活动时，电脑鼠标会移动。下面两侧的两个按钮为PPT 翻页按钮，点击“上一页”，电脑 PPT 跳转至上一页，点击“下一页”，电脑 PPT切换至下一页，手指在触摸区单击也可实现切换下一页功能。PPT 播放控制界面如图 4 所示。

图 4 PPT 播放控制界面

中间为“激光灯”和“获取备注”按钮。当需要使用激光笔功能时，点击“激光灯”按钮，电脑屏幕出现激光效果点，激光点会随着手指的滑动进行移动 ；当不需激光时，再次点击“激光灯”按钮，激光效果消失。播放 PPT 时，操控者有时需要看一下备注信息，但又不方便结束放映查看，此时需点击“获取备注”按钮，客户端从服务器端获取了播放PPT 的备注信息，按钮变为“显示备注”，再次点击该按钮后， 当前页 PPT 的备注信息就显示在客户端中间区域，该功能操作简单，实用性强。激光笔效果如图 5 所示，显示 PPT 备注如图 6 所示。

图 5 激光笔效果图

图 6 显示 PPT 备注

在客户端功能菜单界面点击“视频展台”按钮，进入视频展台界面。该界面上半部分是摄像头预览区，下半部分有五个功能按键，点击“聚焦”按钮可进行手动聚焦，左转和右转 90°按钮实现摄像头转动功能，重置按钮实现转动角度恢复初始功能，返回按钮实现退出返回功能。在服务器端点击“视频展台”按钮，服务器端弹出视频展示窗口，该窗口下方有“拍照”按钮，可进行拍照，并将照片保存到服务器端指定位置。客户端视频展台界面如图 7 所示，服务器端视频展台展示窗口如图 8 所示。

图 7 客户端视频展台界面

2.2 系统特点

本文系统将现有多媒体设备进行了功能集成，携带方便， 操作简单，经济实惠，应用前景良好。PPT 备注显示功能对教师备课、讲课有很大帮助。视频展台功能降低了投影教学的难度，减轻了教师的劳动强度。教师可将文稿、图片等当场演示，通过手机的转动，即可简单地演示拍摄平台上的实物，又可不受演示台的限制，拍摄并现场直播或放大一些不宜观察的实验现象和实验过程。该系统为多种教学软件的组合运用提供了方便，可灵活演示实物、实验、文稿、图片、幻灯片等。系统编程语言为 Android，Java，运行环境为支持 Android 系统的手机或平板电脑。

图 8 服务器端视频展台展示窗口

3 结 语

本文提出了一款基于 Android的无线教学系统的总体结构与设计，以及实现的主要技术，并将其应用到教学实践中。测试结果表明，该系统运行稳定，操作简便，提高了教师与学生的互动性。