面向新疆双语教学的远程教学系统的设计与实现

2010-07-18依皮提哈尔买买提吾守尔斯拉木

中文信息学报 2010年4期

依皮提哈尔◦买买提,吾守尔◦斯拉木

(1.新疆大学数学与系统科学学院,新疆乌鲁木齐830046;2.新疆大学信息科学与工程学院,新疆乌鲁木齐830046)

1 引言

新疆地区占我国国土面积的1/6,有47个民族的人民居住在这里,人口已达2 100万,其中使用维吾尔语和汉语的人口最多,民汉教育质量差距较大。目前在全疆范围内正在实施维、汉双语教学。新疆少数民族双语教育实践过程中,汉语和各少数民族母语的使用是影响和决定双语教育成败的一个核心问题,其关系到新疆少数民族教育发展的大局[1]。新疆维吾尔自治区民族语言文字工作委员会及新疆自治区教育厅的有关统计数据显示,新疆约有400多万名学生、30余万名教师,2008年10月新疆学前、中小学(含职高)在校少数民族学生总数为236.6万,其中接受“双语”教学的60多万。

“双语教育”就是用两种语言进行教育的意思,在国外是根据该国实际需求用英语与本民族的语言进行双语教育,我国对汉族学生用的是汉语和英语进行双语教育,而我们新疆对少数民族学生用的是用维吾尔语和汉语进行教学的双语教育[2]。新疆双语教育原则上要求“民汉兼通”,学习和掌握汉语的同时,也要保证母语的学习和掌握。

提高新疆地区教育现代化程度,提高少数民族教学质量及文化素质是我们面临的重大课题,教育信息化、网络化是新疆地区信息化建设的重中之重,这也是促进远程网络教育的有力措施之一,为了缩小边疆少数民族地区与国内发达地区教育质量上的差距,提高教学质量,各民族学校都需要适合本地双语教学的远程网络教学软件,这些客观因素都促使着面向新疆双语教学的维汉双语远程教学系统的研究与开发。

现代计算机网络教学与传统的远程教学相比,现代网络远程教学具有无时空限制,以视音频与文字相结合的方式可实现名师授课等优点,随着计算机网络技术、通信技术和多媒体技术的发展以及全球互连网的快速普及,计算机网络远程教育将成为Internet最有前景的应用领域之一,也是今后远程教育发展的主流。

考虑到新疆地区维汉双语教育的重要性和远程网络教学多方面的优势,我校多语种信息技术重点实验室接纳了新疆维吾尔自治区高技术研究发展项目中《新疆远程教育网络维汉双语软件平台的开发与应用》项目,本文题目是该项目中的一项子任务,目前在新疆地区具体实施和完善现代远程教育网络的硬件条件已基本成熟,虽然在市场上有各种类型的远程教育软件,但这些软件根本不适合新疆地区民族教育维、汉双语教学的实际情况,因此该项目的研究对少数民族信息处理领域和新疆少数民族边疆地区教育事业的发展有着十分的现实意义,它的实施必将能够解决新疆各地区教育资源分配和发展不平衡的问题,可避免现代教育硬件设施和国家投资的巨大浪费。

2 系统设计

2.1 系统设计目标

面向新疆地区双语教学的,能够满足新疆维吾尔自治区各民族用户需求的一个标准的维汉双语远程网络教学系统设计目标是：

(1)采用C/S模式设计一个符合QOS标准的、基于TCP/IP和UDP协议的、能够同时支持维吾尔语和汉字信息的双语化的多媒体实时远程教学系统,该系统应能够以课件播放和教学屏幕共享等方式实现名师授课、以视音频和文字相结合的方式实现师生交流,可使位于不同地域的远程教室的学生同上一堂课;

(2)结合维吾尔语文字特征解决维吾尔语文字输入与显示,以此保证系统客户端模块中师生文本交流区的维吾尔语字母的正常输入;

(3)通过系统的本地化设计与编码,实现对整个系统的Unicode标准化,使得系统各模块同时支持维吾尔语和汉语双语信息,包括各模块双语信息的正常显示、传输、交替输入,维、汉、英等文字的混合编辑与显示以及师生之间以维汉双语正常通讯等方面;

(4)为了不同语种用户的操作方便,系统主界面和各子系统模块对话框、菜单、工具栏、文本框、标签等任何一种组件信息以及用户操作所引起的提示信息与出错信息都可以按维、汉不同语种的用户需要显示,即要采取可靠的方案,实现整个系统各模块界面的双语化,做到按不同语种用户的语言选择,自动切换、显示不同语种的界面。

2.2 系统总体框架设计

维汉双语远程教学系统是以Internet和CERNET为传输平台的,符合QOS标准及基于TCP/IP和UDP协议的、能够同时支持维吾尔语和汉语信息的双语化的多媒体实时远程教学系统,系统在结构上继承了以往较成熟的网络远程教学系统结构特点,该系统的体系结构[3]如图1所示。

图1 维汉双语远程网络教学系统体系结构

从图1中可以看到系统结构分为服务器上安装的服务端和师生用机上安装的客户端两大模块,服务端有双语化的面向管理员的课堂服务中心子系统(Server)和承担课件转发任务的多点控制单元(MCU);客户端有双语化的面向教师的授课端子系统(Teacher)和面向学生听课的听课端子系统(Student)。Server与MCU多点控制单元子系统安装在一个服务器,教师端授课子系统安装到教师用机,学生端子系统安装到若干台学生计算机上,这四个模块在不同计算机上分别按顺序启动,其中MCU,教师端和学生端模块都要在Server上注册,然后通过MCU多点转发模块的转发功能,教师端就可以将师生视频和屏幕上播放的视音频课件信息共享到各个学生端,实现实时授课。

2.3 系统模块功能设计

维汉双语远程教学系统在功能上保留以往优秀网络远程教学系统基本功能,进一步增加了系统所有模块同时支持基于Unicode的维吾尔语和汉语双语支持功能,包括双语信息的显示、混合编辑与传输,双语界面显示及其运行时动态切换等功能,系统功能简图[3]如图2所示。

图2 维汉双语远程教学系统模块功能包图

该系统主要功能有：①授课实况直播：通过实时视音频采集、压缩和传输,将授课端的教学现场直播到听课端;②课件实时录制：自动、同步、实时录制教学过程及教案内容,生成标准的流媒体文件,可供课后点播或回放;③屏幕共享：将授课端课件内容以屏幕的形式同步地传输到各听课端,支持任何形式的课件;④师生维汉双语交流：听课端可以随时向授课端申请与老师对话,在得到授课端教师允许后,两者可以采用视音频和文本形式进行交互式讨论。⑤双语电子教鞭：使得教师可以即兴标记重点、难点,指示当前授课内容的焦点等;⑥维汉双语界面自动切换：该系统各子系统都具有中文与维文双语界面菜单式或选项式自动切换功能,以便双语用户方便操作[3-4]。

3 系统实现

构成维汉双语远程教学系统的双语课堂服务中心、双语多点转发模块、双语教师授课端和双语学生听课端等四个子系统模块中前两者是用V isual C++6.0,后两者是用 Delphi 6.0+Tnt Unicode Controls来实现的,整体编程模式采用客户机/服务器(C/S)模式,各模块远程教学基本功能的实现涉及到IP网络技术,视频会议技术,MPEG数据压缩技术等若干关键技术,这些技术属于早已成熟的远程教学技术,本系统中与此类技术相结合的所有模块功能都是通过引用现成的开源式代码的方式实现的,与此同时这些代码都是基于ANSI标准的,是不支持维吾尔语,更不能满足多语种化的要求,因此在本文实现部分着重讨论,维汉双语远程教学系统中,维、汉双语支持功能,系统界面双语化与双语界面动态切换,我们制定了如图3所示的基本实现方案。

图3 系统双语化设计与实现方案基本流程

3.1 系统中维吾尔语文字特征及其实现难点

面向维汉双语的远程教学系统的开发直接关系到系统每个模块中如何实现维吾尔文字母的正常输入、显示与编辑功能,而这方面的处理又关系到维吾尔文字母独特的书写特征,维吾尔语言文字(简称维文)书写特点[5-6]是从右向左,行向从上到下。其次,维文的一个字母依在单词中的位置不同会有4中变形。即首写,中写,尾写形和独立形。在文字输入时要根据字母在文字中的位置来确定使用何种形式。

系统中维吾尔文字处理功能的实现难点主要体现在以下几个方面：

(1)首先要有一个正确的字母编码方案和字库,编码方案决定字母在字库中的位置,字库中维文字符的Unicode编码范围定为0600—06FF,是基本代码区,维吾尔文名义字母位于这个区,信息交换、传输和保存时使用该区的代码;FB50—FDFF和FE70—FEFF是扩展区,维吾尔文显现字母位于这个区。这个区的代码用于字符在系统上显示使用,不用于信息交换,为此我们实验室专门设计了Open Type和 T rue Type类型的一系列国际化标准字库[6]。

(2)设计顺手合理的维吾尔文键盘布局,根据上述编码标准,建立键盘上英文字母的ASCII码与字库中维吾尔文字母的Unicode码所对应的关系,在此除了定义32个维文字母的位置外,还定义了元音字母分节符(HAMZA)的位置,采用有限事件序列中的EVENT_A事件的组合来解决字母与HAMZA的连写输入。按照字母形式的多少,我们把维文字母分为普通字母和特殊字母：普通字母共21个,有四种形式,分别为：独写、词首、词中和词尾。特殊字母共 11个,有两种形式,独写和词尾[7-9]。

(3)在第(2)步的内容基础上,根据维吾尔文字中前后字母相连写的要求和当前字母的自动选型规则,解决维文字母根据其在词中出现的位置可以与前后字母准确相连输入的问题,按照自动选型规则[10],处理当前字母的实现流程如图4所示。

图4 维吾尔文字母自动选型流程图

(4)对系统进行Unicode编码的基础上,实现图形化界面下维、汉、英文可以正确混合编辑与显示;通过适当的编程手段,解决维文的从右到左的相反方向输入问题的同时,保证汉字和西文字符从左到右的输入。

3.2 系统开发语言的本地化环境设置

对新疆地区而言,软件的本地化指为使系统支持多民族复杂文字,对软件系统进行Unicode标准化的过程,因为该远程教学系统服务端和客户端开发用的编程语言分别是 V isual C++6.0和 Delphi7.0,而且这些开发语言的默认或典型安装都不支持维吾尔文等复杂文字,所以在开发多语种软件系统之前必须对每一个编程语言开发环境里,要按照国际化标准进行 UNICODE环境设置,具体如下：

1)系统服务端UNICODE编码环境设置

①定义宏(UNICODE和_UNICODE)。UNICODE宏用于Window s头文件,_UNICODE宏用于C运行期头文件。

②设置入口点。在工程设置->Link标签->Output目录中,“wW inMainCRTStartup”入口点声明。

2)系统客户端UNICODE编码环境设置

客户端分授课端和学生听课端两个模块,此两个子系统通过加载Delphi的第三方提供的支持unicode代码方案的TNT(Tnt Unicode Controls)组件库来解决Delphi原来的编码环境及其VCL控件不支持Unicode的问题,Tnt组件是使Delphi6/7在W indow s 2000以上/XP操作系统上完全支持Unicode的开源代码控件,使开发国际化的程序变得更为高效。

3.3 系统各代码模块的Unicode编码

1)系统服务端的Unicode编码

系统服务端的服务器和MCU两个模块都是用Visual C++开发的,为了实现这些模块的Unicode标准化,我们首先要对这些模块的代码中所有提示信息、界面信息与错误信息相关的部分全部使用支持Unicode代码标准的数据类型[3]：①常用的UNICODE数据类型,有 WCHAR：Unicode字符;PWSTR：指向Unicode字符串的指针;PCWSTR：指向一个恒定的Unicode字符串的指针;它们所对应的ANSI数据类型为：CHAR、L_PSTR和LPCSTR;②ANSI/Unicode通用的数据类型有：TCHAR、PTSTR、LPCTSTR。其次,W indow s拥有的新的和未过时函数基本上都有ANSI和 Unicode两个版本,因此要注意正确使用数据操作函数,如：①以str开头的ANSI操作函数,如 strcat;以w cs开头的Unicode操作函数,如w cscat。②以_tcs开头ANSI/Unicode操作函数,如_tcscat(C运行期库);③以lstr开头的同时支持ANSI/Unicode的操作函数,如lstrcat();④将ANSI字符串转换为Unicode字符串的W indow s提供的API函数等。遇到此类函数应用时要注意正确选用。

2)系统客户端的Unicode编码

客户端包括学生听课端和教师授课端,这些模块是基于Delphi6开发的,为了实现这些模块的Unicode字符支持,我们首先要引用第三方提供的专用处理Unicode字符并适合开发多语种应用软件的国际化组件组(TNT Unicode Controls),然后对原代码加以补充或改写,将原来基于ANSI标准的代码改写成UNICODE标准形式,这个工作包括有关数据传输的函数和数据类型的修改。需修改的类型主要是char(8位ANSI字符)对W ideChar(16位Unicode字符)、String(8位 ANSI字符串)对W idestring(16位Unicode字符串)、Pchar(8位字符指针)对Pw ideChar(16位字符指针)、PString(8位字符串指针)对 PW ideString(16位字符串指针)[3]。

3.4 系统界面的双语化与双语界面切换

实现系统各用户界面的双语化以及双语界面动态切换,其最终目标是实现系统各个模块界面根据不同语种用户的需要都可以以维吾尔语和汉语两种语种显示。系统各模块通过上述2,3阶段的处理后,系统界面双语化基本实现方案如图5所示。

图5 双语用户界面原理图

在实际开发工作中,总体上服从上述研发流程。因为系统服务端和客户端两个部分使用的开发语言工具不同,各自应用的具体实施方案也有所不同,就此问题下面分别讨论：

1)服务端界面的双语化与双语界面切换

用VC开发的服务端(MCU和Server模块)采用动态链接库和维汉双语资源文件的动态调用方式,其实现方法如下[3,11-12]：

①系统服务端的MCU和Server模块分别需要在vc++的资源编辑器内创建维、汉双语资源文件,在这些文件中以维、汉不同的语言创建同一个资源标识符的两份复制。在运行访问这些资源时,通过Load LibararyEx应用程序接口(API)装载资源DLL,汉字资源由Chinese.DLL,维文资源由 Uighur.DLL来调用。当显示某种指定的语言只要在DLL内选中合适的资源即可,这又是切换不同语种用户界面的方法。

②RTL语言用户界面的调整

新疆地区使用的维吾尔语不仅是右对齐的而且阅读顺序为从右到左的RTL语言。为了使系统的UI(User Interface)具有理想的RTL外观和风格,实现RTL语言时文本和 UI元素都需要进行从右到左的布局。本地化此系统为 RTL语言时,一个非常重要的技术是UI镜像。RTL语言用户界面可以通过在VC++资源编辑器内的对话框属性设置对话框资源的镜像风格。资源编辑器中设置镜像标记,并通过添加扩展风格WS_EX_LAYOUTRT来实现不同语言界面的大小调整。

2)客户端界面的双语化与双语界面切换

客户端包括基于Delphi开发的学生听课端和教师授课端,因为Delphi系统自带的多语种程序开发工具不支持用DLL方式实现程序的维汉双语化,因此为了让这些程序模块的界面显示维汉两种语言形式,先必须把原基于ANSI标准的所有菜单、工具栏、状态栏、命令按钮、文本框、标签等组件都换成相对应的TNT Unicode组件,然后采用“IN I系统初始化文本文件的读写方法”,按用户使用的语言类别分别调用两种语言信息,使得界面双语信息动态切换,具体实现方法如下[3,13]：

①搜集所有界面信息,分别建立维汉两种语言界面信息库,为了方便处理,界面信息以INI系统初始化文件格式进行存放,如：Chinese.INI,Uighur.INI;

②教师端和学生端模块用户主界面菜单里添加“选择语种”菜单项,在采单项的子菜单里添加“汉文“和 “维文”选项,在代码里设置 uy(维),hn(汉)两种语言选择参数,如果uy=1,hn=0,则表示读取维文信息文件(Uighur.IN I);如果uy=0,hn=1,则表示读取汉字信息文件(Chinese.INI),

③按照图5所描述的原理,根据不同用户选择的语言选项,打开相应的INI格式的界面信息文件读其内容,替换当前界面信息,即将文件内的界面文字信息根据它们的编号分别赋给用户界面和各类对话框上各类组件和菜单项的原有标题属性,还可以用它来替换操作过程中出现的各类提示字符串原有信息,从而达到软件运行时不同语种用户使用不同语种界面,并且在运行期间双语界面动态切换等效果。

4 结论

通过对系统程序代码的不断地修改和优化以及对安装程序的合理化设置,解决了运行和测试过程中发现的不少问题,最终系统通过了全面测试,系统各模块的登录及运行正常,各模块维汉双语界面、菜单、对话框、提示信息以及维汉英混合输入与编辑正确无误,各子系统的之间的双语通讯正常。做到了系统各子系统模块之间的相互呼应,双语界面正常显示与动态切换,双语信息正常编辑与传送,教师屏幕共享。同时,课件录制,电子教鞭,师生以视音频和维汉双语文字形式正常对话等功能都顺利完成。

该系统是基于C/S模式面向对象编程技术的一个开放性的系统,该系统投入使用后将会为少数民族边疆地区的教育事业带来良好的社会效益和经济效益。

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