基于移动计算的教学系统设计研究

☆ 丁 茜 王占军 王 伟

（沈阳师范大学计算机与数学基础教育部，辽宁沈阳 110034）

引言

随着计算机网络技术和多媒体技术的快速发展，网络教育已经成为一种速度更快、传播空间更大的教育形式。在基于网络的远程教育系统中引入移动计算技术，将使计算机或其他信息智能终端设备在无线环境下实现数据传输及资源共享，并发挥多媒体资源的优势。通过流媒体技术的解码、编码和移动终端的设计，打破传统的远程教学在空间上的限制，增加师生之间的互动与交流，提高学生的学习兴趣和效率，方便学生完成与课程学习的相关活动，从而形成一种“随处可学”、“随心所学”的教学新理念。

一、移动计算概述

计算机技术、无线通信技术、移动终端技术的发展，使移动计算技术作为一种新型的技术应运而生。移动计算技术为人们对信息的访问带来了极大的方便。对于移动计算，学术界尚未有标准的定义，普遍认为移动计算是“在互联网、无线通信等技术的支持下，能够实现计算机或其它智能终端设备的无线连接，达到随时随地进行数据传输及资源共享目的的技术环境”。移动计算有三个基本的性质：通信性、移动性和便携性。它将准确、及时的信息提供给任何时间、任何地点的任何用户。这将极大地改变人们的生活方式和工作方式。移动计算使用各种无线电射频（RF）技术或蜂窝通信技术，使用户携带的移动计算机、个人数字助理（PDA）、手机或其他智能终端设备与远程服务器连接，并进行信息交互。

二、系统设计

1．系统架构

本研究中采用PDA作为移动终端，设计基于移动计算的教学管理系统。整个系统由安装移动教学信息管理软件的PDA、无线网络和服务器组成（如图1所示）。后台服务器可以是单独的也可以位于局域网内。移动数据库（Tdata．sdf）和后台数据库（Tmanage．mdf）分别位于PDA和服务器中。为教师和学生设置不同的用户权限，利于教师管理、跟踪学生的学习。

图1 移动教学管理系统架构

2．移动教学管理系统主要功能设计

本研究中的教学管理系统主要实现三个功能：教师端管理功能；学生端实时学习功能；教学管理功能。

教师端管理功能主要包括：提供教师信息；教师对学生出勤、作业、成绩等相关信息的查询；教师对教学课件、教案等与教学相关信息的维护、整理。

学生端实时学习功能能够让学生可以不受空间、时间的限制，随时随地接收多媒体教学资源，包括实时视频、音频教程以及多媒体教学课件等信息，同时，利用PDA可以和老师及同学进行实时互动交流。

教学管理功能是系统管理员对系统进行维护管理，包括对学生学习过程的监控与管理，对师生交流情况的跟踪，对课程内容的发布与管理等等。

三、数据库架构

系统中的数据信息按属性及设定的规则以表的形式储存在服务器的数据库中。移动终端设备（PDA）保留服务器数据库的副本。为了提供一种可同时在移动设备与服务器“连接”和“断开”两种情况下工作的本地存储方案，系统采用远程数据访 问（RDA） 实现访问远程服务器中数据库表中数据的功能。RDA使用SQLMobileDatabaseEngine和移动设备客户端上的SQL Mobile Client Agent进行数据操作，如图2所示。

图2 PDA数据库技术构架

1．创建移动数据库

系统利用．NET Compact Framework技术进行开发，选择SQL Mobile作为客户端的数据库管理平台。移动数据库作为主数据库的一个精简副本需要创建在PDA端。

2．移动数据库的使用操作

用户与服务器数据库之间的信息交流是通过对本地数据库的操作完成的。系统创建了本地数据库后，通过使用SQL Mobile对象来更新、插入以及删除数据。

四、移动终端与服务器的通信

TCP／IP能够实现在不同规格的主机及操作系统之间建立网络通信连接，因此，比较适合用于数据传输量大而且对网络连接要求高的系统。本系统采用．NET环境下System．Net．Sockets 命 名 空 间 提 供 的 TcpListener 类 和TcpClient类，实现移动终端与服务器之间的通信。采用这种方式建立连接时，服务器端上使用一个套接字侦听传入的TCP请求，然后在客户端系统上创建一个套接字发起一个发出请求。

与PC相比，由于嵌入式系统软硬件平台的限制，PDA在软件编程实现及功能扩展方面较PC复杂。因此，需要定义一套基础指令集，以PC端为控制端，PDA端为被控端，通信时PC以基础指令集控制PDA完成相应功能，这样数据通信功能主要在PC端程序中实现，从而简化了PDA端程序开发的难度。图3为PDA与PC数据通信流程图，其具体通信过程如下：

图3 PDA与PC数据通信流程图

（1）通信开始后，PDA端程序处于等待握手信号状态；PC端程序在收到确认应签信号前每隔一定时间发送握手信号，直至超时。

（2）PDA收到握手信号后，发送确认应答信号，然后处于接收指令状态；PC端收到确认返回信号后，开始发送指令，然后等待确认返回信号，直至超时。

（3）PDA收到指令后，解释执行，并返回确认应答，然后再次处于接收指令状态；PC端收到确认应答信号后发送下一条指令，然后等待确认返回信号，直至超时。

（4）跳转至（3），直至PC端程序发送退出指令，终止通信。

为了实现服务器端和移动终端之间通过基于消息的形式进行通信，给消息赋予了一个结构体，在发送数据之前对其进行加密处理，在服务器端和移动终端使用相同的消息结构体和相同的加密解密方法，就可预先定义一些指令集，以简短的文字或符号作为标识进行传递，而把具体的功能描述及实现置于服务器端或移动终端，这样既减轻了通信网络的负荷，又较好地实现了分布式计算，使系统内部有限的硬件资源得到合理的利用。[6]

五、结束语

本研究用PDA作为移动终端，利用RDA远程数据库访问策略，设计基于移动计算的教学管理系统。通过无线网络与服务器数据库保持同步，实现了各个PDA终端与服务器的通信和信息共享。该系统将移动数据技术应用到教学管理环节中，充分发挥其在无线网络环境中的优势，为教师和教学管理人员提供了方便有力的教学管理工具，同时加强了师生之间的互动与交流，提高学生的学习效率，方便学生完成与课程学习相关的活动。因此，有理由认为，该系统的开发将有很好的应用前景和使用价值。

[1]完泾平,王颖,王韦．基于移动计算环境的智能客户端的研究[J]．计算机时代,2009．

[2]Pissnou N．A new framework for handling mobile clients in a cli－ent－server database system[J]．Computer Communication,2000,(23):936－941．

[3]姚绍文,王敏毅,周明天．移动分布式系统－技术现状和发展[J]．计算机应用,2002,22(2):5－13．

[4]Andy Wigley．．Net compact framework 技术内幕[M]．北京:清华大学出版社,2003．

[5]田东风．Windows CE 应用程序设计[M]．北京:机械工业出版社,2003．

[6]谢荣岳等．基于PDA移动作业系统的设计[J]．兵工自动化,2005,24(1)．