基于AppCan的移动英语微学习系统研究

李 楠

(福州软件职业技术学院 计算机系，福建 福州 350108)

英语学习是一个循序渐进的过程，许多大学生因此在英语学习方面耗费了大量的时间和精力，甚至影响了其他课程的学习.移动数据通信技术和移动终端设备的快速发展，促使智能手机、平板电脑、电子书等移动终端设备成为许多学生的理想学习工具，如何有效利用这些新兴的移动互联网技术和移动设备优化英语学习生态环境，促进学生、教师、学习内容和支撑技术之间的相互作用、相互依存、相互联系等双向互动，帮助学生高效利用碎片时间进行英语学习成为当前移动互联网环境下移动微学习技术研究的热点问题.

微学习(Microlearning)也称为碎片化学习，与系统化课程学习的主要区别在于其不受时间、空间、学习内容和学习方式的限制，是数字化学习和移动学习发展融合的新产物，是奥地利学者林德纳于2004年提出的一种基于微学习内容和微学习媒体的个性化移动学习模式，强调通过发布/订阅技术为学习者自动推送个性化的学习资源与服务[1].智能手机、平板电脑等微型移动终端设备的广泛使用为微学习服务的应用与发展提供了物质基础，高速移动数据通信网络服务的完善为进行移动微学习活动提供了可能性，这使得学习者能够在动态生活环境中利用碎片时间进行个性化学习成为现实[2].HTML5作为新一代的Web开发技术标准，它不仅可以开发功能更丰富、界面更友好的跨平台Web应用系统，而且对视频、音频、动画、矢量图形等多媒体具有很好的支持，使得多媒体文件的在线播放不再依赖于Flash Player或Silverlight等第三方插件.对于开发者来说，只需编写一个统一的Web应用程序即可在普通计算机、平板电脑、智能手机等不同的终端设备上运行，彻底解决了以往需要针对不同的终端设备或操作系统平台开发不同的Web应用程序的问题，大大降低了Web系统设计开发的成本；对于用户来说，HTML5技术标准已得到了Microsoft IE、Mozilla Firefox、Google Chrome等Web浏览器的支持，这使得用户无需安装任何多媒体播放插件即可在线流畅地观看视音频，同时也省去了因Web浏览器更新导致的插件同步更新升级问题.此外，HTML5技术具有本地离线存储支持、安全且易于实现的跨文档消息通信、高并发访问能力等特点，非常适用于移动英语微学习系统的开发.本文在分析移动英语微学习需求与特点的基础上，研究移动英语微学习系统的设计与开发.

1 移动英语微学习系统设计

1.1 系统架构

移动英语微学习系统主要是为帮助在校大学生和英语爱好者利用碎片时间进行英语学习而开发的一款综合英语微学习服务平台，支持词汇识记、英文阅读、听力练习、口语交流、作文批阅、知识管理等服务，包含用户层、应用服务层和数据管理层，其体系架构如图1所示.

图1 移动英语微学习系统的体系架构

用户层主要是由安装有支持HTML5的Web浏览器且可以通过无线网络或移动数据网络连接到应用服务层的移动终端设备构成，是英语学习者利用系统进行学习的可视化交互界面.应用服务层主要是为学习者提供相关应用服务，如用户注册与身份认证、学习资源管理、个性化资源推荐、个人知识管理等，是系统功能的核心实现模块.数据管理层主要为系统提供数据存储与自动备份、通过从指定Web站点抓取数据进行数据更新等功能，以保证系统资源的不断更新及数据的高容灾性.

1.2 系统功能

图2 移动英语微学习系统的主要功能

如图2所示，移动英语微学习系统主要包括平台首页、学习服务和个人空间三大功能模块，其交互方式主要有文字识别、语音交互、手写输入和移动设备上的触摸交互等[3].

(1)平台首页.平台首页是用户了解和应用系统资源与服务的入口，主要提供用户注册与身份认证、平台概述、内容版块、意见反馈等服务.用户注册和身份认证一方面是为了保证用户的合法性，保证系统服务使用与数据的安全性，使其免遭恶意应用程序的攻击；另一方面，其也是用户创建和编辑个人空间内容、利用个人空间进行个人资源管理和学习互动的基础.平台概述主要是为用户介绍本系统的开发理念与目标、用户个人敏感信息保密原则、系统功能与使用方法等，让用户对系统有一个全面的认识之后自愿注册使用系统相关资源与服务.同时，用户可以在首页的内容版块看到各个服务模块的最新资源，告知用户系统资源的丰富性和时效性.由于每个学习者的学习需求和学习特征各不相同，而且系统功能与设计的完善需要得到不同类型学习者的建议，用户可以通过平台首页的意见反馈功能向系统运营者提交关于系统修改的意见.

(2)学习服务.学习服务模块是本系统的核心功能模块，主要是为学习者提供听、说、读、写四项基本英语能力的学习服务.根据英语学习者的具体学习目标，如通过四六级、考研、考博、IELTS、GRE、新托福等英语考试，将学习资源进行分类，以便学习者针对各类英语考试的具体要求有针对性地进行学习.词汇学习和阅读理解能力的提升是英语学习的重要部分，学习者可以根据自己的学习偏好自定义词汇学习和篇章阅读的分类方式，如按照学习难度、掌握程度、内容场景等进行分类，在呈现某一个词汇的同时给出该词汇的读音、过去式、现在分词、同义词、近义词、经典例句等，在英文篇章的后面提供文中所出现的生词、长难句、经典句型等，让学习者在进行阅读理解练习的同时掌握相关的词汇和例句，以便其在口语和写作中使用准确的英文表达.学习者可以在听力练习部分选听各类题材的英文篇章、听力练习题目等，也可以在作文批阅模块上传自己撰写的英文作文、请求网络上其他英语学习者进行批改.口语互动可以帮助在线学习者进行实时英文交流，促使学习者在日常学习交流过程中主动使用英文，创建有效提高英文口语表达能力的网络英文交流环境.阅读篇章和听力材料需要不定时地进行更新，其资料不仅来源于学习者共享和推荐、系统运营方收集整理，而且来源于利用数据抓取技术从指定的英文Web站点抓取的数据.

(3)个人空间.个人空间主要提供个人资料展示、资源共享与推荐、个人知识管理、在线互动等服务，支持学习者开展个性化学习和进行知识管理.个人资料主要包括用户名、个人头像、微博地址、E-Mail、QQ、学习目标、学习偏好等，系统将根据用户的学习目标和学习偏好自动推送最近更新的学习资源.用户在使用相关学习资源的同时，可对资源的质量进行评价和打分，并将优质的学习资源推荐给当前在线的其他学习者.学习者可以通过资源共享功能上传自己收集的优质学习资源供平台发布使用，而且系统会将学习者已经学习过的内容自动添加到知识管理区域，供学习者快速回顾和复习已经学习过的内容.当多个学习者在针对同一个篇章进行阅读或同一个听力材料进行练习时，可以针对其当前的学习内容进行在线交流互动，通过相互交流激发学习者的学习兴趣、解决其在学习过程中可能遇到的困难和孤独感等问题[4].

2 移动英语微学习系统开发

2.1 AppCan开发平台

Hybrid(混合模式)移动应用程序可直接使用操作系统提供的图形API和用户界面服务，大多数页面由浏览器的渲染引擎来执行，兼具本地移动应用程序(Native App)良好的用户交互体验和移动Web应用程序跨平台开发的优势，在各类移动设备上的运行可获得高交互性和出色的图形用户界面.Hybrid移动应用程序的开发可同时使用网页编程语言和程序设计语言，无需针对每一种移动操作系统编写应用程序，只要使用HTML、CSS和JavaScript完成应用程序的开发即可在多个终端设备上使用，开发成本较低.支持Hybrid开发模式的移动应用开发框架有PhoneGap、AppCan、Rexsee等，虽然PhoneGap是比较早的一种跨平台移动应用开发框架，但由于其主要是针对本地移动应用程序的开发，对Hybrid开发模式的支持较弱；AppCan是国内开发的一款支持Hybrid模式跨平台移动应用程序开发的平台，支持开发者使用HTML5、CSS和JavaScript等Web编程技术快速开发跨平台移动Web应用，同时能够通过JavaScript调用移动平台本地的功能、界面组件等，而且支持多窗口机制以及Sina、腾讯、百度等开放平台的对接，开发者可以像开发网页一样通过页面链接的方式灵活地开发大型移动应用程序；Rexsee目前主要支持Andriod平台上的移动应用开发，暂不支持其他移动操作系统平台.因此，移动英语微学习系统的开发采用免费的AppCan框架来实现，以实现系统的快速、低成本开发和维护.

2.2 系统关键技术

(1)网页数据抓取.网页数据抓取是将非结构化的数据信息从大量网页中摘取出来，并将其保存到结构化的数据库系统中的过程，这些数据以文本、图形图像、文件等形式存在.HttpURLConnection和URL是抽象类URLConnection的两个直接子类，用来实现应用程序与Web系统服务端URL资源的连接，每个HttpURLConnection实例都可生成一个连接到远程服务器的HTTP请求，连接成功后即可采用BufferedReader从输入流中读取数据，最后将所读取的数据保存为指定格式的数据，其核心代码如下：

public void captureHtml(String strURL)throws Exception {

URL url = new URL(strURL);

HttpURLConnection httpConn = (HttpURLConnection) url.openConnection();

InputStreamReader input = new InputStreamReader(httpConn.getInputStream()， "utf-8");

BufferedReader bufReader = new BufferedReader(input);

String line = "";

StringBuilder contentBuf = new StringBuilder();

while ((line = bufReader.readLine()) != null) {

contentBuf.append(line);

}

String result= contentBuf.toString();

}

(2)个性化学习资源推送.个性化学习资源推送是将利用信息推荐方法所获取的数字化学习资源自动推送到特定用户终端，使得用户能够很方便地获得适合自己学习需求的学习资源.常用的推荐算法包括协同过滤推荐方法、基于内容的推荐方法等.协同过滤推荐方法是将与目标用户兴趣相似的其他用户感兴趣的内容推荐给该用户，主要考虑其他用户对内容的评分情况，而忽略用户的性别、年龄、学习背景、地理位置等因素[5].基于内容的推荐方法根据用户的历史信息(如关注、转载、分享、收藏的历史数据)计算目标用户的偏好，根据计算所得到的信息内容与用户偏好之间的相似度将最相似的数据信息推荐给目标用户，适用于英语文本类信息的个性化推荐[6].Roberrson S等提出了一种更新用户偏好数据的自适应方法，该方法将与用户偏好特征相似度高的信息推荐给用户的同时，也使用相似度高的用户偏好数据更新用户偏好记录，从而实现用户偏好的动态更新[7].由于学习者的学习兴趣和基础能力是随着时间动态变化的，利用基于内容的自适应推荐方法可依据学习者的学习实际情况动态更新用户偏好数据，从而为移动英语学习者提供更准确的个性化数字英语学习资源.Apache kafka是一个开源消息发布/订阅开发框架，具有高吞吐量、高稳定性、支持大数据文件等特点，通过Node.js可利用JavaScript技术完成自动推送个性化学习资源到目标用户的移动终端设备.

(3)即时消息通信.常用的即时消息通信协议主要有SIP协议和XMPP协议，SIP协议是应用层的控制协议，主要用来创建、修改和终止视音频通信或文本消息传输等，对客户端的要求较多，不适用于跨平台移动应用程序的开发.XMPP协议是一种基于XML流的即时通讯协议，可实现不同操作系统和Web浏览器之间的多用户消息传输与数据传输，具有开放性、灵活性、易扩展性、安全稳定性等特点，几乎支持所有的移动终端设备，适用于移动英语微学习系统中口语互动和在线互动功能的实现[8].在线实时语音通信的实现包含在线录音和录音数据发送与播放两大步骤，首先将用户的语音信息录制成数据文件，然后以发送文件的方式将语音数据发送到接收方，接收方收到发送方所发送的语音数据之后对其进行解码，并以在线播放音频文件的形式读取语音信息.

(4)内容对象缓存技术.由于用户可能频繁访问移动英语微学习系统中的某些功能或某个数字化学习资源，为减轻客户端操作对服务器端数据库系统的负载，可采用对象缓存技术减少读写数据的次数，提高数据访问的速度，保证系统的高并发性和稳定性.HTML5引入了客户端数据存储机制，如Web Storage(含localStorage或sessionStorage)和Web SQL Database，利用它们可以方便地在本地保存和备份用户数据，而无需连接到远程数据库服务器.LocalStorage和SessionStorage都是以键值对或简单对象的形式存储少量用户数据，其区别在于前者保存的数据可跨浏览器会话保持、后者保存的数据在浏览器会话结束时即被清除；轻型关系数据库Web SQL Database主要用于处理大量结构化数据，支持通过事务对数据表的创建、插入、更新、删除与查询等操作，可跨浏览器保持会话[9].为此，口语互动、在线互动、意见反馈等功能采用Web SQL Database存储通信记录、离线文件、用户设置等用户数据，避免用户频繁访问服务器和下载重复数据.

3 系统分析与应用

移动英语微学习系统充分利用快速发展的LTE、3G、WiFi、WLAN等高速无线数据通信网络为英语学习者提供移动学习服务，系统设计有效融合了移动学习模式、数字学习资源共享、社交学习理论等优势，系统实现采用基于Hybird混合模式的移动应用程序开发方法、HTML5技术等，能够为英语学习者的听、说、读、写四项基本技能的提升提供丰富的学习资源和全面的学习服务.由于采用AppCan移动应用开发平台，系统开发效率高、成本低，完成一次开发之后便可在Android、iOS、Windows Phone等不同的操作系统平台上运行.

移动英语微学习系统不仅可应用于在校大学生的四六级考试学习、考研与考博英语学习等，而且可为IELTS、GRE、新托福等英语学习者提供数字学习资源和移动学习服务.同时，系统采用HTML5的客户端数据存储机制实现了用户数据的本地缓存功能，用户无需频繁访问服务器上的同一个资源或服务，大大减轻了网络数据传输的负担和服务器端数据库的压力，使得系统的稳定性和可靠性得到有效保障，同时也减少了用户移动数据流量的消耗，使得移动英语学习者能够在耗费较少网络数据流量的情况下利用自己的碎片时间随时随地方便地进行英语学习和分享[10].

4 结束语

本文主要对移动英语微学习系统的设计和技术实现进行了分析，其应用可以解决学习者利用碎片时间进行英语学习的问题，在提升学习效果的同时减少学习者因英语学习而浪费大量的时间和精力.然而，由于本系统面向的服务对象比较复杂，学习能力基础和学习特征各异，数字资源的建设和个性化学习服务功能需要在系统应用过程中进一步完善，以不断提高系统的实用性和有效性.

参考文献：

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[3]程国雄，胡世清.数字化图书及英语交互学习RIA平台的研究[J].计算机工程与设计，2010(13):3103-3107.

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[6]FLIX O，ELENA G，EDUARDO H.The task of guiding in adaptive recommender systems[J].Expert Systems With Applications，2009，36(2):1972-1977.

[7]PANAGIOTIS S，ALEXANDROS N，APSTOLOS N， et al.Collaborative recommender system:combing effectiveness and efficiency[J].Expert Systems With Applications，2007，34(4):2995-3013.

[8]周文琼，王乐球，周桐，等.基于XMPP的企业即时通信系统研究与应用[J].吉林大学学报，2010，28(1):106-111.

[9]翟峰，李伟锋.基于HTML5中的Web SQL Database来构建应用程序[DB/OL].(2011-08-18)[2013-7-18].http://www.ibm.com/developerworks/cn/web/1108_zhaifeng_websqldb/

[10]陈仁章，孟小华.大型网络教学平台架构设计及实现[J].计算机工程与设计，2010(11):2455-2457.