基于强化理论的移动学习资源推送平台的设计与实现

王嘉琦　徐朝军　钟柏昌　李艺

[摘 要] 智能手机、平板电脑等便携式移动设备的出现，在丰富了教育媒体的同时，对学习资源的设计提出了新的挑战。文章以成语移动学习资源开发为例，针对成语需反复诵读达到熟记的特点，论述了强化理论在移动学习资源开发中的应用，提出将强化理论融入移动学习，构建在闲散时间进行连续且间歇性强化的教学程序，并结合移动技术研发出Android平台与Web Service技术相结合的成语资源推送平台，实现强化理论在移动学习资源开发中的创新性应用，既重视经典教学规律与实践的交互，也为学习者提供了一个可以随时随地便捷学习的新工具。

[关键词] 移动学习； 强化理论； 成语资源推送

[中图分类号] G434 [文献标志码] A

[作者简介] 王嘉琦（1988—），女，宁夏银川人。硕士，主要从事文本挖掘和情感计算研究。E-mail：jqw413@126.com。

一、问题的提出

随着移动通讯技术的发展，基于智能手机、平板电脑等便携式设备的移动应用也纷纷涌现，移动学习应运而生。这为教育技术的发展提供了一个崭新的视角——将移动技术与传统教育理念合理地融合在一起，使得用户既可以按照传统教学规律安排学习，也可以因时、因地、随需要获取知识。[1]这种学习方式依托移动设备的便携性，突破了时空的限制，不局限于课堂上和书桌前，而是将学习融入生活。

在移动时代来临的大背景下，亟需调整构建教育资源推送平台的既有思路，以适应用户的新需求。目前通过数字化教学资源促进专业教学已形成共识，主要是使用一些主流的网络开发技术对学习资源推送平台进行架构和开发，[2]其中基于PC网络的研究十分广泛。如余胜泉提出了一个网络教学平台，从网络教学管理系统、网络教学子系统、网络课件开发工具和教学资源管理等四个方面完整地论述了平台的框架，充分重视师生间的沟通，并且为教师在网上实施双向教学提供全面的工具支持。[3]胡钦太等介绍了“文字教材—学习辅助光盘—网络学习平台—技能实训平台”四位一体的计算机基础课程立体化教学资源呈现方式，各种教学资源形成一个有机的整体，为开展多元化的教与学提供了有力的支撑。[4][5]张慧等针对当前教育信息化资源平台建设零散分布、重复投资等突出问题，提出了基于云计算的开放性教学资源平台建设方案，以期建立一个基于云计算的集中管理、分散存储的资源开发、管理、应用系统平台，形成高等教育信息化资源共建共享的机制。[6]虽然教育资源推送平台的构建已取得了长足发展，但是在移动学习条件下，其突破时空限制、随时随地便捷学习的特点没有得到充分体现，学习资源设计对知识记忆过程考虑不足，教学资源呈现形式缺乏多样性和灵活性，[7]内容繁琐冗长，用户交互性不够。

鉴于此，文章以成语资源推送为例，根据成语短小、结构性强、需反复诵读达到熟记的特点，提出将强化理论应用到移动学习中，构建在闲散时间进行连续且间歇性强化的教学程序，并结合网络和移动技术研发出基于Android的成语资源推送平台。

二、强化理论在移动学习中的创新

将强化理论融入移动学习，不但使得移动学习得到传统学习理论的坚实支撑，而且强化理论的小步子渐进原则和及时反馈原则依托移动学习得到更充分的体现。将需要学习的内容分组，利用闲散时间进行分解强化，移动终端确保学习者可以随时随地看到程序的提醒，为严格执行教学程式提供了基础。平台还可以根据每个学习者给出的反馈自动调整强化频率，减少时间和精力的浪费，这在传统课堂上一个教师面对众多学生时是很难做到的。此外，基于移动设备的教学程式不再是教学内容的简单堆叠，受屏幕大小和用户心理的影响，移动类应用往往充满趣味性和交互性，以期最快吸引用户的注意。

本文将以成语学习为例，设计并构建一个融合强化理论的移动学习资源推送平台。成语是汉语中的瑰宝，其结构严谨，意蕴丰富，是一个包罗万千的中华文化载体。[8]通过反复诵读达到纯熟映入脑中，为以后的使用打好基础，是成语背记中必要的过程。在语文教学过程中，应重视基础年级学生在诵读中积累一定数量的成语，这在新课程标准中也有描述。

经典的艾宾浩斯遗忘曲线描述了记忆的规律，该曲线如图1所示，从图中可以看出，刚学习后一天之内遗忘的速度最快，其中20分钟后的保持率只有58.2%，仅一小时之后保持率就下降到了44.2%；从第二天到第六天，保持率下降的速度有所降低，共降低8.3%；第七天到第三十一天遗忘速度已趋于平缓，25天的时间保持率总共只降低了4.3%。可见遗忘速度最快的阶段是记忆的初始阶段，达到一定时间后，遗忘速度会显著降低并趋于平缓，对于学过的知识应该在遗忘之前及时复习，[9]才能在大脑中保持较长的时间。

将艾宾浩斯记忆理论融入到强化理论指导下的教学程式设计之中，针对记忆的规律设计强化步骤，使得学习者能够在最需要的时间得到强化，防止精力和时间的浪费。强化理论认为复杂的行为通常是逐渐形成的，因为每一段行为总是包含着多个单一的操作性活动，实验者可以一步一步引导学习者去做预先设计好的事情。其小步子渐进原则要求在设计教学程式时先进行环境预设，将教学内容分解为多个单元，学生分步骤学习。若强化过于频繁，会占用学习者过多的精力，降低学习效率；若强化时间间隔太长，每次总是在遗忘后才复习，会使学习失去连贯性并打击学习者积极性，可根据艾宾浩斯记忆理论选择每个步骤进行的“正确”的时间点。艾宾浩斯记忆理论揭示了记忆的一般性规律，但在细节上还应考虑个人差异，还应根据学习者的每次反馈来调整强化频度和学习进度，真正做到个性化学习。

在移动学习的背景下，根据强化理论的小步子渐进原则和及时反馈原则，参考艾宾浩斯记忆理论，本文制定了详细的教学程式。第一天是复习的关键时间，趁着对学习内容的记忆还比较清晰时安排最密集的复习；第二天至第六天复习频次可有所下降；第七天到第三十一天几乎不再遗忘，安排一次复习加强记忆即可。由于目前还没有严格的统一标准，考虑到普通中学生使用手机的客观条件是课程门类多、学习任务繁重，所以成语强化周期不宜拖得过长，每次学习不宜占用学生过多精力；同时参考上述“先密后疏”的原则，本文为成语设定了七个记忆级别，将其量化为强化频率后，具体的复习策略见表1（其中m表示分钟数，h表示小时数，d表示天数）。

“成语级别”代表了记忆簿中成语的所有可能状态，级别越高，说明其在学习者脑中的记忆度越高，从而可以逐渐增大强化的时间间隔。当成语被加入记忆簿时，初始等级自动设置为1，对应的“时间间隔”表示处在该级别上的成语距离下一次进入复习队列的时间长度。每次学习者对记忆簿中的成语进行复习时，系统会记录用户的操作：若用户对某成语不熟悉，则降低该成语的等级，即减少时间间隔提高强化频率，否则升一级，从而降低强化频率。通过这个方法实现了根据学习者的反馈自动调整强化频率，控制学习进度。达到最高等级后，答对不升级，答错则降一级。通过该强化程式，针对还未熟记的成语反复记忆，相对较熟悉的成语也保持低频强化，在最需要的时间学习，从而提高了学习效率。

三、平台设计方案

（一）学习目标设计

学习目标是指学习者通过学习后，应该表现出来的可见行为的具体明确描述。[10]该平台在传统课堂之外为学习者熟练诵记成语提供了一个辅助工具，旨在利用一切可利用的闲散时间。首先通过本地或网络查询获得成语的词条及释义，然后以连环画的形式观看典故，在头脑中构建多维度的立体认知图，最后通过强化模块使得学习者能够快速熟记成语。

（二）学习对象分析

移动资源推送平台可针对不同的学科特点面向一切移动设备持有者。在成语资源推送中，设定学习对象为中学生。首先，中学生中拥有移动设备的比例已经达到一定规模，为本平台的应用提供了前提条件。其次，中学生在心理活动方面已具有一定的自主性，知道自己学习的薄弱之处，并且有能力调控自己的动机。最后，中学生面对着中、高考的竞争，在语文学习方面，对于成语有一定的强化记忆需求。

（三）学习情境设计

移动学习不同于传统的课堂学习，它强调对于闲散时间的利用，是课堂学习的一种辅助手段，学习的地点可能在任何地方。[11]在本平台所构建的环境中，学习者可以在移动终端本地或者利用网络查询成语，了解其内容及释义；也可以通过连环画的方式查看其典故，通过不同形式的信息呈现，构建立体的知识体系，加深理解。对于想进一步熟记的成语，系统会根据设计好的程式自动提示复习。系统功能架构如图2所示。

1. 成语查询模块

在成语查询模块，学习者可以自主选择学习内容，按照自己的意愿进行查询。学习者首先需认知自己的知识，拥有一定主动学习的愿望和动机。

事先已将大量成语资源编排放入客户端和服务器端的数据库中。查询时，学习者在编辑框输入要查询的内容，点击“搜索”按钮后，系统首先默认进行本地查询，若在客户端数据库内没有查询到该词条，再由学习者决定是否访问服务器端进行查询，最终结果显示在客户端界面，如图3所示。

2. 成语典故模块

除了上述通过成语词条及释义的文本式记忆外，如图4所示，本系统还在成语典故模块中通过连环画的方式，将成语背后的历史故事呈现给学习者，为学习者构建多维度知识体系，知其然并且知其所以然，在诵记的时候通过联想加深印象，在理解的基础上进行记忆。通过手指在图片上左右滑动可以切换图片。

3. 成语强化模块

在查询之后，学习者将需要熟记的成语添加到记忆簿，通过系统的强化程式进行连续且间歇性强化，达到更好的学习效果。

参考艾宾浩斯遗忘曲线，遗忘的速度不是均衡的，表现为先快后慢。如图5所示，首先用户在成语查询界面将成语加入记忆簿，系统会定期统计需记忆成语个数，显示在通知栏里。点击该通知，进入记忆簿界面；然后用户点击进入强化界面，通过用户答题情况及时调整强化频率。本模块强调对闲散时间的利用，而设备的便携性确保了用户可能在一切闲散时间进行分散随机学习，是课堂学习的一个良好辅助。

四、平台关键技术实现

（一）网络查询

成语查询模块的网络查询基于Web Service技术，用户在客户端设定参数，系统进行逻辑判断，在服务器端调用相应的Web Method并辅以信息库搜索，将返回信息呈现给用户。将“如何交互信息”和“交互什么信息”分层处理，这种多层次架构的思想使系统更具可伸缩性。本功能由视图显示器、业务处理器和逻辑分发器组成。其组织关系如图6所示。

1. 资源获取

本系统所采集的成语资源均为中学课本中出现过的成语，分别保存在手机客户端和服务器端数据库中。服务器端信息库在Microsoft SQL Server下高效安全地实现。客户端采用Sqlite3轻量级数据库。

2. 资源推送

（1）业务处理器

业务处理器运行在服务器端程序中，以微软公司的Microsoft Visual Studio为开发平台，是Web Service的主要容器，它负责接收由逻辑分发器传送的请求，调用相应Web Method，并辅以信息库查询，最后返回数据给视图显示器，如图7所示。这种机制使得用户无法直接访问服务器端信息库，确保了信息的安全性。

（2） 逻辑分发器

逻辑分发器并不是一个进行实际处理的模块，而是在逻辑上对消息处理机制的一种描述。服务器始终开启，等待用户的请求；客户端请求触发后，逻辑分发器接受用户的请求，并根据请求参数决定调用业务处理器的哪一个函数来完成，然后将结果交给后者做进一步处理。

（3） 视图显示器

在本系统中，视图显示器部署在客户端，基于Android平台进行开发，选择JDK1.6 + Eclipse作为开发工具，可以将得到的资源显示在自己的移动设备上，工作原理如图8所示。

（二）强化功能

成语强化模块是强化程式的载体。在实现的过程中，使用了Android系统中的定时器功能。设置定时器工作时间间隔为五分钟，每五分钟定时器就会启动一项自定义的服务Alarm Service。在Alarm Service中，根据每个成语的当前级别判断其下一次进入复习所需时间间隔，然后在上一次复习并且点击“记得”的时间点的基础上加上该时间间隔，将结果与当前时间进行比较，从而判断是否需要进入复习队列。统计好需要复习的成语总数后，发送通知给系统，系统会在手机首页的下拉菜单中显示，提醒用户进行复习。

当系统计算出的复习时间与学习者的休息时间冲突或者学习者当时较忙，系统会在提醒后进入等待，直到学习者浏览了该词条并点击“记得”后，才会在此时间点的基础上计算下一次的复习时间。

五、总结与展望

移动学习为教育资源推送平台的构建提供了一个全新的视角。本平台针对成语需反复诵读达到纯熟记忆的特点，将强化理论融入移动学习，并制定了详细的教学程式。强化理论的融入使得移动学习程式的设计更加具有科学性，而强化理论的小步子渐进原则和及时反馈原则也依托移动设备得到了更充分的体现。平台为每个强化单元制定了严格的执行时间，只有依托移动终端才能确保学习者随时随地看到程序的提醒，使每个步骤得到及时强化。移动设备也可根据每个学习者的反馈自动调节学习进度，节省教学者的精力。

为了更精确地分析该平台对于提高成语学习的作用，在后续工作中还需将其投入应用，通过教学一线师生的使用结果对平台的学习效果进行评价。通过调查问卷进行前期调研，确定学习者对于成语的掌握现状；学习者使用本平台进行学习后，再通过书面测试的方法量化学习效果。除此之外，教育资源推送系统在实现上还可以基于其他技术进行开发。在系统使用对象方面，该平台并不仅仅局限于成语学习，还可以考虑针对不同学科、不同年龄的学习者，进一步推广至其他学科或知识领域。而更完善的功能亟待后续研究和探索，相信在未来，此领域巨大的潜能会通过进一步的研究开发而得以挖掘。

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