基于云计算1动2微3平台的移动学习平台设计研究

浙江越秀外国语学院网络传播学院 陈海挺

基于云计算1动2微3平台的移动学习平台设计研究

浙江越秀外国语学院网络传播学院 陈海挺

【摘要】针对不同类型的学生在自主学习方式也需不同对待，本文提出一种基于云计算1动2微3平台的移动学习平台模型，适应不同类型的学生进行“自助”式和“推送”式相结合的混合式自主学习模式。本文首先设计平台的主要功能模块，接着阐述平台整体设计和3平台的架构，最后讲述实现平台的关键技术和相关方法的讨论。

【关键词】云计算；移动学习；微学习；APP；微信公众平台

引言

自2001年12月我国教育部高教司提出了关于“移动教育”的理论与实践的研究通知以来，移动学习在国内得到了广泛关注和研究［1］。尤其在近几年来，移动学习已成为学习技术领域最大的研究热点之一。

当前高校主要的教学形式是以课堂教学为主，以自主学习为补充的教学方式。［1］在自主学习模式大概分为三大类：一是传统式课外作业和查阅图书等方式；二是利用PC机和互联网进行在线学习；三是利用移动终端和移动互联网进行移动学习。

移动学习作为学生课外的一种先进的课外自主学习模式，是课堂教学延伸的一种有效手段，能很好地辅助师生进行课外学习的有效方式。目前移动学习方式较为热门的有：通过下载存入到移动终端进行移动学习、微信学习和APP移动学习等，然后就目前国内外研究进展来看，尽管通过多种方式实现了移动学习的功能，但存在以下缺点：（1）自主学习平台比较单一；（2）教学模式单一；（3）受移动终端性能的影响，移动学习的功能较简单；（4）师生互动局限较多；（5）个性化需求较难实现；（6）对提高教学效果不明显。因此，基于移动学习的自主学习模式的研究仍然有较大的增长空间。

鉴于此，本文提出基于云计算1动2微3平台的移动微学习平台设计研究，其中1动2微3平台指的是：1动是指一个移动智能终端（主要指智能手机），2微是指开发微资源，实现微学习；3平台是指通过基于互联网访问的WEB学习平台、利用移动智能终端通过移动互联网访问的移动APP学习平台和通过微信公众平台进行学习的微信学习平台。本文首先介绍平台主要功能模块，阐述平台整体设计和3平台的架构，最后讲述关键技术的实现方法和相关的讨论。

1.平台主要功能模块设计

教学模式的选择应适合学生的特点和符合学生的心态，学生一般分为三类：第一类为主动学习者，为这类学生需要提供大量的学习资源，可根据自身情况自助选择具有个性化的资源进行学习；第二类为被动学习者，针对此类学习者，采取嵌入微信公众平台的方式将学习资源向学生进行推送，起到对学生的督促学习的作用。第三类为介于一、二类之间的学生，需要“自助”与“推送”相结合的教学模式，从而使他们回归到主动上来。

本文主要是结合本校的实际情况和学生的特点，对本校现阶段的教学模式和教学资源作为研究对象，针对本校在自主学习模式存在的诸多问题做些新的改进和完善，利用移动学习模式，开发微教学资源，将微信公众平台嵌入到学习平台中，实现多种方式相结合的微学习教学模式。平台功能主要包括：

（1）微学习资源库模块

主要指授课教师可上传自己所授课程的相关微教学资源，对资源库中的资源进行管理。学生可从资源库中有选择性的建立自助学习资源库，以便针对性学习。因受移动终端特点的限制，在制作微资源方面，需根据知识点的大小，进行分隔成尽量小的微资源，每个微资源尽量控制在10分钟之内。

（2）学习任务模块

主要是教师可向自己授课的学生发布课外学习任务。该模块可以包括发布供学生“自助”式自主学习的任务，也可以利用微信公众平台发布“推送”式自主学习任务。学生针对任课教师所发布课外自主学习任务可选择利用移动终端或PC机进行学习。

（3）答疑和反馈模块

该模块主要提供教师对授课学生进行答疑，同时可以查看学生对教学情况和教学效果的反馈，从而能尽快的进行调整或处理。教学双方可直接利用微信平台进行沟通，可建立一对一或一对多的实时互动，实现互动教学，从而提高教学水平。

（4）学习分享园地模块

该模块主要是向师生提供学习分享的功能。这些分享的内容主要包括知识总结、学习心得及学术前沿等简短精悍的微内容。但教师需对学生上传的内容进行审核通过后方能供他人分享。

（5）知识抢答模块

该模块利用微信平台向学生推送与课程知识相关的抢答题，将抢答题同步到学习平台中，同时记录和统计抢答得分。通过抢答，提高学生的学习兴趣和学习的主动性。

（6）自主学习评价方法

结合学院的实际情况，本文本提出的自主学习评价主要分为两种。一种是由通过各期知识抢答得分（满分为10分）加入课程的终结考试成绩。另一种是对学习任务中所发布的学习内容进行学习积分奖励的方式，并将最终的积分以一定的规则进行折算出自主学习的成绩，将该成绩作为课程的平时成绩。

2.平台总体设计

根据本文提出的研究内容和平台功能模块的要求，结合平台的特点，下面从平台的总体架构、3个子平台架构设计和平台安全体系设计等方面阐述平台总体设计。

2.1 平台总体架构

从总体上讲，为了尽量达到数据和表现分离，使得应用与服务能够无缝的集成，并能使之运行于多种平台之下，解决不同平台、组件模型之间的集成问题，因此本文采用分层模式进行设计，其平台总体架构设计方案如图1所示。

2.1.1 用户访问层

针对不同的用户（包括学生、教师、管理员）提供不同的访问方式，用户均可以通过WEB方式和APP方式登录平台，各类用户通过认证后根据不同的需求进行访问访问平台的各功能模块；另外，学生还可以通过登录微信公众平台进行学习、抢答知识等，还可以与教师进行互动。

图1 平台总体架构

2.1.2 服务接口和引擎

为实现移动学习平台能正常的运行，基于平台总体架构和业务流程，显然还需要服务接口、各类引擎等方面的支持，主要包括以下服务：

（1）服务接口

主要针对平台间的子系统服务封装，方便上层调用，提供了丰富的平台接口库，主要包括数据库调用接口、APP接口、微信接口、云服务接口、MAS接口等。

（2）引擎

各大智能手机操作系统（如iOS、Android）和系统中浏览器引擎，利用以Javascript API接口的形式来封装与操作系统底层的交互通信，达到基于HTML5开发移动应用的目的，实现核心引擎的跨平台能力。此外，还可利用云服务引擎实现将微教学资源等托管在云服务中。

2.1.3 平台数据层

平台数据层也可以称为数据库层，其主要数据包括微资源信息、学习任务信息、知识抢答信息、学习分享园地信息、用户信息、课程信息等。平台通过数据库连接池，对数据库连接重用机制进行了针对性优化，并封装了一系列的接口，对数据库的连接缓存在调度机制上进行了优化，在保持通用性的同时提升了性能。

2.1.4 平台的安全策略

平台采用分层架构来构建完整的安全体系，通过证书、权限、应用校验等机制构造移动应用接入控制体系，在服务接口设计上整体考虑了安全问题，各服务和API接口均有完整可靠的接入认证鉴权，可有效支撑平台的安全可靠运行，主要包括服务安全、终端安全、应用安全等安全体系。

2.2 Web学习平台的总体架构

本文中的WEB学习平台采用免费开源的、具有模块化框架网站内容管理系统Drupal来开发，在平台的构建过程中充分利用了Drupal 的两大核心：主题和模块。在功能上，采用了一些主流的第三方模块，通过对这些模块进行修改以满足平台的功能需求，另外扩展微信模块的功能，整合微信中的数据，达到资料的高度整合性，满足学生进行在线学习和教师进行教学管理的业务逻辑功能。WEB学习平台的总体架构如图2所示。

2.3 移动端学习平台的总体架构

本文提出的移动端学习平台是基于AppCan开发平台，采用HTML5+CSS3+JavaScript技术可以快速地开发混合式移动APP学习平台，主要有五个部分构成：AppCan开发引擎、UEX UI框架、UEX 平台硬件接口、AppCan 集成开发环境和AppCan应用服务平台。通过AppCan云服务平台生成Andriod、IOS等跨平台衔接的APP应用，并建立一个同服务器专门的通讯通道，可以适应多种通讯方式和扩展微信公众平台接入的功能，实现移动学习的相关业务功能。移动端学习平台的总体架构如图3所示。

图2 Web学习平台的总体架构

图3 移动端学习平台的总体架构

移动端学习平台主要集成学生版和教师版模块，教师或学生通过移动端学习平台向服务器请求或获取的数据需以JSON格式数据进行传递，利用MAS服务选择ODBC接口或AJAX接口访问数据库或Web平台，然后将数据在移动APP上展现并进行交互，从而实现移动学习。

图4 微信端学习平台的总体架构

2.4 微信公众学习平台的总体架构

本文中“推送”式学习、知识抢答和师生互动等功能主要是利用方式微信平台实现移动学习。学生或教师利用移动终端的微信作为入口，进行收发学习任务或消息，将这些请求发送到微信服务器，并通过微信公众平台API对请求进行分析转换，根据结果调用相应的业务处理模块；该模块根据请求的内容通过数据层访问数据库，并将处理结果返回到业务处理程序，最后再通过微信公众平台API和微信服务器将包含处理结果的JSON或 XML格式的数据包发送到学生或教师的微信端。微信端学习平台的总体架构如图4所示。

3.平台中主要的关键技术

3.1 利用Drupal实现WEB学习平台

WEB学习平台采用免费开源的、具有模块化框架网站内容管理系统Drupal来开发，选择WAMP（Windows + Apache + MySQL + PHP）和XAMPP作为开发环境。因为Drupal不仅具有基本的内容管理系统功能，还可以使用第三方模块扩展其功能，且支持扩展微信模块的功能，实现整合微信学习平台中的数据，达到资料的高度整合性。WEB学习平台中，使用Drupal的DAL对数据库进行操作，以防止类似SQL注入的情况发生；使用Form API生成表单可实现对表单提交的数据进行验证。平台主要用到Druapl 的内容类型、模块、菜单、区块、视图、主题［3］。其中几个主要模块如表1所示。

表1 Web学习平台几个主要模块

3.2 采用APPCan实现通过APP进行移动学习

AppCan是采用HTML5+CSS3+JavaScript技术和Hybrid技术开发混合式移动应用的一站式平台，它提供了UI快速开发框架、本地功能调用API接口、应用打包系统、IDE集成开发环境和本地应用调试模拟器，预置数百套界面模板和数十种应用插件，提供多套应用模板，可以快速地开发移动APP。使用AppCan移动云平台，采用云计算。通过AppCan集成开发环境提供的本地打包功能或线上云服务平台生成Andriod、iOS平台安装运行的APP应用，实现跨平台开发［2］。在数据库方面共用WEB学习平台中的MySQL数据库，另外，移动APP学习平台用到的几个关键技术如表2所示。

表2 移动端学习平台几个主要模块

3.3 使用微信实现通过微信公众账号进行移动学习

微信学习平台使用和WAMP来搭建开发环境，采用PHP语言和MySQL数据库，且数据库和Web学习平台共用同一个。利用百度云平台BAE进行开发、编译、发布和调试，并用SVN工具进行管理。在微信学习平台中，主要采用XML来封装消息，对于自定义菜单中的菜单项使用JSON格式来封装菜单数据，平台中知识抢答、推送学习任务和师生互动等功能模块，所需要的关键技术如下：

（1）消息的接收

当学生向微信学习平台发送消息时，微信服务器将收到的消息+用户信息打包成XML格式的数据包，再通过POST方法提交到在BAE中申请的域名URL上，最后对XML数据包进行解析来获取发送来的消息。这些发送来的消息类型包括文本、图片等，分别用不同的方法进行处理，比如用GetTextMsg（）来获取并处理文本消

息。在知识抢答模块，学生所发送的抢答答案暂只支持文本，且为客观题。XML数据包参数如下：ToUserName、FromUserName、CreateTime、MesType和Content。

（2）回复消息

对于每一个POST请求，在响应包中返回特定的XML格式的报文，如果回复是图片等多媒体消息时需预先上传到微信服务器。微信服务器在5秒内对失败的会重发请求，最多重试三次，所以需要对消息进行排重处理。回复消息的XML结构与接收消息相似。

（3）用户分组及群发

学生和教师需按课程进行分组，同一课程为一组。可通过微信提供的接口编写代码进行分组。在调用接口时分组可利用JSON格式的数据包。

在用户分组的提前下，可对分组进行群发功能，使用POST方式发送请求，请求地址为：https：//api.weixin.qq.com/cgi-bin/message/send all？access_token=ACCESS_TOKEN，另外，对不同的消息类型需要不同的消息格式进行封装和处理。

（4）自定义菜单

目前微信公众开发平台的自定义菜单只能设置三个一级菜单，其中每个一级菜单只能设置不超过五个二级菜单。自定义菜单接口可定义两种不同类型的按钮，即 click 和view。［4］

在自定义菜单方面，本文中的微信学习平台对于建立click类型的菜单有“课程微资源”、“学生任务”；当学生点击按钮后，可收到课程微资源列表和学习任务列表。可利用view类型的菜单对知识抢答等规则通过微信客户端调用浏览器打开网页显示。

4.结束语

本文提出的基于云计算1动2微3平台的移动学习平台设计现已在实现阶段，且有部分功能已在本校某学院的几个专业的自主学习中投入应用。从应用情况来看，使学生能充分利用课余的“零碎”时间进行学习，提高学生的学习积极性和自主性，尤其是在知识抢答方面学生的积极性很高，有效提高了相关课程的教学效果。

参考文献

［1］陈海挺.移动通信技术在教育教学中的应用研究［J］.硅谷，2012，5（16）∶76-77.

［2］鲁璐.基于APPCAN的税务移动办公系统的设计与实现［D］.西安电子科技大学硕士学位论文，2013，9.

［3］刘江朝，邹培忠，鲁小猛.基于Drupal开发的视频教学网［J］.电子技术与软件工程，2016（6）∶19.

［4］江波，覃燕梅.基于微信的移动图书馆 APP 服务系统设计与实现［J］.现代情报，2013（06）∶41-44.

［5］葛红儒.Drupal实战［M］.机械工业出版社，2013.7.

基金项目：全国教育信息技术“十二五”规划2014年度青年课题（编号：146241819）；2014年绍兴市高等教育教学改革课题：《基于微信平台下课堂教学延伸：1动2微3平台的自主学习模式研究》。

作者简介：

陈海挺（1980—），男，浙江永嘉人，硕士，讲师，主要研究方向：图像处理、计算机应用与数据处理。