基于手持移动学习终端的学习模式和教学活动策略研究

周肖树，陈东伟，邵珂，郑锦焕，林锦丰

（北京理工大学珠海学院，珠海　519000）

基于手持移动学习终端的学习模式和教学活动策略研究

周肖树，陈东伟，邵珂，郑锦焕，林锦丰

（北京理工大学珠海学院，珠海519000）

0　引言

二十一世纪是信息高速发展的互联网时代，近年来由于移动计算技术、无线通信网络及移动终端设备的快速发展，使得互联网的应用范围由PC扩展到便携式移动终端设备上来。互联网专家纷纷表示未来十年将会是移动互联网高速发展的时代。通过移动终端设备人们除了可以进行移动通信外，还可以用来学习。云教育是运用云计算的理念，按照云计算技术模式，实现教学资源的分布管理与共享应用，满足教师改革教学模式，实现个性化学习的需要。教师与学生只需要一个手持移动学习终端就可以实时地在线互动学习与交流交互式学习，有效实现学校教育、家庭教育和社会教育三大系统的共建共享，也支持了移动学习、混合学习和翻转课堂等新型教学方式的实施。

对于高校来说，移动学习的研究包括两个方面：学生的学习模式和教师的教学活动。通过对现有移动学习的调研和研究发现，当前的基于移动设备的移动学习更多是单方面的侧重于学生的学习活动。为了更好的实现移动学习，需要利用智能化、便携化的移动终端设备，并在云教育的先进理念下针对教师和学生两端的教学活动和学习模式的策略研究，从而实现在移动互联网下教和学两方面的协同。

1　系统概要分析

当前高校普遍使用的网络教学平台是单一的课程作业管理平台，因此结合当前较流行的慕课网、麦子学院等火热的教学平台，打造一个具有时代气息的网络教学平台尤为重要。如图1所示。

图1　系统结构图

2　模块化设计

2.1学生用户建模技术

以学生主体，对学生进行建模，总体上有两种建模技术。如图2所示。

图2　学生建模设计图

（1）基于学生反馈建模

基于学生反馈的建模方式是指学生通过使用该平台上的功能产生的反馈信息，系统记录这些反馈信息并收集起来，如学生在平台上的学习时间、学习答题情况和课程讨论及博文动态等。

（2）系统自动建模

通过对接校内教务系统获取学生的成绩、出勤情况及获奖历史，同时结合学生课表通过GPS定位，对教学区域进行划分进而后台实现静默考勤。在学生许可的情况下，系统通过GPS定位主动收集学生的课外活动状况。

2.2科学的课程管理系统

（1）能力拓展课程推荐模块

通过收集学生用户信息后建模，利用协同过滤推荐算法，系统根据学生实际的学习情况和性格偏好，主动推荐相关的课外课程，能很好地吸引学生的注意力。基于学生的协同过滤推荐算法主要分为两个步骤：

①根据学生用户的建模情况，找到与目标用户兴趣课程相似的用户集合。如图3所示。

②取出相似的用户集合中的用户感兴趣的课程且是目标用户还没有了解过的课程，系统主动推荐给目标用户。图中除了考虑课程偏好还会根据性格预测而推荐。

图3　协同算法的课程推荐实现图

（2）作业管理模块

学生登录移动端后即可在课程页面看到近期要完成的作业，教师在发布作业的第一时间，系统会通过消息推送系统推送到对应的学生群体中；同时App将会根据作业的截止时间设置闹钟提醒，及时提醒未按时完成作业的学生完成作业。如图4所示。

图4　课程管理平台学生端效果图

2.3学习计划的制定

（1）计划制定遵循“因材施教”

学生在平台上选取某一职位，如Java工程师，系统将根据该学生的模型实际状况，推测学生的知识接收能力和性格情况，进而为学生定制一个有效且体系的学习计划。基础知识不好的学生，系统会在定制的计划中加入更多详细的基础课程知识点，放缓学习周期；基础知识好且接受能力强的学生，系统将在其计划中加入更核心的课程知识点。

（2）计划制定具有伸缩性

计划制定除了考虑学生的个人能力情况外，还根据学生自身所属的专业，如果该专业的某些必修课程属于计划内的某一知识点，则系统会将该知识点轻微略过，因为该学生已经体系地学习认识该知识点或者以后会在必修课程中深入了解，因而把更多的细化知识点限额分给其他课程。效果图如图5所示。

图5　计划定制后的学习路线方案效果图

2.4服务器架构设计

系统功模块多，不可能在单一服务器上完成所有工作，因而需要建立分布式服务器架构，同时分布式服务的搭建也避免某一功能服务器宕机而造成整个系统崩溃的严重后果的发生。如图6所示。

（1）业务服务器，作为整个服务器架构的核心部分，负责所有业务的收发和跳转，是连接各功能服务器和用户群体的枢纽。

（2）Web服务器，主要负责浏览器B/S部分的功能实现，使用Struts2+Spring4+Hibernate框架开发的具有高度可维护性的Web服务器

（3）文件服务器，教学平台的教学资源存取服务器，具有极强的I/O处理能力，是云教育资源共享平台的基础。

（4）IM服务器，即聊天社交服务器，是课程讨论区、教学作业讨论群和用户私聊学习的实现基础服务器，使用Java NIO等高性能I/O处理技术，使用epoll模式进一步提高服务器的I/O处理能力以应对数万师生的实时交互。

（5）流媒体服务器，主要存放教学视频资源文件，具有带宽大、CPU处理能力强等特点，是在线视频学习的核心模块。

图6　服务器架构设计图

2.5构建共享型题库

（1）现有教学平台的题库模式

学校教学平台的题库大多是根据专业和教师的不同而相互独立的，且按学期自动清除，即课程A有两个教师分别为教师1和教师2，教师1上传的课程A的题目，教师2是看不到教师1的任何教学资料的，课程A与课程B更是相互隔绝。如图7所示。

图7　传统的教学题库结构图

（2）共享型题库模式

负责同一门课程的不同教师相互之间的教学资源共享，上传的题目将一并存放进同一数据库中，实现题库的共享。教师可以快速从题库中抽取题目组建试卷和练习题组，负责不同课程的教师也可通过知识点检索从题库中抽取其他课程的题目。如图8所示。

图8　共享型题库结构图

2.6视频教学及教育反馈体系

传统的高校课堂普遍出现学生上课睡觉、对已学课程不理解，学习迷茫等现状。平时分的评分大部分依据考勤和提交作业或者期中考试作为依据。普遍学生完成作业都是抄袭同学应付，这样的考查方式不能准确地反映学生的学习情况。

（1）看视频做习题

通过该模块，学生进入作业管理模块后即可开始视频作业。为了确保每个学生都认真完成视频作业，系统会禁止视频进度条的拉动，且每个视频断点弹出的题目是不确定的，即同一个知识点可能有2-3条题目，防止学生间相互记题答案。如图9所示。

（2）教育反馈模块

教师可在Web终端查看所教学生该次视频作业的完成情况和知识点掌握程度，并且教师可以到该课程的讨论区中答疑，及时解决学生的疑问题目。同时系统会自动生成图表，反馈给教师，该次作业中暴露出学生的知识薄弱点，让教师可以有针对地备课。如图10所示。

图10　教育反馈示意图

（3）基于数据挖掘的教学活动反馈

数据库设计中，每道题目都对应具体特定知识点、课次、章节、课程和学术领域，每个对应点都设有Tag标签值。学生完成作业后，系统根据错题所对应的相关Tag标签值通过搜索引擎查找学术网的专业解释或者查找在线视频教育平台的对应视频资源，然后回馈给学生，让学生更好地巩固基础。如图11所示。

图11　教学活动反馈结构图

3　结语

在移动互联网高速发展的今天，移动学习领域正在高速发展并越来越受到重视。在这样的环境下，研究和发展移动终端视频学习是大势所趋。

本文就移动学习和课程视频观看两点展开，对学生课程学习、学习计划制定、课后练习，教师自由创建共享题库等方面进行介绍：（1）基于高性能服务器架构构建高效移动学习服务：在本文中，就构建高效可行的系统架构，通过分布式服务器设计为用户提供一流服务。（2）通过需求用例分析为后续详细程序设计提供指向：在本文中，就移动学习系统在学生、教师、系统管理员三个主要参与者的功能构想为基础，通过系统用例，UML活动图等阐述了三者与系统之间的关系，为程序详细设计打下基础，减少了不必要的构建级错误，提高了项目成功率。（3）构建完善的课程学习、课后练习体系。在本文中，介绍了通过教务系统对学生信息的导入以及推荐模块建模等方面来构建完整的课程系统，通过创建共享题库，为移动学习者提供庞大的课后学习功能。

［1］徐鹏，王以宁.大数据视角分析学习变革——美国《通过教育数据挖掘和学习分析促进教与学》报告解读及启示.理论前沿，2013 06.

［2］吴丽君.个性化移动学习平台的设计与研究.华东师范大学，2014.05.

［3］王春.高性能分布式服务器研究与实现.上海交通大学，2015.01.

Android；Handheld Mobile；Education Learning

Research on Study Pattern and Education Learning Strategies Based on Handheld Mobile Learning Terminals

1007-1423（2016）24-0080-05DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.24.018

周肖树（1982-），男，广东潮州人，硕士研究生，研究方向为软件工程、物联网工程技术和移动互联开发

陈东伟（1982-），男，山西太原人，博士研究生学位，研究方向为情感计算及脑信息学、物联网工程技术和移动互联开发

邵珂（1986-），男，山东枣庄人，硕士研究生，研究方向移动互联网开发、互联网应用技术及开发

郑锦焕（1993-），男，广东茂名人，本科，研究方向为服务器系统开发

林锦丰（1994-），男，广东汕头人，本科，研究方向为移动应用开发

2016-05-26

2016-08-15

通过移动Android端以及分布式高性能服务器实现学生在终端视频学习、课后测试、提交作业、疑点提问以及教师在PC端创建课程、上传视频、统计学生学习情况等功能。所涉及的学习系统基于学生用户建模，建立科学合理的课程管理系统，它通过强大的题库共享功能，实现学生课后充分练习的目标，并且根据大数据分析和合理的算法设计，使系统能够根据学生专业爱好等数据推荐提升课程。

Android；手持移动端；教育学习

Captures Android mobile and distributed high-performance servers in order to achieve the students in the terminals to learn through video，takes exams after course，submits homework，asks questions and teachers in PC to create courses，uploads video，statistics student learning and other functions.The learning system involved in the project builds scientific and rational course manager system based on student user modeling，achieves the goal of student exercising fully after-school，and it can recommend promotion course based on big data analysis and rational algorithm design.