基于Android的趣味高数App的设计与实现

安丽霞 张锏予 李媛 王静文 谢乐斌 刘猛

摘 要：本论文研究的是基于Android的移动学习系统的设计开发，针对大学生的学习需求和移动学习的特点，设计了一款关于趣味学高数的移动学习系统。在适度为大学生增负的同时，也增加了学生对高数的学习兴趣。因此本课题的研究在理论和实践上都具有重大意义。

关键词： Android Studio; 移动学习; 高等数学; 教学改革

文章编号： 2095-2163（2019）03-0291-04 中图分类号： TP311.56 文献标志码： A

0 引 言

目前是互联网信息化的时代，在此潮流推动下教育行业也在逐渐与互联网相融合，由此移动化的学习模式即应运而生，并呈现蓬勃发展态势[1-2]，而智能设备也已然成为大学生的一种新式学习工具。数学作为高等教育的基础科目之一，在高科技时代也依然有着独特优势和非常重要的实用价值[3]。相应地，高等数学作为高校“通识教育”的核心课程之一[4]， 其与计算机、网络等现代教育技术的结合是时代的必然选择。本文探讨了基于Android Studio平台，通过与服务端网络数据库的数据交互，开发出的趣味高数移动学习应用，并从答题模块、游戏模块、排行榜模块、个人中心四大功能模块加以分析和阐述。

1 相关技术与理论基础

1.1 Android-优质的智能手机操作系统

随着现代移动通信技术的长足進步，作为人们必备的移动通信工具，手机已演变成一个移动的个人信息收集和处理平台。借助操作系统和丰富的应用软件，当代的智能手机成为了一台移动终端[5]。

Android OS，由Google研发团队设计发布，其良好的用户体验和开放性的设计，使Android OS迅速进入了智能手机市场。据艾媒咨询（iiMedia Research） 数据显示，2012年中国智能手机市场中Android OS 份额达到68.6%，占据绝对主流地位。

1.2 主流智能手机操作系统对比

作为一类开源系统，Android在软件整合度、方便使用等层面更加人性化。而且考虑到操作系统的开源性，用户可更改系统的各种设置，下载丰富的第三方软件。Android操作系统无需辅助软件即可以与电脑进行数据的导入导出，操作起来简单快捷。

研究可知iPhone系列手机采用的是iOS系统，虽界面简洁，但却无法如Android一样使用户能够对系统设置做出更改。且苹果离不开iTunes等软件的帮助，会使用户在操作上感觉繁琐，用户体验不高[6]。

在综合分析这2种主流操作系统人机交互的特点后发现：在有效性方面，2种操作系统均为较高、且差异不显著;在效率和系统满意度方面，研究可知Android要胜过iOS，且存在显著性差异。

故而，本文主要基于Android平台，对趣味高数这一寓教于乐的学习系统进行可行性分析与研发设计。

1.3 Android应用开发特色

（1）四大组件。Android系统的四大组件分别是：活动（Activity）、服务（Service）、广播接收器（Broadcast Receiver）和内容提供器（Content Provider）。其中，活动是所有应用程序的门面。服务运行于后台。广播接收器允许应用接收和发出来自各处的广播消息，内容提供器为应用程序间共享数据提供了可能[7]。

（2）丰富的系统控件。

（3）SQLite数据库。Android 系统自带了一种轻量级、运算速度极快的嵌入式关系型数据库。不仅支持标准的SQL语法，还可以通过Android封装好的API进行操作。本项目的后续研发中便是使用此数据库实现题库抽题。

（4）强大的多媒体。Android系统提供了丰富的多媒体服务，这一切都可以在程序中通过代码进行控制，使应用更趋丰富，同时还可提高游戏的趣味性。

（5）地理位置定位。

2 系统总体设计

2.1 C/S模式三层架构模型

本文采用C/S模式下的三层架构模型，划分为表示层（UI）、业务逻辑和数据访问层。模型设计结构如图1所示。

由图1可以看到，表示层位于外层，是系统展现给用户的界面，显示用户输入和接收的数据，最贴近用户。业务逻辑层，是表示层和数据访问域之间的过渡，既要接收表示层输入的信息请求，又要对数据访问层进行逻辑处理，在结构中起着承上启下的关键作用[8]。数据访问层 服务于表示层和业务逻辑层的数据，可直接对接数据库，并降低了结构内部不同数据之间的耦合度。这样区分层次，不但可以降低层与层之间的依赖，而且结构也更加清晰，分工更为明确，有利于系统的后期开发与维护。

2.2 功能设计

趣味高数学习系统主要功能有：答题模块、游戏模块、排行榜、个人中心以及登录管理等， 具体功能结构如图2所示。对此可做阐释分述如下。

（1）答题模块：此模块为本系统的核心内容，基于高等数学教材共分为十二章节，每一章节需由用户消耗答题币解锁（答题币根据游戏得分获取），解锁后从数据库对应题库中随机抽取一整套高数题。用户可选择某一章节做题，同时增加答案解析选项，作答完毕后可查看分数和成绩分析。

（2）游戏模块：此模块包含一系列益智类游戏，如二十四点、数独、棋类博弈等，用户可选择游戏解锁，解锁游戏同样需消耗一定数量积分，积分由答题得分兑换，游戏获得分数将保存在数据库中。

（3）排行榜：此模块包括答题，2个游戏排行榜，根据章节得分和游戏得分进行单独排名，实时显示排行榜，目的在于激发学生兴趣，寓学于乐。

（4）个人中心：点击首页左上角头像或侧滑App边缘，打开抽屉页面，显示用户个人信息。此模块的主要内容是用户个人信息的管理，实现了注册登录、修改个人资料（包括登录密码、头像、昵称等）、查看目前积分、查看用户等级、接受消息通知等基本功能。

此外，还补充增加了成绩分析、笔记本等个性化功能，分别用于分析总结出错知识点、添加笔记以进一步巩固学习。由于面向用户固定，且学号为实名制，本次研究中的初始用户名固定为学号，再次登录后可设置个性化用户名，初始密码与学校教务系统密码保持一致，登录后可自行修改密码。

2.3 数据库设计

数据库设计是趣味高数学习系统开发和实现中的核心技术。本文主要讨论在数据库逻辑设计阶段中E-R图向关系模式的转换[9]。研究过程详见如下。

2.3.1 数据库的E-R图

E-R图，也称实体-联系图（Entity Relationship Diagram），是一种有关实体类型、属性和联系的表示方法，用来描述现实世界的概念模型。对趣味高数学习系统所涉及的主要活动进行分析，以用户、题目两个客观对象作为实体建立联系，具体的E-R图，如图3所示。

2.3.2 数据库表设计

根据以上分析，数据库主要数据表及结构如下。

（1）用户表（User）：属性包括用户名、用户密码、用户等级、用户头像、用户积分。详情见表1。

（2）题目表（Question）：属性包括题号、章节、题干、选项A、选项B、选项C、选项D、正确选项、答案解析、用户选项。详情见表2。

2.4 UI设计

用户界面（User Interface，UI）设计是指对软件的人机交互、操作逻辑、界面布局的整体部署研发。好的UI不仅使软件的操作简单、流畅， 而且还能提升软件的艺术审美性，充分体现软件定位及其特点 [10]。

Android应用程序中UI界面的布局方式有2种，分别是：使用XML文件和在Java代码中进行控制。其中，XML布局简单、明了，将应用的视图控制逻辑从Java代码中分离出来，做到了表现与处理的分离，更好地符合MVC原则[11]。

本文的趣味高数学习系统主要使用了XML布局方式，辅以Java代码控制布局，实现了基本界面渲染。

3 结束语

趣味高数App的开发提供了一个新的高等数学学习平台，方便学生有效利用空闲时间，激发学生学习高等数学的兴趣，有助于提升高等数学的教学效果，促进本科高校教育现代化改革。

参考文献

[1] 马玉慧，赵乐，李南南，等. 新型移动学习资源—教育APP发展模式探究[J]. 中国电化教育，2016（4）：64-70.

[2] 蒋杉杉，李惠青，张秋东. 探讨APP下移动学习资源的建设模式分析[J]. 亚太教育，2016（18）：276-277.

[3] 李岚. 高等数学教学改革研究进展[J]. 大学数学，2007， 23（4）：20-26.

[4] 李莉英，王其林. 浅谈通识教育背景下的高等数学教学[J]. 重庆文理学院学报（自然科学版），2011，3006：97-99，102.

[5] 郦丽华，秦学礼. 智能手机操作系统的发展与分析[J]. 计算机教育，2014（6）：70-74.

[6] 钮建伟，俞佳莉. 国内主流智能手机操作系统可用性评价[J]. 工业工程与管理，2014，19（4）：104-108，134.

[7]  郭霖. 第一行代码—Android[M]. 2版. 北京：人民邮电出版社，2016.

[8] 肖中文. 影响中职数学应用能力培养的因素及对策[J]. 职业教育研究，2009（11）：40-41.

[9] 楊浩宇. 数据库设计中E-R图向关系模式的转换[J]. 电脑编程技巧与维护，2012（2）：50-51.

[10]龙诗磊. UI设计与用户体验在产品中的重要性[J]. 西部皮革，2016（20）：79.

[11]王翠萍. Android Studio应用开发实战详解[M]. 北京：人民邮电出版社，2017.