基于智能终端的移动学习系统研究与设计*

姚红静

（1.西安市现代教育信息技术中心，陕西 西安 710018；2.西北工业大学 自动化学院，陕西 西安 710018）

Alexzander Dye[1]等人认为移动学习是一种在移动计算设备帮助下，能够在任何时间任何地点发生的学习，移动学习所使用的移动计算设备（PDA、智能手机、笔记本电脑等）必须能够有效地呈现学习内容并且提供教师与学习者之间的双向交流。随着移动计算技术、互联网技术、移动通信技术的日趋成熟和智能终端（智能手机、iPAD 等）的普及，移动学习产业进入了快速成长期。

传统教学以教师为主体，缺少教学互动和师生互动，教师不能够及时获得学生学习数据，不能对学生学习过程采取及时有效的调控措施和教学策略。如何使用智能终端移动学习技术弥补传统教学不足，使其在教育教学中发挥有效作用，是当前的热点话题。基于该问题，本文进行了研究和探讨。

一、使用智能终端设备开展移动学习的可行性研究

移动学习技术正逐步改变着人们的学习环境，逐渐被应用到教育教学中[2-3]。要充分考虑智能终端设备应用的可行性，相关因素分析如下：

一是用户层面。智能终端设备延伸了教室学习的空间，可以让学生的学习更加便捷[4-6]。对于校园用户来说，智能终端设备价格适中、方便携带、易扩展、相关软件比较普遍，应用广泛的终端设备使得学生随时、随地、个性化的学习成为可能。

二是学科学习特征层面。作为一种学习工具，智能终端设备可自由扩展内存，可容纳以文字、图片呈现的教材内容及音视频资料供学生进行听说读写的学习与训练，尤其在保持学习者的学习动机、专注程度及接受程度上都优于书面学习[7]。以上特点表明，智能终端设备尤其适宜呈现英语、语文等语言学科和生物、地理、数学等自然科学学科学习内容的呈现。将智能终端设备和无线网络结合开展教育教学活动，有着诱人的发展前景。

二、使用智能终端设备开展移动学习的应用现状研究

凭借智能终端可携带、可移动、设备普及、交互丰富等特征，移动学习能够满足随时随地个性化的学习需求[8]，潜力无限。近年来，在教育教学中，使用智能终端设备开展移动学习越来越得到重视和推广。

中央电化教育馆于2012 年制定下发《数字校园示范校建设参考指标》[9]，提出将能正确使用各种手持学习终端，如智能手机、平板计算机等，在课堂上下、学校内外开展移动学习作为数字校园示范性建设中学生能力的参考指标。2015 年，浙江省启动了移动学习终端试点项目[10]，由省级专项投入资金为薄弱学校配备了12000 套移动学习终端和配套设备。

近年，随着数字校园建设的日渐成熟，多省市陆续制定发布智慧校园建设指南[11-15]，提出将利用移动终端开展教育教学列为智慧校园建设中的一项基础支撑。广东、浙江、福建、江苏等多省份均提出，在有条件的地区和学校逐步为学生配备移动学习终端，终端数能够支持学生学习；为教师配备移动教学智能终端及配套设备，要能够支持移动学习和交流，满足信息化环节下的教学科研活动的开展。西安市提出，将实现以电子书包、手机等移动学习终端为载体，帮助学生灵活利用基于统一教育资源平台的移动学习系统，实现任何时间、任何地点的个性化学习，并将该项工作列为智慧校园建设中的一项创新应用服务。部分省份对网络建设提出更高要求，广东省要求有条件的学校利用智能终端建设物联校园，为智慧教育构建良好的生态环境，福建省提出建设无线网络以支持移动学习、移动办公等应用。

三、基于智能终端的移动学习系统的研究与设计

1.系统需求分析

本文以英语课堂学习为例，系统要能在英语听、说、读、写课堂教学中发挥更大作用。系统具有可移动、可交互、可控制性，能够满足课堂上下、校园内外等任何时间（anytime）、任何地点（anywhere)、任何人（anyone）的个性化、自主性学习需求。系统支持的学习活动要充分考虑到智能终端屏幕不够大、分辨率不够高、输入不够便捷等因素，同时方便教师及时、全面地了解学生学习过程并予以辅导。

2.系统架构设计

本文研究的移动学习应用系统采用C/S 架构。服务器端为移动学习管理系统（Mobile Learning Management System，缩写为MLMS），客户端设备选择为以Windows Mobile 为操作系统的终端设备。

（1）移动学习管理系统

一个完整的移动学习管理系统是支持移动学习活动开展的虚拟空间，提供经过信息整理、教学设计的学习资源，提供用户接入管理、学习资源管理、教学服务管理、课程管理等功能。本研究使用的移动学习管理系统框架[16]如图1 所示。

MLMS 支持多种移动设备通过多种无线通信网络（WLAN、GSM 网络等）和多种模式（B/S、C/S）登录系统，并为移动用户提供服务。用户使用学习终端获取移动学习管理系统中的资源和服务[17]。

图1 移动学习管理系统框架

（2）移动学习应用系统

本文主要研究基于C/S 模式的移动学习系统[18-20]。系统架构设计如图2 所示。本研究中，基于Windows Mobile 操作系统和.NET Compact Framework 构建客户端应用程序，帮助学生用户在校园WLAN 下使用学习终端获取移动学习管理系统中的资源和服务。客户端与服务器端的数据交互通过Web Services 实现。

图2 系统架构设计

3.系统功能模块研究与设计

（1）系统功能

在系统功能设计上，以即时性、交互性较强的课堂测验、投票、问卷调查为主，并在测验环节中辅以学习过程监控，用来记录学生的测试时间、成绩、教师评语。此外，实现语音朗读功能，帮助学生提升单词记忆能力和口语水平。

（2）系统模块

系统模块设计如图3 所示。服务器端提供系统管理、资源管理、教学管理、作业管理、学习记录分析等服务，教师和管理员用户可查阅其权限内的服务；客户端则提供即时练测、课堂互动、学习记录、收藏夹等模块。

图3 系统功能模块设计

4.系统学习过程监控研究

课堂教学监控[21]包括教师对学生学习过程的监控，教学监控设施对教学活动的监控，以及师生之间的监控。本文讨论第一种，通过跟踪、捕捉学生学习行为并给予评价，完成交互式学习。

为提高课堂教学质量，教师需要对学习过程控制及学习质量评估，以实现对学生学习行为和成果的了解、评价和指导；学生也可以通过查看自己的学习记录或同伴参照信息来形成激励，帮助学生主动式学习。理想的教学监控系统中，“监视”（monitoring）和“控制”（controlling）应该随时掌握学生的活动，并做到学生乐于被监控以及积极要求接受监控。

为有效监控学生学习过程，可以建立电子档案[22]实现对学生学习行为的跟踪、诊断、评价、建议和指导等学习过程控制。电子档案的建立原则，是将学习控制过程融于课程学习环节中，如在课程学习中适时穿插提问环节，记录学生的答题情况并给予及时诊断、评估。

学习过程控制流程如图4 所示。学生端的评价项目主要包括：问题回答情况、讨论参与度、作业提交情况、资源浏览下载情况等历史记录，以及阶段性测试成绩、学习任务日程表、学生自我评价、学生间互评、教师对学生作业的评价和阶段性评语等。通过位于服务器端的“学习历程数据库”查找学生近期学习轨迹；“分析代理”根据“学习历程数据库”查找结果，诊断学习过程，并结合“课程资源数据库”，分析学生对某一知识点或某章节的熟练掌握程度；进行“学习控制”，反馈、督促学生学习，或给出人性化的指导建议，如“你已经很久没有练习听力”或“你最近表现很棒”。

图4 学习过程控制流程图

5.客户端应用程序设计与实现

（1）客户端设计

系统主要有学生、教师、管理员三种身份的用户。系统维护、管理等操作主要在PC 上进行。系统为每个学生提供唯一的登录账号，学生在校园WLAN 下使用智能终端设备访问系统，登录成功后方可进入系统主界面，之后可自由选择即时练测、课堂互动、学习记录、收藏夹等学习模块及相应子模块。其中即时练测模块中单选测验子模块的流程如图5 所示。

图5 即时练测之单选测验子模块流程图

（2）客户端应用程序关键技术

本文主要实现客户端（智能终端）上的应用程序开发以及服务器端MLMS 与客户端应用程序间数据交互接口Web Services 的定义与实现。

①客户端应用程序开发

智能客户端移动应用是基于C/S 架构在设备上运行的客户端应用程序，可以与服务器端应用程序通信，也称为Smart Device 应用程序。智能客户端开发可以使用本机代码（Native Code）或者用托管代码编写应用程序。随着优秀移动设备软件工程的应用，在软件项目开发中，一般考虑使用托管代码，只有少量有特殊性能要求或者用于低端通信的任务才使用本机代码开发。

本文智能终端应用程序的开发，使用托管代码开发环境.NET Compact Framework（以下简称.NET CF）。.NETCF是Microsoft .NET 桌面版的一个轻型版本，包括.NET Framework 基类库的一个兼容子集，并且只包含很少的、专为移动设备设计的新类，以此为基础的应用可以有效地运行在PDA、Smart Phone 等各种小型移动计算设备上。

②数据访问技术——Web Services

为方便客户端和服务器端的数据交互及系统移植、扩展的可能性，使用Web Services 来实现本系统中的数据调用与交换。

Web 服务定义。Web 服务接口中的传入和传出参数使用标准化的数据类型。服务器将数组数据序列化后形成的字符串发送到客户端，这些对象可以通过Internet访问和实例化。部分Web 服务定义见表1，使用PHP 语言实现。

Web 服务的调用和反序列化。客户端将数据请求发送到远程服务器MLMS 上的Web Services，Web Services响应客户端请求并返回数据。客户端应用程序将获取到的字符串反序列为一维或二维字符串数组，并实例化对象。Web Services 的调用和反序列化使用C#语言实现。

6.系统运行及环境

（1）运行环境

该系统服务器端移动学习管理系统（MLMS）运行在Windows Server 操作系统上，数据库管理系统采用MySQL，HTTP 服务器采用Apache，课程管理系统采用Moodle 。C/S 架构下的客户端应用程序运行在Windows Mobile Pocket PC 操作系统的设备上，能够支持无线上网。

（2）测试环境

通过Visual Studio2013.NET 移动开发环境中集成的设备仿真器管理器打开Windows Mobile Pocket PC Emulator，设备底座连接到PC 机后，仿真器可以通过PC机访问移动学习管理系统（MLMS）。

通过使用ActiveSync 实现移动终端设备与PC 同步，也可以实现对服务器端移动学习管理系统（MLMS）的访问和数据交互。

7.运行结果图（如图6、图7 所示）

图6 运行结果图1，从左至右依次为登录界面、主界面、即时练测界面

表1 部分Web 服务定义

图7 运行结果图2，从左至右依次为即时练测之单选测试子界面、单词默写子界面、译作练习子界面、听力子界面

四、结束语

著名教育家叶圣陶先生说：教师的责任就是使自己变得多余，这是教育工作者的精神。在信息化大环境下，探讨新的教学模式，培养学生主动学习、个性化学习及其交互协作能力，最终提高综合应用能力，对于师生来说是新的机遇与挑战。然而，课堂教学很难消除长期应试教学遗留下来的烙印，使用智能终端开展移动学习只是课堂教学的一种有效补充手段，并不能完全取代现有的所有教学模式。唯有不断探索、不断创新，才是正确的出路。本文作为尝试和探索，希望能对后续研究提供帮助和借鉴。