移动学习类软件的设计与开发

甘泉

【关键词】移动学习类软件；模拟钢琴；设计；开发

“移动学习”概念最早可追溯于2000年伯克利分校人机交互研究室启动的Mobile Education项目，随着时代不断发展，“移动学习”的概念也被深化。新时期下人们对移动学习的概念界定为：“个体借助于移动设备来获取个人知识技能或实现知识建构的信息。”在科学技术发展及大力支撑下，近年来移动学习类的软件层出不穷。从整体种类上看，主要涵盖外语学习类软件、阅读应用类软件、移动平台教学系统、操作技能学习类软件等。本次研究中探究的“模拟钢琴”便属于操作技能学习类软件，开启学习模式能提供真实的钢琴学习模拟环境，让学习者享受到弹奏乐趣。

图1 移动学习软件（仿真古筝）

一、移动学习类软件的特征分析

关于移动学习类软件的特征，主要凸显在三方面。首先，形式的灵活性[1]。利用移动学习类软件后，能让学习者在任何地方（如步行中、汽车里、高铁上、宿舍内）学习，且能突破传统学习的时间限制，学习者可利用碎片时间等时段来学习，提升学习效率，让学习变得更为高效灵活。其次，应用的普及性。新时期背景下科技水平不断提升，移动学习类的软件设备也更丰富，形式多样且数量增多，为移动普及化教育奠定了扎实的基础。最后，满足个性化需求。传统的学习中大多以学校、班级为圈定的范围来开展教学，无法更好地满足学生个性化需求。利用移动学习软件后可提供个性化教育及服务，寻求最适合的学习路径。例如依托于移动学习类软件，便于用户定制学习计划来督促自身学习，还能实现线上沟通。

二、移动学习类软件设计与开发原则

第一，适合原则。在设计移动性学习软件时要考虑到学习者的实际业务需求，并合理划分系统功能。通常可将该功能设计成划分为表现层、应用层、功能层、数据层等，结合移动学习软件的用户感知，确保所设计的软件适用性较好，能满足基本的学习需求[2]。第二，开发性原则。移动学习类软件中搭建出的移动云平台，有利于为有意愿学习的用户（及不同类型的教师）提供针对性的服务，因此设计及开发时要强调将该软件开发成具备多样性功能的平台，且让所有用户都能实现对学习资料的发布、共享，且经审核后也能及时检索学习材料，具备一定开发性。第三，人性化设计原则。移动类学习软件的设计及开发都是围绕用户的使用开展，以发挥出最大效用为目标。在设计时注意“以人为本”，考虑到不同学习群体对于移动学习软件的需求、体系设计标准、未来发展趋势等，秉承着以用户为中心的基础原则，保障能满足海量用户的需求，并快速对用户需求作出响应。第四，多样性原则。学习类软件中要提供大量的学习资源确保其多样性，如仿真项目、视频、音频、文本等来兼顾用户需求。第五，可拓展性原则。学习类软件的设计及开发要紧扣时代发展脉搏，不断更新资源，具备良好的可拓展性。

三、移动学习类软件设计与开发关键技术分析

（一）Android系统框架

移動学习类软件要借助于移动学习客户端与学习者进行交互，因此学习者对于移动学习客户端的感知尤其重视。在当前智能手机市场中，Android操作系统占据重要地位，不仅具备良好的平台开放性，成本低，还能实现个性化APP设定，操作便捷。因此移动学习类软件在设计、开发上也可基于Android系统的大体框架内。将该系统框架设计成以下四个层级。（1）应用层。该层中，主要包括主屏、应用功能等。以“模拟钢琴”为例，应用功能包括弹奏、演示等；（2）框架层。该层级中包括了维护Android系统框架顺利运行的内容，如管理器、内容提供器、通知管理器、资源管理器、视图系统、窗口管理器等；（3）运行层；当移动学习类软件整体系统在运行时，需要由Libc、SGL、SSL等技术层作为支撑[3]。Android运行时需要核心库、Dalvik虚拟库加以保障。（4）Lmux内核层。该层级中包括各类驱动，如闪存驱动、音频驱动、电源管理、WIFI驱动等。上述多个层级共同搭建成为Android系统的框架，来为移动学习软件开发奠定基础。

（二）Android应用程序组件

对于移动学习软件的设计与开发而言，Android应用程序组件是基石所在。Android应用程序组件大多较为零散且互相联系，其中最主要的包含六个组件。第一，Activities（活动）。该组件属于移动学习类软件中Android应用程序的基础，属于显示层，Activity使用Views去构建UI后能显示信息[4]。第二，Service（服务）。该组件被称作是隐形的“工人”，主要负责进行数据源的更新、通知触发、会一直在移动学习软件系统的后台持续化运行，以维持其运作。第三，Content（内容）。该组件主要是为移动学习软件中的共享资源进行存储，形成管理的数据库，在应用程序的同时会发挥共享作用。第四，Intent（意图）。该组件负责简单地进行移动学习类软件信息的传达，整体架构简单。第五，Broadcast Receiver（广播接收器），该组件并不主动执行关于移动学习软件中的任何任务，其本质是接受性的组件，负责对广播通知进行接受和响应。第六，Notification（通知）。顾名思义，该组件存在的意义，是用于提醒使用移动学习类软件的用户。

（三）Android系统应用开发环境

移动学习类软件中Android系统的应用开发环境搭建，主要围绕两步骤：第一，windows下安装JDK，安装后需配置环境变量。第二，下载和安装Android SDK。下载ADTBundle，它包含两文件夹：eclipse和SDK，其中eclipse文件夹内是已安装了ADT插件的eclipse。SDK文件夹的内容较多，例如Add-ons、platforms、tools、AVD Manager.exe、SDK Manager等[5]。启动SDK Manager.exe下载所需平台和工具，Android文档，SDK Platform是必选的，如果想查看Android官方提供的示例程序，便勾选“Sample forSDK”和“Sources for Android SDK”。安装完成SDK文件夹目录后增设docs、extras、platform-tools、samples、sources等[6]。

（四）客户端架构设计

在移动学习类软件的客户端架构设计及开发中，主要围绕三大模块，分别为学习模块、信息模块、设置模块。该架构中学习者是客户端使用的主要用户对象，在设计客户端时要迎合用户的需求，合理设计板块。（1）学习模块。该模块主要的功能是用户的学习情况管理、学习测评及回收站等。学习管理，即用户学习的平台，结合用户情况提供多样化的学习资源，并附带可搜索的功能。学习评估是对用户学习情况进行的检验。（2）信息模块。主要包含学习资源（如用户学习的笔记、素材、音视频等，可利用云储存法保存便于随时查看）、学习日程（学习大致计划安排等）、个人小组（便于小组管理，进行用户学习监督）、即时信息（信息推送）、系统公告（发布电子公告等内容）等要点。（3）设置模块，该模块中用户可结合自身的情况进行个人基础信息的设定、修改。

四、模拟钢琴移动学习类软件设计及实现

（一）模拟钢琴界面实现

移动学习软件“模拟钢琴”包含两种不同应用模式，进入后均可在设备下方看到仿真的钢琴琴键（图2）。可根据不同模式来设计软件的界面。其一，普通模式。普通模式适用于钢琴学习爱好者，能展现出该软件的教育、娱乐、休闲功能。在该模式的界面设计上，包含4个区：（1）控件操作；点击该界面，会显示软件音量调节、播放、钢琴弹奏录音等功能，用户可按需求点击。（2）信息显示；（3）全琴键视图，显示钢琴全部琴键。但因不同终端设备的屏幕尺寸存在差异，无法完全显示所有琴键，但可通过调节显示。（4）模拟琴键，该界面显示了可滚动的模拟琴键，属于软件应用最主要的区域，用户在该区域弹奏。其二，学习模式。该模式常被用于初学钢琴者，旨在帮助用户掌握相关的乐理知识。学习模式的界面包含上述控件操作、信息显示、模拟琴键等区域，但全琴键视图被替换为乐谱显示。点击后用户能结合乐谱的指示弹奏钢琴曲，展现出了“模拟钢琴”的辅助教学及人机互动功能。

图2 仿真钢琴琴键

（二）数据采集及存取实现

“模拟钢琴”中的数据采集、存取也是该软件设计中不可缺少的部分[7]。针对现有技术的不足，可在“模拟钢琴”软件增加钢琴弹奏指法数据采集专用装置。音乐梦想北京科技公司于2017年6月申请了钢琴弹奏指法数据采集装置专利（申请号：CN201710444705.6），该装置包括信号发射模块、信号接收模块和中央处理模块；演奏中，通过多个模块能检测并记录哪个手指按下琴键、按下了哪个琴键及该琴键按下了多长时间；形成“指法数据流”。

（三）乐谱动态显示功能实现

诚如“模拟钢琴界面实现”这一小节所述，在移动学习类软件“模拟钢琴”的学习模式中，乐谱显示代替了普通模式中的全琴键视图。乐谱在钢琴学习中占据重要地位，它是作曲家记录感情、创设形象及表达情绪的重要载体，也是学习者（“模拟钢琴”用户）学习后再创作的依据。“模拟钢琴”软件中，利用文本控件来设计动态显示的乐谱，可实现乐谱的“跳动”，每次显示完两行乐谱后，会自动滚动出新的乐谱，便于学习者参考乐谱学习钢琴乐理知识。如图3，为《孤勇者》的动态乐谱。利用Android API--XmlResourceParser解析XML资源文件，能提取文件中的乐谱信息。学习者在利用“模拟钢琴”学习时，乐谱动态化显示有利于更好地激发学习者兴趣，学习者可通过进度条控件（Pro-gressBar）来进行进度的随意把控，实现了自主控制，提升钢琴的学习效率。

图3 歌曲《孤勇者》动态乐谱

（四）弹奏模拟钢琴程序的实现

学习者在使用“模拟钢琴”软件时，熟悉钢琴弹奏技巧是最基本的功能。在利用“模拟钢琴”这一移动学习类软件时，学习者可任意选择普通模式、学习模式等不同模式，均可进行演奏模拟。首先，它能为学习者提供仿真的钢琴界面，学习者通过触摸来选择功能和调节。其次，当用户用手指触摸某个模拟的琴键后，它会随之发出对应声响，当用户手指离开界面时，声音便同步停止。该程序主要基于“按钮触摸事件监听器”来实现，当学习者在按下或是抬起琴键上的手指后，会直接触发到监听器，并发出声音。为了让学习者在弹奏模拟的琴键时能更具备身临其境的逼真感，在设计开发程序中还可创设出更真实的视觉效果，利用丰富的样式来展现。例如发出声音时琴键像是“被按下”，而停止发生时，琴键便被弹起恢复原状，让学习者使用时更觉得真实有趣。

（五）调节琴键显示区域的实现

因使用“模拟钢琴”的设备尺寸有限，无法完全显示出全部的模拟琴键。但学习者可通过对全琴键视图用手指左右滑动，缩放等，实现琴键的调节，改变琴键显示的区域。同时还可发挥出全键盘视图的作用，便于学习者参考当前显示的琴键属于哪个区域，从而提升弹奏的质量。例如当学习者发现琴键属于中音区，但所弹奏的钢琴曲需要在低音区弹奏，那么用户选择视图上的滑块并向左拖动，在特定的低音区域内停止即可[8]。利用特定程序接口将其连接SeekBar控件的事件監听器，在学习者作出“滑动”的动作后，会触发到“模拟钢琴”软件中的监听器组件，并作出相应的输出。

小结

综上所述，本次特以模拟钢琴为例，深入探究移动学习类软件的设计与开发。在设计及开发过程中要注重框架、应用程序、开发环境、客户端等要素，结合“模拟钢琴”的元素及特征，从钢琴界面、数据采集、乐谱显示、弹奏、琴键显示调节等方向进行设计，实现该移动学习软件的顺利设计及运用。在信息化、智能化的时代下，诸如“模拟钢琴”的移动学习类软件还具备新的发展空间，即此类软件在课堂的应用、操作技能领域能够实现扩充，还能介入虚拟现实技术（VR）实现创新，发展前景广阔。