基于松耦合设计的移动终端学习系统架构研究

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  [摘 要]移动学习作为传统教育模式的有效补充,日益受到人们的关注。结合移动计算技术和基于移动终端的学习系统的开发和使用,能使教育资源更为丰富和便于利用。根据移动学习的主要特点,针对松耦合多层设计提出了移动学习系统的平台架构方案,从学习平台、交互形式、个人信息、作业管理等四方面进行详细阐述,最后进一步考虑系统的开放性和稳定性,为远程教学资源的利用提供新的解决方案,同时为教师提供一站式的教学支撑服务。
  [关键词]移动学习 松耦合设计 学习行为自主化 信息交互
  [中图分类号] G434 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2014)18-0016-03
  随着信息化社会、学习型社会的形成和知识经济时代的来临,教育正在经历深刻的变革。作为移动通信技术、网络技术与现代教育思想有机结合的成果,移动学习可以作为传统书本学习和固定远程学习的有效补充,为所有求学者提供平等的学习机会。此外,教育资源、教育对象、教育时空的广泛性,为大众的终身学习提供了可能性。[1] [2] [3]移动学习系统的开发与实践在教与学两方面都具有智能化表现[4] [5]:其一,通过多元化的信息表现形式向学习者提供丰富的学习资源,让学习者能够进行更为自主的学习并得到即时的个性化反馈,设定层次化、阶段化的学习目标,增强学习者的自信心与成就感;其二,能够因人而异调整教学策略,根据当前学习者的知识程度,对教学内容进行调整和重组,智能选择任务难度与学习者的匹配性。
  一、移动学习的特点
  (一)学习行为自主化
  网络技术应用于移动学习,让任何一个人可以在任何时间、任何地点、从任何章节开始、学习任何课程,这是它的显著特征。学习模式上便捷、灵活的五个“任何”,充分满足了现代教育和终身教育的需求。
  (二)学习形式交互化
  教师与学习者、学习者与学习者之间,通过网络进行全方位的交流,拉近了教师与学习者的心理距离,增加了教师与学习者的交流机会和范围。通过移动终端对学习者的提问类型、人数、次数等进行统计分析,能使教师了解学习者在学习中遇到的疑点、难点和主要问题,从而更加有针对性地指导学习者。
  (三)教学形式修改化
  在移动学习的过程中,可以运用网络特有的信息数据库管理技术和双向交互功能。一方面,系统对每个学习者的个性资料、学习过程和阶段情况等可以实现完整的系统跟踪记录。另一方面,教和学服务系统可根据系统记录的个人资料,针对不同学习者提出个性化学习建议,为个性化教学提供现实有效的实现途径。
  (四)教学管理自动化
  移动终端的教学管理平台具有自动管理和远程互动处理功能,远程学习者的咨询、选课、查询、作业与考试管理等,都可以通过远程交互的方式完成。
  基于此,提供安装于手机或其他专用终端上的移动远程学习系统就具备了深远的社会意义。[6] [7] [8] [9]
  二、学习系统功能模块设计与架构
  移动学习最重要的特征就是要实现适时学习,面向广大教师和学习者,辅助其在任何时间、任何地点进行自主学习、测试评估相关的教学活动,并能够对学习者的学习过程及成果进行长期跟踪,以提供智能的、个性化的交互式学习服务。[10]
  松耦合系统是基于消息的系统,此时客户端和远程服务并不知道对方是如何实现的,使用通用描述、发现和集成(UDDI,Universal Description,Discovery and Integration)等标准,Web服务可以动态地发现和绑定到其他服务。此时客户端和服务之间的通讯由消息的架构支配。只要消息符合协商的架构,则客户端或服务的实现就可以根据需要进行更改,而不必担心会破坏对方。
  松耦合通讯机制提供了紧耦合机制所没有的许多优点,并且它们有助于降低客户端和远程服务之间的依赖性。根据松耦合系统的优势特点,我们设计了如下图所示的移动学习系统逻辑结构:
  系统从下至上共分为六个层次,分别为终端接入层、网络传输层、前端门户层、后端服务层、合作伙伴层以及运营支撑层。在终端接入层,学习者可以使用系统提供的学习客户端软件或使用终端浏览器访问前端门户系统,进行学习内容浏览、搜索、租用、分享以及在线学习与测试。在合作伙伴层,内容提供商可以使用系统提供的课程内容编辑器,进行内容的离线制作和在线上载,内容将存入后端服务系统的内容仓库中。后端服务系统是整个方案的核心部分,能够与运营支持层中网络节点进行集成,提供核心业务逻辑的实现,为前端门户提供服务接口支持。同时,为运营支撑人员提供相应的管理门户,提供系统管理与监视、业务综合管理以及统计报表功能。
  1.学习管理子系统。学习管理子系统作为核心子系统,为学习者提供学习进度跟踪、智能选题、测试与评估、内容打包与流式下载服务以及与教师交互的学习环境。其中包含学习引擎和测试评估两个模块:
  (1)学习引擎模块。该模块用于为终端用户提供内容的组合打包与下载服务,并对内容的学习进行跟踪记录。
  离线学习内容打包:对于重点、难点内容,学习者可以选择下载到终端,在离线的情况下反复阅读学习,节约流量与成本。学习引擎能够依据学习者当前的知识水平,智能组合学习内容,并将内容打包提供下载后离线学习。
  WAP学习内容生成:智能组合学习内容,并将内容转换成WAP浏览器支持的格式。其主要提供智能组合、内容生成、学习跟踪、学习报告和学习内容流式传输等五部分功能,分别详述如下:
  智能组合是根据学习者的当前学习能力和个人兴趣,以及内容知识的难易程度与依赖关系,向学习者提供学习内容组合。
  内容生成是系统将智能组合的内容结构、内容页面转换为WAP浏览器支持的XHTML格式,并引用相应WAP浏览器兼容的图片、声音等资源,提供给学习者在WAP门户上进行在线阅读学习的一种功能。   学习跟踪功能表现为一个学习引擎,在每次学习内容执行时,该引擎均能及时记录学习者学习时长、得分率等数据,从而可以长期跟踪分析学习者的知识掌握情况,练习的完成情况等,为生成学习情况报表提供统计依据。同时,它能够根据学习者对不同内容的学习时长、练习得分情况,分析测试的正确率,以跟踪学习者的知识掌握程度,督促学习者学习。
  学习报告是对学习者的跟踪分析,系统每天、每周、每月能够为学习者生成学习报告,总结某个时段的学习任务的完成情况,分析各个知识点的掌握程度,发现需要学习提高的重点。
  学习内容流式传输是学习者在使用客户端软件进行在线学习时,为了减少等待时间,系统支持边下载内容边学习的流式传输方式,即依据内容的结构描述,首先传送内容属性信息与目录结构信息,客户端可以依此显示内容的介绍与目录结构,不必让学习者等待整个内容的下载完成,节省学习者宝贵的学习时间,然后将所有内容页面内容(不含图片、声音等内容资源)压缩后传送,客户端可以依此显示各页的文字内容,接着依据内容结构顺序依次将图片、声音等内容资源传送至客户端,以显示完整页面内容。在内容学习过程中,客户端能够显示当前内容下载的进度和剩余时间。
  (2)测试评估模块。系统能够根据学习者的个人情况,自动组织试卷,即依据不同学习者的知识掌握水平智能出题。同时,学习者可以限定测评的科目、难度,以限定试卷的考查范围,更加准确地衡量学习者的学习效果。每次测试完成,系统将实时评分,并对回答错误的试题给出正确答案。
  2.学习社区子系统。学习社区子系统实现学习者之间、学习者与教师之间互动的业务逻辑,包括消息服务、论坛讨论、好友管理、微博等。
  通过站内信箱,包括收件箱以及发件箱,使学习者和教师之间可以通过客户端发送站内消息,客户端接收和发送的信息都在收件箱中和发件箱中自动保存。当学习者不在线时,能够支持以短消息的方式进行发送。通过学习论坛或微博,学习者可以发布学习中遇到的问题或分享学习心得,教师或其他学习者可以对问题进行解答或发布评论。通过好友的管理,学习者可以分享信息,发起即时的群组讨论等。
  3.资源中心子系统。资源中心子系统提供学习内容推荐和在线租用功能,包括课程展示、课程搜索、终端设备适配、学习者认证与租用、课程评论与评分、浏览与租用记录查看、课程收藏等功能。
  通过终端及学习者属性适配功能,可以实现仅展示当前设备支持的、适合于当前学习者的课程。可以通过连接外部认证系统,对学习者身份进行合法认证,对学习者的浏览行为、在线学习以及租用进行合理引导、安全管理与控制。
  4.教师WEB门户。教师WEB门户为教师的教学管理提供辅助功能,主要功能包括班级管理、班内消息、作业制作、作业分发以及作业批阅。
  通过班级管理,教师可以新建或解散班级,学习者可以申请加入教师创建的班级。通过班内消息功能,教师可以以班级或个人为单位发送信息通知,学习者可以通过客户端软件或WAP门户进行及时回复。教师通过查询资源中心子系统中的题库,能够实时创建作业,也可以通过课程编辑器,在本地制作好作业后,以附件的形式进行上传并预览。作业创建成功后,教师可以用不同的方式将作业对学习者进行分法。此外,对学习者提交的作业,教师进行线上的实时批阅,并可以对作业中的每道题做批注和评分。
  5.运营管理门户。运营管理门户为相关人员提供业务运营与系统维护支持功能,人员角色包括:内容管理员、运营人员以及系统管理员。
  内容管理员可以课程编辑工具离线制作课件内容与管理课件分类,制作完成后,在线提交到运营管理门户。由运营人员进行内容审核与上线发布,供学习者进行租用与在线或离线浏览。
  三、学习系统的开放性和稳定性
  在整个学习系统设计中,遵循标准性和开放性原则,整个系统提供开放的协议接口,使得系统具有良好的互操作性。在考虑技术先进性的同时,还应从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理及维护等方面着手,确保系统运行的可靠性和稳定性,在系统发生故障时,应当尽量做到无缝倒换。为了确保整个系统的可靠稳定,在系统设计上要提供冗余备份方案,以便在发生故障时可以迅速应变和容错运行,确保系统运作的安全可靠。
  系统设计中充分考虑了灵活性和可升级性,系统硬件、软件采用模块化设计,系统组件组网结构如图2所示。将来随着业务种类的增加和学习者数量的增长,系统可以平滑升级,在具体的系统设计当中都提供有系统扩展方案,能有效降低系统开发的投资风险。
  四、结束语
  随着智能移动终端设备的不断普及和终身教育思想的发展,进行课堂之外的自适应性学习已经被越来越多的人所接受。现代移动教育的教学方式可作为课后自学和课堂学习的辅助和有益补充,并且能够正确引导人们健康使用智能手机、iPad等移动终端,为其提供绿色有用的辅助学习方式。
  [ 参 考 文 献 ]
  [1] 刘豫钧,鬲淑芳.移动学习——国外研究现状之综述[J].现代教育技术,2004(3):17-19.
  [2] 叶成林,徐福荫,许骏.移动学习研究综述[J].电化教育研究,2004(3):12-19.
  [3] 叶成林,徐福荫.移动学习及其理论基础[J].开放教育研究,2004(3):30-31.
  [4] 何明星.移动学习的特征与手机出版[J].现代教育技术,2010(9):5-7.
  [5] 沈娅芳,丁革建.移动学习在现代远程教育中的应用研究[J].远程教育杂志,2007 (4):37-39.
  [6] 黄荣怀,王晓晨,李玉顺.面向移动学习的学习活动设计框架[J].远程教育杂志,2009(1):3-7.
  [7] 朱婷婷.移动学习资源设计研究 [J].中国医学教育技术,2012(5):513-516.
  [8] 车启凤.移动学习应用模式探究[J].甘肃科技,2012(15):82-83.
  [9] 方海光,吴淑苹,李玉顺.基于EML构建移动学习资源对象:单元的研究[J].现代教育术,2009(12):75-79.
  [10] 熊志刚.移动学习及其资源设计研究[D].上海:华东师范大学,2005.
  [责任编辑:陈 明]
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