周肖樹，陳東偉，邵珂，鄭錦煥，林錦豐

（北京理工大學珠海學院，珠?！?19000）

基于手持移動學習終端的學習模式和教學活動策略研究

周肖樹，陳東偉，邵珂，鄭錦煥，林錦豐

（北京理工大學珠海學院，珠海519000）

0　引言

二十一世紀是信息高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)時代，近年來由于移動計算技術(shù)、無線通信網(wǎng)絡(luò)及移動終端設(shè)備的快速發(fā)展，使得互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍由PC擴展到便攜式移動終端設(shè)備上來?；ヂ?lián)網(wǎng)專家紛紛表示未來十年將會是移動互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的時代。通過移動終端設(shè)備人們除了可以進行移動通信外，還可以用來學習。云教育是運用云計算的理念，按照云計算技術(shù)模式，實現(xiàn)教學資源的分布管理與共享應(yīng)用，滿足教師改革教學模式，實現(xiàn)個性化學習的需要。教師與學生只需要一個手持移動學習終端就可以實時地在線互動學習與交流交互式學習，有效實現(xiàn)學校教育、家庭教育和社會教育三大系統(tǒng)的共建共享，也支持了移動學習、混合學習和翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學方式的實施。

對于高校來說，移動學習的研究包括兩個方面：學生的學習模式和教師的教學活動。通過對現(xiàn)有移動學習的調(diào)研和研究發(fā)現(xiàn)，當前的基于移動設(shè)備的移動學習更多是單方面的側(cè)重于學生的學習活動。為了更好的實現(xiàn)移動學習，需要利用智能化、便攜化的移動終端設(shè)備，并在云教育的先進理念下針對教師和學生兩端的教學活動和學習模式的策略研究，從而實現(xiàn)在移動互聯(lián)網(wǎng)下教和學兩方面的協(xié)同。

1　系統(tǒng)概要分析

當前高校普遍使用的網(wǎng)絡(luò)教學平臺是單一的課程作業(yè)管理平臺，因此結(jié)合當前較流行的慕課網(wǎng)、麥子學院等火熱的教學平臺，打造一個具有時代氣息的網(wǎng)絡(luò)教學平臺尤為重要。如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2　模塊化設(shè)計

2.1學生用戶建模技術(shù)

以學生主體，對學生進行建模，總體上有兩種建模技術(shù)。如圖2所示。

圖2　學生建模設(shè)計圖

（1）基于學生反饋建模

基于學生反饋的建模方式是指學生通過使用該平臺上的功能產(chǎn)生的反饋信息，系統(tǒng)記錄這些反饋信息并收集起來，如學生在平臺上的學習時間、學習答題情況和課程討論及博文動態(tài)等。

（2）系統(tǒng)自動建模

通過對接校內(nèi)教務(wù)系統(tǒng)獲取學生的成績、出勤情況及獲獎歷史，同時結(jié)合學生課表通過GPS定位，對教學區(qū)域進行劃分進而后臺實現(xiàn)靜默考勤。在學生許可的情況下，系統(tǒng)通過GPS定位主動收集學生的課外活動狀況。

2.2科學的課程管理系統(tǒng)

（1）能力拓展課程推薦模塊

通過收集學生用戶信息后建模，利用協(xié)同過濾推薦算法，系統(tǒng)根據(jù)學生實際的學習情況和性格偏好，主動推薦相關(guān)的課外課程，能很好地吸引學生的注意力。基于學生的協(xié)同過濾推薦算法主要分為兩個步驟：

①根據(jù)學生用戶的建模情況，找到與目標用戶興趣課程相似的用戶集合。如圖3所示。

②取出相似的用戶集合中的用戶感興趣的課程且是目標用戶還沒有了解過的課程，系統(tǒng)主動推薦給目標用戶。圖中除了考慮課程偏好還會根據(jù)性格預(yù)測而推薦。

圖3　協(xié)同算法的課程推薦實現(xiàn)圖

（2）作業(yè)管理模塊

學生登錄移動端后即可在課程頁面看到近期要完成的作業(yè)，教師在發(fā)布作業(yè)的第一時間，系統(tǒng)會通過消息推送系統(tǒng)推送到對應(yīng)的學生群體中；同時App將會根據(jù)作業(yè)的截止時間設(shè)置鬧鐘提醒，及時提醒未按時完成作業(yè)的學生完成作業(yè)。如圖4所示。

圖4　課程管理平臺學生端效果圖

2.3學習計劃的制定

（1）計劃制定遵循“因材施教”

學生在平臺上選取某一職位，如Java工程師，系統(tǒng)將根據(jù)該學生的模型實際狀況，推測學生的知識接收能力和性格情況，進而為學生定制一個有效且體系的學習計劃?；A(chǔ)知識不好的學生，系統(tǒng)會在定制的計劃中加入更多詳細的基礎(chǔ)課程知識點，放緩學習周期；基礎(chǔ)知識好且接受能力強的學生，系統(tǒng)將在其計劃中加入更核心的課程知識點。

（2）計劃制定具有伸縮性

計劃制定除了考慮學生的個人能力情況外，還根據(jù)學生自身所屬的專業(yè)，如果該專業(yè)的某些必修課程屬于計劃內(nèi)的某一知識點，則系統(tǒng)會將該知識點輕微略過，因為該學生已經(jīng)體系地學習認識該知識點或者以后會在必修課程中深入了解，因而把更多的細化知識點限額分給其他課程。效果圖如圖5所示。

圖5　計劃定制后的學習路線方案效果圖

2.4服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)功模塊多，不可能在單一服務(wù)器上完成所有工作，因而需要建立分布式服務(wù)器架構(gòu)，同時分布式服務(wù)的搭建也避免某一功能服務(wù)器宕機而造成整個系統(tǒng)崩潰的嚴重后果的發(fā)生。如圖6所示。

（1）業(yè)務(wù)服務(wù)器，作為整個服務(wù)器架構(gòu)的核心部分，負責所有業(yè)務(wù)的收發(fā)和跳轉(zhuǎn)，是連接各功能服務(wù)器和用戶群體的樞紐。

（2）Web服務(wù)器，主要負責瀏覽器B/S部分的功能實現(xiàn)，使用Struts2+Spring4+Hibernate框架開發(fā)的具有高度可維護性的Web服務(wù)器

（3）文件服務(wù)器，教學平臺的教學資源存取服務(wù)器，具有極強的I/O處理能力，是云教育資源共享平臺的基礎(chǔ)。

（4）IM服務(wù)器，即聊天社交服務(wù)器，是課程討論區(qū)、教學作業(yè)討論群和用戶私聊學習的實現(xiàn)基礎(chǔ)服務(wù)器，使用Java NIO等高性能I/O處理技術(shù)，使用epoll模式進一步提高服務(wù)器的I/O處理能力以應(yīng)對數(shù)萬師生的實時交互。

（5）流媒體服務(wù)器，主要存放教學視頻資源文件，具有帶寬大、CPU處理能力強等特點，是在線視頻學習的核心模塊。

圖6　服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計圖

2.5構(gòu)建共享型題庫

（1）現(xiàn)有教學平臺的題庫模式

學校教學平臺的題庫大多是根據(jù)專業(yè)和教師的不同而相互獨立的，且按學期自動清除，即課程A有兩個教師分別為教師1和教師2，教師1上傳的課程A的題目，教師2是看不到教師1的任何教學資料的，課程A與課程B更是相互隔絕。如圖7所示。

圖7　傳統(tǒng)的教學題庫結(jié)構(gòu)圖

（2）共享型題庫模式

負責同一門課程的不同教師相互之間的教學資源共享，上傳的題目將一并存放進同一數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)題庫的共享。教師可以快速從題庫中抽取題目組建試卷和練習題組，負責不同課程的教師也可通過知識點檢索從題庫中抽取其他課程的題目。如圖8所示。

圖8　共享型題庫結(jié)構(gòu)圖

2.6視頻教學及教育反饋體系

傳統(tǒng)的高校課堂普遍出現(xiàn)學生上課睡覺、對已學課程不理解，學習迷茫等現(xiàn)狀。平時分的評分大部分依據(jù)考勤和提交作業(yè)或者期中考試作為依據(jù)。普遍學生完成作業(yè)都是抄襲同學應(yīng)付，這樣的考查方式不能準確地反映學生的學習情況。

（1）看視頻做習題

通過該模塊，學生進入作業(yè)管理模塊后即可開始視頻作業(yè)。為了確保每個學生都認真完成視頻作業(yè)，系統(tǒng)會禁止視頻進度條的拉動，且每個視頻斷點彈出的題目是不確定的，即同一個知識點可能有2-3條題目，防止學生間相互記題答案。如圖9所示。

（2）教育反饋模塊

教師可在Web終端查看所教學生該次視頻作業(yè)的完成情況和知識點掌握程度，并且教師可以到該課程的討論區(qū)中答疑，及時解決學生的疑問題目。同時系統(tǒng)會自動生成圖表，反饋給教師，該次作業(yè)中暴露出學生的知識薄弱點，讓教師可以有針對地備課。如圖10所示。

圖10　教育反饋示意圖

（3）基于數(shù)據(jù)挖掘的教學活動反饋

數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，每道題目都對應(yīng)具體特定知識點、課次、章節(jié)、課程和學術(shù)領(lǐng)域，每個對應(yīng)點都設(shè)有Tag標簽值。學生完成作業(yè)后，系統(tǒng)根據(jù)錯題所對應(yīng)的相關(guān)Tag標簽值通過搜索引擎查找學術(shù)網(wǎng)的專業(yè)解釋或者查找在線視頻教育平臺的對應(yīng)視頻資源，然后回饋給學生，讓學生更好地鞏固基礎(chǔ)。如圖11所示。

圖11　教學活動反饋結(jié)構(gòu)圖

3　結(jié)語

在移動互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，移動學習領(lǐng)域正在高速發(fā)展并越來越受到重視。在這樣的環(huán)境下，研究和發(fā)展移動終端視頻學習是大勢所趨。

本文就移動學習和課程視頻觀看兩點展開，對學生課程學習、學習計劃制定、課后練習，教師自由創(chuàng)建共享題庫等方面進行介紹：（1）基于高性能服務(wù)器架構(gòu)構(gòu)建高效移動學習服務(wù)：在本文中，就構(gòu)建高效可行的系統(tǒng)架構(gòu)，通過分布式服務(wù)器設(shè)計為用戶提供一流服務(wù)。（2）通過需求用例分析為后續(xù)詳細程序設(shè)計提供指向：在本文中，就移動學習系統(tǒng)在學生、教師、系統(tǒng)管理員三個主要參與者的功能構(gòu)想為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)用例，UML活動圖等闡述了三者與系統(tǒng)之間的關(guān)系，為程序詳細設(shè)計打下基礎(chǔ)，減少了不必要的構(gòu)建級錯誤，提高了項目成功率。（3）構(gòu)建完善的課程學習、課后練習體系。在本文中，介紹了通過教務(wù)系統(tǒng)對學生信息的導(dǎo)入以及推薦模塊建模等方面來構(gòu)建完整的課程系統(tǒng)，通過創(chuàng)建共享題庫，為移動學習者提供龐大的課后學習功能。

［1］徐鵬，王以寧.大數(shù)據(jù)視角分析學習變革——美國《通過教育數(shù)據(jù)挖掘和學習分析促進教與學》報告解讀及啟示.理論前沿，2013 06.

［2］吳麗君.個性化移動學習平臺的設(shè)計與研究.華東師范大學，2014.05.

［3］王春.高性能分布式服務(wù)器研究與實現(xiàn).上海交通大學，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

周肖樹（1982-），男，廣東潮州人，碩士研究生，研究方向為軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)和移動互聯(lián)開發(fā)

陳東偉（1982-），男，山西太原人，博士研究生學位，研究方向為情感計算及腦信息學、物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)和移動互聯(lián)開發(fā)

邵珂（1986-），男，山東棗莊人，碩士研究生，研究方向移動互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)及開發(fā)

鄭錦煥（1993-），男，廣東茂名人，本科，研究方向為服務(wù)器系統(tǒng)開發(fā)

林錦豐（1994-），男，廣東汕頭人，本科，研究方向為移動應(yīng)用開發(fā)

2016-05-26

2016-08-15

通過移動Android端以及分布式高性能服務(wù)器實現(xiàn)學生在終端視頻學習、課后測試、提交作業(yè)、疑點提問以及教師在PC端創(chuàng)建課程、上傳視頻、統(tǒng)計學生學習情況等功能。所涉及的學習系統(tǒng)基于學生用戶建模，建立科學合理的課程管理系統(tǒng)，它通過強大的題庫共享功能，實現(xiàn)學生課后充分練習的目標，并且根據(jù)大數(shù)據(jù)分析和合理的算法設(shè)計，使系統(tǒng)能夠根據(jù)學生專業(yè)愛好等數(shù)據(jù)推薦提升課程。

Android；手持移動端；教育學習

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.