高振清

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 太倉 215411）

1 引言

隨著移動(dòng)智能手機(jī)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及，學(xué)生通過手機(jī)搜索學(xué)習(xí)資源進(jìn)行片段化的學(xué)習(xí)已經(jīng)成為一種普遍的現(xiàn)象。對(duì)碎片化的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行整合，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)課件，并通過內(nèi)容交互設(shè)計(jì)、功能交互設(shè)計(jì)、界面交互設(shè)計(jì)，使碎片化資源能夠更加靈活地被學(xué)生所應(yīng)用。

1.1 碎片化資源

碎片化資源是由人類活動(dòng)所產(chǎn)生的各類資源所組成，其中包括信息資源、時(shí)間資源、空間資源。隨著教學(xué)信息化的發(fā)展，各類知識(shí)以小節(jié)、單元、案例等電子形式存在于網(wǎng)絡(luò)中，形成了龐大的碎片化學(xué)習(xí)信息資源，它不僅能夠幫助學(xué)生解決針對(duì)性的問題，而且能夠成為微課設(shè)計(jì)的主要素材。學(xué)生在日常的生活中，將一些碎片化的時(shí)間和空間進(jìn)行利用，構(gòu)建符合自身?xiàng)l件與環(huán)境的碎片化時(shí)間與空間資源，通過智能手機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)，而不受時(shí)間和空間的限制。

1.2 交互設(shè)計(jì)

交互設(shè)計(jì)是人與人之間、人與設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間等能夠基于某種環(huán)境下進(jìn)行互動(dòng)與配合，使其能達(dá)成某種目的。在軟件設(shè)計(jì)中，交互設(shè)計(jì)以人的使用行為為目標(biāo)導(dǎo)向，以用戶習(xí)慣的使用方式規(guī)劃軟件操作流程，增進(jìn)用戶的交互體驗(yàn)。交互設(shè)計(jì)原則是要具有可視性，能夠反饋活動(dòng)信息，以流程化表達(dá)防止操作失誤，能夠準(zhǔn)確表達(dá)控制和效果之間的映射關(guān)系，保持功能與操作的表現(xiàn)的一致性，并具有準(zhǔn)確的啟發(fā)性。在進(jìn)行交互設(shè)計(jì)時(shí)，劃分出分析階段、設(shè)計(jì)階段、配合階段和驗(yàn)證階段，必須明確交互設(shè)計(jì)規(guī)范，以保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一致性。

1.3 個(gè)性化推薦

網(wǎng)絡(luò)中存在著海量的信息資源，用戶通過搜索引擎系統(tǒng)搜索所需要的資源費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而系統(tǒng)推薦技術(shù)則能夠根據(jù)用戶網(wǎng)絡(luò)使用痕跡、對(duì)資源類型的興趣等主動(dòng)向用戶推薦，以節(jié)約用戶獲取信息的時(shí)間，提高系統(tǒng)與用戶之間的交互。個(gè)性化推薦主要由用戶模型、推薦對(duì)象模型和推薦算法所構(gòu)成，通過對(duì)用戶的特征分析將網(wǎng)絡(luò)中的資源與用戶需求相匹配，利用相應(yīng)的推薦算法進(jìn)行計(jì)算，為用戶推薦合適的信息。主要的推薦方法有基于內(nèi)容推薦、協(xié)同過濾推薦、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則推薦和組合推薦等。

2 基于碎片化資源的手機(jī)課程系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于碎片化資源的收集課程系統(tǒng)不僅要對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足應(yīng)用上的需求，還要進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間、用戶與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)內(nèi)部流程之間的無縫銜接，增強(qiáng)系統(tǒng)的可操作性，滿足用戶個(gè)性化需求。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 Hadoop架構(gòu)

Hadoop架構(gòu)是基于Google集群系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可擴(kuò)展開源軟件框架，其采用分布式存儲(chǔ)與計(jì)算的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，相比單節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理具有較高的可靠性、高效性、伸縮性。HDFS是Hadoop分布式文件系統(tǒng)，通過多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)集群上運(yùn)行HDFS處理海量的文件，采用Map/Reduce并行編程模式對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)集進(jìn)行并行計(jì)算，由Map任務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行分塊，Reduce操作進(jìn)行分布處理，幫助用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類與調(diào)用。

2.1.2 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由不同地理位置的多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)合組成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以視為一個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，通過資源池對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫不僅可以獨(dú)立支持本地應(yīng)用，而且能提供數(shù)據(jù)共享。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用了4層結(jié)構(gòu)，即：全局外層、全局概念層、局部?jī)?nèi)層和局部概念層。全局外層提供全局視圖服務(wù)，全局概念層通過全局概念模式、分片模式、分配模式同局部概念層局部概念模式進(jìn)行映射，局部?jī)?nèi)層通過局部?jī)?nèi)模式映射局部數(shù)據(jù)庫，層間通過映射關(guān)系進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換。

2.1.3 并行計(jì)算

并行計(jì)算是利用多核CPU進(jìn)行計(jì)算，能夠?qū)⒁粋€(gè)問題分解成為若干個(gè)離散任務(wù)交由不同的處理器進(jìn)行處理。并行計(jì)算由并行計(jì)算程序支持，其編程環(huán)境包括消息傳遞并行編程、共享存儲(chǔ)并行編程和數(shù)據(jù)并行編程。其中消息傳遞并行編程具有較好的可擴(kuò)展性，采用顯式數(shù)據(jù)分配方式，分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式；共享存儲(chǔ)并行編程可擴(kuò)展性較差，采用隱式數(shù)據(jù)分配方式，共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式；數(shù)據(jù)并行編程可擴(kuò)展性一般，采用半隱式數(shù)據(jù)分配方式，共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分配方式

手機(jī)課程系統(tǒng)采用了三層結(jié)構(gòu)模式，用戶層使用手機(jī)客戶端訪問系統(tǒng)，用戶包括學(xué)生、教師和管理員，功能層主要包括在線課堂模塊、課程管理模塊、視頻課件模塊和用戶管理模塊，數(shù)據(jù)層采用分布式數(shù)據(jù)管理，包括用戶信息數(shù)據(jù)庫、學(xué)習(xí)資源數(shù)據(jù)庫和知識(shí)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫等。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

用戶層通過手機(jī)客戶端訪問系統(tǒng)，根據(jù)使用系統(tǒng)的目的不同對(duì)系統(tǒng)使用權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，教師負(fù)責(zé)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行整理，提供在線教學(xué)、發(fā)布視頻課件、對(duì)課程進(jìn)行管理、發(fā)布測(cè)試題、對(duì)學(xué)生問題進(jìn)行答疑等操作，學(xué)生登錄系統(tǒng)進(jìn)行課件的學(xué)習(xí)、觀看學(xué)習(xí)課程視頻、與教師進(jìn)行互動(dòng)等操作，管理員登錄系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與更新。功能層為用戶提供系統(tǒng)各項(xiàng)功能的應(yīng)用，數(shù)據(jù)層對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分類。

圖1手機(jī)課程系統(tǒng)架構(gòu)

2.3 系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)

系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)包括了師生之間、學(xué)生之間通過系統(tǒng)進(jìn)行交互，教師通過在線答疑幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)過程中遇到的問題；用戶與系統(tǒng)之間的交互，通過個(gè)性化推薦分析學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，將學(xué)生感興趣和所需的課程資源推薦給學(xué)生；系統(tǒng)之間的交互，如手機(jī)客戶端與服務(wù)器之間的交互。

答疑交互設(shè)計(jì)是教師與學(xué)生之間進(jìn)行提問并解答的交互功能，其中包括學(xué)生提問模塊和教師答疑模塊，答疑交互設(shè)計(jì)在課程視頻瀏覽的下方，便于學(xué)生能夠快速提出問題。同時(shí)，學(xué)生提出的問題會(huì)被系統(tǒng)存儲(chǔ)在問題記錄中，便于再遇到同類問題時(shí)系統(tǒng)可以自動(dòng)給予解答。教師答疑可以在教師在線的情況下進(jìn)行實(shí)時(shí)回復(fù)，也可以在某一個(gè)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一回復(fù)。

推薦交互設(shè)計(jì)包括三個(gè)部分，一是生成用戶特征數(shù)據(jù)，二是對(duì)用戶信息與碎片化資源進(jìn)行匹配，三是給出推薦的結(jié)果到用戶客戶端。推薦引擎基于用戶特征向量，分析并提取用戶個(gè)性化的特征，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，按照學(xué)生瀏覽課程的內(nèi)容、搜索的問題等依據(jù)聚類算法進(jìn)行聚類分析，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的碎片化資源進(jìn)行篩選和排序，最終給出用戶個(gè)性化的推薦課程。在推薦交互設(shè)計(jì)中推薦算法采用基于內(nèi)容的推薦算法：詞頻-逆向文檔頻率方法（Term frequency-Inverse document frequency，TF-IDF），設(shè)文檔集為d1，d2，…，dn，關(guān)鍵詞為k1，k2，…，kn，算法可以定義為：

其中，TFij為詞頻，IDFi為逆向文檔頻率。fij為關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)，maxzfzj為文檔中關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)的最大值，N為文檔數(shù)量，ni表示出現(xiàn)關(guān)鍵詞的文檔。一個(gè)文檔dj用向量表示，m為關(guān)鍵詞的個(gè)數(shù)，那么用戶a配置文件和課程s配置文件的匹配度夾角余弦方法可以作為計(jì)算用戶a關(guān)鍵字說明文件和課程s關(guān)鍵字說明文件的相似度，計(jì)算公式表示為：

手機(jī)客戶端與服務(wù)器端交互設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)定向存儲(chǔ)與調(diào)用，在設(shè)計(jì)中，可以采用Flex所提供的Mate架構(gòu)，基于標(biāo)簽和事件驅(qū)動(dòng)，通過事件總線EventBus監(jiān)聽客戶端信息，并將信息通過事件處理器進(jìn)行處理，對(duì)應(yīng)服務(wù)器數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)服務(wù)。同時(shí)服務(wù)器通過事件分發(fā)器將信息轉(zhuǎn)交給事件總線進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了基于碎片化資源的手機(jī)課程交互系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)用戶類型將系統(tǒng)功能劃分為在線課堂、課程管理、視頻課件和用戶管理四項(xiàng)功能，并根據(jù)交互設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)答疑交互，推薦交互和手機(jī)客戶端與服務(wù)器端交互。構(gòu)建滿足學(xué)生與教師進(jìn)行實(shí)時(shí)或者延時(shí)互動(dòng)的答疑板塊，實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將碎片化資源進(jìn)行整理，根據(jù)用戶特征將關(guān)聯(lián)資源推薦給用戶，實(shí)現(xiàn)人機(jī)的個(gè)性化交互。采用Mate架構(gòu)設(shè)計(jì)手機(jī)客戶端與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互，保證客戶端信息與數(shù)據(jù)庫服務(wù)一一對(duì)應(yīng)。