周肖樹，陳東偉，邵珂，鄭錦煥，林錦豐

（北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，珠?！?19000）

基于手持移動(dòng)學(xué)習(xí)終端的學(xué)習(xí)模式和教學(xué)活動(dòng)策略研究

周肖樹，陳東偉，邵珂，鄭錦煥，林錦豐

（北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，珠海519000）

0　引言

二十一世紀(jì)是信息高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，近年來由于移動(dòng)計(jì)算技術(shù)、無線通信網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)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(kuò)展到便攜式移動(dòng)終端設(shè)備上來?；ヂ?lián)網(wǎng)專家紛紛表示未來十年將會(huì)是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的時(shí)代。通過移動(dòng)終端設(shè)備人們除了可以進(jìn)行移動(dòng)通信外，還可以用來學(xué)習(xí)。云教育是運(yùn)用云計(jì)算的理念，按照云計(jì)算技術(shù)模式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的分布管理與共享應(yīng)用，滿足教師改革教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要。教師與學(xué)生只需要一個(gè)手持移動(dòng)學(xué)習(xí)終端就可以實(shí)時(shí)地在線互動(dòng)學(xué)習(xí)與交流交互式學(xué)習(xí)，有效實(shí)現(xiàn)學(xué)校教育、家庭教育和社會(huì)教育三大系統(tǒng)的共建共享，也支持了移動(dòng)學(xué)習(xí)、混合學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)方式的實(shí)施。

對于高校來說，移動(dòng)學(xué)習(xí)的研究包括兩個(gè)方面：學(xué)生的學(xué)習(xí)模式和教師的教學(xué)活動(dòng)。通過對現(xiàn)有移動(dòng)學(xué)習(xí)的調(diào)研和研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的基于移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)學(xué)習(xí)更多是單方面的側(cè)重于學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)。為了更好的實(shí)現(xiàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)，需要利用智能化、便攜化的移動(dòng)終端設(shè)備，并在云教育的先進(jìn)理念下針對教師和學(xué)生兩端的教學(xué)活動(dòng)和學(xué)習(xí)模式的策略研究，從而實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)下教和學(xué)兩方面的協(xié)同。

1　系統(tǒng)概要分析

當(dāng)前高校普遍使用的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是單一的課程作業(yè)管理平臺(tái)，因此結(jié)合當(dāng)前較流行的慕課網(wǎng)、麥子學(xué)院等火熱的教學(xué)平臺(tái)，打造一個(gè)具有時(shí)代氣息的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)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(jì)

2.1學(xué)生用戶建模技術(shù)

以學(xué)生主體，對學(xué)生進(jìn)行建模，總體上有兩種建模技術(shù)。如圖2所示。

圖2　學(xué)生建模設(shè)計(jì)圖

（1）基于學(xué)生反饋建模

基于學(xué)生反饋的建模方式是指學(xué)生通過使用該平臺(tái)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(xué)生在平臺(tái)上的學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)答題情況和課程討論及博文動(dòng)態(tài)等。

（2）系統(tǒng)自動(dòng)建模

通過對接校內(nèi)教務(wù)系統(tǒng)獲取學(xué)生的成績、出勤情況及獲獎(jiǎng)歷史，同時(shí)結(jié)合學(xué)生課表通過GPS定位，對教學(xué)區(qū)域進(jìn)行劃分進(jìn)而后臺(tái)實(shí)現(xiàn)靜默考勤。在學(xué)生許可的情況下，系統(tǒng)通過GPS定位主動(dòng)收集學(xué)生的課外活動(dòng)狀況。

2.2科學(xué)的課程管理系統(tǒng)

（1）能力拓展課程推薦模塊

通過收集學(xué)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(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)情況和性格偏好，主動(dòng)推薦相關(guān)的課外課程，能很好地吸引學(xué)生的注意力?；趯W(xué)生的協(xié)同過濾推薦算法主要分為兩個(gè)步驟：

①根據(jù)學(xué)生用戶的建模情況，找到與目標(biāo)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(biāo)用戶還沒有了解過的課程，系統(tǒng)主動(dòng)推薦給目標(biāo)用戶。圖中除了考慮課程偏好還會(huì)根據(jù)性格預(yù)測而推薦。

圖3　協(xié)同算法的課程推薦實(shí)現(xiàn)圖

（2）作業(yè)管理模塊

學(xué)生登錄移動(dòng)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(shí)間，系統(tǒng)會(huì)通過消息推送系統(tǒng)推送到對應(yīng)的學(xué)生群體中；同時(shí)App將會(huì)根據(jù)作業(yè)的截止時(shí)間設(shè)置鬧鐘提醒，及時(shí)提醒未按時(shí)完成作業(yè)的學(xué)生完成作業(yè)。如圖4所示。

圖4　課程管理平臺(tái)學(xué)生端效果圖

2.3學(xué)習(xí)計(jì)劃的制定

（1）計(jì)劃制定遵循“因材施教”

學(xué)生在平臺(tái)上選取某一職位，如Java工程師，系統(tǒng)將根據(jù)該學(xué)生的模型實(shí)際狀況，推測學(xué)生的知識(shí)接收能力和性格情況，進(jìn)而為學(xué)生定制一個(gè)有效且體系的學(xué)習(xí)計(jì)劃。基礎(chǔ)知識(shí)不好的學(xué)生，系統(tǒng)會(huì)在定制的計(jì)劃中加入更多詳細(xì)的基礎(chǔ)課程知識(shí)點(diǎn)，放緩學(xué)習(xí)周期；基礎(chǔ)知識(shí)好且接受能力強(qiáng)的學(xué)生，系統(tǒng)將在其計(jì)劃中加入更核心的課程知識(shí)點(diǎn)。

（2）計(jì)劃制定具有伸縮性

計(jì)劃制定除了考慮學(xué)生的個(gè)人能力情況外，還根據(jù)學(xué)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(jì)劃內(nèi)的某一知識(shí)點(diǎn)，則系統(tǒng)會(huì)將該知識(shí)點(diǎn)輕微略過，因?yàn)樵搶W(xué)生已經(jīng)體系地學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)該知識(shí)點(diǎn)或者以后會(huì)在必修課程中深入了解，因而把更多的細(xì)化知識(shí)點(diǎn)限額分給其他課程。效果圖如圖5所示。

圖5　計(jì)劃定制后的學(xué)習(xí)路線方案效果圖

2.4服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)

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(shí)分布式服務(wù)的搭建也避免某一功能服務(wù)器宕機(jī)而造成整個(gè)系統(tǒng)崩潰的嚴(yán)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(gè)服務(wù)器架構(gòu)的核心部分，負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)瀏覽器B/S部分的功能實(shí)現(xiàn)，使用Struts2+Spring4+Hibernate框架開發(fā)的具有高度可維護(hù)性的Web服務(wù)器

（3）文件服務(wù)器，教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)資源存取服務(wù)器，具有極強(qiáng)的I/O處理能力，是云教育資源共享平臺(tái)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(xué)作業(yè)討論群和用戶私聊學(xué)習(xí)的實(shí)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(jìn)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(shí)時(shí)交互。

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

圖6　服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.5構(gòu)建共享型題庫

（1）現(xiàn)有教學(xué)平臺(tái)的題庫模式

學(xué)校教學(xué)平臺(tái)的題庫大多是根據(jù)專業(yè)和教師的不同而相互獨(dú)立的，且按學(xué)期自動(dòng)清除，即課程A有兩個(gè)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(xué)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(xué)題庫結(jié)構(gòu)圖

（2）共享型題庫模式

負(fù)責(zé)同一門課程的不同教師相互之間的教學(xué)資源共享，上傳的題目將一并存放進(jìn)同一數(shù)據(jù)庫中，實(shí)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(xí)題組，負(fù)責(zé)不同課程的教師也可通過知識(shí)點(diǎn)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(xué)及教育反饋體系

傳統(tǒng)的高校課堂普遍出現(xiàn)學(xué)生上課睡覺、對已學(xué)課程不理解，學(xué)習(xí)迷茫等現(xiàn)狀。平時(shí)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(xué)生完成作業(yè)都是抄襲同學(xué)應(yīng)付，這樣的考查方式不能準(zhǔn)確地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

（1）看視頻做習(xí)題

通過該模塊，學(xué)生進(jìn)入作業(yè)管理模塊后即可開始視頻作業(yè)。為了確保每個(gè)學(xué)生都認(rèn)真完成視頻作業(yè)，系統(tǒng)會(huì)禁止視頻進(jìn)度條的拉動(dòng)，且每個(gè)視頻斷點(diǎn)彈出的題目是不確定的，即同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可能有2-3條題目，防止學(xué)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(xué)生該次視頻作業(yè)的完成情況和知識(shí)點(diǎn)掌握程度，并且教師可以到該課程的討論區(qū)中答疑，及時(shí)解決學(xué)生的疑問題目。同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成圖表，反饋給教師，該次作業(yè)中暴露出學(xué)生的知識(shí)薄弱點(diǎn)，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(xué)活動(dòng)反饋

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，每道題目都對應(yīng)具體特定知識(shí)點(diǎn)、課次、章節(jié)、課程和學(xué)術(shù)領(lǐng)域，每個(gè)對應(yīng)點(diǎn)都設(shè)有Tag標(biāo)簽值。學(xué)生完成作業(yè)后，系統(tǒng)根據(jù)錯(cuò)題所對應(yīng)的相關(guān)Tag標(biāo)簽值通過搜索引擎查找學(xué)術(shù)網(wǎng)的專業(yè)解釋或者查找在線視頻教育平臺(tái)的對應(yīng)視頻資源，然后回饋給學(xué)生，讓學(xué)生更好地鞏固基礎(chǔ)。如圖11所示。

圖11　教學(xué)活動(dòng)反饋結(jié)構(gòu)圖

3　結(jié)語

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，移動(dòng)學(xué)習(xí)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(dòng)終端視頻學(xué)習(xí)是大勢所趨。

本文就移動(dòng)學(xué)習(xí)和課程視頻觀看兩點(diǎn)展開，對學(xué)生課程學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)計(jì)劃制定、課后練習(xí)，教師自由創(chuàng)建共享題庫等方面進(jìn)行介紹：（1）基于高性能服務(wù)器架構(gòu)構(gòu)建高效移動(dòng)學(xué)習(xí)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(jì)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(xì)程序設(shè)計(jì)提供指向：在本文中，就移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在學(xué)生、教師、系統(tǒng)管理員三個(gè)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(dòng)圖等闡述了三者與系統(tǒng)之間的關(guān)系，為程序詳細(xì)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，減少了不必要的構(gòu)建級錯(cuò)誤，提高了項(xiàng)目成功率。（3）構(gòu)建完善的課程學(xué)習(xí)、課后練習(xí)體系。在本文中，介紹了通過教務(wù)系統(tǒng)對學(xué)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(dòng)學(xué)習(xí)者提供龐大的課后學(xué)習(xí)功能。

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

［2］吳麗君.個(gè)性化移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究.華東師范大學(xué)，2014.05.

［3］王春.高性能分布式服務(wù)器研究與實(shí)現(xiàn).上海交通大學(xué)，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?yàn)檐浖こ獭⑽锫?lián)網(wǎng)工程技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)開發(fā)

陳東偉（1982-），男，山西太原人，博士研究生學(xué)位，研究方向?yàn)榍楦杏?jì)算及腦信息學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)和移動(dòng)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(dòng)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?yàn)榉?wù)器系統(tǒng)開發(fā)

林錦豐（1994-），男，廣東汕頭人，本科，研究方向?yàn)橐苿?dòng)應(yīng)用開發(fā)

2016-05-26

2016-08-15

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

Android；手持移動(dòng)端；教育學(xué)習(xí)

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.