基于移動計(jì)算的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

☆ 丁 茜 王占軍 王 偉

（沈陽師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)教育部，遼寧沈陽 110034）

引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教育已經(jīng)成為一種速度更快、傳播空間更大的教育形式。在基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中引入移動計(jì)算技術(shù)，將使計(jì)算機(jī)或其他信息智能終端設(shè)備在無線環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及資源共享，并發(fā)揮多媒體資源的優(yōu)勢。通過流媒體技術(shù)的解碼、編碼和移動終端的設(shè)計(jì)，打破傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程教學(xué)在空間上的限制，增加師生之間的互動與交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率，方便學(xué)生完成與課程學(xué)習(xí)的相關(guān)活動，從而形成一種“隨處可學(xué)”、“隨心所學(xué)”的教學(xué)新理念。

一、移動計(jì)算概述

計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)、移動終端技術(shù)的發(fā)展，使移動計(jì)算技術(shù)作為一種新型的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。移動計(jì)算技術(shù)為人們對信息的訪問帶來了極大的方便。對于移動計(jì)算，學(xué)術(shù)界尚未有標(biāo)準(zhǔn)的定義，普遍認(rèn)為移動計(jì)算是“在互聯(lián)網(wǎng)、無線通信等技術(shù)的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)或其它智能終端設(shè)備的無線連接，達(dá)到隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及資源共享目的的技術(shù)環(huán)境”。移動計(jì)算有三個(gè)基本的性質(zhì)：通信性、移動性和便攜性。它將準(zhǔn)確、及時(shí)的信息提供給任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的任何用戶。這將極大地改變?nèi)藗兊纳罘绞胶凸ぷ鞣绞?。移動?jì)算使用各種無線電射頻（RF）技術(shù)或蜂窩通信技術(shù)，使用戶攜帶的移動計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、手機(jī)或其他智能終端設(shè)備與遠(yuǎn)程服務(wù)器連接，并進(jìn)行信息交互。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．系統(tǒng)架構(gòu)

本研究中采用PDA作為移動終端，設(shè)計(jì)基于移動計(jì)算的教學(xué)管理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由安裝移動教學(xué)信息管理軟件的PDA、無線網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器組成（如圖1所示）。后臺服務(wù)器可以是單獨(dú)的也可以位于局域網(wǎng)內(nèi)。移動數(shù)據(jù)庫（Tdata．sdf）和后臺數(shù)據(jù)庫（Tmanage．mdf）分別位于PDA和服務(wù)器中。為教師和學(xué)生設(shè)置不同的用戶權(quán)限，利于教師管理、跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)。

圖1 移動教學(xué)管理系統(tǒng)架構(gòu)

2．移動教學(xué)管理系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

本研究中的教學(xué)管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能：教師端管理功能；學(xué)生端實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)功能；教學(xué)管理功能。

教師端管理功能主要包括：提供教師信息；教師對學(xué)生出勤、作業(yè)、成績等相關(guān)信息的查詢；教師對教學(xué)課件、教案等與教學(xué)相關(guān)信息的維護(hù)、整理。

學(xué)生端實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)功能能夠讓學(xué)生可以不受空間、時(shí)間的限制，隨時(shí)隨地接收多媒體教學(xué)資源，包括實(shí)時(shí)視頻、音頻教程以及多媒體教學(xué)課件等信息，同時(shí)，利用PDA可以和老師及同學(xué)進(jìn)行實(shí)時(shí)互動交流。

教學(xué)管理功能是系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理，包括對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控與管理，對師生交流情況的跟蹤，對課程內(nèi)容的發(fā)布與管理等等。

三、數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息按屬性及設(shè)定的規(guī)則以表的形式儲存在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。移動終端設(shè)備（PDA）保留服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的副本。為了提供一種可同時(shí)在移動設(shè)備與服務(wù)器“連接”和“斷開”兩種情況下工作的本地存儲方案，系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪 問（RDA） 實(shí)現(xiàn)訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器中數(shù)據(jù)庫表中數(shù)據(jù)的功能。RDA使用SQLMobileDatabaseEngine和移動設(shè)備客戶端上的SQL Mobile Client Agent進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，如圖2所示。

圖2 PDA數(shù)據(jù)庫技術(shù)構(gòu)架

1．創(chuàng)建移動數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)利用．NET Compact Framework技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，選擇SQL Mobile作為客戶端的數(shù)據(jù)庫管理平臺。移動數(shù)據(jù)庫作為主數(shù)據(jù)庫的一個(gè)精簡副本需要?jiǎng)?chuàng)建在PDA端。

2．移動數(shù)據(jù)庫的使用操作

用戶與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫之間的信息交流是通過對本地?cái)?shù)據(jù)庫的操作完成的。系統(tǒng)創(chuàng)建了本地?cái)?shù)據(jù)庫后，通過使用SQL Mobile對象來更新、插入以及刪除數(shù)據(jù)。

四、移動終端與服務(wù)器的通信

TCP／IP能夠?qū)崿F(xiàn)在不同規(guī)格的主機(jī)及操作系統(tǒng)之間建立網(wǎng)絡(luò)通信連接，因此，比較適合用于數(shù)據(jù)傳輸量大而且對網(wǎng)絡(luò)連接要求高的系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用．NET環(huán)境下System．Net．Sockets 命 名 空 間 提 供 的 TcpListener 類 和TcpClient類，實(shí)現(xiàn)移動終端與服務(wù)器之間的通信。采用這種方式建立連接時(shí)，服務(wù)器端上使用一個(gè)套接字偵聽傳入的TCP請求，然后在客戶端系統(tǒng)上創(chuàng)建一個(gè)套接字發(fā)起一個(gè)發(fā)出請求。

與PC相比，由于嵌入式系統(tǒng)軟硬件平臺的限制，PDA在軟件編程實(shí)現(xiàn)及功能擴(kuò)展方面較PC復(fù)雜。因此，需要定義一套基礎(chǔ)指令集，以PC端為控制端，PDA端為被控端，通信時(shí)PC以基礎(chǔ)指令集控制PDA完成相應(yīng)功能，這樣數(shù)據(jù)通信功能主要在PC端程序中實(shí)現(xiàn)，從而簡化了PDA端程序開發(fā)的難度。圖3為PDA與PC數(shù)據(jù)通信流程圖，其具體通信過程如下：

圖3 PDA與PC數(shù)據(jù)通信流程圖

（1）通信開始后，PDA端程序處于等待握手信號狀態(tài)；PC端程序在收到確認(rèn)應(yīng)簽信號前每隔一定時(shí)間發(fā)送握手信號，直至超時(shí)。

（2）PDA收到握手信號后，發(fā)送確認(rèn)應(yīng)答信號，然后處于接收指令狀態(tài)；PC端收到確認(rèn)返回信號后，開始發(fā)送指令，然后等待確認(rèn)返回信號，直至超時(shí)。

（3）PDA收到指令后，解釋執(zhí)行，并返回確認(rèn)應(yīng)答，然后再次處于接收指令狀態(tài)；PC端收到確認(rèn)應(yīng)答信號后發(fā)送下一條指令，然后等待確認(rèn)返回信號，直至超時(shí)。

（4）跳轉(zhuǎn)至（3），直至PC端程序發(fā)送退出指令，終止通信。

為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端和移動終端之間通過基于消息的形式進(jìn)行通信，給消息賦予了一個(gè)結(jié)構(gòu)體，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前對其進(jìn)行加密處理，在服務(wù)器端和移動終端使用相同的消息結(jié)構(gòu)體和相同的加密解密方法，就可預(yù)先定義一些指令集，以簡短的文字或符號作為標(biāo)識進(jìn)行傳遞，而把具體的功能描述及實(shí)現(xiàn)置于服務(wù)器端或移動終端，這樣既減輕了通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，又較好地實(shí)現(xiàn)了分布式計(jì)算，使系統(tǒng)內(nèi)部有限的硬件資源得到合理的利用。[6]

五、結(jié)束語

本研究用PDA作為移動終端，利用RDA遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問策略，設(shè)計(jì)基于移動計(jì)算的教學(xué)管理系統(tǒng)。通過無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫保持同步，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)PDA終端與服務(wù)器的通信和信息共享。該系統(tǒng)將移動數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)管理環(huán)節(jié)中，充分發(fā)揮其在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的優(yōu)勢，為教師和教學(xué)管理人員提供了方便有力的教學(xué)管理工具，同時(shí)加強(qiáng)了師生之間的互動與交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，方便學(xué)生完成與課程學(xué)習(xí)相關(guān)的活動。因此，有理由認(rèn)為，該系統(tǒng)的開發(fā)將有很好的應(yīng)用前景和使用價(jià)值。

[1]完涇平,王穎,王韋．基于移動計(jì)算環(huán)境的智能客戶端的研究[J]．計(jì)算機(jī)時(shí)代,2009．

[2]Pissnou N．A new framework for handling mobile clients in a cli－ent－server database system[J]．Computer Communication,2000,(23):936－941．

[3]姚紹文,王敏毅,周明天．移動分布式系統(tǒng)－技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展[J]．計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2002,22(2):5－13．

[4]Andy Wigley．．Net compact framework 技術(shù)內(nèi)幕[M]．北京:清華大學(xué)出版社,2003．

[5]田東風(fēng)．Windows CE 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003．

[6]謝榮岳等．基于PDA移動作業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．兵工自動化,2005,24(1)．