基于強化理論的移動學(xué)習(xí)資源推送平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

王嘉琦　徐朝軍　鐘柏昌　李藝

[摘 要] 智能手機、平板電腦等便攜式移動設(shè)備的出現(xiàn)，在豐富了教育媒體的同時，對學(xué)習(xí)資源的設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。文章以成語移動學(xué)習(xí)資源開發(fā)為例，針對成語需反復(fù)誦讀達到熟記的特點，論述了強化理論在移動學(xué)習(xí)資源開發(fā)中的應(yīng)用，提出將強化理論融入移動學(xué)習(xí)，構(gòu)建在閑散時間進行連續(xù)且間歇性強化的教學(xué)程序，并結(jié)合移動技術(shù)研發(fā)出Android平臺與Web Service技術(shù)相結(jié)合的成語資源推送平臺，實現(xiàn)強化理論在移動學(xué)習(xí)資源開發(fā)中的創(chuàng)新性應(yīng)用，既重視經(jīng)典教學(xué)規(guī)律與實踐的交互，也為學(xué)習(xí)者提供了一個可以隨時隨地便捷學(xué)習(xí)的新工具。

[關(guān)鍵詞] 移動學(xué)習(xí)； 強化理論； 成語資源推送

[中圖分類號] G434 [文獻標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 王嘉琦（1988—），女，寧夏銀川人。碩士，主要從事文本挖掘和情感計算研究。E-mail：jqw413@126.com。

一、問題的提出

隨著移動通訊技術(shù)的發(fā)展，基于智能手機、平板電腦等便攜式設(shè)備的移動應(yīng)用也紛紛涌現(xiàn)，移動學(xué)習(xí)應(yīng)運而生。這為教育技術(shù)的發(fā)展提供了一個嶄新的視角——將移動技術(shù)與傳統(tǒng)教育理念合理地融合在一起，使得用戶既可以按照傳統(tǒng)教學(xué)規(guī)律安排學(xué)習(xí)，也可以因時、因地、隨需要獲取知識。[1]這種學(xué)習(xí)方式依托移動設(shè)備的便攜性，突破了時空的限制，不局限于課堂上和書桌前，而是將學(xué)習(xí)融入生活。

在移動時代來臨的大背景下，亟需調(diào)整構(gòu)建教育資源推送平臺的既有思路，以適應(yīng)用戶的新需求。目前通過數(shù)字化教學(xué)資源促進專業(yè)教學(xué)已形成共識，主要是使用一些主流的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)對學(xué)習(xí)資源推送平臺進行架構(gòu)和開發(fā)，[2]其中基于PC網(wǎng)絡(luò)的研究十分廣泛。如余勝泉提出了一個網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)課件開發(fā)工具和教學(xué)資源管理等四個方面完整地論述了平臺的框架，充分重視師生間的溝通，并且為教師在網(wǎng)上實施雙向教學(xué)提供全面的工具支持。[3]胡欽太等介紹了“文字教材—學(xué)習(xí)輔助光盤—網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺—技能實訓(xùn)平臺”四位一體的計算機基礎(chǔ)課程立體化教學(xué)資源呈現(xiàn)方式，各種教學(xué)資源形成一個有機的整體，為開展多元化的教與學(xué)提供了有力的支撐。[4][5]張慧等針對當(dāng)前教育信息化資源平臺建設(shè)零散分布、重復(fù)投資等突出問題，提出了基于云計算的開放性教學(xué)資源平臺建設(shè)方案，以期建立一個基于云計算的集中管理、分散存儲的資源開發(fā)、管理、應(yīng)用系統(tǒng)平臺，形成高等教育信息化資源共建共享的機制。[6]雖然教育資源推送平臺的構(gòu)建已取得了長足發(fā)展，但是在移動學(xué)習(xí)條件下，其突破時空限制、隨時隨地便捷學(xué)習(xí)的特點沒有得到充分體現(xiàn)，學(xué)習(xí)資源設(shè)計對知識記憶過程考慮不足，教學(xué)資源呈現(xiàn)形式缺乏多樣性和靈活性，[7]內(nèi)容繁瑣冗長，用戶交互性不夠。

鑒于此，文章以成語資源推送為例，根據(jù)成語短小、結(jié)構(gòu)性強、需反復(fù)誦讀達到熟記的特點，提出將強化理論應(yīng)用到移動學(xué)習(xí)中，構(gòu)建在閑散時間進行連續(xù)且間歇性強化的教學(xué)程序，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)和移動技術(shù)研發(fā)出基于Android的成語資源推送平臺。

二、強化理論在移動學(xué)習(xí)中的創(chuàng)新

將強化理論融入移動學(xué)習(xí)，不但使得移動學(xué)習(xí)得到傳統(tǒng)學(xué)習(xí)理論的堅實支撐，而且強化理論的小步子漸進原則和及時反饋原則依托移動學(xué)習(xí)得到更充分的體現(xiàn)。將需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容分組，利用閑散時間進行分解強化，移動終端確保學(xué)習(xí)者可以隨時隨地看到程序的提醒，為嚴(yán)格執(zhí)行教學(xué)程式提供了基礎(chǔ)。平臺還可以根據(jù)每個學(xué)習(xí)者給出的反饋自動調(diào)整強化頻率，減少時間和精力的浪費，這在傳統(tǒng)課堂上一個教師面對眾多學(xué)生時是很難做到的。此外，基于移動設(shè)備的教學(xué)程式不再是教學(xué)內(nèi)容的簡單堆疊，受屏幕大小和用戶心理的影響，移動類應(yīng)用往往充滿趣味性和交互性，以期最快吸引用戶的注意。

本文將以成語學(xué)習(xí)為例，設(shè)計并構(gòu)建一個融合強化理論的移動學(xué)習(xí)資源推送平臺。成語是漢語中的瑰寶，其結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，意蘊豐富，是一個包羅萬千的中華文化載體。[8]通過反復(fù)誦讀達到純熟映入腦中，為以后的使用打好基礎(chǔ)，是成語背記中必要的過程。在語文教學(xué)過程中，應(yīng)重視基礎(chǔ)年級學(xué)生在誦讀中積累一定數(shù)量的成語，這在新課程標(biāo)準(zhǔn)中也有描述。

經(jīng)典的艾賓浩斯遺忘曲線描述了記憶的規(guī)律，該曲線如圖1所示，從圖中可以看出，剛學(xué)習(xí)后一天之內(nèi)遺忘的速度最快，其中20分鐘后的保持率只有58.2%，僅一小時之后保持率就下降到了44.2%；從第二天到第六天，保持率下降的速度有所降低，共降低8.3%；第七天到第三十一天遺忘速度已趨于平緩，25天的時間保持率總共只降低了4.3%?？梢娺z忘速度最快的階段是記憶的初始階段，達到一定時間后，遺忘速度會顯著降低并趨于平緩，對于學(xué)過的知識應(yīng)該在遺忘之前及時復(fù)習(xí)，[9]才能在大腦中保持較長的時間。

將艾賓浩斯記憶理論融入到強化理論指導(dǎo)下的教學(xué)程式設(shè)計之中，針對記憶的規(guī)律設(shè)計強化步驟，使得學(xué)習(xí)者能夠在最需要的時間得到強化，防止精力和時間的浪費。強化理論認(rèn)為復(fù)雜的行為通常是逐漸形成的，因為每一段行為總是包含著多個單一的操作性活動，實驗者可以一步一步引導(dǎo)學(xué)習(xí)者去做預(yù)先設(shè)計好的事情。其小步子漸進原則要求在設(shè)計教學(xué)程式時先進行環(huán)境預(yù)設(shè)，將教學(xué)內(nèi)容分解為多個單元，學(xué)生分步驟學(xué)習(xí)。若強化過于頻繁，會占用學(xué)習(xí)者過多的精力，降低學(xué)習(xí)效率；若強化時間間隔太長，每次總是在遺忘后才復(fù)習(xí)，會使學(xué)習(xí)失去連貫性并打擊學(xué)習(xí)者積極性，可根據(jù)艾賓浩斯記憶理論選擇每個步驟進行的“正確”的時間點。艾賓浩斯記憶理論揭示了記憶的一般性規(guī)律，但在細(xì)節(jié)上還應(yīng)考慮個人差異，還應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的每次反饋來調(diào)整強化頻度和學(xué)習(xí)進度，真正做到個性化學(xué)習(xí)。

在移動學(xué)習(xí)的背景下，根據(jù)強化理論的小步子漸進原則和及時反饋原則，參考艾賓浩斯記憶理論，本文制定了詳細(xì)的教學(xué)程式。第一天是復(fù)習(xí)的關(guān)鍵時間，趁著對學(xué)習(xí)內(nèi)容的記憶還比較清晰時安排最密集的復(fù)習(xí)；第二天至第六天復(fù)習(xí)頻次可有所下降；第七天到第三十一天幾乎不再遺忘，安排一次復(fù)習(xí)加強記憶即可。由于目前還沒有嚴(yán)格的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，考慮到普通中學(xué)生使用手機的客觀條件是課程門類多、學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，所以成語強化周期不宜拖得過長，每次學(xué)習(xí)不宜占用學(xué)生過多精力；同時參考上述“先密后疏”的原則，本文為成語設(shè)定了七個記憶級別，將其量化為強化頻率后，具體的復(fù)習(xí)策略見表1（其中m表示分鐘數(shù)，h表示小時數(shù)，d表示天數(shù)）。

“成語級別”代表了記憶簿中成語的所有可能狀態(tài)，級別越高，說明其在學(xué)習(xí)者腦中的記憶度越高，從而可以逐漸增大強化的時間間隔。當(dāng)成語被加入記憶簿時，初始等級自動設(shè)置為1，對應(yīng)的“時間間隔”表示處在該級別上的成語距離下一次進入復(fù)習(xí)隊列的時間長度。每次學(xué)習(xí)者對記憶簿中的成語進行復(fù)習(xí)時，系統(tǒng)會記錄用戶的操作：若用戶對某成語不熟悉，則降低該成語的等級，即減少時間間隔提高強化頻率，否則升一級，從而降低強化頻率。通過這個方法實現(xiàn)了根據(jù)學(xué)習(xí)者的反饋自動調(diào)整強化頻率，控制學(xué)習(xí)進度。達到最高等級后，答對不升級，答錯則降一級。通過該強化程式，針對還未熟記的成語反復(fù)記憶，相對較熟悉的成語也保持低頻強化，在最需要的時間學(xué)習(xí)，從而提高了學(xué)習(xí)效率。

三、平臺設(shè)計方案

（一）學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計

學(xué)習(xí)目標(biāo)是指學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)后，應(yīng)該表現(xiàn)出來的可見行為的具體明確描述。[10]該平臺在傳統(tǒng)課堂之外為學(xué)習(xí)者熟練誦記成語提供了一個輔助工具，旨在利用一切可利用的閑散時間。首先通過本地或網(wǎng)絡(luò)查詢獲得成語的詞條及釋義，然后以連環(huán)畫的形式觀看典故，在頭腦中構(gòu)建多維度的立體認(rèn)知圖，最后通過強化模塊使得學(xué)習(xí)者能夠快速熟記成語。

（二）學(xué)習(xí)對象分析

移動資源推送平臺可針對不同的學(xué)科特點面向一切移動設(shè)備持有者。在成語資源推送中，設(shè)定學(xué)習(xí)對象為中學(xué)生。首先，中學(xué)生中擁有移動設(shè)備的比例已經(jīng)達到一定規(guī)模，為本平臺的應(yīng)用提供了前提條件。其次，中學(xué)生在心理活動方面已具有一定的自主性，知道自己學(xué)習(xí)的薄弱之處，并且有能力調(diào)控自己的動機。最后，中學(xué)生面對著中、高考的競爭，在語文學(xué)習(xí)方面，對于成語有一定的強化記憶需求。

（三）學(xué)習(xí)情境設(shè)計

移動學(xué)習(xí)不同于傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)，它強調(diào)對于閑散時間的利用，是課堂學(xué)習(xí)的一種輔助手段，學(xué)習(xí)的地點可能在任何地方。[11]在本平臺所構(gòu)建的環(huán)境中，學(xué)習(xí)者可以在移動終端本地或者利用網(wǎng)絡(luò)查詢成語，了解其內(nèi)容及釋義；也可以通過連環(huán)畫的方式查看其典故，通過不同形式的信息呈現(xiàn)，構(gòu)建立體的知識體系，加深理解。對于想進一步熟記的成語，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)計好的程式自動提示復(fù)習(xí)。系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

1. 成語查詢模塊

在成語查詢模塊，學(xué)習(xí)者可以自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，按照自己的意愿進行查詢。學(xué)習(xí)者首先需認(rèn)知自己的知識，擁有一定主動學(xué)習(xí)的愿望和動機。

事先已將大量成語資源編排放入客戶端和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫中。查詢時，學(xué)習(xí)者在編輯框輸入要查詢的內(nèi)容，點擊“搜索”按鈕后，系統(tǒng)首先默認(rèn)進行本地查詢，若在客戶端數(shù)據(jù)庫內(nèi)沒有查詢到該詞條，再由學(xué)習(xí)者決定是否訪問服務(wù)器端進行查詢，最終結(jié)果顯示在客戶端界面，如圖3所示。

2. 成語典故模塊

除了上述通過成語詞條及釋義的文本式記憶外，如圖4所示，本系統(tǒng)還在成語典故模塊中通過連環(huán)畫的方式，將成語背后的歷史故事呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，為學(xué)習(xí)者構(gòu)建多維度知識體系，知其然并且知其所以然，在誦記的時候通過聯(lián)想加深印象，在理解的基礎(chǔ)上進行記憶。通過手指在圖片上左右滑動可以切換圖片。

3. 成語強化模塊

在查詢之后，學(xué)習(xí)者將需要熟記的成語添加到記憶簿，通過系統(tǒng)的強化程式進行連續(xù)且間歇性強化，達到更好的學(xué)習(xí)效果。

參考艾賓浩斯遺忘曲線，遺忘的速度不是均衡的，表現(xiàn)為先快后慢。如圖5所示，首先用戶在成語查詢界面將成語加入記憶簿，系統(tǒng)會定期統(tǒng)計需記憶成語個數(shù)，顯示在通知欄里。點擊該通知，進入記憶簿界面；然后用戶點擊進入強化界面，通過用戶答題情況及時調(diào)整強化頻率。本模塊強調(diào)對閑散時間的利用，而設(shè)備的便攜性確保了用戶可能在一切閑散時間進行分散隨機學(xué)習(xí)，是課堂學(xué)習(xí)的一個良好輔助。

四、平臺關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

（一）網(wǎng)絡(luò)查詢

成語查詢模塊的網(wǎng)絡(luò)查詢基于Web Service技術(shù)，用戶在客戶端設(shè)定參數(shù)，系統(tǒng)進行邏輯判斷，在服務(wù)器端調(diào)用相應(yīng)的Web Method并輔以信息庫搜索，將返回信息呈現(xiàn)給用戶。將“如何交互信息”和“交互什么信息”分層處理，這種多層次架構(gòu)的思想使系統(tǒng)更具可伸縮性。本功能由視圖顯示器、業(yè)務(wù)處理器和邏輯分發(fā)器組成。其組織關(guān)系如圖6所示。

1. 資源獲取

本系統(tǒng)所采集的成語資源均為中學(xué)課本中出現(xiàn)過的成語，分別保存在手機客戶端和服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫中。服務(wù)器端信息庫在Microsoft SQL Server下高效安全地實現(xiàn)。客戶端采用Sqlite3輕量級數(shù)據(jù)庫。

2. 資源推送

（1）業(yè)務(wù)處理器

業(yè)務(wù)處理器運行在服務(wù)器端程序中，以微軟公司的Microsoft Visual Studio為開發(fā)平臺，是Web Service的主要容器，它負(fù)責(zé)接收由邏輯分發(fā)器傳送的請求，調(diào)用相應(yīng)Web Method，并輔以信息庫查詢，最后返回數(shù)據(jù)給視圖顯示器，如圖7所示。這種機制使得用戶無法直接訪問服務(wù)器端信息庫，確保了信息的安全性。

（2） 邏輯分發(fā)器

邏輯分發(fā)器并不是一個進行實際處理的模塊，而是在邏輯上對消息處理機制的一種描述。服務(wù)器始終開啟，等待用戶的請求；客戶端請求觸發(fā)后，邏輯分發(fā)器接受用戶的請求，并根據(jù)請求參數(shù)決定調(diào)用業(yè)務(wù)處理器的哪一個函數(shù)來完成，然后將結(jié)果交給后者做進一步處理。

（3） 視圖顯示器

在本系統(tǒng)中，視圖顯示器部署在客戶端，基于Android平臺進行開發(fā)，選擇JDK1.6 + Eclipse作為開發(fā)工具，可以將得到的資源顯示在自己的移動設(shè)備上，工作原理如圖8所示。

（二）強化功能

成語強化模塊是強化程式的載體。在實現(xiàn)的過程中，使用了Android系統(tǒng)中的定時器功能。設(shè)置定時器工作時間間隔為五分鐘，每五分鐘定時器就會啟動一項自定義的服務(wù)Alarm Service。在Alarm Service中，根據(jù)每個成語的當(dāng)前級別判斷其下一次進入復(fù)習(xí)所需時間間隔，然后在上一次復(fù)習(xí)并且點擊“記得”的時間點的基礎(chǔ)上加上該時間間隔，將結(jié)果與當(dāng)前時間進行比較，從而判斷是否需要進入復(fù)習(xí)隊列。統(tǒng)計好需要復(fù)習(xí)的成語總數(shù)后，發(fā)送通知給系統(tǒng)，系統(tǒng)會在手機首頁的下拉菜單中顯示，提醒用戶進行復(fù)習(xí)。

當(dāng)系統(tǒng)計算出的復(fù)習(xí)時間與學(xué)習(xí)者的休息時間沖突或者學(xué)習(xí)者當(dāng)時較忙，系統(tǒng)會在提醒后進入等待，直到學(xué)習(xí)者瀏覽了該詞條并點擊“記得”后，才會在此時間點的基礎(chǔ)上計算下一次的復(fù)習(xí)時間。

五、總結(jié)與展望

移動學(xué)習(xí)為教育資源推送平臺的構(gòu)建提供了一個全新的視角。本平臺針對成語需反復(fù)誦讀達到純熟記憶的特點，將強化理論融入移動學(xué)習(xí)，并制定了詳細(xì)的教學(xué)程式。強化理論的融入使得移動學(xué)習(xí)程式的設(shè)計更加具有科學(xué)性，而強化理論的小步子漸進原則和及時反饋原則也依托移動設(shè)備得到了更充分的體現(xiàn)。平臺為每個強化單元制定了嚴(yán)格的執(zhí)行時間，只有依托移動終端才能確保學(xué)習(xí)者隨時隨地看到程序的提醒，使每個步驟得到及時強化。移動設(shè)備也可根據(jù)每個學(xué)習(xí)者的反饋自動調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進度，節(jié)省教學(xué)者的精力。

為了更精確地分析該平臺對于提高成語學(xué)習(xí)的作用，在后續(xù)工作中還需將其投入應(yīng)用，通過教學(xué)一線師生的使用結(jié)果對平臺的學(xué)習(xí)效果進行評價。通過調(diào)查問卷進行前期調(diào)研，確定學(xué)習(xí)者對于成語的掌握現(xiàn)狀；學(xué)習(xí)者使用本平臺進行學(xué)習(xí)后，再通過書面測試的方法量化學(xué)習(xí)效果。除此之外，教育資源推送系統(tǒng)在實現(xiàn)上還可以基于其他技術(shù)進行開發(fā)。在系統(tǒng)使用對象方面，該平臺并不僅僅局限于成語學(xué)習(xí)，還可以考慮針對不同學(xué)科、不同年齡的學(xué)習(xí)者，進一步推廣至其他學(xué)科或知識領(lǐng)域。而更完善的功能亟待后續(xù)研究和探索，相信在未來，此領(lǐng)域巨大的潛能會通過進一步的研究開發(fā)而得以挖掘。

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