移動學習應用環(huán)境構建研究

[摘 要] 移動學習應用環(huán)境的建設對推進移動學習的實施和推廣具有重要意義。在提出移動學習應用環(huán)境整體構建框架的基礎上，深入闡述了構建移動學習環(huán)境的移動學習網(wǎng)絡接入技術、移動學習平臺、移動學習資源制作和移動學習終端設備。

[關鍵詞] 移動學習；網(wǎng)絡接入技術；平臺；資源；終端設備

[中圖分類號] G434 [文獻標志碼] A

[作者簡介] 黃建軍（1974—），男，甘肅定西人。副教授，博士，主要從事信息技術與教育、新媒體理論與應用研究。 E-mail：huangjjdj@163.com。

隨著WAP、GPRS和UMTS以及國內(nèi)3G環(huán)境、無線移動通訊終端設備的發(fā)展與成熟，移動學習越來越多地成為一種自由便捷的學習方式選擇?？捎糜趯W習的移動和無線技術能夠?qū)⑹芙逃臋C會完全交到學習者的手里，對任何想學習的人而言，學習隨時隨地都可以進行。當為學習者提供了參與機會的時候，學習更會變成一種個性化的、可定制的全天候體驗。但是如何構建這種學習環(huán)境，對移動學習的實施和推廣具有重要意義。本文擬提出移動學習應用環(huán)境的整體構建框架，并對相關技術深入闡釋，以期對移動學習應用環(huán)境的建設提供充分的技術基礎和物質(zhì)基礎。

一、移動學習應用環(huán)境的構成

移動學習的應用環(huán)境由四大部分組成，分別是移動學習網(wǎng)絡接入技術、移動學習平臺及系統(tǒng)、移動學習資源和移動學習終端設備，如圖1所示。

在移動學習應用環(huán)境的構成框架中，最底層的主要是移動學習網(wǎng)絡接入的基礎設施；移動學習平臺是運行于服務器端用于支持學習內(nèi)容和活動的軟件系統(tǒng)；移動學習資源是指支持開展移動學習的各種信息資源，包括學習材料、幫助學習者學習的認知工具（獲取、 加工、保存信息的工具）、學習空間等；移動學習終端設備通過網(wǎng)絡學習平臺獲取學習資源，并與學習環(huán)境實現(xiàn)交互。

二、移動學習技術支持網(wǎng)絡環(huán)境

移動網(wǎng)絡接入速率的快慢直接影響到移動通信設備獲取教育信息、教育資源和教育服務的質(zhì)量，移動接入技術是移動學習應用不可缺少的支持技術。常見的無線接入網(wǎng)絡的模式主要有以下幾種。

1. 紅外、藍牙等網(wǎng)絡接入方式

目前很多低端設備都配備了紅外、藍牙網(wǎng)絡通信接口，這是現(xiàn)有網(wǎng)絡接入方式中最為廉價的接入類型。連接主機的信號接收器接收到具有紅外連接功能的設備發(fā)出的信號后傳送到主機，主機通過軟件接收數(shù)據(jù)并進行處理，在顯示器上或?qū)W習終端設備上反饋給學習者。通過紅外和藍牙連接方式還可以使終端設備直接互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和學習資源的交換。

藍牙技術是一種低成本、短距離的無線連接技術，它通過無線方式將網(wǎng)絡中各類語音設備和數(shù)據(jù)（如PC、撥號網(wǎng)絡、筆記本電腦、移動電話、數(shù)碼相機、打印機和高品質(zhì)耳機等）連接起來，形成一個微微網(wǎng)（Piconet），連接多個微微網(wǎng)形成分布式網(wǎng)絡（Scatternet），各類設備之間從而方便、快速地實現(xiàn)無線通信。藍牙技術的傳輸距離一般在10m以內(nèi)，如果增加功率或是加上某些外設可達到100m的傳輸距離。

2. 通過WAP技術接入網(wǎng)絡

WAP 協(xié)議將Internet的豐富信息和資源引入到手機等無線終端設備，不需要將現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡協(xié)議作任何改動，因而可以廣泛地應用于SM、CDMA、TDMA、3G 等多種網(wǎng)絡。如同在移動電話中引入了一個微瀏覽器，僅需占用有限的資源，就能實現(xiàn)手機的增值業(yè)務。[1]

學習者利用移動學習終端，經(jīng)過電信的網(wǎng)關后接入互聯(lián)網(wǎng)，通過WAP協(xié)議訪問教學服務器，進行瀏覽、查詢，實時交互，類似于普通的互聯(lián)網(wǎng)用戶。

3. 通過無線網(wǎng)卡連接一定區(qū)域內(nèi)的無線路由器或無線網(wǎng)關AP接入互聯(lián)網(wǎng)

無線網(wǎng)卡連接無線路由器或無線網(wǎng)關AP的無線局域網(wǎng)是通過無線網(wǎng)關（Access Point）作為內(nèi)部網(wǎng)絡連接橋（Infrastructure Mode）來組建無線局域網(wǎng)，便于管理且信號覆蓋范圍較大，不需要額外使用專門的計算機作為服務器來擔任網(wǎng)關功能。

架設一個AP型的無線局域網(wǎng)比較簡單，電腦硬件配置上并不要求很高的性能，只要有無線網(wǎng)卡和一個AP即可。這種有線網(wǎng)絡+無線AP的組網(wǎng)模式，適用于教室范圍內(nèi)的移動學習。室內(nèi)的無線訪問接入點AP以室內(nèi)有線網(wǎng)絡為結合點，室內(nèi)區(qū)域無線覆蓋以單個無線訪問接入點AP小面積覆蓋，多個無線訪問接入點AP整合頻道交叉覆蓋形成大面積覆蓋區(qū)域，每個無線訪問接入點AP都是根節(jié)點，保證有效帶寬。在結構比較復雜的樓層，如果一個樓層面積比較大，可以采用室內(nèi)分布的方式，適當增加AP，同時可配合吸頂天線（全向吸頂天線安在天花板上），這樣信號也比較均勻。同時，實現(xiàn)AP頻道的交叉分布，避免信號干擾。無線訪問接入點AP與有線主干網(wǎng)絡連接起來使用，從而使整個無線移動區(qū)域上網(wǎng)。因此，這類無線網(wǎng)絡接入方式特別適用于教室范圍內(nèi)的移動學習，其網(wǎng)絡拓撲結構如圖2所示。

三、移動學習平臺的構建

移動學習平臺是運行于無線網(wǎng)絡環(huán)境下，用于支持移動學習內(nèi)容和活動的管理系統(tǒng)。一般的移動學習平臺包括三個部分：移動教育網(wǎng)、移動學習服務器和移動學習終端設備。移動教育網(wǎng)提供移動學習資源的上傳和下載；移動學習服務器與互聯(lián)網(wǎng)連接，用于存放豐富的移動學習資源和相應的服務程序；移動學習終端設備用于接收和呈現(xiàn)學習資源，支持學生個性化的學習。

移動學習平臺是為移動教育的廣大師生提供便捷服務的移動學習支撐系統(tǒng)，在移動學習平臺的系統(tǒng)建立之后，要在其上開發(fā)具體的移動學習應用，即系統(tǒng)的功能模塊，主要包括以下幾個方面。[3]（1）資源傳遞支持。支持移動學習資源的創(chuàng)作、發(fā)布和管理，用于課件采集和實時/非實時的發(fā)布，非實時音視頻課件的點播等。（2）移動瀏覽支持。支持學習者用移動終端設備，對互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)服務器等網(wǎng)絡上的資源進行搜索和瀏覽，獲取豐富的學習資源。（3）交互活動支持。支持學習者、教師和其他人員之間的人際交互。為學習者提供各種學習工具，學習者可以利用學習工具進行信息資源的獲取、處理、編輯、制作等，并用來表征自己的思想，與他人通信協(xié)作等。（4）學習者知識管理支持。追蹤學習者學習活動進展情況，自動搜集、分析學習者移動學習的行為特點，建立學習者個性化學習模型并給以指導。（5）查詢功能支持。提供用戶準入控制服務，支持學習者查詢成績、課程、教師情況等。

四、移動學習資源的開發(fā)

移動學習資源的構建是移動學習的基礎，移動學習資源是指支持開展移動學習的各種信息資源。[4]移動學習系統(tǒng)是技術支撐，而移動學習資源是移動學習系統(tǒng)的實體，學習者真正需要獲取的是學習資源。

（一）移動學習資源的類型

移動學習是一種數(shù)字化的學習方式。它以手機、PDA、便攜式電腦、上網(wǎng)本等無線設備作為學習工具，開展無線遠程學習活動，以滿足學習者隨時隨地地學習需求。對移動學習系統(tǒng)的學習資源從媒體形式視角來劃分，大致有以下四種類型。[5]

1. 文本資源

由于移動學習設備屏幕尺寸和帶寬的限制，目前文本是移動學習資源的主要媒體形式，文本資源以網(wǎng)狀的超文本鏈接，構成了多層次的、復雜的知識和信息體系。學習資源主要以教學輔導要點為主，包括教學輔導、課程說明、教師介紹、設計方案、實施方案、教學大綱、課程內(nèi)容知識點、作業(yè)、通知等。

2. 視音頻資源

視音頻資源是最有活力的學習資源，主要用于微課、各類案例、模擬試驗、部分教學活動的錄音、錄像等。

3. 多媒體課件資源

多媒體課件資源適合于表現(xiàn)課程中的重點、難點，需要多步驟操作、及時反饋的學習內(nèi)容；通常以仿真或交互式實驗、練習、測試等類型的多媒體課件為主，以及以視頻為主的流媒體課件、實驗演示課件（動畫為主）、練習、測試等。

4. 交互性資源

交互性資源主要以答疑討論、答疑解惑為主。它有兩種情形，一是實時，即由主持人或主講教師按照擬定的題目實時與學生進行討論或聘請幾位學科專家共同主持討論，分別回答學生的問題；二是非實時，學生不受時間和內(nèi)容的限制，按照自己的需求用短信或手機博客等形式發(fā)帖子。學習者能夠和參與討論的老師、同學進行非正式的溝通，解決學習過程中遇到的各種問題（包括交流學習心得、體會等）。

（二）移動學習資源制作規(guī)范要求

目前，移動學習資源存在著交互性差、移動學習支持系統(tǒng)功能難以發(fā)揮、移動學習課件共享不夠等問題，這些問題影響著移動學習資源的共享，阻礙著移動學習的發(fā)展。借鑒美國國防部于1997年啟動的“高級分布式學習”（Advanced Distributed Learning，ADL）研究項目所提出的“可共享內(nèi)容對象參照模型”（Shamble Content Object Reference，簡稱SCORM），在移動學習資源建設中遵循SCORM標準，將有利于解決移動學習資源交互性差的問題，有利于促進移動學習資源的共享。[6]移動學習資源的制作應滿足以下一些基本要求。

1. 資源碎片化

移動學習是在移動情境下的學習，但人在移動情境中，注意力會受到干擾。移動情境所帶來的各種新的學習上下文的關聯(lián)及其傳遞性，與在安靜的教室、寧靜的書房和秩序井然的圖書館等固定學習場所的學習方式是不同的，學習過程無疑會受到干擾。因此，移動學習的這種“碎片”式學習經(jīng)驗，需要有適宜于零碎時間的學習材料來支持。資源內(nèi)容要以零散的積木式的方式出現(xiàn)。短文本、多級聯(lián)的碎片式資源結構是移動學習資源主要的呈現(xiàn)方式。

2. 知識模塊化

移動學習獲取學習內(nèi)容非常靈活和隨機，并且要求及時反饋信息，所以移動學習的內(nèi)容首先應當簡單明了，要具有小而精的信息內(nèi)容承載量。運用“知識模塊化分割”思想設計課程內(nèi)容，將知識進行碎片化、情景化、可視化處理，由一個知識小模塊構成一個微課，若內(nèi)容較多，可以制作系列微課程。每個微課時長一般控制在5～8分鐘左右，方便學生隨時隨地通過移動終端設備下載或點播，并能重復使用。

3. 學習內(nèi)容頁面簡易清晰

移動設備的顯示屏幕小、分辨率低，因此學習內(nèi)容頁面要求較小，導航和菜單簡單明了，能夠讓學習者快速找到、瀏覽想要閱讀的內(nèi)容。正文和背景的顏色對比要符合人的視覺特點，以文本、圖片表現(xiàn)內(nèi)容的呈現(xiàn)形式應當簡潔，且概括性較強。對視頻音頻、Flash等動態(tài)媒體元素顯示方式，要采用較小的格式。

4. 實現(xiàn)跨平臺的兼容

手機訪問Internet資源，需要WAP網(wǎng)關這個中介，因為手機無法直接獲得TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡資源。由于設備性能上的差異，會造成呈現(xiàn)上的混亂、內(nèi)容理解上的偏差。因此，要做好資源的兼容，讓學習內(nèi)容在不同的移動學習終端下都能正常顯示。

（三）移動學習內(nèi)容著作工具

常見的移動學習內(nèi)容著作工具制作出的教材可分為以下幾類：用Pocket Exam 、Atlantic 的Content Point等制作出來的教材，可以在配有Windows Mobile的移動學習設備上播放；而Kallisto與HotLava 等制作的教材，只能在支持Java 功能的移動終端上安裝使用；鑒于目前iPod系列的市場占有率越來越高，Toolbook 等教材制作工具也增加了制作iPod Touch（觸控式播放器）、iPhone（蘋果手機）教材的功能，但是需要通過網(wǎng)絡來閱讀。[7]

Toolbook是全球人才及學習管理方案提供商SumTotal Systems公司推出的數(shù)字化學習教材制作工具。 Toolbook 可以做出網(wǎng)頁式、交互式、模擬式、游戲類等形式的數(shù)字化教材內(nèi)容。而在最新版Tookbook上，增加了適合iPhone、iPod Touch的模板，制作以網(wǎng)頁的形式呈現(xiàn)的教材，學習者需要通過網(wǎng)絡，連上該教材的網(wǎng)址進行閱讀。然而由于iPod Touch 與iPhone 有可觸碰式的屏幕，因此可以設計出多樣化的教材，增加互動的機會。Toolbook的早期版本提供支持快速開發(fā)的小工具，而Toolbook Instructor 9中新增的SmartPages更上一層樓，將交互性和速度提高到一個全新水平。即使是經(jīng)驗較少的開發(fā)者都會發(fā)現(xiàn)，開發(fā)能在不同的學習管理系統(tǒng)上進行及跟進的有趣課程已變得前所未有的簡單。

五、移動學習終端設備的發(fā)展

移動學習終端設備作為移動學習平臺系統(tǒng)的重要組成部分，有著不同的種類，也具有不同的功能。對于學習者來說充分了解移動學習設備是進行移動學習的前提，也能夠充分提高移動學習效率。

（一）常見的移動學習設備

移動設備的發(fā)展是建立在電子信息技術、無線移動網(wǎng)絡技術等的基礎上，經(jīng)歷了從無到有，由模擬到數(shù)字，再到智能化的發(fā)展過程。

1. 智能手機

智能手機（Smartphone）就是一臺可以隨意安裝和卸載應用軟件的手機（就像電腦那樣）。并且有專用的操作系統(tǒng)軟件。在3G通信網(wǎng)絡的支持下，智能手機勢必將成為一個功能強大，集通話、短信、網(wǎng)絡接入、影視娛樂為一體的綜合性個人手持終端設備。[8]隨著手機、無線通信技術的飛速發(fā)展，智能手機、PDA、PPC（Power PC 掌上電腦）之間的區(qū)別已經(jīng)不是十分明顯了。智能手機將會成為以后移動學習的主流設備。

2. iPad

iPad是蘋果公司于2010年1月27日發(fā)布的一款平板電腦。iPad是介于智能手機和筆記本電腦之間的一種電子產(chǎn)品，具有郵件、圖片、視頻、游戲、Youtube、記事本、iPod、iTunes商、App Store、iBooks、iWork等強大功能，是下一代移動學習設備發(fā)展的方向之一。

3. 便攜式電腦

便攜式電腦（Laptop Computer or Notebook），通常稱為筆記本電腦，與臺式機相比，筆記本電腦具有體積小、重量輕、攜帶方便等特點，加上無線網(wǎng)絡技術的配合，筆記本電腦廣泛應用于教育領域，成為移動學習的主要學習工具。先進的筆記本電腦，例如平板電腦（Tablet PC），不僅具有筆記本電腦的所有功能，還增加了提高移動計算能力的功能，[9]這大大提高了移動學習的效率。

4. PDA

PDA（Personal Digital Assistant），也稱作個人數(shù)字助理，是具有輕便、小巧、可移動性強等優(yōu)點的掌上電腦，可以通過GPRS方式進行無線上網(wǎng)。PDA被廣泛運用于學校管理、課堂教學等學校的日?；顒又?。

5. MP3/MP4

MP3播放器是一種音頻播放設備，能夠播放mp3、wma、wav等音頻格式，并且兼有收音機功能。MP4是比MP3更先進的一種移動學習設備，不僅具有MP3的所有功能，還具有視頻播放功能和電子書閱讀功能。MP3和MP4在學生中間廣為流行，擁有量已經(jīng)超過50%。學生購買MP3/MP4播放器主要是用來學習和娛樂。

除了上面常見的幾種移動學習設備外，還有像早期的收音機，現(xiàn)在的可穿戴計算機、電視手機、移動電視、移動DVD播放器、學生電腦、點讀機、USB移動學習筆、學習機、網(wǎng)絡學習機、GPS設備、TI圖形計算器、電子詞典等移動學習設備。

（二）移動學習設備的分類

移動設備根據(jù)本身的功能不同給學習者提供不同的服務，當能夠和互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)的時候尤其能顯示出移動學習設備的優(yōu)越性。根據(jù)不同的角度可以給移動學習設備進行不同的分類，從而熟練掌握這些移動設備的性能，更好地為移動學習者提供幫助。

1.根據(jù)能不能和互聯(lián)網(wǎng)鏈接分為完全網(wǎng)絡依靠性、獨立型和介入兩者之間的混合型

完全的網(wǎng)絡依靠設備像早期的收音機、移動電視、蜂窩手機、GPS設備等，這些移動學習設備離開了網(wǎng)絡就失去了其所具有的功能，受網(wǎng)絡的限制很大，并且這類移動設備還受移動通信信號強弱的影響。

獨立型的移動學習設備包括MP3/MP4播放器、移動DVD播放器、學習機、點讀機、TI圖形設計器和電子詞典等。這些移動學習設備本身不能和網(wǎng)絡連接，部分可以通過USB和電腦終端連接進行數(shù)據(jù)通信，比如MP3/MP4播放器、USB移動學習筆等；部分設備不能連接網(wǎng)絡或電腦終端的一個重要原因是生產(chǎn)廠家為了保護自己的專利權而特意設置的，比如點讀機、學習機和電子詞典等，此類設備的學習內(nèi)容只能購買生產(chǎn)廠商專門設計的學習內(nèi)容。

介入兩者之間的移動設備不僅能夠通過無線移動網(wǎng)絡技術接入互聯(lián)網(wǎng)，還能夠離開網(wǎng)絡單獨工作，像筆記本電腦、PAD、智能手機、平板電腦等數(shù)字化設備，大部分移動學習設備屬于此類型，并且未來的移動學習設備主要是這種類型。

2. 根據(jù)移動學習設備體積的大小可分為掌上設備和手持式移動設備

掌上設備包括PDA、手機、MP3/MP4播放器、電子詞典等小型移動學習設備，而手持式則是比掌上設備體積稍大的移動設備，像筆記本電腦、上網(wǎng)本、學習機、移動DVD播放器等。

3. 根據(jù)移動學習設備的數(shù)字化程度可分為交互性和非交互性

交互性移動設備包括筆記本電腦、PDA、上網(wǎng)本、智能手機等，而非交互性的移動設備包括移動DVD播放器、MP3/MP4播放器、GPS設備等。

移動學習設備的種類很多，因此分類的方法也很多，主要的是上面三種分類方法，此外還可以根據(jù)有無存儲介質(zhì)、通信方式、是否具備多媒性等多種分類方式進行分類。

（三）移動學習設備的發(fā)展

隨著電子技術和智能技術的發(fā)展，移動學習設備將會迎來一個飛速發(fā)展的時代，這也將帶動移動學習的綜合發(fā)展。未來移動學習設備將朝著以下幾個方面發(fā)展。

1. 智能化

智能化是移動設備發(fā)展的一個方向，是下一代移動設備的主要技術。移動學習智能化能夠給學習者提供更好的學習輔導和幫助。

2. 網(wǎng)絡化

移動學習設備將會發(fā)展成為既能通過無線移動網(wǎng)絡技術和互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，又能夠單獨運行的設備。網(wǎng)絡化將會是移動學習設備發(fā)展的另一大趨勢。

3. 個性化

豐富的移動學習設備為移動學習者提供了不同的個性化選擇，學習者可以根據(jù)自己的情況選擇自己需要的移動學習設備，選擇移動學習設備提供的功能，并且能夠?qū)σ苿訉W習設備進行個性化設置。

4. 功能多樣化

移動設備的發(fā)展將會打破現(xiàn)在單一或功能較少的瓶頸，朝著多功能方向發(fā)展，給移動學習者帶來很多的輔導和幫助。

5. 待機時間超長化

現(xiàn)在的移動學習設備利用電池進行工作，但是較小電池容量使設備的待機時間很短，一般2～4個小時，多的也只能達到6個小時左右，遠遠滿足不了學習者的需求，因此需要開發(fā)大容量的電池來支持移動學習設備的長時間工作、運行。

移動學習設備的發(fā)展決定著移動學習的發(fā)展。只有有了移動設備才能開展移動學習，才能開發(fā)適合移動設備運行的各種移動學習系統(tǒng)、平臺，以及設計移動學習的模式。

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