移動(dòng)云環(huán)境下自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建研究

□ 湯躍明 查宏波

移動(dòng)云環(huán)境下自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建研究

□ 湯躍明 查宏波

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的不斷發(fā)展，二者的結(jié)合是必然趨勢(shì)。移動(dòng)云計(jì)算集合了移動(dòng)技術(shù)與云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前信息技術(shù)研究中的熱點(diǎn)領(lǐng)域，也給教育信息化提供了新的發(fā)展思路。本文在分析了移動(dòng)云計(jì)算的相關(guān)理論之后，結(jié)合自主學(xué)習(xí)理論，從模型、云平臺(tái)和系統(tǒng)三個(gè)方面介紹了移動(dòng)云環(huán)境下自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建過程，以期推動(dòng)移動(dòng)云計(jì)算在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用。

移動(dòng)云計(jì)算；自主學(xué)習(xí)；移動(dòng)學(xué)習(xí)；云計(jì)算；移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

一、移動(dòng)云計(jì)算概述

隨著手機(jī)處理器、RAM、顯示屏等工藝的不斷提升，手機(jī)終端的計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示能力得到了飛速發(fā)展[1]。特別是移動(dòng)終端中加入傳感器（如重力傳感器、光傳感器、陀螺儀等）和藍(lán)牙等技術(shù)，使其功能越來越豐富，對(duì)人們生活方式的影響也越來越深入。盡管如此，目前移動(dòng)終端硬件設(shè)備的性能還遠(yuǎn)不及PC，難以支撐各種強(qiáng)大的運(yùn)算和服務(wù)[2]。隨著用戶需求的不斷提升，這一弱點(diǎn)越來越受到關(guān)注?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的云計(jì)算，通過虛擬化的方式，把計(jì)算和存儲(chǔ)等資源集中起來，構(gòu)建出強(qiáng)健的計(jì)算系統(tǒng)，并將用戶端的計(jì)算轉(zhuǎn)移到云端完成，大大減輕了用戶終端的計(jì)算壓力。這種模式很好地彌補(bǔ)了移動(dòng)終端性能不足的缺點(diǎn)，給移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了積極的影響。

云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的融合，帶來了巨大的創(chuàng)新空間和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，受到越來越多的關(guān)注。融合了移動(dòng)計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的云計(jì)算，提供了基于移動(dòng)終端的云服務(wù)，人們將這一新的模式稱作移動(dòng)云計(jì)算，可以將其定義為：“通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)、軟件或應(yīng)用等的一種IT資源或信息服務(wù)的交付與使用模式。”[3]

（一）移動(dòng)云計(jì)算的模式

香港理工大學(xué)的曹建農(nóng)博士認(rèn)為移動(dòng)云計(jì)算應(yīng)包括三種模式：通過移動(dòng)設(shè)備接入云、微云和云端為移動(dòng)設(shè)備增效[4]。

1.通過移動(dòng)設(shè)備接入云是指移動(dòng)設(shè)備通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入到云端，從而享受云端提供的SaaS（軟件即服務(wù)）。

2.微云是通過單一的、基于移動(dòng)設(shè)備的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的移動(dòng)性，即基于移動(dòng)設(shè)備資源構(gòu)建移動(dòng)的云端系統(tǒng)。

3.云端為移動(dòng)設(shè)備增效是指將移動(dòng)終端的計(jì)算和存儲(chǔ)無縫地遷移到云端，以克服移動(dòng)設(shè)備資源短缺的弱點(diǎn)。這種模式通常被視作IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）或者PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）。

本研究主要基于通過移動(dòng)設(shè)備接入云和云端為移動(dòng)設(shè)備增效這兩種模式，不考慮微云模式。

（二）移動(dòng)云計(jì)算的服務(wù)模型

移動(dòng)云計(jì)算的服務(wù)模型一般由“端”、“管”、“云”三部分組成（如圖1所示）。所謂的“端”是指能夠接入到“云”的移動(dòng)終端設(shè)備；“管”是指提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；“云”是提供資源或服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)和應(yīng)用服務(wù)等，包含三個(gè)層次：軟云（SaaS）、平云（PaaS）和基云（IaaS）。IaaS將硬件等基礎(chǔ)設(shè)施資源采用托管的方式，作為服務(wù)提供給用戶使用；PaaS為用戶提供應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境；SaaS將應(yīng)用軟件封裝成服務(wù)，提供給用戶使用[5]。

（三）移動(dòng)云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)

1.突破終端設(shè)備限制

在移動(dòng)云計(jì)算模式下，所有的運(yùn)算和處理都在云端完成，用戶只需要獲得處理結(jié)果。這就突破了傳統(tǒng)模式下應(yīng)用程序必須依賴終端設(shè)備的限制，從而實(shí)現(xiàn)了與移動(dòng)終端設(shè)備的無關(guān)性[6]，為用戶提供高效的計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)。

圖1 移動(dòng)云計(jì)算的服務(wù)模型

2.高效處理

在移動(dòng)云計(jì)算中，計(jì)算一般都在云端完成。云端可以集合強(qiáng)大的處理資源，提供穩(wěn)健的處理能力，這樣就保證了數(shù)據(jù)的高效處理。

3.降低成本

由于移動(dòng)云計(jì)算與設(shè)備無關(guān)的特點(diǎn)，對(duì)移動(dòng)終端設(shè)備的性能要求降低，從而大大降低用戶的成本。

（四）移動(dòng)云計(jì)算與自主學(xué)習(xí)

自主學(xué)習(xí)能力在現(xiàn)代教育受到普遍重視。自主學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的自我驅(qū)動(dòng)和學(xué)習(xí)的獨(dú)立性，要求學(xué)習(xí)者充分發(fā)揮學(xué)習(xí)積極性，獨(dú)立自主地完成相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)。許多學(xué)校和教育機(jī)構(gòu)都將培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力作為教育目標(biāo)的一個(gè)重要部分。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，移動(dòng)學(xué)習(xí)開始興起，移動(dòng)設(shè)備的便攜性讓學(xué)習(xí)者可以選擇適合自己的學(xué)習(xí)環(huán)境；移動(dòng)設(shè)備的快捷交互性使得學(xué)習(xí)者可以便捷地與外界進(jìn)行交互，以消除學(xué)習(xí)過程中的障礙，提高學(xué)習(xí)效率。移動(dòng)學(xué)習(xí)中教師和學(xué)生的分離，使得學(xué)習(xí)者能夠處于主導(dǎo)地位，獨(dú)立自主地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

云計(jì)算的巨大影響引起了教育技術(shù)研究人員的關(guān)注，開始研究利用云計(jì)算來解決教育領(lǐng)域中問題的可能性。普遍認(rèn)為，云計(jì)算有助于推動(dòng)我國(guó)教育信息化，特別是有助于推動(dòng)教育資源系統(tǒng)的優(yōu)化和整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高教育資源的利用率，促進(jìn)教育的公平等，希望通過云計(jì)算解決教育信息化過程中出現(xiàn)的問題，比如信息孤島、系統(tǒng)互聯(lián)和資源共享等[7]。

技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了云計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，促進(jìn)了移動(dòng)云計(jì)算的發(fā)展?；谝苿?dòng)云計(jì)算的新型學(xué)習(xí)模式，集成了移動(dòng)學(xué)習(xí)和云計(jì)算的諸多優(yōu)點(diǎn)，為數(shù)字化學(xué)習(xí)注入了新的活力，也為自主學(xué)習(xí)帶來了廣闊的空間?？梢灶A(yù)見，隨著技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)云計(jì)算對(duì)教育的影響將越來越深入。

二、移動(dòng)云環(huán)境下自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的構(gòu)建

（一）自主學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)

美國(guó)著名自主學(xué)習(xí)研究者齊莫曼認(rèn)為，自主學(xué)習(xí)應(yīng)該是自我、行為和環(huán)境三者之間交互作用的過程，“自主學(xué)習(xí)者不僅能對(duì)內(nèi)在學(xué)習(xí)過程作出主動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，而且能在外部反饋的基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)習(xí)的外在表現(xiàn)和學(xué)習(xí)環(huán)境作出主動(dòng)監(jiān)控和調(diào)節(jié)”[8]。自主學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者不斷調(diào)整自己的認(rèn)知、情感狀態(tài)和學(xué)習(xí)行為的過程，其內(nèi)部心理過程可以劃分為三個(gè)階段：計(jì)劃階段、行為或意志控制階段和自我反思階段。根據(jù)齊莫曼自主學(xué)習(xí)的理論模型，本文構(gòu)建了自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)（如圖2所示）。

圖2 移動(dòng)云環(huán)境下學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)活動(dòng)

首先，學(xué)習(xí)者應(yīng)具備獨(dú)立學(xué)習(xí)的態(tài)度和能力，通過移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)入到自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)后，應(yīng)先制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃。根據(jù)學(xué)習(xí)者自身的條件，把準(zhǔn)備學(xué)習(xí)的內(nèi)容、時(shí)間安排和希望達(dá)到的效果寫成計(jì)劃書，以便學(xué)習(xí)者能夠有步驟地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)習(xí)者制定完學(xué)習(xí)計(jì)劃后，應(yīng)根據(jù)該計(jì)劃選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)策略，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過程中遇到的任何問題都可以隨時(shí)進(jìn)行在線互動(dòng)交流，請(qǐng)求別人的幫助。學(xué)習(xí)結(jié)束后可以進(jìn)入在線測(cè)試部分，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。最后，根據(jù)學(xué)習(xí)計(jì)劃執(zhí)行情況和學(xué)習(xí)中遇到的問題，對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思和總結(jié)，完成對(duì)學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)。

（二）系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

移動(dòng)云環(huán)境下自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型整體上符合“端”、“管”、“云”的服務(wù)模型，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 移動(dòng)云環(huán)境下自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型

1.客戶端

用戶的手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端設(shè)備安裝自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)客戶端，用以顯示終端與云端的交互結(jié)果。

2.通信網(wǎng)絡(luò)

可以是無線校園網(wǎng)、無線局域網(wǎng)，也可以是電信運(yùn)營(yíng)商提供的2G、3G網(wǎng)絡(luò)等。用戶可以自己選擇網(wǎng)絡(luò)，但最好選擇性能穩(wěn)定、帶寬大的網(wǎng)絡(luò)。

3.云端體系結(jié)構(gòu)

云端體系結(jié)構(gòu)可分為四層，自下而上依次為物理層、虛擬層、管理層和應(yīng)用層。物理層主要為系統(tǒng)的運(yùn)行提供物理設(shè)備支持，包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等硬件；虛擬層主要通過虛擬化技術(shù)對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行虛擬化，屏蔽底層系統(tǒng)的復(fù)雜性，為管理層提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)；管理層提供應(yīng)用程序部署與管理服務(wù)，是應(yīng)用程序開發(fā)和運(yùn)行的環(huán)境，包括海量數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)、任務(wù)和資源的調(diào)度和管理等[9]；應(yīng)用層提供各種應(yīng)用服務(wù)接口，接受用戶的服務(wù)請(qǐng)求和服務(wù)注冊(cè)，為用戶提供服務(wù)入口。運(yùn)行于云端的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)根據(jù)用戶發(fā)送的服務(wù)請(qǐng)求調(diào)用云平臺(tái)提供的相應(yīng)API，為用戶提供云服務(wù)。

三、云平臺(tái)的構(gòu)建

目前，云計(jì)算平臺(tái)種類繁多，大致可以分成兩類：一類是商業(yè)運(yùn)行的云平臺(tái)，比如GoogleApp Engine、MicrosoftAzure和AmazonEC2等；另一類是開源云平臺(tái)，如Hadoop、OpenStack等。表1是幾種主要開源云平臺(tái)的比較。

本文采用Apache基金會(huì)旗下的開源項(xiàng)目Cloud?Stack構(gòu)建云平臺(tái)。CloudStack是一個(gè)可用性高、易擴(kuò)展的IaaS云計(jì)算平臺(tái)，可以為服務(wù)提供商提供公共云、私有云和混合云服務(wù)解決方案。

CloudStack由Java語言編寫，采用“框架+插件”的系統(tǒng)架構(gòu)，提供了人性化的解決方案，包括大部分組織希望的IaaS、云“?！薄⒂?jì)算服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)、用戶賬號(hào)管理、完全公開的原生API、資源核算和一流的用戶界面等。它本身是一個(gè)虛擬化管理平臺(tái)，通過CloudBridge提供了與AmazonEC2兼容的云管理接口，對(duì)外提供IaaS服務(wù)。CloudStack為用戶提供了豐富的管理途徑，如簡(jiǎn)單易用的Web界面、命令行，還有全功能的RESTfulAPI。此外，CloudStack還提供了一個(gè)兼容AWS的EC2和S3的API[10]。目前CloudStack有兩個(gè)版本：開源版本和商業(yè)版本。一些著名的大公司，如塔塔集團(tuán)、美國(guó)電信、諾基亞研究中心、韓國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和國(guó)家電網(wǎng)等，都是CloudStack的用戶。

為了構(gòu)建移動(dòng)云環(huán)境下的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，本研究進(jìn)行了最小化的CloudStack部署測(cè)試，用到的軟硬件設(shè)施包括：筆記本電腦一臺(tái)；一張CentOS6.2 x86_64minimalinstallCD以及CloudStack3.0.2 forRHEL和CentOS6.2的安裝包。

表1 幾種開源云平臺(tái)的比較

安裝和部署的步驟如下：①首先安裝CentOS 6.2系統(tǒng)，選擇默認(rèn)選項(xiàng)即可。安裝完成后，依次對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)名、SELinux和NTP進(jìn)行配置。然后配置兩個(gè)NFS共享目掛載點(diǎn)；②安裝和配置MySQL數(shù)據(jù)庫；③安裝CloudStack；④配置系統(tǒng)模板；⑤安裝和配置KVM；⑥配置云平臺(tái)。通過用戶界面進(jìn)行配置，包括區(qū)域配置、提供點(diǎn)配置、集群配置、主存儲(chǔ)配置以及次存儲(chǔ)配置。具體的配置步驟和命令可參見ApacheCloudStack3.0運(yùn)行手冊(cè)[11]。

四、自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建

自主學(xué)習(xí)歷來受到人們的重視，自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究也比較多，但大部分集中在傳統(tǒng)的PC端，近年來也有涉及移動(dòng)終端的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，但大部分采用B/S模式，即利用移動(dòng)終端的瀏覽器訪問服務(wù)器資源，采用WAP（WirelessApplicationProtocol)技術(shù)構(gòu)建WAP站點(diǎn)。由于WAP受瀏覽器限制、操作不友好、功能單一，已不能適應(yīng)當(dāng)前用戶的需求。而運(yùn)行于移動(dòng)終端的App（應(yīng)用）與操作系統(tǒng)相關(guān)，可以獲得極佳的運(yùn)行速度，達(dá)到良好的用戶體驗(yàn)效果；可以調(diào)用底層操作系統(tǒng)提供的API，實(shí)現(xiàn)豐富的功能；同時(shí)，可以將部分?jǐn)?shù)據(jù)緩存在本地，減少了網(wǎng)絡(luò)流量。因此，采用C/S模式的App開發(fā)成為當(dāng)前移動(dòng)終端開發(fā)的主流。

本系統(tǒng)采用C/S模式，即客戶端+服務(wù)器的模式。為了降低模塊間的耦合度，便于系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)，采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依次為視圖層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。視圖層，也叫表現(xiàn)層，主要用于顯示用戶界面和從服務(wù)器端返回的數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)的核心部分，主要完成系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯和請(qǐng)求；數(shù)據(jù)訪問層負(fù)責(zé)與底層數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互。

（一）系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由兩大模塊組成：學(xué)生模塊和管理員模塊。學(xué)生模塊是系統(tǒng)的核心模塊，包括學(xué)習(xí)計(jì)劃、學(xué)習(xí)中心、互動(dòng)交流、測(cè)評(píng)系統(tǒng)、總結(jié)評(píng)價(jià)和用戶信息六個(gè)模塊；管理員模塊包括用戶管理和系統(tǒng)管理兩個(gè)模塊。各個(gè)功能模塊的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

1.學(xué)習(xí)計(jì)劃

該模塊幫助學(xué)習(xí)者制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃，可以是長(zhǎng)期的也可以是短期的，也可以按照系統(tǒng)推薦的格式填寫。

2.學(xué)習(xí)中心

學(xué)習(xí)中心包括學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)策略和自主學(xué)習(xí)三個(gè)模塊。學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊要求學(xué)習(xí)者選擇需要學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容；學(xué)習(xí)策略模塊要求學(xué)習(xí)者選擇相應(yīng)的學(xué)習(xí)策略。學(xué)習(xí)者完成這兩項(xiàng)操作后，系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)到自主學(xué)習(xí)模塊，根據(jù)學(xué)習(xí)者選擇的信息，給出學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的任務(wù)、目標(biāo)和內(nèi)容。

3.互動(dòng)交流

該模塊主要幫助學(xué)習(xí)者與其他同學(xué)或老師進(jìn)行互動(dòng)交流，消除學(xué)習(xí)中的疑問，增強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中遇到了問題，可以進(jìn)入互動(dòng)交流模塊搜索問題，如果有相同的問題，則可查看別人的回答和解釋；如果仍有問題則可繼續(xù)追問；如果沒有搜索到相同的問題，則可以提出問題，等待解答。

4.測(cè)評(píng)系統(tǒng)

該模塊主要在學(xué)習(xí)者學(xué)完相應(yīng)的課程之后隨機(jī)生成對(duì)應(yīng)的試題，要求學(xué)習(xí)者在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。待學(xué)習(xí)者提交后，系統(tǒng)給出本次測(cè)評(píng)的分?jǐn)?shù)。

5.總結(jié)評(píng)價(jià)

學(xué)習(xí)者學(xué)完相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)或完成測(cè)評(píng)后，進(jìn)入此模塊，針對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思并對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)，以便在以后的學(xué)習(xí)中提高學(xué)習(xí)效率。

6.用戶信息

該模塊包括學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)記錄和學(xué)習(xí)成績(jī)?nèi)齻€(gè)子模塊。學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)是學(xué)習(xí)者完成學(xué)習(xí)過程、經(jīng)過分析和反思之后對(duì)自己學(xué)習(xí)過程的總結(jié)評(píng)價(jià)；學(xué)習(xí)記錄是學(xué)習(xí)者操作的一些信息，包括選擇的課程和策略、已經(jīng)完成的課程等信息；學(xué)習(xí)成績(jī)用于顯示學(xué)習(xí)者的測(cè)試成績(jī)。

7.用戶管理

該模塊主要是對(duì)學(xué)生用戶的信息進(jìn)行管理，包括用戶權(quán)限的修改等。

8.系統(tǒng)管理

包括資源管理和策略管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)策略的更新、修改和刪除。

（二）系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)

運(yùn)行于終端設(shè)備上的移動(dòng)操作系統(tǒng)種類較多，但影響較大的主要有三種：Android系統(tǒng)、iOS系統(tǒng)和WindowsPhone系統(tǒng)。由于支持Android系統(tǒng)的設(shè)備較多，其市場(chǎng)占有率較高，且與CloudStack兼容性好，本系統(tǒng)基于Android平臺(tái)，其開發(fā)語言和開發(fā)環(huán)境等信息如下：

開發(fā)語言：Java；開發(fā)環(huán)境：Window7；開發(fā)工具：Eclipse3.7.2+ADT4.2、MyEclipse10.0和CloudStack3.0.2；數(shù)據(jù)庫：MySQL。

1.開發(fā)過程

系統(tǒng)開發(fā)首先要解決的問題是如何實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)端的數(shù)據(jù)通信。首先要構(gòu)建服務(wù)器和Cloud?Stack環(huán)境，具體步驟可參見參考文獻(xiàn)[12]。服務(wù)器使用免費(fèi)的ApacheTomcat，由Servlet負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，Servlet將處理完成后的數(shù)據(jù)按照一定的格式發(fā)布為公開接口；客戶端通過網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器，并從服務(wù)器端讀取數(shù)據(jù)。AndroidSDK提供了多種從網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)的方法。客戶端從服務(wù)器端讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)后需要依據(jù)固定的格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，以便客戶端能正確處理這些數(shù)據(jù)。目前比較流行的數(shù)據(jù)傳輸格式是XML（ExtensibleMarkupLanguage）和JSON(Ja?vaScriptObjectNotation)。XML提供了很好的擴(kuò)展性和可讀性，使用較為廣泛；JSON是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，采用鍵值對(duì)的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較小，同時(shí)JSON的解析也相對(duì)簡(jiǎn)便。考慮到目前無線通信的傳輸速率較小，本系統(tǒng)采用JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?？蛻舳苏_獲得數(shù)據(jù)后，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯的需要，將數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單處理后顯示給用戶。用戶完成相應(yīng)操作后，將數(shù)據(jù)回傳給服務(wù)器端，完成數(shù)據(jù)的交互。

在Android操作系統(tǒng)中，每啟動(dòng)一個(gè)應(yīng)用程序系統(tǒng)就會(huì)開啟一個(gè)單獨(dú)的進(jìn)程，在此進(jìn)程中默認(rèn)維護(hù)著一個(gè)主線程，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理（如讀取數(shù)據(jù)、更新UI等）。然而，從網(wǎng)絡(luò)上讀取數(shù)據(jù)是比較耗時(shí)的操作，如果同時(shí)更新UI，則需要等待數(shù)據(jù)讀取完成后才能更新，這樣會(huì)增加用戶等待的時(shí)間，影響用戶的操作體驗(yàn)，所以，對(duì)于數(shù)據(jù)讀取和解析這樣比較耗時(shí)的操作，必須另起一個(gè)后臺(tái)線程，將耗時(shí)的操作放在后臺(tái)線程中完成。

Android系統(tǒng)中UI的操作必須在主線程中完成，子線程無法更新UI。當(dāng)后臺(tái)子線程從網(wǎng)絡(luò)上讀取數(shù)據(jù)并解析后，需要將得到的數(shù)據(jù)更新到應(yīng)用程序的UI中，就會(huì)出現(xiàn)后臺(tái)線程與主線程間的數(shù)據(jù)通信問題。AndroidSDK提供了幾種不同的方法來實(shí)現(xiàn)子線程與主線程間的通信，例如提供了Handler類和AsyncTask類等。本研究采用了Handler類，通過覆寫handleMessage方法，實(shí)現(xiàn)UI更新。Android SDK提供了豐富的UI控件和UI布局方式，同時(shí)提供了豐富的用戶自定義控件和動(dòng)態(tài)更改控件的方法。

在開發(fā)過程中采用Junit3進(jìn)行單元測(cè)試，并選取NexusS、GalaxyNexus和小米M1三款機(jī)型進(jìn)行了集成測(cè)試，基本保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前，系統(tǒng)基本功能已開發(fā)完成，在NexusS智能機(jī)上的運(yùn)行效果如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)部分功能運(yùn)行效果

2.測(cè)試與總結(jié)

開發(fā)完成后，為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的使用效果，選取了120名基礎(chǔ)相當(dāng)?shù)母咧卸昙?jí)學(xué)生作為試驗(yàn)對(duì)象，將他們隨機(jī)分成三組，每組40人。其中一組采用傳統(tǒng)的利用教材和書面資料的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)（傳統(tǒng)組），一組利用其他基于移動(dòng)設(shè)備的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)（其他組），另外一組采用本自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)（本系統(tǒng)組）。實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)每個(gè)人的歷史知識(shí)進(jìn)行了前測(cè)，作為參考。然后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，利用課余時(shí)間自主完成相同的學(xué)習(xí)任務(wù)——高中歷史新課標(biāo)人教版（必修三）《第三單元 古代中國(guó)的科學(xué)技術(shù)與文學(xué)藝術(shù)》。一周后，通過問卷對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了調(diào)查。問卷從學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)的便捷性、學(xué)習(xí)時(shí)間的分配、學(xué)習(xí)中的自我管控、學(xué)習(xí)的成果和系統(tǒng)的友好性六個(gè)方面設(shè)計(jì)問題，要求學(xué)習(xí)者對(duì)本次學(xué)習(xí)的滿意度給出評(píng)價(jià)，采用十分制。共發(fā)放問卷120份，收回120份，有效份數(shù)119份，相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6所示。

圖6 學(xué)習(xí)滿意度得分統(tǒng)計(jì)表

調(diào)查問卷的結(jié)果顯示，該系統(tǒng)在一定程度上提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，學(xué)習(xí)者對(duì)本系統(tǒng)的滿意度較高，達(dá)到了預(yù)期效果。

本系統(tǒng)將教育云服務(wù)延伸到移動(dòng)終端，對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)和云計(jì)算的結(jié)合作出了積極而有意義的嘗試，在一定程度上克服了移動(dòng)終端計(jì)算性能低的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了移動(dòng)學(xué)習(xí)便捷性和靈活性的特點(diǎn)，對(duì)于移動(dòng)學(xué)習(xí)的發(fā)展具有積極意義。移動(dòng)云可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，充分利用自由時(shí)間，為學(xué)習(xí)者提供獨(dú)立自主的空間和便捷高效的使用體驗(yàn)。

雖然本系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了模型設(shè)計(jì)中的功能，但在測(cè)試中也暴露出一些問題，如程序存在bug，需要進(jìn)一步優(yōu)化代碼和部分操作邏輯，以便提高應(yīng)用的穩(wěn)定性和友好性。同時(shí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容還不夠豐富，難以滿足不同層次學(xué)習(xí)者的需求。另外，本系統(tǒng)也面臨著目前移動(dòng)云計(jì)算所面臨的諸多問題，比如安全問題、隱私問題、無線通信網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定和低帶寬等問題[13]。不過，展望未來，云計(jì)算必定會(huì)逐漸走向成熟，擁有高數(shù)據(jù)傳輸速率的4G時(shí)代即將到來，這些都將促進(jìn)移動(dòng)云計(jì)算的快速發(fā)展。

五、結(jié)束語

移動(dòng)云計(jì)算可以幫助學(xué)校構(gòu)建自己的私有云，將本校的學(xué)習(xí)資源整合起來，為學(xué)生和教師提供云服務(wù)，提高資源利用率，同時(shí)降低成本。云計(jì)算的可擴(kuò)展性可以使學(xué)校與學(xué)校之間的私有云互通，從而實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的資源共享。對(duì)于解決當(dāng)前教育信息化過程中遇到的問題有著積極的作用。

伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，移動(dòng)信息化已經(jīng)受到多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注，并有成功的案例出現(xiàn)。教育移動(dòng)信息化必然會(huì)是未來發(fā)展的一種趨勢(shì)。移動(dòng)學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)也必將是未來學(xué)習(xí)的一個(gè)重要組成部分。移動(dòng)云計(jì)算在教育中的應(yīng)用有著巨大的空間。

[1]陳平輝，鄭健.移動(dòng)云服務(wù)——移動(dòng)終端能力擴(kuò)展的重要手段[J].移動(dòng)通信，2012，（19）：80-81.

[2]吳華.改寫互聯(lián)網(wǎng)歷史，移動(dòng)云計(jì)算迎來黃金期[J].信息與電腦，2011，（8）：71-72.

[3]趙華，王海闊.移動(dòng)云計(jì)算綜述[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012，8（1）：34-35.

[4]曹建農(nóng).移動(dòng)云計(jì)算：模式與挑戰(zhàn)[J].電子產(chǎn)品世界，2012，（7）：22-23.

[5]馬思佳.基于移動(dòng)云計(jì)算的應(yīng)用系統(tǒng)研究[A].中國(guó)通信學(xué)會(huì)無線及移動(dòng)通信委員會(huì).2012全國(guó)無線及移動(dòng)通信學(xué)術(shù)大會(huì)論文集（下）[C].北京：人民郵電出版社，2012：322-323.

[6]朱承璋，張舸，楊紅.淺析移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].科技信息，2011，（34）：304-304.

[7]張進(jìn)寶，黃榮懷，張連剛.智慧教育云服務(wù)：教育信息化服務(wù)新模式[J].開放教育研究，2012，18（3）：21-22.

[8]張勇，潘素萍.齊莫曼的自主學(xué)習(xí)模型理論與啟示[J].高教發(fā)展與評(píng)估，2006，22（1）：48-49.

[9]羅軍舟，金嘉暉，宋愛波等.云計(jì)算：體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J].通信學(xué)報(bào)，2011，32（7）：9-18.

[10]TheApacheSoftwareFoundation,WhatisCloudStack?[EB/OL]. http://cloudstack.apache.org.

[11]ApacheCloudStack,ApacheCloudStack3.0.運(yùn)行手冊(cè)[EB/OL]. http://www.cloudstack-china.org/materials

[12]SettingupCloudStackDevelopmentEnvironment[EB/OL].https:// cwiki.apache.org/confluence/display/CLOUDSTACK/Setting+up+ CloudStack+Development+Environment.

[13]鄧茹月，覃川，謝顯中.移動(dòng)云計(jì)算的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題分析[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，24（6）：719-721.

責(zé)任編輯 日 新

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1009—458x（2014）01—0083—06

2013－07－25

湯躍明，教授，碩士生導(dǎo)師；查宏波，碩士研究生，河南師范大學(xué)教育技術(shù)系（453007）。