面向智能手機(jī)與Web平臺(tái)的微課移動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

□ 溫川雪 周洪建

一、引言

現(xiàn)今熱議的微課程(Micro-lecture)概念是2008年由美國(guó)新墨西哥州圣胡安學(xué)院的高級(jí)教學(xué)設(shè)計(jì)師、學(xué)院在線服務(wù)經(jīng)理David Penrose提出的。Penrose認(rèn)為“微課”的核心是“微視頻”，同時(shí)可包含與該教學(xué)視頻內(nèi)容相關(guān)的“微教案、微課件、微習(xí)題、微反思”等內(nèi)容，其中“微視頻”長(zhǎng)一般為5～8分鐘，最長(zhǎng)不超過10分鐘[1]。

移動(dòng)學(xué)習(xí)是結(jié)合移動(dòng)終端運(yùn)算能力和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸能力形成的一種新型學(xué)習(xí)模式。學(xué)習(xí)者可以使用各種移動(dòng)終端（如智能手機(jī)等），通過移動(dòng)通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)[2]。移動(dòng)學(xué)習(xí)（M-Learning）逐漸引入泛在學(xué)習(xí)體系（U－Learning）[3]這個(gè)全新的研究領(lǐng)域，學(xué)習(xí)者可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)獲取想要的信息，充分利用碎片時(shí)間，實(shí)現(xiàn)真正意義上的自主學(xué)習(xí)。微課與移動(dòng)學(xué)習(xí)融合是本文的核心思想。

目前，智能手機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力已經(jīng)非常強(qiáng)大，能夠與計(jì)算機(jī)媲美，移動(dòng)通信技術(shù)高速發(fā)展，校園越多越多的區(qū)域覆蓋WIFI信號(hào)，這些都為構(gòu)建移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)提供了有力的支持。當(dāng)“微課”碰到移動(dòng)學(xué)習(xí)，兩者的價(jià)值可以得到最大的體現(xiàn)，學(xué)習(xí)者可以隨時(shí)隨地利用移動(dòng)終端，學(xué)習(xí)零散知識(shí)。短小精悍、針對(duì)性強(qiáng)的“微課”，正需要移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)為其服務(wù)。

當(dāng)前微課得到越來越多的關(guān)注，但研究文獻(xiàn)的討論僅限于微課的制作和教學(xué)[4][5][6]，僅以計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程教學(xué)的形式開展[7][8]，關(guān)于微課應(yīng)用在移動(dòng)學(xué)習(xí)、與移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建方面的研究鮮有闡述。

二、“微課”與移動(dòng)學(xué)習(xí)的結(jié)合

1.“微課”的概念與意義

“微課”是指按照新課程標(biāo)準(zhǔn)及教學(xué)實(shí)踐要求，以教學(xué)視頻為主要載體，反映教師在教學(xué)過程中針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)開展教與學(xué)活動(dòng)的各種資源的有機(jī)組合，以教學(xué)視頻為主要呈現(xiàn)方式，是圍繞學(xué)科知識(shí)點(diǎn)、例題習(xí)題、疑難問題、實(shí)驗(yàn)操作等教學(xué)過程及相關(guān)資源的有機(jī)結(jié)合體。

對(duì)學(xué)習(xí)者而言，“微課”能更好地滿足對(duì)不同學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的個(gè)性化學(xué)習(xí)和按需學(xué)習(xí)，既可查缺補(bǔ)漏又能強(qiáng)化鞏固知識(shí)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)課堂中學(xué)習(xí)者注意力集中的最佳時(shí)間是10分鐘，而網(wǎng)絡(luò)課堂通常都是45分鐘左右，很難集中精力。對(duì)教師而言，“微課”將革新傳統(tǒng)的教研方式，突破傳統(tǒng)的聽評(píng)課模式，教師的電子備課、課堂教學(xué)和課后反思將更具有針對(duì)性和實(shí)效性。因此，微課平臺(tái)應(yīng)該既方便學(xué)生利用零碎時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，又具有師生溝通等功能。

2.移動(dòng)學(xué)習(xí)與泛在學(xué)習(xí)

移動(dòng)學(xué)習(xí)是在數(shù)字化學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上通過有效結(jié)合移動(dòng)計(jì)算技術(shù)，帶給學(xué)習(xí)者隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的全新感受，它被認(rèn)為是一種未來的學(xué)習(xí)模式[9]。通過移動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者不僅可以利用移動(dòng)終端搜集大量學(xué)習(xí)資源，還可以根據(jù)自身情況設(shè)置學(xué)習(xí)進(jìn)度。移動(dòng)終端的瀏覽記錄、播放記錄、書簽、注釋等功能可以清晰地保存學(xué)習(xí)痕跡，讓學(xué)習(xí)者理清自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和問題所在，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)或復(fù)習(xí)，取得更好的學(xué)習(xí)效果。

泛在學(xué)習(xí)顧名思義就是指無時(shí)無刻的溝通，無處不在的學(xué)習(xí)，是一種任何人可以在任何地方、任何時(shí)刻獲取所需信息的方式。泛在學(xué)習(xí)的目標(biāo)就是創(chuàng)造讓學(xué)習(xí)者隨時(shí)隨地、利用任何終端進(jìn)行學(xué)習(xí)的教育環(huán)境，實(shí)現(xiàn)更有效、以學(xué)習(xí)者為中心的教育。

微課是整合教學(xué)課件、教學(xué)素材、教學(xué)案例的一種重要學(xué)習(xí)資源，當(dāng)微課碰到移動(dòng)學(xué)習(xí)，移動(dòng)學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)變得更加高效與可行。

3.手機(jī)移動(dòng)終端的微課應(yīng)用

目前，關(guān)于微課的研究大多在闡釋其理念與應(yīng)用前景，對(duì)實(shí)施方法的研究還不充分，基本采用網(wǎng)絡(luò)課程的形式呈現(xiàn)；另一方面，移動(dòng)終端的硬件技術(shù)和通信技術(shù)日益成熟，智能手機(jī)發(fā)展勢(shì)如破竹，先進(jìn)的技術(shù)加上終身的需求，促進(jìn)了移動(dòng)學(xué)習(xí)的發(fā)展。各種移動(dòng)終端學(xué)習(xí)平臺(tái)的開發(fā)與研究相繼提出[10][11][12][13]，但把微課與手機(jī)終端結(jié)合起來的研究還比較少。

當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)包括MOOC、開源網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和商業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)等。著名的MOOC平臺(tái)有Coursera、Udacity和edX；開源網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的代表有Moodle、Sakai和Drupal；而Blackboard和清華教育在線THEOL是著名的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。這些平臺(tái)基本都采用了三級(jí)架構(gòu)的開發(fā)模式。其中開源網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的源代碼、API和編程規(guī)則向所有人免費(fèi)開放，支持平臺(tái)的二次開發(fā)。

MOOC平臺(tái)需要用Chrome、Firefox或IE來保證界面顯示效果，如果服務(wù)器在國(guó)外，可能會(huì)造成國(guó)內(nèi)訪問不穩(wěn)定，服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫都需要配置。開源網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和商業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)都能支持主流瀏覽器訪問，常用的包括服務(wù)器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫Linux/Win?dow/Unix、MySQL/Oracle。在移動(dòng)服務(wù)的支持上，這些平臺(tái)都支持HTML5的Web訪問方式，但目前只有Moodle、Sakai支持移動(dòng)終端的APP訪問[14]。

目前關(guān)于E-learning平臺(tái)的研究受到國(guó)內(nèi)外眾多機(jī)構(gòu)的關(guān)注，但M-learning的平臺(tái)、微課與應(yīng)用研究，則主要集中在歐洲和北美美國(guó)部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，在我國(guó)起步較晚，規(guī)模較小，主要是局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行基于短消息的移動(dòng)教育研究[15]。

利用移動(dòng)終端進(jìn)行學(xué)習(xí)的新模式，能夠有效利用零碎的時(shí)間片段。針對(duì)碎片化學(xué)習(xí)，移動(dòng)學(xué)習(xí)比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)課程更有優(yōu)勢(shì)。微課短小精悍、針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，與利用碎片時(shí)間、隨時(shí)隨地地移動(dòng)學(xué)習(xí)正好是完美的組合。把微課從網(wǎng)絡(luò)課程推廣到移動(dòng)終端上，是教育模式的一個(gè)新嘗試，將有利于微課的推廣普及。

三、“微課”移動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)功能的不同，可將“微課”移動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)分為3部分：學(xué)習(xí)者終端、教師終端和中心服務(wù)器（如圖1所示）。其中教師終端和學(xué)習(xí)者終端可用智能手機(jī)和計(jì)算機(jī)Web平臺(tái)登錄，既保留傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)平臺(tái)又加入新型移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)。除了一般的視頻上傳和播放功能外，系統(tǒng)針對(duì)微課學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)了一系列特色功能，如學(xué)習(xí)者終端的視頻標(biāo)注技術(shù)、視頻與標(biāo)注文字關(guān)聯(lián)顯示、Lucene全文搜索技術(shù)、微課綜合評(píng)價(jià)分析等。多終端、多平臺(tái)、多功能的微課移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)使微課學(xué)習(xí)和移動(dòng)學(xué)習(xí)更好地結(jié)合在一起。

系統(tǒng)業(yè)務(wù)順序圖如圖2所示。教師可通過Web服務(wù)器上傳微課資源至流媒體服務(wù)器，學(xué)習(xí)者通過手機(jī)終端或Web平臺(tái)訪問微課資源，在學(xué)習(xí)過程中對(duì)微課資源進(jìn)行視頻標(biāo)注、評(píng)價(jià)以及提出問題。在學(xué)習(xí)者提問后，教師可以收到短信提醒，并通過教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行回復(fù)和解答。教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)為師生提供了溝通交流的渠道。同時(shí)，運(yùn)用聚類分析等算法計(jì)算出相似的優(yōu)質(zhì)視頻資源，把結(jié)果推送至學(xué)習(xí)者終端。

中心Web服務(wù)器端采用Lucene技術(shù)對(duì)微課資源建立索引，提升搜索視頻資源的準(zhǔn)確率和覆蓋率，并對(duì)視頻資源的訪問量和評(píng)價(jià)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，把結(jié)果推送給學(xué)習(xí)者和教師，為學(xué)習(xí)和教學(xué)提供參考。

四、智能移動(dòng)終端

智能移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)是一個(gè)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)、多媒體技術(shù)、無線移動(dòng)通信技術(shù)等的數(shù)字學(xué)習(xí)平臺(tái)。Android操作系統(tǒng)是一種基于Linux內(nèi)核、主要面向移動(dòng)平臺(tái)的開源智能操作系統(tǒng)，具有豐富的軟硬件資源，支持大多數(shù)主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且具有開源、免費(fèi)等特點(diǎn)，成為最流行的智能手機(jī)操作系統(tǒng)。因此，本移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)基于Android開發(fā)，采用擴(kuò)展性強(qiáng)、數(shù)據(jù)流量小、操作簡(jiǎn)便靈活的C/S架構(gòu)。APP在Eclipse、軟件開發(fā)工具包（Soft?ware Development Kit，SDK）、安卓開發(fā)工具（An?droid Development Tools，ADT）開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，并采用Sqlite3輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫。

1.智能移動(dòng)終端的主要功能模塊

1）身份驗(yàn)證模塊

身份驗(yàn)證模塊主要用于確定學(xué)習(xí)者、教師和系統(tǒng)管理員的身份，以便記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程。在成功進(jìn)入系統(tǒng)后，學(xué)習(xí)者和教師可以進(jìn)行學(xué)習(xí)和教學(xué)活動(dòng)，管理員可以進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)操作。

2）數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的數(shù)據(jù)庫

數(shù)字化學(xué)習(xí)資源不僅可以是微課視頻，還可以是和教學(xué)內(nèi)容配套的各種學(xué)習(xí)資源，如程序代碼、Flash動(dòng)畫、相關(guān)軟件等。

3）學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)模塊

一方面，移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)可以根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)展和結(jié)果對(duì)學(xué)習(xí)者給出形成性評(píng)價(jià)；另一方面，學(xué)習(xí)者可以從教師和其他學(xué)習(xí)者那里獲得評(píng)價(jià)和幫助。

4）學(xué)習(xí)資源和共享模塊

數(shù)字化微課學(xué)習(xí)資源的設(shè)計(jì)和開發(fā)不只是教師的工作，而是學(xué)習(xí)者和教師一起完成的。學(xué)習(xí)者可以向數(shù)據(jù)庫上傳微課資源或自己制作的學(xué)習(xí)資源。經(jīng)管理員審核通過，可以被其他用戶使用。

5）視頻標(biāo)注、視頻與標(biāo)注關(guān)聯(lián)的視頻播放模塊

學(xué)習(xí)者在訪問微課視頻時(shí)，可對(duì)某個(gè)視頻片段標(biāo)注學(xué)習(xí)筆記，客戶端播放平臺(tái)利用AJAX技術(shù)在視頻播放的相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)，實(shí)時(shí)顯示出學(xué)習(xí)者曾經(jīng)標(biāo)注的信息內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)標(biāo)注和視頻的有機(jī)關(guān)聯(lián)。學(xué)習(xí)者也可以先搜索到學(xué)習(xí)筆記的標(biāo)注信息，然后點(diǎn)擊便可關(guān)聯(lián)到視頻的相應(yīng)時(shí)間片段，實(shí)現(xiàn)視頻檢索。

6）信息通信模塊

學(xué)習(xí)者可以就微課視頻內(nèi)容向教師發(fā)送留言提問，留言內(nèi)容同時(shí)以短信提醒的方式發(fā)送至教師手機(jī)。在教師登錄后，可以看到提問留言信息并回復(fù)。學(xué)習(xí)者終端平臺(tái)會(huì)把提問、回答和視頻關(guān)聯(lián)地顯示出來，點(diǎn)擊問題可以打開視頻相應(yīng)片段，結(jié)合教師回復(fù)進(jìn)行具體的理解。與其他教學(xué)平臺(tái)不同，本文設(shè)計(jì)的教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)與視頻標(biāo)注和微課視頻關(guān)聯(lián)在一起，是視頻標(biāo)注的一個(gè)擴(kuò)展應(yīng)用。師生間不僅可以通過語音和文字，還可以通過視頻和其他方式進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，讓學(xué)習(xí)者可以及時(shí)得到反饋。同時(shí)，學(xué)習(xí)者之間也可以互相傳輸文件，提高學(xué)習(xí)的熱情和興趣。

2.智能移動(dòng)終端的關(guān)鍵技術(shù)

1）WAP

無線應(yīng)用協(xié)議（Wireless Application Proto?co l，WAP）在互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信協(xié)議之間建立了統(tǒng)一的開放式協(xié)議。把Internet網(wǎng)上的HTML（標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言下的一個(gè)應(yīng)用）信息轉(zhuǎn)換成用WML（Wire less Markup Language）描述的信息，顯示在移動(dòng)終端上。目前，WAP技術(shù)已成為移動(dòng)終端訪問無線信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛地應(yīng)用于GSM、CDMA、TDMA、3G等多種網(wǎng)絡(luò)。

2）Java ME

Java ME（Java M ic ro Ed ition）是為機(jī)頂盒、移動(dòng)電話和PDA之類嵌入式消費(fèi)電子設(shè)備提供的Ja?va語言平臺(tái)，特別適合于復(fù)雜的智能客戶端開發(fā)，適用于所有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與其他無線應(yīng)用程序兼容。Java ME技術(shù)將Java語言的平臺(tái)無關(guān)性移植到小型電子設(shè)備上，允許無線移動(dòng)設(shè)備之間共享應(yīng)用程序。

3）流媒體視頻播放器

Android客戶端在線流媒體視頻播放使用專門的流媒體服務(wù)器，由服務(wù)器提供Servlet動(dòng)態(tài)生成的XML視頻描述文檔，程序通過HTTP請(qǐng)求獲取XML，同步顯示在ListView中，用戶通過點(diǎn)擊List?View里相應(yīng)的視頻獲取URL地址來播放視頻。An?droid視頻播放器由Java的ListEvideoAc tivity類實(shí)現(xiàn)，在Android界面上顯示ListView列表，借助PULL的XML處理工具獲得數(shù)據(jù)。List Evideo Activity重載android.widget.Aapter View適配器EvideoList?Adapter，將數(shù)據(jù)綁定到ListView列表。

4）視頻標(biāo)注

視頻標(biāo)注技術(shù)一直是教育界關(guān)注的熱點(diǎn)話題[16]，雖然已在YouTuBe這樣的視頻網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)[17]，但在教育中的應(yīng)用還沒有得到推廣。目前，國(guó)內(nèi)僅有華東師范大學(xué)、華南師范大學(xué)等高校把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到視頻資源中。視頻標(biāo)注的流程如圖3所示。

學(xué)習(xí)者在訪問微課視頻時(shí)，可以通過點(diǎn)擊按鈕記錄該標(biāo)注的起始時(shí)間，然后輸入文本框完成標(biāo)注信息，標(biāo)注信息和視頻位置會(huì)提交到本地?cái)?shù)據(jù)庫，然后上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器[18]。學(xué)習(xí)者再次訪問該視頻時(shí)，就會(huì)觸發(fā)標(biāo)注信息。

客戶端視頻播放器采用flashair，利用flash技術(shù)集成多個(gè)類似桌面應(yīng)用，是一個(gè)跨操作系統(tǒng)的集成平臺(tái)，外觀優(yōu)美，接口流暢，用戶體驗(yàn)較好。

五、服務(wù)器架構(gòu)及特色功能

服務(wù)器端開發(fā)采用主流的HTML、JavaScript、CSS和PHP，數(shù)據(jù)庫模塊采用Access和SQL Server進(jìn)行存儲(chǔ)，通過開放數(shù)據(jù)庫連接（Open Database Connection，ODBC）驅(qū)動(dòng)程序連接數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器采用分布式結(jié)構(gòu)，由流媒體服務(wù)器、Web服務(wù)器、云計(jì)算模塊、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊組成，為所有用戶提供計(jì)算、存儲(chǔ)空間和軟件服務(wù)。采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)用戶需求和微課資源進(jìn)行分析，并把相似和優(yōu)質(zhì)的微課資源利用XMPP協(xié)議（Extensible Messageing and Presence Protocol，可擴(kuò)展通訊和表示協(xié)議）智能推送到學(xué)習(xí)者界面，幫助學(xué)習(xí)者高效地發(fā)掘有價(jià)值的微課視頻。

1.服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為獲得高效、簡(jiǎn)單的管理方式，根據(jù)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)三大核心要素，遠(yuǎn)程服務(wù)器端由流媒體服務(wù)器、Web服務(wù)器、云計(jì)算模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊組成。

1）流媒體服務(wù)器

流媒體服務(wù)器的主要功能是以流式協(xié)議（RTP/RTSP、MMS、RTMP等）將微課視頻文件傳輸?shù)娇蛻舳耍┯脩粼诰€觀看。本文選用Adobe Flash Me?dia Server，支持Flash播放器。

2）Web服務(wù)器

Web服務(wù)器主要用于接受用戶請(qǐng)求，并根據(jù)用戶請(qǐng)求返回所需內(nèi)容，并適應(yīng)多種設(shè)備，達(dá)到界面的人性化設(shè)計(jì)，根據(jù)用戶信息推薦學(xué)習(xí)資源。

3）云計(jì)算模塊

大量的微課資源和用戶數(shù)據(jù)需要專門的計(jì)算模塊。云計(jì)算模塊采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出優(yōu)質(zhì)微課資源，并根據(jù)學(xué)習(xí)者需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元具有超大容量，配置了SAS硬盤和RAID5磁盤陣列，對(duì)微課資源、用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，主要采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)。

2.Lucene全文搜索引擎

服務(wù)器采用基于Lucene技術(shù)的全文搜索引擎對(duì)微課資源進(jìn)行檢索[19]。全文搜索的方式不僅可以解決查詢?cè)~和數(shù)據(jù)庫內(nèi)容不能完全一致導(dǎo)致無法找到結(jié)果的情況，而且搜索性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于數(shù)據(jù)庫查詢[20]。全文搜索原理的時(shí)序圖如圖4所示。平臺(tái)首先對(duì)視頻資源信息用Lucene技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫索引，然后對(duì)關(guān)鍵字進(jìn)行分詞處理，再利用Lucene讀取索引，對(duì)關(guān)鍵字進(jìn)行模糊查詢或高級(jí)搜索。采用Lucene技術(shù)提高了搜索的查全率和查準(zhǔn)率，同時(shí)也提升了搜索速度。

3.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與智能推送

圖4 全文搜索原理圖

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以幫人們從數(shù)據(jù)庫中挑選出感興趣、相關(guān)的數(shù)據(jù)，不僅可描述過去的數(shù)據(jù)，也可以預(yù)測(cè)未來的趨勢(shì)。云計(jì)算模塊采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)微課資源進(jìn)行綜合分析，把統(tǒng)計(jì)結(jié)果反饋給學(xué)習(xí)者和教師。學(xué)習(xí)者可以據(jù)此獲得優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源信息；教師可以據(jù)此了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，調(diào)整授課計(jì)劃，使教與學(xué)有一個(gè)良好的溝通和反饋平臺(tái)。

同時(shí)，計(jì)算模塊利用聚類分析算法對(duì)用戶需求進(jìn)行分析，分析出相似度高的微課資源，并采用XMPP協(xié)議把相似和優(yōu)質(zhì)的微課資源智能推送到學(xué)習(xí)者界面，幫助學(xué)習(xí)者高效地發(fā)掘有價(jià)值的微課視頻。XMPP協(xié)議是一種基于XML的傳遞協(xié)議，具有很強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性，是目前主流的四種IM（In?stant Messaging，即時(shí)消息）協(xié)議之一。它的基本模式就是先建立一個(gè)stream，然后協(xié)商一系列安全屬性，中間通信過程就是客戶端一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送XML Stanza。服務(wù)器根據(jù)客戶端發(fā)送的信息以及程序的邏輯，發(fā)送XML Stanza給客戶端，也就是智能推送的微課信息。但是這個(gè)過程并不是一問一答的，任何時(shí)候都有可能從一方發(fā)信給另外一方。通信的最后階段是＜/stream＞關(guān)閉流，關(guān)閉TCP/IP連接。

智能推送和數(shù)據(jù)分析技術(shù)不僅為學(xué)習(xí)者提供了主動(dòng)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，也使微課信息的獲取具有一定的智能性[21]。

六、系統(tǒng)實(shí)施與評(píng)價(jià)

本研究設(shè)計(jì)的微課系統(tǒng)已完成Android移動(dòng)終端APP開發(fā)和Web服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫的搭建。已開發(fā)的微課資源包括數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)字信號(hào)處理、Matlab、Visual Basic程序設(shè)計(jì)等12門課程，課件和課程視頻大多是由我校一線優(yōu)秀教師錄制，部分來源于國(guó)際著名教授。微課系統(tǒng)的服務(wù)器設(shè)在我校信息中心機(jī)房，暫時(shí)只對(duì)本校師生開放。圖5和圖6是在手機(jī)上運(yùn)行的系統(tǒng)界面。圖5是微課系統(tǒng)的主頁，每個(gè)微課視頻時(shí)長(zhǎng)1～5分鐘；圖6是視頻標(biāo)注的微課播放界面，學(xué)習(xí)者可以對(duì)視頻添加標(biāo)注，也可以看到該課程所有的標(biāo)注內(nèi)容。

為測(cè)試微課移動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生的積極意義和體現(xiàn)其使用效果，本文選取《數(shù)據(jù)挖掘》課程，對(duì)我校信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)兩個(gè)年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)。2010級(jí)學(xué)生為實(shí)驗(yàn)組，60人，在傳統(tǒng)課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，使用本微課移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。要求實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生每人學(xué)習(xí)的微課數(shù)量不少于20個(gè)；2009級(jí)的學(xué)生為對(duì)照組，60人，移動(dòng)微課學(xué)習(xí)系統(tǒng)在2009級(jí)還沒投入使用，只進(jìn)行了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)。

在學(xué)期末課程結(jié)束后，組織兩個(gè)年級(jí)的學(xué)生對(duì)《數(shù)據(jù)挖掘》課程和微課移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)評(píng)分和投票。對(duì)《數(shù)據(jù)挖掘》課程的評(píng)分如表1所示，10分為滿分，分別表示課程難度最大、理解程度最高、興趣最大。從表1可見，在引入微課移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)后，學(xué)生對(duì)課程的難度感降低，對(duì)課程的興趣和理解都有所改善，提升了教學(xué)效果。

表1 學(xué)生對(duì)課程的調(diào)查結(jié)果

作者對(duì)兩組學(xué)生的期末考試成績(jī)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。學(xué)生成績(jī)以100分為滿分，60分以下為不及格，90分以上為優(yōu)秀。表2顯示了兩組學(xué)生的成績(jī)分布，可以看出，成績(jī)分界點(diǎn)在70～80分之間。通過微課移動(dòng)系統(tǒng)的輔助學(xué)習(xí)后，成績(jī)出現(xiàn)顯著的區(qū)分，高于80分的比例增加，低于70分的學(xué)生比例下降（=0.002）。

表2 期末成績(jī)分段統(tǒng)計(jì)

學(xué)生對(duì)微課移動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)反饋調(diào)查結(jié)果分別顯示在圖7和圖8。學(xué)生在投票中可選擇多個(gè)選項(xiàng)。在多個(gè)積極因素中，88.5%學(xué)生選擇了“根據(jù)個(gè)人的情況選擇性學(xué)習(xí)”?！耙苿?dòng)學(xué)習(xí)的便利性”和“學(xué)習(xí)資源豐富”是另外兩個(gè)主要的吸引學(xué)生的地方?！安涣?xí)慣用手機(jī)學(xué)習(xí)”和“移動(dòng)設(shè)備娛樂性強(qiáng)，易分散注意力”是系統(tǒng)的兩個(gè)最大的不利因素。

七、結(jié)語

本文在分析微課和移動(dòng)學(xué)習(xí)的概念和意義后，提出微課與移動(dòng)學(xué)習(xí)相結(jié)合的全新理念，設(shè)計(jì)了一個(gè)多平臺(tái)的移動(dòng)微課學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該平臺(tái)把微課、移動(dòng)學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)等新興概念糅合在一起，綜合應(yīng)用智能推送、Lucene全文搜索、Android手機(jī)開發(fā)、視頻標(biāo)注、聚類分析等新技術(shù)，使學(xué)習(xí)者能夠利用碎片化時(shí)間學(xué)習(xí)視頻片段，并對(duì)使用過和沒使用過移動(dòng)學(xué)習(xí)微課系統(tǒng)兩個(gè)年級(jí)學(xué)生進(jìn)行對(duì)比分析。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，移動(dòng)微課學(xué)習(xí)系統(tǒng)提高了學(xué)生的期末考試成績(jī)，提升了他們對(duì)課程的理解度和興趣。學(xué)生在新型學(xué)習(xí)模式中遇到的最大問題是移動(dòng)設(shè)備本身娛樂性較強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程中容易分散注意力；也有相當(dāng)一部分同學(xué)不習(xí)慣用手機(jī)學(xué)習(xí)。新型學(xué)習(xí)模式的興起，必然有一個(gè)適應(yīng)與改善的過程?？偟膩碚f，本系統(tǒng)有以下創(chuàng)新：

1.把微課與移動(dòng)學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)結(jié)合起來，提供PC終端與智能手機(jī)終端兩種接入方式，學(xué)習(xí)者可以隨時(shí)隨地利用碎片化時(shí)間，有針對(duì)性地學(xué)習(xí)微課。

2.微課資源承載平臺(tái)具有視頻標(biāo)注功能，并把微課視頻與標(biāo)注等文字關(guān)聯(lián)顯示，方便用戶對(duì)微課視頻進(jìn)行檢索。此外，在Android移動(dòng)終端，還可以利用語音識(shí)別等多種途徑進(jìn)行視頻標(biāo)注。

3.運(yùn)用聚類分析等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，綜合分析微課資源的熱度、訪問量和相似度，把分析結(jié)果智能推送給學(xué)習(xí)者，使平臺(tái)具有主動(dòng)性和智能性的特點(diǎn)。

4.Web和手機(jī)移動(dòng)平臺(tái)采用基于Lucene技術(shù)的全文搜索引擎對(duì)微課資源進(jìn)行檢索，通過建立數(shù)據(jù)庫索引，對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行分詞處理，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者方便快速、全面地查找相關(guān)學(xué)習(xí)資源。

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