基于智能手機(jī)的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)研究

魏武華

（西安廣播電視大學(xué) 理工部，陜西 西安 710002）

所謂智能手機(jī)，就是具備了操作系統(tǒng)的手機(jī)。就像計(jì)算機(jī)使用了Windows操作系統(tǒng)一樣，智能手機(jī)有一個(gè)開(kāi)放的操作系統(tǒng)，用戶就可以根據(jù)自己的需要在手機(jī)上安裝和使用第三方應(yīng)用軟件。智能手機(jī)的主流操作系統(tǒng)有IOS、Android（安卓）、Symbian（塞班）、Windows Phone 和 BlackBerry OS。 利用操作系統(tǒng)提供的應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)接口，就可以開(kāi)發(fā)基于智能手機(jī)的學(xué)習(xí)型軟件[1]。也就是說(shuō)，智能手機(jī)的普及和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，為基于智能手機(jī)的移動(dòng)學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一般來(lái)講,移動(dòng)學(xué)習(xí)是指利用無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及無(wú)線移動(dòng)通信設(shè)備 (個(gè)人數(shù)字助理PDA和智能手機(jī)等)獲取教育信息、教育資源和教育服務(wù)的一種新型學(xué)習(xí)形式[2]。其特點(diǎn)是學(xué)習(xí)者能在任何時(shí)間、任何地點(diǎn),以任何方式學(xué)習(xí)自己想要學(xué)到的任何知識(shí)。

進(jìn)行移動(dòng)學(xué)習(xí)，離不開(kāi)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的支持。移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)包含硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)兩部分，其中硬件平臺(tái)由移動(dòng)終端、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)及教學(xué)服務(wù)器等組成，軟件平臺(tái)也稱為移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)的軟件系統(tǒng)。

本文在介紹移動(dòng)學(xué)習(xí)的硬件平臺(tái)（網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)）的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論開(kāi)發(fā)移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的技術(shù)及方法。

1 移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.1 Network architecture diagram of Mobile learning platform

移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，包含四部分：教學(xué)服務(wù)器、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端設(shè)備[3]。

教學(xué)服務(wù)器：該服務(wù)器與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）相連，存放著豐富的教學(xué)資源以及相應(yīng)的服務(wù)程序。

國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)：該網(wǎng)絡(luò)是教育資源的有效載體，互聯(lián)網(wǎng)用戶可方便地與其進(jìn)行信息交換，訪問(wèn)其上豐富的資源。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)：該網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的一部分，由多個(gè)基站組成，用來(lái)發(fā)射或接受來(lái)自移動(dòng)終端設(shè)備以及互聯(lián)網(wǎng)的信息，通過(guò)空中接口將國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

移動(dòng)終端設(shè)備：可以連接移動(dòng)通信網(wǎng)的智能手機(jī)、手機(jī)和PDA等都屬于移動(dòng)終端設(shè)備。目前比較普及的3G手機(jī)和4G手機(jī)，能通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)通信，處理圖像、音頻、視頻等多種媒體信息，進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電子商務(wù)、移動(dòng)學(xué)習(xí)等移動(dòng)應(yīng)用。

2 基于智能手機(jī)的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

目前，移動(dòng)學(xué)習(xí)的主要方式有基于短消息（SMS，Short Message Service）的移動(dòng)學(xué)習(xí)、基于網(wǎng)頁(yè)瀏覽的移動(dòng)學(xué)習(xí)和基于手機(jī)客戶端（App）的移動(dòng)學(xué)習(xí)。下面，對(duì)實(shí)現(xiàn)這幾種學(xué)習(xí)方式的開(kāi)發(fā)技術(shù)逐一剖析。

2.1 基于短消息的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

基于短消息的移動(dòng)學(xué)習(xí)是移動(dòng)學(xué)習(xí)中最簡(jiǎn)單的一種學(xué)習(xí)方式。用戶通過(guò)手機(jī)、PDA等無(wú)線移動(dòng)終端設(shè)備，將短消息發(fā)送到位于互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)服務(wù)器。教學(xué)服務(wù)器接收用戶的短消息后，通過(guò)查詢后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理，將結(jié)果發(fā)送給用戶手機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)用戶手機(jī)通過(guò)無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)之間的通信，完成一定的教學(xué)活動(dòng)[3]。

計(jì)算機(jī)控制手機(jī)發(fā)送短信，目前采用的最多方式是通過(guò)計(jì)算機(jī)串口與手機(jī)通信。只要手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備支持RS-232C這一標(biāo)準(zhǔn)，就可以將其和計(jì)算機(jī)的COM口 （串口）相連。一般的手機(jī)都支持GSM07.05所定義的AT命令集的指令，因此可以利用計(jì)算機(jī)通過(guò)串行接口直接向手機(jī)發(fā)送AT命令，實(shí)現(xiàn)通過(guò)串口的短消息的發(fā)送、接收和管理?？梢哉f(shuō)，AT指令是計(jì)算機(jī)通過(guò)串口操作手機(jī)的唯一途徑。另外，對(duì)于提供USB接口的手機(jī)，可以通過(guò)手機(jī)USB驅(qū)動(dòng)程序在手機(jī)和PC之間建立虛擬串口設(shè)備。

基于串口通信的短消息移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于串口通信的短消息移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Technical architecture of short message mobile learning system based on serial communication

在該系統(tǒng)中，短消息教學(xué)服務(wù)器位于互聯(lián)網(wǎng)中，通過(guò)RS-232C口與支持AT指令的手機(jī)直接相連，支持AT指令的手機(jī)和用戶的移動(dòng)終端通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)相連。教學(xué)服務(wù)器為包含短消息軟件的短消息服務(wù)器，短消息軟件主要包含三個(gè)程序模塊，短消息監(jiān)聽(tīng)模塊、短消息處理模塊和短消息發(fā)送模塊。短消息監(jiān)聽(tīng)模塊用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)是否有短消息到達(dá)，若有，馬上轉(zhuǎn)給短消息處理模塊進(jìn)行處理，從而完成對(duì)短消息的響應(yīng)[4]；短消息處理模塊完成對(duì)各類短消息的處理，比如通過(guò)對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢，可以檢索出問(wèn)題答案，交給短消息發(fā)送模塊；短消息發(fā)送模塊用來(lái)對(duì)外單發(fā)或群發(fā)短消息。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為提供用戶信息、課程資源信息和記錄信息等的數(shù)據(jù)庫(kù)。短消息軟件通過(guò)與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、更新和檢索等功能。

基于短消息的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，只要是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方便能使用。這種學(xué)習(xí)方式是以短消息文本展示教學(xué)內(nèi)容，學(xué)習(xí)資源內(nèi)容較少，形式較為單一。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，尤其基于3G/4G網(wǎng)絡(luò)的智能手機(jī)的普遍使用，一種基于WAP的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)嶄露出來(lái)，用戶可以通過(guò)手機(jī)瀏覽WAP學(xué)習(xí)網(wǎng)站，進(jìn)行學(xué)習(xí)。WAP學(xué)習(xí)網(wǎng)站以文本、圖片、音頻、視頻等形式展示教學(xué)內(nèi)容，形式豐富。

2.2 基于WAP2.0的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

2.2.1 WAP2.0技術(shù)

WAP（Wireless Application Protocol）是無(wú)線應(yīng)用協(xié)議的簡(jiǎn)稱。它是一個(gè)開(kāi)放的全球性的標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是為互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設(shè)備之間建立一個(gè)橋梁，使移動(dòng)終端和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器之間的交互成為可能。1997年7月，WAP論壇出版了第一個(gè)WAP標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。1998年5月，WAP1.0版正式推出；1999年9月，WAP1.1版正式發(fā)行；2001年6月，WAP2.0版正式發(fā)布。

手機(jī)作為一種可移動(dòng)的終端設(shè)備，通過(guò)WAP無(wú)線協(xié)議，可以輕松訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的WAP網(wǎng)站。WAP的早些版本是1.0，WAP1.0網(wǎng)站是用無(wú)線標(biāo)記語(yǔ)言WML和WML Script開(kāi)發(fā)的。而WAP2.0指定XHTML MP（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言移動(dòng)概要）和WAP CSS（即WCSS）作為開(kāi)發(fā)WAP網(wǎng)站的語(yǔ)言，具有更豐富的表現(xiàn)形式和內(nèi)容精確設(shè)定功能，在開(kāi)發(fā)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，使“隨時(shí)、隨地”學(xué)習(xí)成為可能。

XHTML MP（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言移動(dòng)概要）是WAP2.0中定義的標(biāo)記語(yǔ)言，是XHTML的子集，是HTML的更嚴(yán)格的版本[5]。

CSS（級(jí)聯(lián)樣式單）廣泛用于萬(wàn)維網(wǎng)，用來(lái)定義Web頁(yè)面在瀏覽器中的展現(xiàn)效果。而WCSS是為無(wú)線設(shè)備上使用而設(shè)計(jì)的，在WAP2.0中定義說(shuō)明，是CSS2的簡(jiǎn)化版。也就是說(shuō)，CSS2對(duì)無(wú)線設(shè)備不適合的或不必要的特征都沒(méi)在WCSS中包含。WCSS是XHTML MP的伴侶，二者常被一起使用。WCSS將展現(xiàn)效果從內(nèi)容中分離了出來(lái)。如果想更改一個(gè)XHTML MP頁(yè)面的展現(xiàn)效果細(xì)節(jié)，只須修改WCSS[6]。

2.2.2 基于WAP2.0的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

基于WAP2.0的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)。在服務(wù)器端建立移動(dòng)學(xué)習(xí)的WAP網(wǎng)站，就可以通過(guò)客戶端如智能手機(jī)上的瀏覽器軟件，訪問(wèn)移動(dòng)學(xué)習(xí)站點(diǎn)。

基于WAP2.0的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于WAP2.0的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)Fig.3 The technical architecture of mobile learning system based on WAP2.0

在該架構(gòu)中，智能手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)和WAP網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，而WAP服務(wù)器及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器位于互聯(lián)網(wǎng)中。通常用IIS和Apache搭建WAP服務(wù)器，和構(gòu)建WEB服務(wù)器類似。WAP服務(wù)器可以說(shuō)是手機(jī)網(wǎng)站，其開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為XHTML MP+WCSS。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)WAP網(wǎng)站，可在服務(wù)器端采用ASP、JSP和PHP技術(shù)。

2.2.3 WAP2.0的程序設(shè)計(jì)模型

WAP2.0的程序設(shè)計(jì)模型主要有兩種方式，如圖4和圖5所示。

圖4 WAP2.0的程序設(shè)計(jì)模型1Fig.4 Program design model 1

圖5 WAP2.0的程序設(shè)計(jì)模型2-網(wǎng)關(guān)模型Fig.5 Programming model 2

WAP2.0協(xié)議可以支持客戶與服務(wù)器之間直接使用HTTP/1.1通信（如模型1）。在WAP1.x版本中，必需要有一個(gè)WAP代理（proxy），通常稱為WAP網(wǎng)關(guān)，來(lái)處理客戶與服務(wù)器之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換、編解碼工作。WAP代理使用WAP協(xié)議與客戶通信，使用標(biāo)準(zhǔn)Internet協(xié)議與服務(wù)器通信（如模型2）。

WAP2.0雖不是必須要設(shè)置WAP代理，然而在實(shí)際的應(yīng)用中，一般都是設(shè)置一個(gè)WAP代理的（模型2），因?yàn)檫@樣可以優(yōu)化通信過(guò)程、提供給移動(dòng)終端某些增強(qiáng)的移動(dòng)業(yè)務(wù)（比如位置定位、個(gè)性化的業(yè)務(wù)等），而且代理主機(jī)在“推服務(wù)”中也是必須的[7]。

2.3 基于手機(jī)App的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

App是application的縮寫(xiě)，通常專指手機(jī)上的應(yīng)用軟件，或稱手機(jī)客戶端，是智能手機(jī)上的第三方應(yīng)用軟件，這些軟件通常都可以在應(yīng)用商店下載。比較著名的應(yīng)用商店有蘋(píng)果的 App Store，谷歌的 Google Play Store，諾基亞的 Ovi store，還有黑莓用戶的BlackBerry App World，微軟的Marketplace等。

隨著智能手機(jī)和iPad等移動(dòng)終端設(shè)備的普及，人們逐漸習(xí)慣了使用App客戶端上網(wǎng)的方式，而目前國(guó)內(nèi)各大電商，均擁有了自己的App客戶端。這標(biāo)志著，App客戶端的商業(yè)使用，已經(jīng)逐漸普及。而將App開(kāi)發(fā)技術(shù)用于移動(dòng)學(xué)習(xí)，將翻開(kāi)移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的新篇章。

目前，App應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)模式有 3種：Native App、Web App和Hybrid App（混合模式移動(dòng)應(yīng)用）。

2.3.1 基于Native App的開(kāi)發(fā)

Native App是一種基于智能手機(jī)本地操作系統(tǒng)運(yùn)行的App應(yīng)用程序，也叫本地App。因在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要針對(duì)不同的手機(jī)操作系統(tǒng)，如蘋(píng)果的IOS或者Google的安卓系統(tǒng)，所以應(yīng)采用不同的語(yǔ)言和框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)。一般包含云服務(wù)器數(shù)據(jù)和應(yīng)用客戶端兩個(gè)部分，Native App架構(gòu)的客戶端中包含了界面展現(xiàn)、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)模型3個(gè)部分，服務(wù)器端提供各種服務(wù)，客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)服務(wù)器端的各種服務(wù)。

Native App的開(kāi)發(fā)的語(yǔ)言有很多種，目前主流的有4種：IOS平臺(tái)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為Objective-C，安卓 （Android）平臺(tái)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為Java，微軟Windows phone7的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是C#，塞班Symbian系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是C++。

這種開(kāi)發(fā)模式是基于C/S架構(gòu)的，客戶端的表現(xiàn)力相當(dāng)豐富，可以支持在線或離線、消息推送等；可以充分實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)終端的本地資源訪問(wèn)，并調(diào)用硬件設(shè)備資源，如攝像頭、撥號(hào)功能等；性能較高，用戶體驗(yàn)也比較出色。但劣勢(shì)也比較明顯：客戶端的開(kāi)發(fā)工作量大，邏輯復(fù)雜；客戶端必須針對(duì)不同的操作系統(tǒng)，進(jìn)行單獨(dú)的適配開(kāi)發(fā)工作，不利于移植；客戶端軟件升級(jí)和維護(hù)困難；服務(wù)器端要支持多客戶端，難于擴(kuò)展。

2.3.2 基于Web App的開(kāi)發(fā)

Web App基本上對(duì)應(yīng)了B/S架構(gòu)，一般包含HTML5云網(wǎng)站和App應(yīng)用客戶端兩個(gè)構(gòu)成部分。

這種開(kāi)發(fā)模式中，客戶端不再需要開(kāi)發(fā)工作，退化為使用內(nèi)置的瀏覽器與用戶交互。服務(wù)器端開(kāi)發(fā)語(yǔ)言以HTML5、CSS3、JavaScript作為前端供瀏覽器展示，使用 JSP、PHP、ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫(kù)管理。

Web App開(kāi)發(fā)具有跨平臺(tái)性。一款Web App，既可以在手機(jī)iphone上使用，也可以在平板ipad上使用。它繞開(kāi)了App store嚴(yán)格的提交和更新審查規(guī)則；由于代碼全部在服務(wù)器端，所以安裝簡(jiǎn)便，易于擴(kuò)展和升級(jí)。但是，Web App每次呈現(xiàn)都需要調(diào)用云端資源，用戶的交互式體驗(yàn)不如Native App。另外，在消息推送、離線模式以及調(diào)用移動(dòng)終端資源的能力等方面相對(duì)較弱[8-9]。

需要說(shuō)明的是，WAP網(wǎng)站和Web App都是跨平臺(tái)的技術(shù)。但是WAP更側(cè)重使用網(wǎng)頁(yè)技術(shù)在移動(dòng)端做展示，包括文字、媒體信息等。而Web App更側(cè)重“功能”，如實(shí)現(xiàn)LBS定位、音視頻播放、調(diào)用相機(jī)、GPU加速等功能。

2.3.3 基于Hybrid App的開(kāi)發(fā)

Hybrid App開(kāi)發(fā)模式是在Native App和Web App開(kāi)發(fā)模式基礎(chǔ)上衍生的App開(kāi)發(fā)模式，表面上看比較接近Native App，但里面訪問(wèn)卻是一個(gè)Web App。

Hybrid App同時(shí)使用網(wǎng)頁(yè)語(yǔ)言與程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，通過(guò)應(yīng)用商店區(qū)分移動(dòng)操作系統(tǒng)，分發(fā)用戶需要安裝使用的移動(dòng)應(yīng)用。

Hybrid App開(kāi)發(fā)模式較好的整合了Native App開(kāi)發(fā)模式的交互式體驗(yàn)以及Web App開(kāi)發(fā)模式的跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)。一些國(guó)內(nèi)外主流的App應(yīng)用其實(shí)就是架構(gòu)在Hybrid App開(kāi)發(fā)平臺(tái)基礎(chǔ)上的，比如臉譜，百度搜索等[8-9]。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著移動(dòng)終端技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)應(yīng)用日新月異。移動(dòng)學(xué)習(xí)的需求也在不斷增加，開(kāi)發(fā)基于智能手機(jī)的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，成為廣大技術(shù)人員面臨的重要課題。本文對(duì)目前開(kāi)發(fā)基于智能手機(jī)的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)各種開(kāi)發(fā)技術(shù)的開(kāi)發(fā)模式及技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行了分析和比較，對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)和借鑒意義。

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