基于Android的高校課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

亓祥元+嚴(yán)冬梅

摘 要： 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于Android平臺(tái)的課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)；采用軟件工程的方法，在需求分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體架構(gòu)及功能，并使用Eclipse+ADT開發(fā)客戶端應(yīng)用程序、MySQL進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理、Spring+Hibernate+Apache等提供后臺(tái)服務(wù)和管理。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)的研究與應(yīng)用具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 移動(dòng)學(xué)習(xí)； SPOC； Android； 移動(dòng)應(yīng)用程序

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2016）06-48-04

Abstract： A curriculum learning system for Android is designed and implemented. Using the method of software engineering， on the basis of the requirement analysis， the overall structure and functions of the system are designed. Eclipse+ADT are used to develop the client application， MySQL to manage the database， and Spring+Hibernate+Apache to provide background service and management. The design and implementation of the system has a reference value for the research and application of mobile learning.

Key words： mobile learning； SPOC； Android； mobile application

0 引言

移動(dòng)學(xué)習(xí)（Mobile Learning，簡稱M-Leaning）是指利用無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以無線移動(dòng)通信設(shè)備（如PAD、智能手機(jī)等）獲取教育信息、教育資源、教育服務(wù)的一種新型數(shù)字化學(xué)習(xí)形式[1]。

移動(dòng)學(xué)習(xí)具有便攜性、碎片式、交互性、及時(shí)性、個(gè)性化學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，可以做到anyone、anytime、anywhere地進(jìn)行自由式學(xué)習(xí)，可以有效緩解傳統(tǒng)教育的課堂教學(xué)壓力。在高校的大學(xué)生中，幾乎每人都擁有一臺(tái)智能手機(jī)，使利用手機(jī)進(jìn)行移動(dòng)學(xué)習(xí)成為可能。

慕課（Massive Open Online Course，大型開放在線課程，簡稱MOOC）在我國的迅速推廣和成長，帶來了學(xué)習(xí)理念、學(xué)習(xí)方式的變革，但是，也存在著學(xué)分認(rèn)證難、課程流失率高、學(xué)生管理欠缺等問題[2]。目前雖出現(xiàn)了各種在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，如愛課程、網(wǎng)易等慕課平臺(tái)，但其發(fā)揮的作用有限，只是少數(shù)學(xué)生課余學(xué)習(xí)的平臺(tái)，不能為高校課程教學(xué)提供更有效的幫助。與幕課相比，SPOC（Small Private Online Courses，小型私密在線課程）更具吸引力，它既具有大規(guī)模在線開放課程的優(yōu)點(diǎn)，又能彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足，充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，幫助教師完成課程教學(xué)管理。

適用于高校課程教學(xué)的SPOC系統(tǒng)，應(yīng)包括教師使用的管理平臺(tái)和學(xué)生使用的學(xué)習(xí)平臺(tái)，其中的學(xué)習(xí)平臺(tái)又可以分為適用于PC網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)和適用于移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。在眾多的移動(dòng)平臺(tái)中，基于Linux的自由、開放源代碼的Android操作系統(tǒng)得到眾多運(yùn)營商和設(shè)備商的全面支持。本文研究的高校課程移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)正是基于Android平臺(tái)的SPOC移動(dòng)客戶端應(yīng)用系統(tǒng)，其具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1 需求分析

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

基于Android平臺(tái)的高校移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的目標(biāo)就是使學(xué)生可以利用Android手機(jī)隨時(shí)隨地地進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)交流互動(dòng)與知識(shí)分享。使用該移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，學(xué)生可以瀏覽教師發(fā)布的公告、觀看課程視頻、下載課件等，可以在線完成教師布置的作業(yè)、在線進(jìn)行測試，還可以針對(duì)自己的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行大量的在線練習(xí)，最終達(dá)到課程學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)。

高校課程移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是高校課程教學(xué)的有效補(bǔ)充，有助于“教與學(xué)”并重。一方面，教師對(duì)課程的要求體現(xiàn)在課程作業(yè)、習(xí)題與教學(xué)進(jìn)度的把握上，教師可以及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，并在課堂上進(jìn)行針對(duì)性地講解輔導(dǎo)；另一方面，學(xué)生根據(jù)需要觀看視頻、課件，并通過習(xí)題測試及時(shí)掌握自身學(xué)習(xí)狀況，有的放矢地學(xué)習(xí)。

1.2 系統(tǒng)功能

該課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主要功能包括：登錄管理、用戶管理、課程管理、課程學(xué)習(xí)、課程練習(xí)、成績查詢和課程論壇等功能。

⑴ 登錄管理主要包括學(xué)生登錄和忘記密碼處理，學(xué)生登錄之后才能使用該系統(tǒng)。

⑵ 用戶管理，主要指學(xué)生個(gè)人基本信息的維護(hù)，特別是學(xué)生要綁定手機(jī)或郵箱，以便將來可以找回密碼和接收系統(tǒng)的重要通知。

⑶ 課程管理，主要指查詢課程、申請(qǐng)課程、瀏覽已注冊(cè)課程（包括即將開始的、正在進(jìn)行的和已經(jīng)完成的）、注銷尚未開課的課程。

⑷ 課程學(xué)習(xí)，是學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心，學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的方式包括觀看視頻、下載學(xué)習(xí)資料、完成作業(yè)、單元測試。整個(gè)課程的學(xué)習(xí)是在授課教師規(guī)定的章節(jié)和進(jìn)度下進(jìn)行的，充分體現(xiàn)出教師的教學(xué)思路和教學(xué)要求，同時(shí)，學(xué)習(xí)是在學(xué)生喜歡的時(shí)間、地點(diǎn)、方式下進(jìn)行，又體現(xiàn)出自主學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。

⑸ 課程練習(xí)，學(xué)生可以根據(jù)自身掌握知識(shí)的情況，有選擇性地進(jìn)行大量的在線練習(xí)。因?yàn)榭梢詫?shí)時(shí)得到反饋，所以可以幫助學(xué)生更好地找到薄弱環(huán)節(jié)，更有針對(duì)性地學(xué)習(xí)。

⑹ 查詢成績，學(xué)生可以及時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和成績情況，對(duì)大局了如指掌。

⑺ 課程論壇，學(xué)生可以針對(duì)各章節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、作業(yè)等提出問題，與教師和其他學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，回答他人的問題，分享自己的經(jīng)驗(yàn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 基本架構(gòu)

基于Android平臺(tái)的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)包括服務(wù)器應(yīng)用程序和客戶端應(yīng)用程序兩部分。系統(tǒng)采用Client/Cloud總體架構(gòu)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)將支持基于Android的移動(dòng)設(shè)備通過Wi-Fi或3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)連接云服務(wù)器進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。

移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的客戶端主要包括Android智能手機(jī)以及Android平板電腦等基于Android操作系統(tǒng)的便攜式設(shè)備，用戶通過便攜的移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行課程訪問和學(xué)習(xí)等。

移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的服務(wù)器主要由資源服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兩部分組成。資源服務(wù)器用于存儲(chǔ)和管理課程學(xué)習(xí)資源以及處理在線的交互信息包括學(xué)生提問、老師答疑等。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要功能是存儲(chǔ)學(xué)生、課程、習(xí)題等信息。

系統(tǒng)采用HTTP協(xié)議進(jìn)行通信，利用JSON格式傳輸數(shù)據(jù)，客戶端利用HttpURLConnection或者HttpClient建立與服務(wù)器的連接，服務(wù)端通過Struts欄截客戶端URL請(qǐng)求，通過Http Post獲取參數(shù)、查詢數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而生成XML或JSON格式的數(shù)據(jù)，通過Http Response返回給客戶端[3]。

2.2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用MVC框架（Model-View-Controller，即“模型-視圖-控制器”）[4]。

模型層主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流程的處理，包括基于HTTP的客戶端-服務(wù)器端的數(shù)據(jù)通信、JSON或XML的解析及與模型對(duì)象的轉(zhuǎn)換、資源緩存、本地?cái)?shù)據(jù)的持久化等業(yè)務(wù)。

視圖層是平臺(tái)和用戶的交互界面，負(fù)責(zé)接收用戶輸入的請(qǐng)求，并顯示請(qǐng)求的響應(yīng)結(jié)果。

控制層調(diào)度和控制模型層和表示層，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的控制，主要業(yè)務(wù)功能模塊有：課程學(xué)習(xí)、視頻資源學(xué)習(xí)、資訊內(nèi)容、用戶信息和學(xué)習(xí)工具與支持等。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL，系統(tǒng)的主要ER圖2所示。數(shù)據(jù)庫的實(shí)際應(yīng)用情況較復(fù)雜，例如習(xí)題按照類型分為單選題、多選題、判斷題、填空題等，篇幅所限，我們不全部呈現(xiàn)所有實(shí)體聯(lián)系，這里只呈現(xiàn)和移動(dòng)客戶端關(guān)系比較密切的一部分。

2.4 界面流程設(shè)計(jì)

移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的界面流程設(shè)計(jì)如圖3所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，由客戶端和服務(wù)器端兩部分組成。

3.1 客戶端Android應(yīng)用程序

Android程序中Activity作為其最基本的組成部分，幾乎每一個(gè)界面窗口都是一個(gè)Activity，在每個(gè)Activity中做好相應(yīng)界面的布局，例如TextView、Button、ListView等基本控件在布局文件中的使用，同時(shí)用到布局的嵌套。例如在相對(duì)布局中可以嵌套線性布局，結(jié)合Weight等屬性，便可以控制各個(gè)控件的相對(duì)位置以及擺放位置，以保證用戶良好的視覺感受和體驗(yàn)。

由于Activity的啟動(dòng)需要一定的響應(yīng)時(shí)間，所以在一個(gè)Android程序中使用過多的Activity勢必會(huì)影響其運(yùn)行速度。為改善這一問題，可以結(jié)合Fragment來實(shí)現(xiàn)界面的分欄效果，即一個(gè)Activity對(duì)應(yīng)幾個(gè)Fragment，每一個(gè)Fragment對(duì)應(yīng)一個(gè)界面的布局以及不同數(shù)據(jù)的顯示。例如：在主頁和一些頁面中，界面底部對(duì)應(yīng)“主頁、我的課程、用戶管理”這三個(gè)狀態(tài)，如圖4（a）所示，當(dāng)分別點(diǎn)擊時(shí)會(huì)出現(xiàn)該狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)查詢結(jié)果，同時(shí)用戶點(diǎn)擊過程中會(huì)出現(xiàn)顏色的改變和所在狀態(tài)的位置凸顯，表明用戶當(dāng)前的狀態(tài)。

當(dāng)進(jìn)入一個(gè)課程的學(xué)習(xí)，利用SlideMenu來實(shí)現(xiàn)窗口的隱藏和顯現(xiàn)。該效果的實(shí)現(xiàn)是將SlideMenu作為一個(gè)自定義控件放入一個(gè)界面布局文件中，同時(shí)通過左上角圖片的點(diǎn)擊事件或左右手勢滑動(dòng)控制該布局的顯示與隱藏。同理，在視頻播放列表和資料下載界面用兩個(gè)Fragment共用一個(gè)Activity。系統(tǒng)中的一些主要界面如圖4所示。

3.2 后臺(tái)服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)

客戶端應(yīng)用程序通過Wifi或3G、4G等方式連接到Web服務(wù)端，通過接口獲得服務(wù)器端JSON數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)，然后解析JSON數(shù)據(jù)并進(jìn)行邏輯處理。為了實(shí)現(xiàn)手機(jī)通過Http協(xié)議請(qǐng)求數(shù)據(jù)的方法，應(yīng)先在服務(wù)器發(fā)布其相關(guān)的服務(wù)，具體服務(wù)發(fā)布如下。①創(chuàng)建一個(gè)查詢結(jié)果的類，對(duì)應(yīng)于查詢目標(biāo)表，也可以利用Hibernate將數(shù)據(jù)庫中表進(jìn)行反轉(zhuǎn)，自動(dòng)封裝為一個(gè)類。在該類中將各個(gè)字段信息封裝為屬性，并實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)屬性的get和set方法。②創(chuàng)建一個(gè)關(guān)于數(shù)據(jù)庫查詢的類，在其中定義函數(shù)，完成查詢數(shù)據(jù)庫的功能，并以List的形式返回查詢結(jié)果集。③創(chuàng)建一個(gè)父類是HttpServlet的servlet類，并實(shí)現(xiàn)其doGet或doPost方法。在方法中完成對(duì)服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中查詢到的數(shù)據(jù)按照J(rèn)SON格式進(jìn)行組織和傳輸。④部署到容器中，發(fā)布并進(jìn)行網(wǎng)頁訪問測試，根據(jù)Http協(xié)議，測試時(shí)在瀏覽器中輸入地址與參數(shù)即可調(diào)用servlet服務(wù)。⑤將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的查詢結(jié)果類導(dǎo)出為包。

Android應(yīng)用程序中采用的是通過URL連接進(jìn)行請(qǐng)求和輸入輸出的方式。

首先創(chuàng)建一個(gè)連接類，在其中實(shí)現(xiàn)一個(gè)httpPost方法。根據(jù)服務(wù)器ip地址、端口和服務(wù)器端設(shè)置的虛擬路徑設(shè)置URL，通過HttpURLConnection方式發(fā)送Http Post請(qǐng)求，通過HttpURLConnection類的一個(gè)實(shí)例設(shè)置連接參數(shù)和請(qǐng)求參數(shù)，并且建立輸出流并寫入發(fā)送數(shù)據(jù)，最后獲得響應(yīng)流，并以string的形式作為函數(shù)的返回值返回。

然后創(chuàng)建一個(gè)與web服務(wù)端相同的查詢結(jié)果的類，并在接收到并解析JSON數(shù)據(jù)后，根據(jù)類的屬性按鍵取值循環(huán)地創(chuàng)建該類的實(shí)例并保存在一個(gè)List中。

最后創(chuàng)建一個(gè)父類為BaseAdapter的類，實(shí)現(xiàn)其中的getView方法，針對(duì)JSON中數(shù)據(jù)所封裝的List，循環(huán)地完成對(duì)自定義item中TextView控件的數(shù)據(jù)設(shè)置。

4 結(jié)束語

本文基于Android平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、PDA等便攜式設(shè)備。使用該系統(tǒng)，學(xué)生可以在任何時(shí)間、地點(diǎn)，進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有很大幫助。該系統(tǒng)是高校SPOC學(xué)習(xí)系統(tǒng)的移動(dòng)端應(yīng)用系統(tǒng)，其處處體現(xiàn)出教師對(duì)于課程學(xué)習(xí)的要求和管理，后臺(tái)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，也是至關(guān)重要的。后續(xù)的研究還需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，使教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)規(guī)律，更好地組織學(xué)習(xí)資源，合理安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)更好的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] Aleksander Dye et al： Mobile Education-A glance at the

future[EB/OL].http：//www.nettskolen.com/forskning/mobiie_education.pdf

[2] 蘇小紅等.基于MOOC+SPOC的混合式教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].

中國大學(xué)教學(xué)，2015.7：60-65

[3] 李剛.輕量級(jí)Java EE企業(yè)應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)：Struts2+Spring4+

Hibernate整合開發(fā)（第4版）[M].電子工業(yè)出版社，2014.

[4] [美]戴克（Paul Deck）著，林儀明，崔毅譯.Spring MVC學(xué)習(xí)指

南[M].人民郵電出版社，2015.