基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)開(kāi)發(fā)

劉卓++張艮山

摘 要： 針對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)出的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)便攜性不強(qiáng)，孩子常無(wú)法跟進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)度，故在安卓系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，采用Java語(yǔ)言和Eclipse軟件建立開(kāi)發(fā)環(huán)境，在平臺(tái)客戶端與服務(wù)器之間的通信協(xié)議中寫入修正密文，減輕智能移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定對(duì)平臺(tái)登錄功能產(chǎn)生的不利影響。通過(guò)建立IP多媒體文件靜態(tài)頁(yè)面屬性表增強(qiáng)啟蒙教育課件展示功能，并對(duì)課程申請(qǐng)功能中的可申請(qǐng)內(nèi)容搜索與課程列表更新進(jìn)行開(kāi)發(fā)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)平臺(tái)的吞吐量大、CPU使用率低、安全性好，能夠解決因網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定造成的客戶端相關(guān)登錄問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 啟蒙教育； 在線學(xué)習(xí)平臺(tái)； 智能移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)； 安卓系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN87?34； TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）11?0033?04

Development of enlightenment education online learning platform

based on intelligent mobile device

LIU Zhuo1， ZHANG Genshan2

（1. Academic Affairs Office， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China；

2. School of Literature and Media Transmission， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： Since the previously?designed enlightenment education online learning platform has poor portability， and the children can′t follow up the learning progress， an enlightenment education online learning platform based on intelligent mobile device was developed on Android platform. The Java language and Eclipse software are used to set up the development environment. The correction cipher text is written in communication protocol for the platform client and server platform to alleviate the adverse effect of network instability of intelligent mobile device on platform login function. The static page attribute table of IP multimedia file is established to enhance the exhibition function of the enlightenment education courseware. The applicable content search and curriculum list update of the curriculum application function were developed. The experimental results show that the learning platform has the advantages of high throughput， low CPU utilization and high security， and can solve the related login problem at the client caused by network instability.

Keywords： enlightenment education； online learning platform； intelligent mobile device development； Android system

0 引 言

就我國(guó)目前就業(yè)壓力大、兒童教育缺失等社會(huì)現(xiàn)象，家長(zhǎng)們?cè)絹?lái)越重視啟蒙教育，渴望從嬰幼兒時(shí)期就為孩子培養(yǎng)出一個(gè)良好的道德素質(zhì)與學(xué)習(xí)習(xí)慣。啟蒙教育分為三個(gè)階段：第一階段進(jìn)行嬰幼兒的感知訓(xùn)練，提升孩子對(duì)事物的敏感性，增強(qiáng)整體智力水平；第二階段進(jìn)行記憶力訓(xùn)練，訓(xùn)練方式包括背誦課文、尋找玩具等；第三階段進(jìn)行理解力和想象力的訓(xùn)練，逐漸加強(qiáng)孩子看待事物的健康思維，提高創(chuàng)造能力。

在以往，啟蒙教育都是教師對(duì)孩子進(jìn)行面對(duì)面教學(xué)，這種教學(xué)形式價(jià)格高，教學(xué)時(shí)間與地點(diǎn)固定，經(jīng)常因?yàn)楦鞣N原因?qū)е潞⒆訜o(wú)法跟上教學(xué)進(jìn)度[1]，在線學(xué)習(xí)平臺(tái)有效解決了這種情況，孩子可以在家長(zhǎng)的陪同下隨時(shí)隨地接受啟蒙教育，而且學(xué)費(fèi)便宜，可反復(fù)學(xué)習(xí)。日本最先開(kāi)發(fā)出有關(guān)啟蒙教育的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，使用B/S結(jié)構(gòu)（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式）[2]，平臺(tái)內(nèi)部設(shè)置了孩子、家長(zhǎng)和管理員三種登錄身份，管理員對(duì)啟蒙教育課程進(jìn)行設(shè)置，家長(zhǎng)對(duì)課程進(jìn)行挑選，孩子根據(jù)課程內(nèi)容實(shí)現(xiàn)感官互動(dòng)。這種在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的功能比較完善，啟蒙教育效果明顯，但需要使用平臺(tái)專屬的電子設(shè)施以及有線網(wǎng)絡(luò)，孩子只能在家里或者教室進(jìn)行學(xué)習(xí)。

隨著智能移動(dòng)設(shè)備的普及，啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)開(kāi)始向移動(dòng)學(xué)習(xí)的方向發(fā)展，使其只需要一部智能移動(dòng)設(shè)備以及用戶信息就能實(shí)現(xiàn)孩子啟蒙教育。

1 基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)

開(kāi)發(fā)

1.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境

基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)依附安卓系統(tǒng)[3]進(jìn)行開(kāi)發(fā)。安卓系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言以Java為主，其功能強(qiáng)大、語(yǔ)言簡(jiǎn)練，在谷歌技術(shù)提供的軟件開(kāi)發(fā)工具包的支持下，Java能夠在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行智能移動(dòng)設(shè)備的程序編寫與運(yùn)行，采用Windows 7操作系統(tǒng)和Oracle 10g數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行底層支持[4]，建立基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，其過(guò)程為：

（1） 下載一個(gè)Eclipse軟件，Eclipse是Java的集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其中含有Java插件集[5]，能夠建立Java開(kāi)發(fā)平臺(tái)。利用Eclipse軟件下載基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)底層開(kāi)發(fā)環(huán)境并安裝；

（2） 打開(kāi)開(kāi)發(fā)環(huán)境界面，選擇“擴(kuò)展工具”，使用“擴(kuò)展工具”在網(wǎng)絡(luò)上自動(dòng)搜索安卓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)插件并下載、安裝；

（3） 重新打開(kāi)開(kāi)發(fā)環(huán)境界面，將新下載的安卓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)插件詳情填入“谷歌技術(shù)支持”選項(xiàng)，賦予安卓系統(tǒng)一個(gè)環(huán)境變量值[6]，環(huán)境變量值指向的是安卓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)插件。

1.2 平臺(tái)登錄功能開(kāi)發(fā)

在智能移動(dòng)設(shè)備上使用啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)時(shí)，平臺(tái)的任何功能均建立在用戶（一般指家長(zhǎng)）能夠正常登錄的前提下，登錄過(guò)程為：

（1） 家長(zhǎng)在智能移動(dòng)設(shè)備上點(diǎn)擊啟蒙教育在線學(xué)習(xí)客戶端，客戶端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的服務(wù)器傳達(dá)登錄請(qǐng)求；

（2） 家長(zhǎng)填寫登錄賬號(hào)與密碼；

（3） 服務(wù)器檢測(cè)賬號(hào)是否存在，密碼是否匹配，將檢測(cè)結(jié)果回傳到客戶端；

（4） 將檢測(cè)結(jié)果顯示在客戶端上，如果賬號(hào)存在且密碼匹配，家長(zhǎng)可以開(kāi)始使用平臺(tái)的其他功能。

智能移動(dòng)設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)連接形式不如傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接穩(wěn)定，在網(wǎng)絡(luò)擁堵或者移動(dòng)信號(hào)不強(qiáng)的區(qū)域，智能移動(dòng)設(shè)備中的客戶端經(jīng)常發(fā)生網(wǎng)絡(luò)延遲過(guò)長(zhǎng)或者斷網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)流量反復(fù)發(fā)送等現(xiàn)象[7]，導(dǎo)致服務(wù)器由于自身私密性而無(wú)法識(shí)別用戶是否已經(jīng)成功登錄，進(jìn)而產(chǎn)生賬號(hào)連接無(wú)效或無(wú)法登錄的情況，為用戶造成一定困擾。為了杜絕這種情況，在開(kāi)發(fā)啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)登錄功能時(shí)，應(yīng)該在客戶端與服務(wù)器之間的通信協(xié)議內(nèi)寫入修正密文，其中含有用戶的賬號(hào)、密碼、常用登錄地址、歷史登錄時(shí)間和歷史在線時(shí)長(zhǎng)等用戶信息，并為用戶安卓系統(tǒng)設(shè)置惟一的辨認(rèn)標(biāo)識(shí)符號(hào)，當(dāng)用戶無(wú)法正常登錄時(shí)，通過(guò)驗(yàn)證辨認(rèn)標(biāo)識(shí)符號(hào)、核對(duì)用戶信息完成用戶身份識(shí)別，解決平臺(tái)登錄問(wèn)題，如圖1所示。

家長(zhǎng)的每個(gè)登錄操作都會(huì)在啟蒙教育在線平臺(tái)服務(wù)器上留下痕跡并生成密文，密文存儲(chǔ)有效時(shí)間為8 min，用戶在8 min內(nèi)如果因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)問(wèn)題而進(jìn)行重復(fù)登錄操作，服務(wù)器就用這個(gè)密文對(duì)用戶信息進(jìn)行驗(yàn)證，如果用戶沒(méi)能在8 min內(nèi)完成驗(yàn)證且登錄客戶端，密文失效，需要重新登錄。

1.3 啟蒙教育課件展示功能開(kāi)發(fā)

當(dāng)家長(zhǎng)成功登錄到基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，啟蒙教育課件將以靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)的形式進(jìn)行展示，安卓系統(tǒng)的WebView軟件框架[8]為靜態(tài)頁(yè)面提供加載程序，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多媒體展示。多個(gè)獨(dú)立的HTML（HyperText Markup Language，超文本標(biāo)記語(yǔ)言）利用安卓系統(tǒng)的IP多媒體文件組合成啟蒙教育課件，IP多媒體文件中加載的是靜態(tài)頁(yè)面數(shù)據(jù)，包括啟蒙教育課件的內(nèi)容提煉、題目以及字符等。

圖2為啟蒙教育課件展示流程圖，智能移動(dòng)設(shè)備展示啟蒙教育課件時(shí)，需要從IP多媒體文件中提取全部的靜態(tài)頁(yè)面數(shù)據(jù)，并標(biāo)記頁(yè)面序列，從第一個(gè)靜態(tài)頁(yè)面開(kāi)始依次展示課件內(nèi)容[9]。如果用戶中途給出快進(jìn)、快退等頁(yè)面控制指令，智能移動(dòng)設(shè)備在頁(yè)面序列中直接提取相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行展示。由于IP多媒體文件是在計(jì)算機(jī)上直接通過(guò)Java開(kāi)發(fā)的，而智能移動(dòng)設(shè)備的多媒體分辨率要比計(jì)算機(jī)低，因此需要重新建立靜態(tài)頁(yè)面屬性，表1是新的IP多媒體文件靜態(tài)頁(yè)面屬性表。

1.4 啟蒙教育課程申請(qǐng)功能開(kāi)發(fā)

基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的課程申請(qǐng)功能是指家長(zhǎng)根據(jù)孩子的特點(diǎn)自由選擇啟蒙教育課程，課程申請(qǐng)?jiān)诮?jīng)過(guò)管理員審批后方能進(jìn)行學(xué)習(xí)。啟蒙教育課程申請(qǐng)分為可申請(qǐng)內(nèi)容搜索與課程列表更新兩種，功能流程如圖3，圖4所示，家長(zhǎng)通過(guò)可申請(qǐng)內(nèi)容搜索功能得到啟蒙教育課程名稱與身份標(biāo)識(shí)，將課程添加到賬戶收藏中。智能移動(dòng)設(shè)備從平臺(tái)客戶端向服務(wù)器發(fā)送課程申請(qǐng)請(qǐng)求，安排課程列表更新順序，獲取新的用戶課程列表。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行白盒測(cè)試，白盒測(cè)試也稱結(jié)構(gòu)測(cè)試或者邏輯測(cè)試，是指將待測(cè)對(duì)象當(dāng)成一個(gè)開(kāi)放式的盒子，盒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以被清晰地看到。在啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)運(yùn)行的同時(shí)分析客戶端與服務(wù)器的性能與功能。選擇兩臺(tái)相同的國(guó)產(chǎn)新型安卓系統(tǒng)手機(jī)，清空手機(jī)內(nèi)所有數(shù)據(jù)與軟件，安裝基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)客戶端，訪問(wèn)分辨率為640×800的啟蒙教育課件，兩臺(tái)手機(jī)分別進(jìn)行平臺(tái)的性能測(cè)試與功能測(cè)試。

2.1 性能測(cè)試

圖5是基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的吞吐量，平臺(tái)對(duì)吞吐量的定義是：隨著用戶在平臺(tái)客戶端在線人數(shù)的不斷增多，服務(wù)器處理用戶控制指令得到的正確數(shù)目。

由圖5可知，在控制指令數(shù)量為100個(gè)時(shí)，白盒測(cè)試給出的平臺(tái)吞吐量為10千萬(wàn)字節(jié)；控制指令數(shù)量為300個(gè)時(shí)，吞吐量為90千萬(wàn)字節(jié)；控制指令數(shù)量為700個(gè)時(shí)，吞吐量為135千萬(wàn)字節(jié)。一般來(lái)講，1個(gè)控制指令的數(shù)據(jù)字節(jié)在0.08千萬(wàn)字節(jié)～0.35千萬(wàn)字節(jié)之間，通過(guò)數(shù)據(jù)換算可以得出，基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的吞吐量很大。

圖6是白盒測(cè)試中平臺(tái)CPU使用率曲線，由于平臺(tái)客戶端的CPU使用率受安卓手機(jī)硬件的影響更為強(qiáng)烈，因此采用平臺(tái)服務(wù)器CPU使用率代替智能移動(dòng)設(shè)備的CPU使用率，令測(cè)試結(jié)果更加具有代表性。控制指令數(shù)量每2 s增加100個(gè)，比較緊密，測(cè)試結(jié)果是在多次連續(xù)白盒測(cè)試的情況下得到的平均值?？梢钥闯?，平臺(tái)的CPU使用率曲線上升比較緩慢，不存在突然暴增的情況，當(dāng)控制指令數(shù)量達(dá)到最高值700時(shí)，服務(wù)器CPU使用率僅為52%。一般認(rèn)為低于75%的CPU使用率都能帶動(dòng)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)作，展示出基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)優(yōu)異的負(fù)載調(diào)節(jié)性能。

2.2 功能測(cè)試

基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)擁有在線登錄、課件展示、課程申請(qǐng)等功能，受到智能移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的狀態(tài)限制，平臺(tái)安全性成為保證上述功能實(shí)現(xiàn)的前提。將安卓手機(jī)放于一個(gè)電磁干擾強(qiáng)烈的金屬半密閉空間中，模擬平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的通信狀況，在此條件下多次登錄平臺(tái)客戶端，觀察登錄狀態(tài)。隨后，在已經(jīng)成功登錄客戶端后的8 min之內(nèi)，再次進(jìn)行登錄，同時(shí)輸入錯(cuò)誤密文，觀察登錄狀態(tài)，白盒測(cè)試用例如表2，表3所示。測(cè)試結(jié)果表明，基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的安全性優(yōu)異，能夠解決由智能移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定導(dǎo)致的客戶端登錄問(wèn)題。

論

為了開(kāi)發(fā)基于智能移動(dòng)設(shè)備的啟蒙教育在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，本文在智能移動(dòng)設(shè)備中使用率最高的安卓系統(tǒng)上建立開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)在線登錄、課件展示以及課程申請(qǐng)三項(xiàng)主要功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用白盒測(cè)試方法對(duì)在線平臺(tái)的性能與功能進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了平臺(tái)在吞吐量、負(fù)載調(diào)節(jié)性能、安全性等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

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