基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺設計與實現(xiàn)

周琳++陳旭

摘 要： 為了利用最小代價創(chuàng)造優(yōu)質的教學資源，設計基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺，基于MVC框架，利用應用層與信息管理層對教學信息進行處理，將學生所需教學內(nèi)容傳遞到人機交互層進行顯示，形成對移動終端操作指令的閉環(huán)控制。采用LPC2000微處理器控制移動網(wǎng)絡聯(lián)系移動終端發(fā)出操作指令，將操作指令傳輸?shù)叫畔⒐芾韺訑?shù)據(jù)庫，通過SQL語言訪問完整的數(shù)據(jù)庫E?R圖，并以移動4G網(wǎng)絡為核心實現(xiàn)教學信息的傳輸與顯示。測試結果表明，所設計的平臺吞吐量大、響應效果好、數(shù)據(jù)通過率高。

關鍵詞： 移動網(wǎng)絡； 現(xiàn)代教育； 教學平臺； 數(shù)據(jù)庫設計

中圖分類號： TN911?34； TP311.52 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）11?0159?04

Design and implementation of modern education and teaching platform

based on mobile network

ZHOU Lin1， CHEN Xu2

（1. Innovation and Entrepreneurship Teaching and Research Section， Jilin Medical University， Jilin 132013， China；

2. Admissions and Employment Office， Jilin Medical University， Jilin 132013， China）

Abstract： In order to provide the superior teaching resource with the minimum cost， a modern education and teaching platform based on mobile network was designed. On the basis of MVC framework， the application layer and information management layer are used to process the teaching information， and the teaching content needed by students is transferred to the human?computer interaction layer for display， which can form a closed?loop control for the mobile terminal operating instructions. The LPC2000 microcomputer is used to control the mobile network to connect with mobile terminal and send the operating instruction. The operating instruction is transmitted to the database of the information management layer. The complete database E?R diagram is accessed with SQL language. The mobile 4G network is taken as the core to transmit and display the teaching information. The test results show that the platform has the advantages of high throughput， perfect response effect and high data pass rate.

Keywords： mobile network； modern education； teaching platform； database design

0 引 言

現(xiàn)代教育教學平臺以遠程教育為主，在開放式的網(wǎng)絡部署下進行教學數(shù)據(jù)管理，提高學生學習能力和教師教學能力。隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展壯大，現(xiàn)代教育教學平臺的管理能力得到提升，為教育事業(yè)做出了不少貢獻，平臺的完善離不開網(wǎng)絡的支持和數(shù)據(jù)庫邏輯的建設，為了積極應對網(wǎng)絡運轉、保證師生能夠得到良好的教學體驗，設計完整的現(xiàn)代教育教學平臺是十分必要的，其通過主動整合網(wǎng)絡資源和學生需求，為遠程教育提供一個良好的溝通與服務平臺。

1 移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺

移動網(wǎng)絡指的是通過手機、筆記本、平板電腦等非固定式的便攜設備連接公共網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)訪問的方法。移動網(wǎng)絡在人們?nèi)粘Ｉ钪械氖褂妙l率很高，其便捷、廉價的特點受到了大眾的歡迎，設計基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺是與時俱進的，具有非常明顯的發(fā)展優(yōu)勢。

1.1 移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺框架設計

基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺是面向我國教育信息進行教學服務與信息操作的一體化智能信息平臺，是對傳統(tǒng)書本教育的信息集成與網(wǎng)絡表述，能夠簡短、精要地提煉學生需求，公正、透明地對教學進行改革，從而達到提高學生對知識接受能力的最終目的。在基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺框架的設計上，需要將眾多跨學科的信息凝結成知識網(wǎng)，利用最小代價提供最多教學資源[1]，對此，將平臺框架分為三層：頂層與中間層的信息經(jīng)過口令轉換，將學生所需教學內(nèi)容傳遞到底層進行顯示。最頂層是用于安置信息接口、進行信息集成與資源整合的應用層，負責將不同架構、不同源頭的信息引入平臺，供學生進行個性化選擇；中間層是信息管理層，該層對應用層引入平臺的信息進行統(tǒng)一訪問、管理與授權。信息管理層的主要構件是數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫負責訪問、存儲信息，并為信息提供管理與授權標準；平臺底層安置的是人機交互層，負責將教學內(nèi)容展示給學生，將教師的教學資料與視頻、音頻上傳到教學頁面。學生通過人機交互層登錄到服務器查看教學頁面，此過程需要移動網(wǎng)絡的支持。

整個平臺框架是一種MVC架構，MVC指Model View Controller，即“模型?視圖?控制器”架構。MVC架構兼具信息接入、處理與顯示能力，擁有獨立的視圖邏輯架構，各層之間的數(shù)據(jù)能夠及時進行互換[2]，無需準備高容量存儲設備，在信息管理過程中表現(xiàn)出色，能夠實時編輯URL（Uniform/Universal Resource Locator，統(tǒng)一資源定位符），對學生發(fā)出的教學頁面點選請求進行快速響應?；谝苿泳W(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺的MVP架構如圖1所示，理論上講，模型位于平臺中間層，與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存取與邏輯判斷等信息交互，控制器和視圖位于底層，將人機交互層連接到信息管理層的數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)平臺服務器與學生之間的信息交互[3]。但實際上，在平臺最頂層進行資源整合時，MVP架構就已經(jīng)開始進行全員行動，幫助平臺整合到最全面、最有利的教學資源。

1.2 移動網(wǎng)絡設計

移動網(wǎng)絡在人機交互層的作用是聯(lián)系學生移動終端發(fā)出指令，調(diào)動應用層和信息管理層將相應教學內(nèi)容顯示在人機交互層中。移動網(wǎng)絡的硬件支持如圖2所示，主要包括電源、LPC2000微處理器、聯(lián)合測試工作組、通用異步收發(fā)傳輸器、音頻麥克風、耳機、音頻插口和SIM卡（Subscriber Identification Module，客戶識別模塊）。LPC2000微處理器采用5 V外接電源，移動網(wǎng)絡需要24 V電源。聯(lián)合測試工作組是一種四線接口，用來進行LPC2000微處理器內(nèi)部調(diào)試。SIM卡位于移動終端，是移動網(wǎng)絡的承載者，通用異步收發(fā)傳輸器則是人機交互層中的移動網(wǎng)絡承載者。

LPC2000微處理器是一種嵌入式的低耗ARM7處理器，可進行零響應高速閃存訪問，擁有片上代碼保護機制和串行通信接口，極其適合應用其進行通信增強和復雜控制[4]。如圖3所示，LPC2000微處理器控制移動網(wǎng)絡進行雙向通信，正向通信時向學生的移動網(wǎng)絡終端發(fā)送教學內(nèi)容，反向通信時從終端提取操作指令傳向現(xiàn)代教育教學平臺的服務器。

1.3 數(shù)據(jù)庫設計

基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺的核心是信息處理，教學資源包含的一般是應用型信息，數(shù)據(jù)庫能夠對應用型信息進行規(guī)則處理與分類存儲。信息的輸入與輸出是數(shù)據(jù)庫基本職能，數(shù)據(jù)庫以學生需求為主導進行信息處理，其中擁有的E?R圖以及表單是存儲學生所需教學信息的功能選項[5]，根據(jù)功能選項，信息管理層能夠將信息整合成視圖進行展示，保證平臺有序、科學地幫助學生解決學習難題。數(shù)據(jù)庫使用SQL語言（Structured Query Language，結構化查詢語言）進行信息編譯，在信息管理層與人機交互層之間設置一個訪問接口，以便在平臺執(zhí)行學生操作指令時減少服務器出錯的幾率，優(yōu)化移動網(wǎng)絡通信速率，減少平臺的擴展與維修難度。圖4對數(shù)據(jù)庫中的教學信息基本E?R圖進行了設計，通過SQL語言訪問完整的數(shù)據(jù)庫E?R圖[6]，訪問方式采用開放數(shù)據(jù)庫連接方式，介紹了平臺中學生與教學課程的實體聯(lián)系，數(shù)據(jù)庫將學生的數(shù)據(jù)標識、個人檔案、個人編號、登錄賬號與聯(lián)系方式保存起來，記錄下存儲位置，根據(jù)學生操作指令對應到相應的課程數(shù)據(jù)標識，將課程檔案、相關教師以及可選的聽課方式提供給學生。如果學生選擇聽這個課程，可在平臺教學頁面點選“是”選項，選擇進入播放頁面或者收藏待聽。如果是在線實時聽講的課程，基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺還提供了智能提醒功能，在課程開始之前利用手機短信、郵件等形式提醒學生前來聽講。

1.4 移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺實現(xiàn)

目前，移動網(wǎng)絡已經(jīng)發(fā)展至4G網(wǎng)絡， 4G網(wǎng)絡在人們生活中被普遍使用，其技術參數(shù)如表1所示，速度快、覆蓋范圍廣、調(diào)制與編碼技術能夠惠及廣大移動終端是移動網(wǎng)絡的主要優(yōu)勢。移動網(wǎng)絡的部署與管理是現(xiàn)代教育教學平臺在具體實現(xiàn)過程中的最大難點。

如圖5所示的平臺網(wǎng)絡架構將移動網(wǎng)絡部署在核心區(qū)域，以公共交換電話網(wǎng)絡和3G網(wǎng)絡為備用，讓學生可以在偏遠區(qū)域、電梯、列車等移動4G網(wǎng)絡信號不好的區(qū)域登錄平臺服務器。平臺通過移動通信系統(tǒng)地面無線接入網(wǎng)保證學生在移動終端中發(fā)出的操作指令不在傳輸過程中被惡意修改，同時保證學生所需教學內(nèi)容能夠被傳輸?shù)秸_位置，實現(xiàn)教學信息的傳輸與顯示。

2 仿真測試

2.1 測試環(huán)境

針對本文基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺性能進行測試的環(huán)境如表2所示，采用最新、功能最全的Windows 8操作系統(tǒng)，平臺中使用的網(wǎng)絡服務器帶寬為100M，測試人員使用的移動網(wǎng)絡終端帶寬為20M，處理器均選用因特爾奔騰品牌。測試人員在移動網(wǎng)絡終端點選基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺中的感興趣內(nèi)容，要求在單人點選過程中，本文系統(tǒng)需要保證頁面響應時間低于5 s，100人以上點選過程中，保證頁面響應時間[7]低于10 s。點選內(nèi)容后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過率應高于60%，響應出錯率低于5%。

2.2 結果與分析

根據(jù)上述測試標準設計測試內(nèi)容，構建出318個虛擬用戶，點選次數(shù)為41 238次，本文平臺總吞吐量為138.175 kMB。每2 s向本文系統(tǒng)中加入1個虛擬用戶，到達用戶上限后持續(xù)進行3 min滿載測試，此后每2 s移除1個虛擬用戶。實驗測試內(nèi)容包括本文系統(tǒng)的吞吐量、響應情況以及數(shù)據(jù)通過率，測試結果如圖6～圖8所示。

從圖6～圖8中能夠看出移動網(wǎng)絡在現(xiàn)代教育教學平臺中的應用優(yōu)勢，其在處理用戶點選內(nèi)容的過程中，服務器吞吐量與服務器正確響應數(shù)量的發(fā)展趨勢具有一致性，很少存在服務器響應出錯的情況。隨著虛擬用戶的不斷加入，平臺的響應情況能夠在波動過程中逐漸變得穩(wěn)定，響應出錯情況很少，數(shù)據(jù)通過率也呈穩(wěn)步上升趨勢，服務器錯誤通過率低于9%。

表3對3個圖中的測試結果進行了統(tǒng)計，其中所有統(tǒng)計數(shù)據(jù)均能通過測試，測試誤差在測試標準的容忍范圍內(nèi)，表明本文平臺能夠發(fā)揮不錯的吞吐與響應效果，數(shù)據(jù)通過率高。

3 結 論

本文設計了基于移動網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育教學平臺，研究了MVC架構在平臺上的應用，對移動網(wǎng)絡硬件支持情況與實現(xiàn)架構進行介紹，探討了數(shù)據(jù)庫工作模式，并在實驗中采用Windows 8操作系統(tǒng)對本文系統(tǒng)進行性能測試，結果表明，本文系統(tǒng)的吞吐、響應效果好，數(shù)據(jù)通過率高，測試誤差在測試標準的容忍范圍內(nèi)。

參考文獻

[1] 王玲.移動網(wǎng)絡用戶行為挖掘模型及在E?Learning系統(tǒng)中的應用[J].現(xiàn)代電子技術，2016，39（24）：83?87.

[2] 孫恒.基于跨平臺技術的流媒體點播系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代教育技術，2015，25（4）：121?126.

[3] 錢真坤.基于移動終端的高校多媒體教室管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術，2016，12（18）：83?85.

[4] 黃鶴，徐起.基于移動互聯(lián)網(wǎng)模式下的混合式教學研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2015，36（9）：149?150.

[5] 楊潔，朱繼民，鹿煜煒，等.基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術的預防醫(yī)學教學模式研究[J].阜陽職業(yè)技術學院學報，2016，27（4）：19?22.

[6] 劉葉紅.基于移動網(wǎng)絡的大學英語微課自主學習引導研究[J].當代教育理論與實踐，2016，8（7）：120?122.

[7] 曾鳴，何均健.高校移動學習系統(tǒng)設計[J].軟件導刊，2015，14（9）：87?89.

[8] 吳軍其，王勛倩.基于微信公眾平臺的移動微學習活動設計[J].現(xiàn)代教育技術，2016，26（1）：53?59.

[9] 譚鋒，董燦，傅強.物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)課的微課程設計要點分析[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2015，5（4）：106.

[10] 劉蕙.基于微信公眾平臺移動混合學習SECOND模型研究[J].現(xiàn)代電子技術，2017，40（3）：34?37.