基于Java EE和Android技術(shù)的手機(jī)課程建設(shè)

任宇+舒暉

摘 要

隨著以手機(jī)為代表的智能移動(dòng)終端以及高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，利用碎片化時(shí)間，進(jìn)行移動(dòng)教學(xué)已經(jīng)越來越成為一種發(fā)展趨勢。本文以《病原生物與免疫學(xué)》課程為例，探討了使用Java EE以及Android技術(shù)架構(gòu)開發(fā)手機(jī)課程的過程。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)學(xué)習(xí) 手機(jī)課程 Android開發(fā)

1 移動(dòng)學(xué)習(xí)

國內(nèi)高校通常依托校園網(wǎng)上建設(shè)了各類B/S數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，擁有大量的網(wǎng)絡(luò)課程和精品課程。但隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的興起，新的媒體介質(zhì)和交互技術(shù)不斷涌現(xiàn)，基于桌面互聯(lián)網(wǎng)（校園網(wǎng)）的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段暴露出學(xué)習(xí)的時(shí)空界限仍然明顯，沒有很好地實(shí)現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心以及師生/生生之間的交互能力不足等問題。

移動(dòng)學(xué)習(xí)（e-Learning）是數(shù)字化學(xué)習(xí)在新的歷史條件下的全新發(fā)展，是指學(xué)習(xí)者利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)備獲取教育信息、教育資源和教育服務(wù)，并在適當(dāng)?shù)那榫诚峦ㄟ^移動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的豐富交互，隨時(shí)隨地進(jìn)行的數(shù)字化學(xué)習(xí)形式。完成移動(dòng)學(xué)習(xí)的介質(zhì)多種多樣，包括智能手機(jī)、平板電腦以及移動(dòng)電腦等等。其中，由于手機(jī)的便攜性以及普及性，基于智能手機(jī)的移動(dòng)學(xué)習(xí)是一種比較典型的實(shí)現(xiàn)方式。本文將以裝載Android平臺(tái)的智能手機(jī)為例，介紹《病原生物與免疫學(xué)》手機(jī)課程的開發(fā)方法。

2 課程系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)

《病原生物與免疫學(xué)》手機(jī)課程系統(tǒng)分為前端以及后端兩個(gè)組成部份：基于Android技術(shù)開發(fā)的前端客戶端App展示系統(tǒng)，以及基于Java EE技術(shù)開發(fā)的后端管理及服務(wù)系統(tǒng)。前后端之間的通訊采用HTTP協(xié)議。前端調(diào)用后端API接口，獲取后端返回的JSON或二進(jìn)制流數(shù)據(jù)，按前端規(guī)定的展示格式向?qū)W習(xí)者展現(xiàn)；前端生成文字、語音評論通過后端API接口，上傳至后端文件目錄或數(shù)據(jù)庫保存。

2.2 功能設(shè)計(jì)

《病原生物與免疫學(xué)》是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程由以下6個(gè)功能模塊組成。

2.2.1 用戶登陸模塊

本課程用戶限于校內(nèi)，用戶信息通過校內(nèi)統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)同步至本系統(tǒng)。用戶可以使用校內(nèi)統(tǒng)一的用戶名和密碼完成登陸過程，登陸完成后，用戶即可以上傳文本或語音評論；其它展示性內(nèi)容無需登陸即可使用。

2.2.2 課程介紹

該模塊屬于引導(dǎo)性程序，主要介紹課程基本情況，教學(xué)團(tuán)隊(duì)組成情況，授課方式以及課程的參考資料，使學(xué)生初步了解課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容以及學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.2.3 知識(shí)倉庫

知識(shí)倉庫是由離散化、碎片化的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)組織起來的結(jié)構(gòu)樹。結(jié)構(gòu)樹深度達(dá)到6級，包括了2662個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)者可以通過結(jié)構(gòu)樹在本課程所涵蓋的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行快速漫游?；A(chǔ)知識(shí)點(diǎn)均為文本類型，絕大多數(shù)知識(shí)點(diǎn)字符數(shù)不超過300個(gè)，遵循了文獻(xiàn)[2]對文本資源的體積大小要求。

2.2.4 電子課件

本課程包含15組教學(xué)PPT，為了減少資源體積，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間，遵循了文獻(xiàn)[2]的資源處理要求，PPT按頁被轉(zhuǎn)換成934幅JPEG圖片，方便學(xué)習(xí)者查看與下載。

2.2.5 PBL案例

PBL （Problem-Based-Learning）即“以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)”，是以問題為基礎(chǔ)，學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)的小組討論式教學(xué)。本課程收錄了包括“包蟲病-草原上游蕩的幽靈”等7個(gè)PBL案例。

2.2.6 評論/回復(fù)

該模塊主要為師生與生生互動(dòng)提供支持與保證。該模塊設(shè)計(jì)了文本與語音兩類交互方式，師生/生生之間不但可以通過文字形式進(jìn)行交互，還可以像“微信”一樣，直接錄入一段語音來尋求幫助。該模塊不是一個(gè)獨(dú)立的功能體，在知識(shí)倉庫模塊中，交互功能位于每一個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)部，用戶可以對每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)展開咨詢；在每一個(gè)PBL案例教學(xué)中，用戶可以隨時(shí)對案例展示交互。

3 課程后端開發(fā)

課程后端是系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)，通過HTTP協(xié)議為前端提供各功能模塊的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也接收前端回傳的文字/語音評論，保存并向前端完成重放。課程后端保存了課程的所有資源，包括課程介紹、知識(shí)倉庫、電子課件、PBL案例等功能模塊的數(shù)據(jù)內(nèi)容。其中，課程介紹、知識(shí)倉庫、PBL案例以及文本格式的評論/回復(fù)采用JSON格式向客戶端返回，電子課件、評論/回復(fù)的語音內(nèi)容采用二進(jìn)制流格式向客戶端返回。

3.1 開發(fā)/運(yùn)行環(huán)境

Java EE（Java Platform，Enterprise Edition）是sun公司推出的企業(yè)級應(yīng)用程序版本，提供了Web 服務(wù)、組件模型、管理和通信 API，可以用來實(shí)現(xiàn)企業(yè)級的面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)（service-oriented architecture，SOA）和 Web 2.0應(yīng)用程序，本系統(tǒng)后端采用此技術(shù)架構(gòu)。開發(fā)工具采用Eclipse Java EE IDE for Web Developers 4.6.1 作為開發(fā)/編譯環(huán)境，JDK版本采用JAVA EE SDK 1.8，另外采用Tomcat 8.5.8作為web容器。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用MySql 5.1.30。數(shù)據(jù)庫由7張數(shù)據(jù)表組成：用戶信息表記錄了老師和學(xué)生的基本信息以及登陸憑證，用戶信息表由校內(nèi)的統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)定時(shí)同步，限定了訪客的來源；知識(shí)倉庫目錄表定義了知識(shí)倉庫的樹型結(jié)構(gòu)，使用此表可以在前端迭代出樹狀網(wǎng)絡(luò)；知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容表定義了知識(shí)倉庫樹節(jié)點(diǎn)的具體內(nèi)容，為圖文混合排版HTML結(jié)構(gòu)；電子課件表記錄了由PPT幻燈片生成的JPEG圖片的地址；門戶表定義了課程介紹的HTML圖文混排內(nèi)容，也可以為其它提示性內(nèi)容提供數(shù)據(jù)；PBL表定義了PBL案例教學(xué)的問題、案例；評論表定義了交互的內(nèi)容，對于文本評論和回復(fù)，直接記錄在數(shù)據(jù)庫中，對于語音評論及回復(fù)，記錄的是語音文件地址。endprint

3.3 開發(fā)框架選用

JAVA EE開發(fā)框架（Framework）指的是實(shí)現(xiàn)了某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域通用完備功能（除去特殊應(yīng)用的部分）的底層服務(wù)，使用框架的編程人員可以在一個(gè)通用功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上開始具體的系統(tǒng)開發(fā)，可以加快應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)速度。本次系統(tǒng)開發(fā)主要使用到了：C3P0 JDBC連接池，用于數(shù)據(jù)連接的自動(dòng)管理；BeanUtils，用于將數(shù)據(jù)封閉到Java Bean中；DbUtils，用于簡化SQL查詢與結(jié)果集處理；FastJSON，用于后端向前端生成JSON格式的響應(yīng)數(shù)據(jù)；FileUpload，用于處理前端向后端提交的語音評論文件。

3.4 核心服務(wù)實(shí)現(xiàn)

前端與后端程序之間通過服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)交互。服務(wù)接口采用標(biāo)準(zhǔn)HTTP協(xié)議方式調(diào)用，前端通過POST或GET方式向后端傳遞查詢參數(shù)，后端生成JSON格式數(shù)據(jù)或二進(jìn)制流后，向前端返回。下文描述了本次開發(fā)的主要服務(wù)接口。

User類：用戶登陸管理類。主要用來完成用戶登陸，使用JSON格式返回登陸用戶的基礎(chǔ)信息。

Common類：通用信息管理類。本類用來向客戶端輸出通用信息，現(xiàn)階段主要用來輸出課程介紹信息，可在后期擴(kuò)展至其它通用信息調(diào)用處理。

ZTree類：知識(shí)倉庫樹管理類。本類處理樹型結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的增加、插入、編輯與刪除；輸出JSON格式數(shù)組的全部或者部份樹結(jié)構(gòu)，前端可以根據(jù)數(shù)組的自迭代結(jié)構(gòu)，生成樹型知識(shí)倉庫。本類還用來錄入與輸出各基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的HTML內(nèi)容，輸出采用UTF-8純文本編碼格式，多媒體內(nèi)容采用地址引用，多媒體文件存放于應(yīng)用服務(wù)器空間。

PPT類：電子課件管理類。本類接受對電子課件的目錄結(jié)構(gòu)的請求，返回JSON格式數(shù)組。本類還對電子課件的內(nèi)容進(jìn)行管理，電子課件被轉(zhuǎn)換成JPEG圖片組，每張JPEG圖片不超過200kb，前端通過此類獲取特定JPEG圖片組的文件系統(tǒng)位置以及圖片索引范圍。

PBL類：PBL教學(xué)案例管理類。本類接受對PBL教學(xué)案例的目錄結(jié)構(gòu)的請求，返回JSON格式數(shù)組。本類還用來響應(yīng)對特定PBL案例的內(nèi)容請求，返回HTML格式內(nèi)容。

Commnet類：評論/回復(fù)管理類。此類接收前端上傳的文本/語音評論；接受前端請求，返回特定基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)下的文本內(nèi)容或語音評論地址。

4 課程前端開發(fā)

前端開發(fā)有Android原生開發(fā)，混合開發(fā)兩種常見形式。原生開發(fā)可以訪問手機(jī)的全部功能，運(yùn)行速度快，性能高，能夠提供最佳的用戶體驗(yàn)，但原生開發(fā)也具有開發(fā)成本高，版本控制能力差等顯著不足?；旌祥_發(fā)是同時(shí)采用Android原生技術(shù)與HTML5技術(shù)的一種開發(fā)方式。混合開發(fā)的本質(zhì)是運(yùn)行在手機(jī)瀏覽器上的HTML頁面，具有機(jī)型適配良好，系統(tǒng)升級快等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)前端采用混合開發(fā)的方式。

4.1 開發(fā)環(huán)境

本次前端開發(fā)環(huán)境采用Android studio 1.2。 Android Studio 是一個(gè)Android集成開發(fā)工具，基于IntelliJ IDEA. 類似 EclipseADT，Android Studio 提供了集成的 Android 開發(fā)工具用于開發(fā)和調(diào)試。為了對較舊的手機(jī)提供訪問支持，使用的Minimum SDK為Android 4.0（API 14）。

4.2 核心功能實(shí)現(xiàn)

用戶登陸與注銷：在項(xiàng)目assest目錄下建立login.html，要求用戶輸入用戶名及密碼，并通JavaScript異步服務(wù)接口，在服務(wù)器上校驗(yàn)。服務(wù)器返回JSON格式登陸結(jié)果后，如果登陸成功，則在HTML5頁面上調(diào)用Android定義的方法，將用戶重新引導(dǎo)至首頁，如果校驗(yàn)失敗，則提示用戶，要求重新登陸。注銷方法類似。

課程介紹/PBL展示：在MainActivity類中通過WebView控件調(diào)用本地main.html頁面，該頁面引用后端定義的課程介紹以及PBL服務(wù)接口，使用JavaScript異步獲取相關(guān)HTML信息，并返回給用戶。

知識(shí)結(jié)構(gòu)樹：用戶點(diǎn)擊菜單中的知識(shí)倉庫后，WebView控件通過服務(wù)接口，異步獲取第0級樹節(jié)點(diǎn)，用戶可以按需完成展開，樹的深度最大為6級。知識(shí)結(jié)構(gòu)樹分為導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)，帶內(nèi)容的導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)以及葉子節(jié)點(diǎn)。導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)沒有內(nèi)容，只下子結(jié)點(diǎn)，帶內(nèi)容的導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)不僅有子節(jié)點(diǎn)，還帶有知識(shí)內(nèi)容，葉子節(jié)點(diǎn)只有知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容。

電子課件：每個(gè)電子課件被轉(zhuǎn)換為JPEG圖片組。用戶點(diǎn)擊菜單中的電子課件后，WebView控件通過服務(wù)接口，首先獲取電子課件目錄結(jié)構(gòu)，并向用戶展示。用戶點(diǎn)擊具體電子課件后，服務(wù)接口向前端返回相關(guān)圖片索引范圍以及圖片物理地址，WebView控件迭代圖片組，向用戶展示。

評論與回復(fù)：在知識(shí)結(jié)構(gòu)樹的每一個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)以及每一個(gè)PBL教學(xué)案例的內(nèi)容以下，通過服務(wù)接口，異步獲取該知識(shí)點(diǎn)或PBL案例的評論/回復(fù)JSON數(shù)組，并展示給用戶。在評論/回復(fù)以下，建立multipart/form-data類型的Form表單，提供文字/語音評論功能。用戶點(diǎn)擊評論/回復(fù)后，向服務(wù)接口發(fā)出異步上傳請求，后端服務(wù)執(zhí)行請求，并將評論/回復(fù)重放給用戶。

5 結(jié)束語

本文分析了數(shù)字化學(xué)習(xí)與移動(dòng)學(xué)習(xí)的聯(lián)系與區(qū)別，以《病原生物與免疫學(xué)》醫(yī)學(xué)課程為例，確立了整個(gè)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，并通過Java EE以及Android技術(shù)架構(gòu)，分別建立了系統(tǒng)后端支撐平臺(tái)以及前端展示平臺(tái)，演示了移動(dòng)手機(jī)課程的完整建設(shè)流程。

參考文獻(xiàn)

[1]郭紹青，黃建軍，袁慶飛.國外移動(dòng)學(xué)習(xí)應(yīng)用發(fā)展綜述[J].電化教育研究，2011（05）：105-109.

[2]蘇仰娜，李靜，黃丹.移動(dòng)學(xué)習(xí)資源開發(fā)現(xiàn)狀及其設(shè)計(jì)原則探究[J].中國信息技術(shù)教育，2015（12）：81-84.

[3]汪雪蘭，朱小南，伍宇平等.中國式課堂PBL的實(shí)踐與探索[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)論叢，27（03）：13-16.

[4]百度百科.JAVA EE[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/Java%20EE/2180381？fr=aladdin，2016-02-06.

[5]黃琰.基于智能手機(jī)的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].軟件導(dǎo)刊，2016（08）：99-101.

[6]李青.多終端自適應(yīng)移動(dòng)課程管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2011（10）：14-19.

[7]王海峰，項(xiàng)冬冬，吳鵬.基于Android技術(shù)《Java程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)資源建設(shè)的研究與實(shí)踐[J].福建電腦，2017（04）：69-70+91.

作者單位

成都醫(yī)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中 四川省成都市 610500endprint