基于Android的趣味高數(shù)App的設(shè)計與實現(xiàn)

安麗霞 張锏予 李媛 王靜文 謝樂斌 劉猛

摘 要：本論文研究的是基于Android的移動學(xué)習系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，針對大學(xué)生的學(xué)習需求和移動學(xué)習的特點，設(shè)計了一款關(guān)于趣味學(xué)高數(shù)的移動學(xué)習系統(tǒng)。在適度為大學(xué)生增負的同時，也增加了學(xué)生對高數(shù)的學(xué)習興趣。因此本課題的研究在理論和實踐上都具有重大意義。

關(guān)鍵詞： Android Studio; 移動學(xué)習; 高等數(shù)學(xué); 教學(xué)改革

文章編號： 2095-2163（2019）03-0291-04 中圖分類號： TP311.56 文獻標志碼： A

0 引 言

目前是互聯(lián)網(wǎng)信息化的時代，在此潮流推動下教育行業(yè)也在逐漸與互聯(lián)網(wǎng)相融合，由此移動化的學(xué)習模式即應(yīng)運而生，并呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢[1-2]，而智能設(shè)備也已然成為大學(xué)生的一種新式學(xué)習工具。數(shù)學(xué)作為高等教育的基礎(chǔ)科目之一，在高科技時代也依然有著獨特優(yōu)勢和非常重要的實用價值[3]。相應(yīng)地，高等數(shù)學(xué)作為高?！巴ㄗR教育”的核心課程之一[4]， 其與計算機、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代教育技術(shù)的結(jié)合是時代的必然選擇。本文探討了基于Android Studio平臺，通過與服務(wù)端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交互，開發(fā)出的趣味高數(shù)移動學(xué)習應(yīng)用，并從答題模塊、游戲模塊、排行榜模塊、個人中心四大功能模塊加以分析和闡述。

1 相關(guān)技術(shù)與理論基礎(chǔ)

1.1 Android-優(yōu)質(zhì)的智能手機操作系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代移動通信技術(shù)的長足進步，作為人們必備的移動通信工具，手機已演變成一個移動的個人信息收集和處理平臺。借助操作系統(tǒng)和豐富的應(yīng)用軟件，當代的智能手機成為了一臺移動終端[5]。

Android OS，由Google研發(fā)團隊設(shè)計發(fā)布，其良好的用戶體驗和開放性的設(shè)計，使Android OS迅速進入了智能手機市場。據(jù)艾媒咨詢（iiMedia Research） 數(shù)據(jù)顯示，2012年中國智能手機市場中Android OS 份額達到68.6%，占據(jù)絕對主流地位。

1.2 主流智能手機操作系統(tǒng)對比

作為一類開源系統(tǒng)，Android在軟件整合度、方便使用等層面更加人性化。而且考慮到操作系統(tǒng)的開源性，用戶可更改系統(tǒng)的各種設(shè)置，下載豐富的第三方軟件。Android操作系統(tǒng)無需輔助軟件即可以與電腦進行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出，操作起來簡單快捷。

研究可知iPhone系列手機采用的是iOS系統(tǒng)，雖界面簡潔，但卻無法如Android一樣使用戶能夠?qū)ο到y(tǒng)設(shè)置做出更改。且蘋果離不開iTunes等軟件的幫助，會使用戶在操作上感覺繁瑣，用戶體驗不高[6]。

在綜合分析這2種主流操作系統(tǒng)人機交互的特點后發(fā)現(xiàn)：在有效性方面，2種操作系統(tǒng)均為較高、且差異不顯著;在效率和系統(tǒng)滿意度方面，研究可知Android要勝過iOS，且存在顯著性差異。

故而，本文主要基于Android平臺，對趣味高數(shù)這一寓教于樂的學(xué)習系統(tǒng)進行可行性分析與研發(fā)設(shè)計。

1.3 Android應(yīng)用開發(fā)特色

（1）四大組件。Android系統(tǒng)的四大組件分別是：活動（Activity）、服務(wù)（Service）、廣播接收器（Broadcast Receiver）和內(nèi)容提供器（Content Provider）。其中，活動是所有應(yīng)用程序的門面。服務(wù)運行于后臺。廣播接收器允許應(yīng)用接收和發(fā)出來自各處的廣播消息，內(nèi)容提供器為應(yīng)用程序間共享數(shù)據(jù)提供了可能[7]。

（2）豐富的系統(tǒng)控件。

（3）SQLite數(shù)據(jù)庫。Android 系統(tǒng)自帶了一種輕量級、運算速度極快的嵌入式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。不僅支持標準的SQL語法，還可以通過Android封裝好的API進行操作。本項目的后續(xù)研發(fā)中便是使用此數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)題庫抽題。

（4）強大的多媒體。Android系統(tǒng)提供了豐富的多媒體服務(wù)，這一切都可以在程序中通過代碼進行控制，使應(yīng)用更趨豐富，同時還可提高游戲的趣味性。

（5）地理位置定位。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 C/S模式三層架構(gòu)模型

本文采用C/S模式下的三層架構(gòu)模型，劃分為表示層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問層。模型設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可以看到，表示層位于外層，是系統(tǒng)展現(xiàn)給用戶的界面，顯示用戶輸入和接收的數(shù)據(jù)，最貼近用戶。業(yè)務(wù)邏輯層，是表示層和數(shù)據(jù)訪問域之間的過渡，既要接收表示層輸入的信息請求，又要對數(shù)據(jù)訪問層進行邏輯處理，在結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的關(guān)鍵作用[8]。數(shù)據(jù)訪問層 服務(wù)于表示層和業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)，可直接對接數(shù)據(jù)庫，并降低了結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同數(shù)據(jù)之間的耦合度。這樣區(qū)分層次，不但可以降低層與層之間的依賴，而且結(jié)構(gòu)也更加清晰，分工更為明確，有利于系統(tǒng)的后期開發(fā)與維護。

2.2 功能設(shè)計

趣味高數(shù)學(xué)習系統(tǒng)主要功能有：答題模塊、游戲模塊、排行榜、個人中心以及登錄管理等， 具體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。對此可做闡釋分述如下。

（1）答題模塊：此模塊為本系統(tǒng)的核心內(nèi)容，基于高等數(shù)學(xué)教材共分為十二章節(jié)，每一章節(jié)需由用戶消耗答題幣解鎖（答題幣根據(jù)游戲得分獲取），解鎖后從數(shù)據(jù)庫對應(yīng)題庫中隨機抽取一整套高數(shù)題。用戶可選擇某一章節(jié)做題，同時增加答案解析選項，作答完畢后可查看分數(shù)和成績分析。

（2）游戲模塊：此模塊包含一系列益智類游戲，如二十四點、數(shù)獨、棋類博弈等，用戶可選擇游戲解鎖，解鎖游戲同樣需消耗一定數(shù)量積分，積分由答題得分兌換，游戲獲得分數(shù)將保存在數(shù)據(jù)庫中。

（3）排行榜：此模塊包括答題，2個游戲排行榜，根據(jù)章節(jié)得分和游戲得分進行單獨排名，實時顯示排行榜，目的在于激發(fā)學(xué)生興趣，寓學(xué)于樂。

（4）個人中心：點擊首頁左上角頭像或側(cè)滑App邊緣，打開抽屜頁面，顯示用戶個人信息。此模塊的主要內(nèi)容是用戶個人信息的管理，實現(xiàn)了注冊登錄、修改個人資料（包括登錄密碼、頭像、昵稱等）、查看目前積分、查看用戶等級、接受消息通知等基本功能。

此外，還補充增加了成績分析、筆記本等個性化功能，分別用于分析總結(jié)出錯知識點、添加筆記以進一步鞏固學(xué)習。由于面向用戶固定，且學(xué)號為實名制，本次研究中的初始用戶名固定為學(xué)號，再次登錄后可設(shè)置個性化用戶名，初始密碼與學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)密碼保持一致，登錄后可自行修改密碼。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是趣味高數(shù)學(xué)習系統(tǒng)開發(fā)和實現(xiàn)中的核心技術(shù)。本文主要討論在數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計階段中E-R圖向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換[9]。研究過程詳見如下。

2.3.1 數(shù)據(jù)庫的E-R圖

E-R圖，也稱實體-聯(lián)系圖（Entity Relationship Diagram），是一種有關(guān)實體類型、屬性和聯(lián)系的表示方法，用來描述現(xiàn)實世界的概念模型。對趣味高數(shù)學(xué)習系統(tǒng)所涉及的主要活動進行分析，以用戶、題目兩個客觀對象作為實體建立聯(lián)系，具體的E-R圖，如圖3所示。

2.3.2 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計

根據(jù)以上分析，數(shù)據(jù)庫主要數(shù)據(jù)表及結(jié)構(gòu)如下。

（1）用戶表（User）：屬性包括用戶名、用戶密碼、用戶等級、用戶頭像、用戶積分。詳情見表1。

（2）題目表（Question）：屬性包括題號、章節(jié)、題干、選項A、選項B、選項C、選項D、正確選項、答案解析、用戶選項。詳情見表2。

2.4 UI設(shè)計

用戶界面（User Interface，UI）設(shè)計是指對軟件的人機交互、操作邏輯、界面布局的整體部署研發(fā)。好的UI不僅使軟件的操作簡單、流暢， 而且還能提升軟件的藝術(shù)審美性，充分體現(xiàn)軟件定位及其特點 [10]。

Android應(yīng)用程序中UI界面的布局方式有2種，分別是：使用XML文件和在Java代碼中進行控制。其中，XML布局簡單、明了，將應(yīng)用的視圖控制邏輯從Java代碼中分離出來，做到了表現(xiàn)與處理的分離，更好地符合MVC原則[11]。

本文的趣味高數(shù)學(xué)習系統(tǒng)主要使用了XML布局方式，輔以Java代碼控制布局，實現(xiàn)了基本界面渲染。

3 結(jié)束語

趣味高數(shù)App的開發(fā)提供了一個新的高等數(shù)學(xué)學(xué)習平臺，方便學(xué)生有效利用空閑時間，激發(fā)學(xué)生學(xué)習高等數(shù)學(xué)的興趣，有助于提升高等數(shù)學(xué)的教學(xué)效果，促進本科高校教育現(xiàn)代化改革。

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