基于Android的電子書包App

蒙海權(quán) 劉娟 陳晴怡 陸忻怡 李世峰

摘要：基于Android系統(tǒng)設(shè)計(jì)一款教育類應(yīng)用“電子書包”App軟件，探討了開發(fā)Android經(jīng)常用到的開發(fā)架構(gòu)和開發(fā)設(shè)計(jì)的流程。一個(gè)好的App應(yīng)用不僅需要提供相應(yīng)的功能，而且要有流暢的操作體驗(yàn)，App為用戶提供電子教材PDF、電子筆記和學(xué)生常用工具等功能，為目標(biāo)用戶提供一個(gè)優(yōu)秀的輔助學(xué)習(xí)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Android系統(tǒng);教育應(yīng)用;移動(dòng)端;電子教材

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）21-0084-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 市場(chǎng)狀況與開發(fā)問題

自2007年，蘋果推出第一款iPhone，開創(chuàng)了移動(dòng)計(jì)算的新時(shí)代。2007年11月5日，Android1.0版本隨之發(fā)布。Android經(jīng)過十多年的發(fā)展，在用戶數(shù)量方面已一步步打敗Windows Phone、iOS等移動(dòng)端操作系統(tǒng)，成為互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)上最大份額的移動(dòng)操作系統(tǒng)。各類應(yīng)用也越來越多，越來越完善，各行各業(yè)也均有著對(duì)應(yīng)的應(yīng)用。據(jù)CNIC第48次發(fā)布的《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》報(bào)道：截至2021年6月，我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上監(jiān)測(cè)到的App數(shù)量為302萬款，較2020年12月減少43萬款A(yù)pp，下降12.5%。截至2021年6月，移動(dòng)應(yīng)用規(guī)模居前四位的App 分類占比達(dá)58.2%。其中，游戲類 App 數(shù)量最多，達(dá)到了72.9萬款，占目前已上架市場(chǎng)應(yīng)用全部AAP的24.1%，其次占比最多的為日常工具類，為15.4%，達(dá)到了46.5萬款。電子商務(wù)類應(yīng)用和社交即時(shí)通信類應(yīng)用也分別達(dá)到了29.5萬款和27.1萬款，牢牢占據(jù)移動(dòng)應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模的第三位和第四位，占目前已上市的全部App比重9.8%和9.0%。Android平臺(tái)作為移動(dòng)端最大的操作系統(tǒng)，其生態(tài)完善，開發(fā)者和用戶數(shù)量眾多，市場(chǎng)份額也呈正增長(zhǎng)。同時(shí)隨著5G網(wǎng)絡(luò)的誕生以及普及，得益于其低延遲的網(wǎng)絡(luò)特性，云平臺(tái)、云應(yīng)用以及遠(yuǎn)程操控等也得以進(jìn)一步發(fā)展，移動(dòng)開發(fā)也受到了眾多開發(fā)者的追捧[1]。

近年來，教育類App也是迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出了學(xué)習(xí)通、智慧樹、慕課等一大批優(yōu)秀教育類應(yīng)用[2]。但能較為全面地提供課本電子教材的App卻為數(shù)不多，對(duì)此，項(xiàng)目旨在開發(fā)一款提供高質(zhì)量的電子教材App，并加入在學(xué)習(xí)中常用功能。

1.1 市場(chǎng)狀況

報(bào)道的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年6月，我國(guó)網(wǎng)民規(guī)模為10.11億人，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)到71.6%，廣大的網(wǎng)民規(guī)模為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、加速我國(guó)新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了強(qiáng)大的內(nèi)在動(dòng)力。人們花在手機(jī)上的時(shí)間越來越多，這意味著人們獲取信息的渠道多來自移動(dòng)設(shè)備，而傳統(tǒng)傳媒行業(yè)也在加快腳步，把紙質(zhì)閱讀媒體電子化，例如《人民日?qǐng)?bào)》、新華社等都有自己的相應(yīng)的公眾號(hào)和媒體號(hào)，甚至擁有屬于自己的新聞?lì)悜?yīng)用App，供移動(dòng)端用戶閱讀使用。截至2021年6月，中國(guó)有著3.3多億年齡在29歲以內(nèi)的網(wǎng)民。對(duì)于這3.3多億的用戶，教育類App有著巨大的市場(chǎng)，對(duì)于應(yīng)用開發(fā)者來說，這也是一個(gè)機(jī)遇。Android應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目有著高額的利潤(rùn)回報(bào)，同時(shí)也是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目，移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)有著各種各樣的風(fēng)險(xiǎn)因素，常見的因素有應(yīng)用開發(fā)完成后，卻無人問津，以及開發(fā)資金超過了預(yù)算，造成項(xiàng)目停滯。而行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)也是加大了開發(fā)者的焦慮。總而言之，想要獲得成功，就必須有創(chuàng)意。

1.2 移動(dòng)開發(fā)面臨的問題

移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)所面臨的問題有很多，主要集中在開發(fā)的過程，以及保證軟件的安全方面[3]。

1）頁面UI開發(fā)重復(fù)度大。如今中國(guó)擁有302萬以上的App，安卓應(yīng)用主要為手機(jī)用戶服務(wù)，不同的安卓應(yīng)用為用戶提供的功能服務(wù)不同，但其應(yīng)用UI布局卻大致相同，所以當(dāng)前UI開發(fā)重復(fù)率較高，想要設(shè)計(jì)出別具一格的UI，就得經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間深思熟慮，而這也加長(zhǎng)了軟件開發(fā)周期，降低了應(yīng)用開發(fā)效率。

2）應(yīng)用要提供的功能較多，移動(dòng)端安卓應(yīng)用要提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，緩存，網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求等，還要考慮軟件后期的功能擴(kuò)展需求，因此，Android應(yīng)用的具體開發(fā)過程中需要考慮到方方面面，這也給開發(fā)者帶來更多的工作量。

3）軟件的推廣難度大。從Android發(fā)布至2013年，主要是將PC端的應(yīng)用功能搬到移動(dòng)端上來，屬于移動(dòng)端的萌芽期。2013—2015年是移動(dòng)端App的平臺(tái)型應(yīng)用時(shí)期，應(yīng)用開始有屬于移動(dòng)端的特有功能，是移動(dòng)端的成長(zhǎng)期。2015年至今是屬于移動(dòng)端的紅利期，誕生了微信、支付寶和抖音等擁有著超大流量的超級(jí)App，而新生App面臨的問題就是發(fā)布運(yùn)營(yíng)，如何夾縫求生，殺出重圍成了App運(yùn)營(yíng)的一大問題。

由此可看出，Android應(yīng)用開發(fā)對(duì)于眾多的開發(fā)人員來說，這是一個(gè)充滿艱辛，極具挑戰(zhàn)的領(lǐng)域。開發(fā)者可以借助各種工具來提升效率，完成這個(gè)任務(wù)，以謀求在市場(chǎng)中能夠占據(jù)一席之地。同時(shí)也可以把煩瑣重復(fù)的工作交給工具來完成。

2 相關(guān)技術(shù)

Android系統(tǒng)構(gòu)架簡(jiǎn)介。Google開發(fā)人員封裝了Android底層框架，供安卓程序開發(fā)人員使用，這些封裝的框架可以幫助Android應(yīng)用程序開發(fā)人員快速地完成對(duì)安卓手機(jī)應(yīng)用程序的開發(fā)[4]，除了官方提供的底層框架外，國(guó)內(nèi)國(guó)外也出現(xiàn)了一大批優(yōu)秀的基于Android應(yīng)用的快速開發(fā)底層框架[5]，這些優(yōu)秀的Android快速開發(fā)框架大多數(shù)都是封裝的原生SDK底層開發(fā)部分和完整的功能組合，這些框架的出現(xiàn)，降低了安卓應(yīng)用開發(fā)的難度。常見的開發(fā)框架有OkHttp、volley、Afinal、xUtils。

Android的系統(tǒng)構(gòu)架采用了分層的思想，從下往上依次為L(zhǎng)inux內(nèi)核，硬件抽象層（HAL），系統(tǒng)Native庫和Android運(yùn)行時(shí)環(huán)境，java框架層以及應(yīng)用層共5層構(gòu)架[6]，其中每一層又都包含著大量的子模塊、子系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）Android應(yīng)用程序?qū)?/p>

安卓應(yīng)用程序包含了所有的安卓應(yīng)用程序，其中可以分為兩部分應(yīng)用程序，一部分是Android系統(tǒng)附帶的安卓核心應(yīng)用程序，如電話、相機(jī)等應(yīng)用。另一部分是由安卓程序開發(fā)人員開發(fā)的第三方App，Android應(yīng)用程序?qū)右彩侨藗冊(cè)谌粘Ｉ钪惺褂檬謾C(jī)接觸到最多的一個(gè)層次。

2）應(yīng)用程序框架層

它提供了大量可供開發(fā)人員使用的應(yīng)用程序接口[7]（Application Programming Interface，API），應(yīng)用程序框架層集中了很多Android開發(fā)所需要的組件，其中最主要的就是Activities（活動(dòng)）、Broadcast Receiver（廣播接收器）、Services（服務(wù)）以及Content Providers（內(nèi)容提供者）這四大組件。Android自帶的很多核心應(yīng)用也是使用這些API來完成的。應(yīng)用程序框架層主要提供的組件如表1所示。

3）硬件抽象層

硬件抽象層處于應(yīng)用程序框架層和Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)層之間，用于將硬件抽象化，對(duì)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行封裝，向上提供接口，向下提供屏蔽具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。系統(tǒng)硬件抽象層包含多個(gè)庫的模塊，每一個(gè)模塊都會(huì)為指定類型的硬件組件實(shí)現(xiàn)向上的接口，例如電話通信模塊，WLAN網(wǎng)絡(luò)通信模塊。當(dāng)程序應(yīng)用框架層接口（API）要訪問硬件設(shè)備時(shí)，安卓系統(tǒng)就會(huì)為該硬件組件加載庫模塊。

4）Linux內(nèi)核層

安卓是基于Linux提供的核心系統(tǒng)服務(wù)，比如，進(jìn)程的管理、內(nèi)存的管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、驅(qū)動(dòng)的模型以及安全。除了標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核外，Android還增加了內(nèi)核的驅(qū)動(dòng)程序，例如顯示驅(qū)動(dòng)、輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)、音頻系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、Binder（IPC）驅(qū)動(dòng)、攝像頭驅(qū)動(dòng)[8]、WiFi驅(qū)動(dòng)、藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)和電源管理。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 開發(fā)設(shè)計(jì)原則

在開發(fā)過程中，遵循下列三個(gè)原則[9-10]：

1）可擴(kuò)展性。在開發(fā)過程中，考慮到了App的可擴(kuò)展性，在后續(xù)的版本中，或許會(huì)加入新的功能，為了避免加入新功能時(shí)需要對(duì)整個(gè)App都進(jìn)行重新構(gòu)造，因此，要遵守可擴(kuò)展性的規(guī)則，盡最大限度將App各個(gè)模塊之間的耦合性做到最小，以保證在有新需求的時(shí)候也可以快速方便進(jìn)行相應(yīng)的功能需求添加與改動(dòng)。

2）穩(wěn)定性原則。在代碼開發(fā)的過程中注重代碼的健壯性，保證App的高效、穩(wěn)定，功能全面，給用戶帶來流暢的體驗(yàn)。

3）易操作性。除了高效穩(wěn)定，美觀的圖標(biāo)、簡(jiǎn)單易懂的操作界面也是吸引用戶的一大亮點(diǎn)，因此，在設(shè)計(jì)UI之時(shí)，在保證UI美觀的同時(shí)，圖標(biāo)也要通俗易懂，要讓用戶很容易理解不同的圖標(biāo)對(duì)應(yīng)的功能。

3.2 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

“電子書包”App的主要功能設(shè)計(jì)如圖2所示，分為六大模塊進(jìn)行功能開發(fā)設(shè)計(jì)。

1）提供電子教材功能模塊

在現(xiàn)已存在的互聯(lián)網(wǎng)資源上，通過網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)抓取互聯(lián)網(wǎng)上的電子教材資源，經(jīng)過后臺(tái)工作人員的篩選，將內(nèi)容復(fù)制到數(shù)據(jù)庫制作索引。經(jīng)過對(duì)電子教材的排版優(yōu)化，最終在該功能頁面上展示高質(zhì)量的電子教材。在閱讀頁面，將以盡可能地還原真實(shí)課本的形式展現(xiàn)在用戶面前，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的翻頁效果。設(shè)計(jì)了推薦書籍子模塊，按照專業(yè)分類，用戶選擇專業(yè)后，會(huì)推薦該專業(yè)未來職業(yè)所需要學(xué)的課本。此外，還添加筆記功能，記錄學(xué)生在電子教材上的點(diǎn)、畫、寫的原始筆跡，最后上傳到服務(wù)器后端，供學(xué)生下次打開使用。

2）電子筆記本功能模塊

筆記本功能需要用戶先新建一個(gè)筆記本，筆記本既可以采用打印字字體，也可以采用用戶手寫字的原始筆跡，并且可以上傳分享，其他用戶可以在筆記廣場(chǎng)子模塊，看到上傳后的其他用戶的筆記，供學(xué)習(xí)借鑒，與他人共同進(jìn)步。由于用戶上傳的筆記質(zhì)量參差不齊，本項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)了點(diǎn)贊?rùn)C(jī)制，點(diǎn)贊越多展示排名越靠前，可以有效篩選魚龍混雜的筆記。

3）電子學(xué)習(xí)工具功能模塊

在電子學(xué)習(xí)功能模塊，設(shè)計(jì)了多種學(xué)習(xí)常用到的工具，如科學(xué)計(jì)算器、面積計(jì)算器，體積計(jì)算器、尺子、量角器、公式定理書、軟件快捷鍵匯合和學(xué)習(xí)鬧鐘等。

尺子、量角器，面積計(jì)算器，體積計(jì)算器通過手機(jī)的TOF攝像頭獲取數(shù)據(jù)，經(jīng)過程序計(jì)算，返回結(jié)果輸出在用戶界面上。用戶設(shè)定學(xué)習(xí)鬧鐘后，鬧鐘響時(shí)觸發(fā)學(xué)習(xí)機(jī)制。只有用戶通過學(xué)習(xí)才可解除鬧鐘，通過背若干單詞，或者完成一些簡(jiǎn)單的題目，才可關(guān)閉鬧鐘。其間App監(jiān)視用戶的操作，用戶進(jìn)行解除操作時(shí)，鬧鐘會(huì)短暫關(guān)閉。若用戶在一段時(shí)間內(nèi)沒有操作，鬧鐘會(huì)繼續(xù)響。此目的在于解決一些用戶鬧鐘響后，關(guān)了鬧鐘繼續(xù)睡的習(xí)慣，通過短暫的學(xué)習(xí)達(dá)到頭腦清醒的目的。

4）個(gè)人中心功能模塊

個(gè)人中心功能模塊包含用戶登錄子模塊，包括用戶注冊(cè)、密碼修改，以及個(gè)人信息、個(gè)人收藏、App的相關(guān)設(shè)置等子模塊。

4 應(yīng)用主要功能的界面

電子書包App根據(jù)功能需求將應(yīng)用界面設(shè)計(jì)為4個(gè)主界面，分別為教材展示界面、筆記功能界面、工具箱界面、個(gè)人中心界面。

圖3所展示的界面是教材展示界面。電子書包App的主要功能，對(duì)教材進(jìn)行了封面展示，點(diǎn)擊書面可以進(jìn)行課本的預(yù)覽，既可以在線閱讀全書，也可以下載下來離線觀看。在頁面的頂部，有搜索以及掃碼。兩種尋找教材的方式，用戶可以方便快捷地搜索到自己需要的電子教材。此外，對(duì)用戶進(jìn)行搜索次數(shù)最多的教材進(jìn)行了排序，歸納在熱門教材的功能模塊中，并且展示前3名的熱門教材，用戶可以點(diǎn)擊“更多”查看更多推薦教材。在課程分類功能模塊中，按照用戶所學(xué)的專業(yè)課程進(jìn)行了教材的整理歸納，把該專業(yè)所需要學(xué)的教材歸納到一起，并且加入了該專業(yè)比較著名的非在校課程的教材。

圖4所展示的界面是筆記功能界面。它是App主打的功能之一，筆記本功能模塊。分為兩個(gè)功能模塊，第一個(gè)為用戶自己創(chuàng)建的電子筆記本，用戶在創(chuàng)建筆記本的時(shí)候，點(diǎn)擊新建筆記，即可創(chuàng)建筆記。同時(shí)可以選擇使用自己手寫的筆跡或打印字字體，最后可以在具體筆記頁面里上傳自己的筆記，供其他用戶使用觀看，第二個(gè)為其他用戶分享的筆記，這里展示了其他用戶上傳的筆記，用戶可以點(diǎn)擊進(jìn)去觀看、收藏以及評(píng)論。對(duì)于上傳的筆記，把點(diǎn)贊前三名展示在首頁當(dāng)中，對(duì)于后續(xù)的工作，會(huì)加入按照專業(yè)來對(duì)上傳的筆記分類歸納和展示的功能。

圖5所展示的是工具箱界面。點(diǎn)擊不同的工具圖標(biāo)則進(jìn)入相應(yīng)的工具，在尺子當(dāng)中，首先獲取用戶的手機(jī)屏幕信息，包括分辨率、尺寸、比例等信息，根據(jù)尺寸和比例來算出用戶電子設(shè)備屏幕的長(zhǎng)寬。再根據(jù)這一信息來分配長(zhǎng)度刻度表，最后把刻度表顯示在屏幕上。

圖6則是個(gè)人中心界面。上方顯示的是用戶的頭像以及昵稱，分別點(diǎn)擊頭像和昵稱可以更改頭像圖片和昵稱名稱。下方顯示的是一些功能按鍵，點(diǎn)擊“我的教材”，進(jìn)入用戶下載過的電子教材，點(diǎn)擊“我的收藏”，進(jìn)入用戶收藏的筆記，還有其他的一些功能。

5 結(jié)束語

隨著目前教育電子化的進(jìn)程不斷進(jìn)行，早在幾年前的課堂上就已經(jīng)應(yīng)用多媒體教學(xué)設(shè)備進(jìn)行教學(xué)。越來越多的課本也已經(jīng)數(shù)字化，能提供電子教材的網(wǎng)站也有不少，但手機(jī)端的應(yīng)用還比較少且功能較為單一。電子書包App為同學(xué)提供優(yōu)質(zhì)的電子教材，以及優(yōu)秀筆記的分享平臺(tái)，集合學(xué)生常用的工具，可以有效地為學(xué)生節(jié)省網(wǎng)上尋找電子教材的時(shí)間。為學(xué)生打造一個(gè)高品質(zhì)、高效率的輔助學(xué)習(xí)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉鵬飛.電子書包的應(yīng)用現(xiàn)狀及建設(shè)建議[J].甘肅教育，2022（7）：74-78.

[2] 劉丹，胡衛(wèi)星，李玉斌，等.移動(dòng)教育APP的研發(fā)現(xiàn)狀與應(yīng)用問題分析[J].電化教育研究，2016，37（8）：47-52.

[3] 冀永歡.移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀與前景[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2022，40（4）：164-166.

[4] 何紅輝.Android開發(fā)進(jìn)階：從小工到專家[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[5] 馬永起，陳全根，程錚.基于Android的IETM平板閱讀器設(shè)計(jì)[J].電腦與信息技術(shù)，2021，29（5）：32-36.

[6] 周星錦，秦宇，吳秋新，等.Android框架層完整性度量方案[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2019，28（8）：1-9.

[7] 陳強(qiáng).Android底層接口與驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)詳解[M].2版.北京：中國(guó)鐵道出版社，2015.

[8] 鮑美英，申晉祥.基于Android的智慧閱讀APP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，37（4）：17-18，21.

[9] 王佩.關(guān)于軟件開發(fā)過程的設(shè)計(jì)原則研究[J].電子測(cè)試，2017（11）：133，105.

[10] 牛曉麗.計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)中的軟件工程方法分析[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2021（6）：71-72，98.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】