移動智能終端的微課程結構分析與設計

馬寧生+呂軍+方凱+馬現(xiàn)超

摘要：該文以智能手機作為移動教學工具，全面介紹和分析了移動學習系統(tǒng)中的結構與技術。結合物理實驗教學中的實踐教學經(jīng)驗，闡述了以Web App作為平臺開發(fā)物理實驗微課程的具體技術路線和教學應用。

關鍵詞：移動學習系統(tǒng)；Web App；微課程

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）23-0097-06

移動學習系統(tǒng)的結構與技術

1.移動應用程序

目前，移動應用程序主要有Native App、Web App和Hybrid App三種。Native App是依賴移動終端的操作系統(tǒng)而開發(fā)的應用程序，它需要針對不同的操作系統(tǒng)分別進行開發(fā)，用戶可以直接在網(wǎng)上根據(jù)自己終端的操作系統(tǒng)進行下載安裝。Native App具有開發(fā)周期長、成本高、維護成本高和更新緩慢的缺點，但在用戶體驗、性能的穩(wěn)定性和對本地資源的調用等方面，具有不可替代的優(yōu)勢。Web App是可以直接運行在移動設備瀏覽器上的應用程序，它是利用Web技術開發(fā)的，無需下載和安裝，但它可以擁有與在Native App上相似的用戶體驗，由于與操作系統(tǒng)平臺無關，且具有良好的跨平臺特性，因此具有開發(fā)周期短、成本低和易維護等特點，但Web App也有不足，如依賴網(wǎng)絡、不能很好地調用本地移動設備資源和用戶留存率低等。Hybrid App介于Native App和Web App之間，它看上去是Native App，但只是一個UI WebView，內核訪問的是Web App。[1]考慮到Web App具有上述優(yōu)點，而且微課程移動學習系統(tǒng)并不涉及調用本地移動設備資源，因此在開發(fā)過程中，宜選擇Web App的形式。

Web App能夠具有與Native App相似的用戶體驗的重要基礎，即在于HTML5技術，各大瀏覽器都在不同程度上提供了對HTML5技術的支持。為了減輕服務器訪問的負擔和增強用戶體驗，微課程的技術設計在有些地方采用了Ajax技術。HTML5技術提供了良好的前端效果，系統(tǒng)后端開發(fā)采用的是SSH2（Struts2+Spring+Hibernate）的組合框架，這是一種輕量級的J2EE平臺，被越來越多的開發(fā)者使用。因為Tomcat服務器對JSP程序可以提供較好的支持，所以整個移動學習系統(tǒng)被部署到Tomcat服務器上。移動學習系統(tǒng)主要針對物理實驗的學生，因此采用MySQL這種適合中小型網(wǎng)站的數(shù)據(jù)庫即可。

2.HTML5技術

狹義上的HTML5指的是在HTML4.01的基礎上升級的版本，它包含了一些之前沒有的標簽，如

JAVA的JDBC技術是一種將應用程序與數(shù)據(jù)庫進行連接的技術。JDBC的應用程序接口可以實現(xiàn)訪問大量的各種各樣的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的操作，MySQL即是經(jīng)常被連接的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之一。將JDBC應用于MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，需要下載MySQL的JDBC驅動程序并建立與MySQL的連接。因為本系統(tǒng)是基于框架開發(fā)的，因此MySQL的連接可以在配置文件中進行配置。

微課程系統(tǒng)采取B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）架構，其后端實現(xiàn)工具是Struts2+Spring+Hibernate組合框架，前端使用了HTML5技術，同時在生成圖表信息的網(wǎng)頁部分使用了Ajax技術。

移動學習系統(tǒng)的功能與軟件結構

系統(tǒng)開發(fā)要以微課程的合理使用為核心，使微課程與教學進行高效的整合。在這一系統(tǒng)中，包括教師和學生兩個主要的角色，系統(tǒng)的開發(fā)要滿足教師和學生在功能上的需求。系統(tǒng)的開發(fā)除了要滿足上述需求外，還應該考慮系統(tǒng)本身在安全性、可靠性、可維護性、實時性等非功能性的需求。

1.教師端功能需求

教師是課程的參與者和學生的管理者，教師端的功能需求主要包括個人信息管理、學生信息管理、觀看實驗微課程、參與課程討論和統(tǒng)計分析學生學習數(shù)據(jù)五部分。個人信息管理是教師在完成注冊登錄后，可以對自己的用戶名、密碼、姓名等個人信息進行修改。學生信息管理功能可以讓教師批量導入和刪除學生的基本信息，包括用戶名、密碼、姓名等，教師也可以對已經(jīng)注冊的學生信息進行修改。在課程討論的部分，教師可以回答學生提出的問題，也可以提出問題引發(fā)學生對該課程的思考。學生在微課程學習的過程中會產(chǎn)生很多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對教師分析學生的學習情況具有重要的意義，在統(tǒng)計分析模塊中，教師可以看到一個課程被學習的次數(shù)的統(tǒng)計表，教師也可以下載每位學生觀看課程的細節(jié)信息。

2.學生端功能需求

學生是物理實驗微課程學習的主體，學生端的功能需求主要包括個人信息管理、觀看實驗微課程、參與課程討論和記錄學習筆記四個部分。個人信息管理是學生在完成注冊登錄后，可以對自己的用戶名、密碼、姓名等個人信息進行修改。觀看實驗微課程是學生學習的核心，基于Web App的實驗微課程可以使學生在實驗前、實驗中和實驗后各個階段根據(jù)需要完成實驗學習。學生在觀看微課程的過程中可能會遇到各種各樣的問題，在參與課程討論的部分，學生可以提出自己的問題，學生也可以在討論的部分發(fā)現(xiàn)別人的問題并給出解決問題的方法，使學生與學生及學生與教師之間互相學習，提升對實驗的認識。長期的基于特定課程的問題的積累，形成問題集，將會成為學生以后學習的寶貴文本資源。除了討論各種課程問題，學生也可以在記錄學習筆記功能模塊記錄自己實驗學習的心得，這種學習心得是只有學生本人可以看的。

3.非功能性需求

非功能性需求，主要指開發(fā)的軟件系統(tǒng)為滿足用戶業(yè)務需求而必須具有除功能需求以外的特性，非功能性需求對軟件穩(wěn)定高效的運行有重要的意義，主要包括安全性、可靠性、可維護性、實時性等。

4.系統(tǒng)的軟件設計

基于Web App的微課程系統(tǒng)，采用SSH2組合框架和HTML5技術共同開發(fā)完成。架構系統(tǒng)的業(yè)務流程為：在表示層中，用戶通過JSP頁面實現(xiàn)交互，發(fā)送請求（Request）和接收響應（Response），JSP頁面在顯示到瀏覽器前還要經(jīng)過HTML5的渲染，使其具有良好的顯示效果和交互性能，然后Struts根據(jù)配置文件Struts.xml，將接收到的請求委托給相應的Action進行處理。在業(yè)務邏輯層中，通過配置文件ApplicationContext.xml及Service組件，讓管理服務組件的Spring IoC容器向Action提供業(yè)務模型Model組件，及該組件的協(xié)作對象數(shù)據(jù)處理Dao組件完成業(yè)務邏輯，并提供事務處理、緩沖池等容器組件以提升系統(tǒng)性能和保證數(shù)據(jù)的完整性。在數(shù)據(jù)持久層中，通過配置文件*.hbm.xml完成Hibernate對象化映射和數(shù)據(jù)的持久化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的交互，完成Dao組件對數(shù)據(jù)的請求，并返回數(shù)據(jù)處理結果。SSH2組合框架可以實現(xiàn)清晰的系統(tǒng)結構，且各層之間只要通過接口即可實現(xiàn)調用，這對理解源代碼有很大的幫助，同時對后期系統(tǒng)功能的拓展和維護具有重要意義。

（1）教師端邏輯設計

根據(jù)教師端功能的需要，對其實現(xiàn)的邏輯進行設計。教師通過首頁進入到登錄頁，在登錄頁需要輸入注冊時使用的用戶名和密碼。在觀看課程頁，教師可以參與課程討論，學生瀏覽課程的次數(shù)可形成統(tǒng)計圖。在信息管理頁，教師可以修改自己的個人信息和學生信息，并下載學生學習課程的數(shù)據(jù)。

（2）學生端邏輯設計

學生端邏輯設計與教師端相似，但在部分細節(jié)設計上有差異。學生通過系統(tǒng)首頁進入到學生登錄頁，在登錄頁需要輸入注冊時使用的用戶名和密碼，在選擇觀看課程頁，學生可以參與課程的討論和記錄課程學習筆記。

（3）數(shù)據(jù)庫設計

根據(jù)總體設計的需要，并結合數(shù)據(jù)庫設計的一般理論，設計數(shù)據(jù)庫共有6張數(shù)據(jù)表，分別是教師信息表、學生信息表、課程信息表、評論信息表、筆記信息表和觀看課程次數(shù)信息表。其關聯(lián)主要是通過添加外鍵約束來實現(xiàn)。

微課程的結構設計

移動智能終端是微課程得以實現(xiàn)的重要載體之一，結合移動智能終端和微課程的特點，并從學習者使用的角度建立在移動智能終端上的微課程結構。

1.注冊和登錄

在注冊和登錄時，學生可以通過為移動智能終端專門開發(fā)的Web App輸入基本信息。當然如果是學校為在校學生開發(fā)的微課程，學校可以為學生在服務器端完成注冊，學生注冊的信息有助于系統(tǒng)為用戶推送符合學習者特征的課程。對微課程的開發(fā)人員而言，也可以通過分析學習微課程群體的基本特征來開發(fā)出更多適合學習者的課程。

2.選課

選課是學習者根據(jù)自己的需要選擇相應的課程。因為移動智能終端的屏幕比較小，不利于學習者進行輸入文字檢索，所以為了讓學習者能夠快速地選出課程，移動智能終端上的Web app要對課程進行合理分類。對于在校學生可以首先根據(jù)學生的年級進行分類，然后再按照各年級的課程進行分類，如果注冊信息中已經(jīng)有了學生的年級信息則可以在學生登錄后直接進入相應的年級課程進行選課。為了方便學生選課，各課程在智能終端上最好開發(fā)成圖標的形式，這樣學生可以直接在屏幕上點擊進入課程學習。

3.課前自測

學生的學習總是圍繞一定的學習目標展開的，微課程作為一門課程，也應該具有提供給學生的學習目標，但微課程的學習目標不同于一般意義上的課程學習目標。它是圍繞一個教學重點或難點展開的，因此學習目標的陳述比較簡單且目標的指向性比較明確。在移動智能終端上陳述微課程的學習目標應該充分利用多媒體特性，學習目標可以采用語音、思維導圖等形式表現(xiàn)出來。

4.診斷性評價

診斷性評價是指為了使教學適合學習者的需要和背景，在一門課程和一個學習單元開始之前對學習者所具有的認知、情感和技能三方面的特征進行的評價。[4]在微課程中設計診斷性評價的目的之一是幫助學生回憶即將學習的知識點的下位知識，為學習者學習做好準備工作。就目前而言，移動智能終端對學生進行診斷性評價的能力還是比較有限的，主要采取的是選擇題的形式。因為知識點的數(shù)量一般只有一個，所以題目設計的數(shù)量也比較少。如果學習者的診斷性評價的成績符合學習下一知識點需要則進入下一環(huán)節(jié)，否則建議學習者重新選擇適合自己的課程。

5.視頻教學

視頻教學是微課程的核心，是微課程短小精悍特點的具體體現(xiàn)。移動智能終端的數(shù)據(jù)傳輸能力有限，在有限的數(shù)據(jù)傳輸能力的情況下還要確保視頻的清晰度來滿足學習的需要，因此對視頻格式的選擇很重要。[5]如果是借助HTML5開發(fā)的App，應該盡量使用HTML5的

6.形成性評價

形成性評價指的是在某項教學活動開展過程中，為使教學活動更有效而進行的評價，它能及時了解階段教學的效果和學生學習的進展情況、存在的問題等，以便及時反饋、及時調整和改進教學。移動智能終端對學生進行形成性評價的形式也主要是選擇題的形式。如果學生通過形成性評價則完成了微課程的學習，如果形成性評價的成績不合格則建議學生重新學習微視頻。形成性評價的數(shù)據(jù)也可以通過終端反映給教師，教師根據(jù)學生形成性評價反映的情況給學習者提供個別化的輔導。

基于Web App的大學物理實驗微課程的教學應用

信息技術與課程融合不只是信息技術在教育中的應用，更是信息技術支持下的教育理念的轉變，它將有助于打破傳統(tǒng)的學科本位和教師本位的教學體系，建立學生本位的學習體系，使學生實現(xiàn)基于信息化學習環(huán)境的知識建構。將基于Web App的物理微課程引入到實驗教學過程中，無疑又增加了新的交互因素，可以使學生根據(jù)自己的需要選擇實驗學習的資源和方式。在混合學習和移動學習日益盛行的趨勢下，微課成為當前我國教育信息化資源建設的重點和研究熱點。[6]

目前物理實驗的學習過程以具體的實驗項目為中心，經(jīng)歷實驗前的預習、實驗課堂上的操作和實驗后的復習三個階段。在融合了實驗微課程后的學習過程中，在課前，學生可以通過微課程熟悉實驗室環(huán)境、理解實驗原理以及實驗操作的過程，通過上述步驟的自主學習，教師在課堂教學過程中只需對實驗做簡單講解，而將更多的時間用來幫助盡可能多的學生；在實驗課堂上，當學生在實驗操作過程中遇到困難時，他們也可以隨時利用移動設備查看微課程，減少教師對簡單問題的重復回答，教師可將寶貴的課堂時間用來解決學生個別難以解決的問題；在課后，學生仍然可以通過微課程回顧整個實驗的細節(jié)，鞏固對實驗的理解。學生在實驗課程的各個環(huán)節(jié)，還可以觀看和發(fā)表關于該課程的評論，獲取來自其他同學的幫助。將移動端實驗微課程融入到實驗學習過程中，學生可以做到隨時隨地學習，也可以實現(xiàn)實驗學習的課堂翻轉。[7]

教學要依據(jù)學生個性的差異，使具有不同特質和傾向的學生，實現(xiàn)不同類型和層次的成長。物理實驗的教學也應該考慮到學生的個性差異，根據(jù)不同學生的需要提供不同的幫助，而不是給所有的學生灌輸統(tǒng)一的知識體系。在有微課程學習系統(tǒng)支持下的物理實驗學習環(huán)境中，個別化教學主要有兩個方面：一是學生可以根據(jù)自己的需要個別地選擇微課程。所有實驗的微課程都主要由實驗原理、儀器介紹和實驗操作三部分組成，學生可以根據(jù)自己在學習過程中遇到的困難的類型，選擇觀看哪一部分的微課程，同時也可以操作微課程視頻，跳過已經(jīng)理解的部分，選擇自己薄弱的部分觀看，實現(xiàn)按需選擇課程。二是教師給有需要的學生提供個別化的指導。[8]這種個別化的教學不僅可以在實驗室的條件下進行，還可通過微課程系統(tǒng)在線上完成。微課程移動學習系統(tǒng)的首頁、實驗微課程、微課程內容及課程學習統(tǒng)計如上圖所示。

結語

隨著科技的不斷發(fā)展，智能移動設備平臺下的移動學習開始受到人們廣泛的關注。近年來出現(xiàn)的移動學習教學形式再一次推進傳統(tǒng)教學方式的改革和創(chuàng)新，在移動端新技術、新設備被引入之后的移動教學方式與早期的移動學習方式相比呈現(xiàn)出許多新特點。移動智能設備在高等院校學生群中的廣泛使用和教學資源的全面覆蓋，使高等院校的教學方式邁入了新的研究階段。[9]