基于ＭＡＳ和Ｍｏｏｄｌｅ的移動學習管理系統與關鍵技術設計

【摘要】以WLAN和MAS技術為基礎，設計支持不同接入方式的手持設備登錄移動學習管理系統的網絡模型；以Moodle為基礎，構建支持移動學習的移動學習管理系統；討論設備識別技術、內容自適應技術和MAS應用模塊開發，支持不同的手持設備進行移動學習。

【關鍵詞】移動學習；MAS；Moodle；移動學習管理系統；設備識別；內容自適應

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A【論文編號】1009-8097（2008）11-0102-05

引言

1998年12月28日，我國教育部在《面向21世紀教育振興行動計劃》中指出“現代遠程教育是隨著現代信息技術的發展而產生的一種新型教育方式，是構筑知識經濟時代人們終生學習體系的主要手段”[1]。中國政府擬在2010年，基本建成有中國特色的多層次、多形式、多功能的遠程教育網，為更多的青年提供接受高等教育的機會，構建全民的終身學習體系，實現任何人都可以在任何時間和任何地點進行自主式學習。近年來，隨著移動通信速率的提升、資費的下調以及手持設備軟硬件平臺的快速發展，移動通信網絡帶寬、手持設備的CPU處理速度、內存大小、多媒體支持、屏幕分辨率已經達到實用程度，手機、PDA等手持設備可以讓我們在任何時間或地點獲取、處理和發送信息，為我們依托手持設備和無線通信網絡開展教學活動提供了可能。

移動學習（Mobile Learning），是無線通信技術和E-Learning的交叉應用，是指學習者在任何時間、任何地點，都可以通過手持設備和無線通信網絡獲取學習資源進行學習，并與其他學習者和教師進行教學互動[2]。移動學習具有以下特征：學習需要的緊急性；知識獲取的主動性；學習設備的移動性；學習過程的互動性；教學活動的情境性；教學內容的一體化。[3]這些特征使移動學習完全不同于傳統的讓所有教學活動都在指定時間和地點進行的課堂學習。從移動學習的實現方式來看，移動學習實現的技術基礎是移動計算技術和互聯網技術，即移動互連技術，例如WiFi技術、GPRS技術、3G技術等[4]；實現的工具是小型化的手持設備，例如智能電話和PDA等。移動學習的實現設備具有以下特征：便攜性，即設備體積小、重量輕，便于隨身攜帶；無線性，即設備無需連線；移動性，指使用者在移動中也可以很好的使用。為推動移動學習的研究和推廣移動學習應用，需要建設支持多種網絡接入方式的移動學習網絡環境，需要開發支持多種手持設備訪問的移動學習管理系統。

一 移動學習管理系統研究現狀分析

2004年開始由歐盟支持的歷時三年的全歐合作研究項目“M-Learning”，通過使用移動技術，嘗試加強脫離全日制教育的16-24歲青年的掃盲學習，設計開發了一系列適合移動學習的學習材料，開發了以SMS應用為主的移動學習系統。歐盟支持下的“From e-Learning to m-Learning”項目計劃把現有的有線虛擬學習環境發展成無線學習環境，該項目第一階段建立全球性的無線培訓網絡，促進和加強職業培訓，嘗試從d-Learning和e-Learning向m-Learning過渡。臺灣Learning in Future Classroom項目，計劃利用無線通信技術構建一個“無處不在的學習環境”，打破室內學習的限制，輔助戶外教學，實現因材、因時、因地施教。該項目開發了支持“移動教室”、“戶外移動學習”和“隨身學習”的移動學習平臺，設計了多種適合移動學習的教學模式，形成了支持移動課堂、支持情境感知、支持個性化范在學習的移動學習系統。中國網梯科技發展有限公司的“移動學習解決方案”，將現有的有線網絡教學平臺遷移到無線學習環境中，在無線學習環境中實現了原有的有線網絡教學環境的全部功能，形成了基于原有的有線網絡教學平臺的移動學習系統。

綜合世界范圍內對移動學習的研究項目，可以發現，現在對移動學習的研究普遍是處于一種探索階段，只是對移動技術的簡單應用（以SMS作為移動學習的主要手段），或者只是將現有的網絡學習平臺遷移到移動環境中，并沒有充分考慮移動學習和現有有線網絡學習的區別，沒有實現真正的移動學習。移動學習對技術的需求很大，它要求手持設備可以像PC接入Internet一樣方便、快捷、高效的滿足人們學習的需求，因此，必須為實現移動學習提供足夠的技術支持。

二 基于MAS和Moodle的移動學習管理系統研究

近年來，許多學校已經建設了基于校園網的E-Learning學習環境。隨著網絡技術和無線通信技術的不斷發展，構建基于校園無線網絡和移動通信網絡的移動學習環境是目前校園數字化學習環境的發展趨勢。移動學習網絡環境的建設，決定了移動學習的應用范圍。為了擴展移動學習的應用范圍，應考慮無論用戶身處何地，都可以便捷的訪問移動學習管理系統，實現泛在式學習。校園移動學習管理系統應為具有不同接入特征（如WiFi、GSM等）的手持設備提供多種網絡接入方式。本文討論的移動學習網絡環境建設，在部署校園WLAN的基礎上，通過將校園內的移動學習管理系統與中國移動MAS系統整合，實現用戶不僅可以在校園內使用帶有WiFi模塊的手持設備通過WLAN訪問移動學習管理系統，在校園外也可以使用移動電話通過現有的移動通信網絡訪問校園內的移動學習管理系統。

1 MAS（Mobile Agent Server）系統簡介

中國移動為適應行業集團客戶對信息化移動應用不斷增長的需求，推出 MAS（移動代理服務器 Mobile Agent Server）系統，解決行業用戶基于移動終端的信息化應用服務。MAS系統包括MAS終端、MAS服務器和MAS管理平臺，中國移動通過在集團客戶內部部署移動代理服務器，為集團客戶提供基于移動終端的信息化應用服務，將用戶的應用和業務延伸到移動終端。移動終端通過MAS系統能夠以SMS、MMS、GPRS等移動通信方式連接訪問企業內部應用系統，完成對數據的移動應用。[5]

2 移動學習的網絡環境構建

基于MAS的移動學習網絡拓撲結構如圖1所示，在校園內部，桌面PC和筆記本電腦以有線的方式接入校園網，訪問移動學習管理系統；帶有WiFi模塊的手持設備以無線的方式通過WLAN無線接入點進入校園網，訪問移動學習管理系統；校園外部的移動電話用戶首先接入現有的移動通信網絡，然后通過部署在校園內部的移動代理服務器（MAS）訪問移動學習管理系統。

將移動學習管理系統與MAS系統整合，可以為用戶提供及時、高效、快捷的教學服務，拓展了固有的校園網絡學習環境，實現用戶可以隨時隨地的通過使用各種手持設備進行教學活動，為用戶提供了更多的學習機會。移動學習管理系統通過移動信息化的手段，實現了系統的多角色、多層次、多級別、多任務的管理。通過中國移動簡易便捷的業務集成能力，還可以有效降低學校的管理成本，促進校園網絡教學系統形成高效多層次的管理。

3 移動學習管理系統需求分析

實現移動學習，其關鍵是要構建一個完整的移動學習管理系統，該系統應支持多種手持設備通過多種無線通信網絡接入，提供對多種資源和內容的管理，支持多種適合移動學習的學習模式，為用戶提供多種適合移動學習的學習工具。移動學習管理系統提供用戶接入管理、學習資源管理、教學服務管理、課程管理、用戶界面生成等功能。應用移動學習管理系統來支持移動學習，就是實現用戶可以通過手持設備訪問移動學習管理系統；管理員可以通過手持設備執行基本的管理任務；教師可以通過手持設備操作基本功能；學生可以通過手持設備加入并參與課程。[6]為現有的網絡課程管理系統開發支持移動學習的功能模塊是現代遠程教育一個新的研究方向。

4 Moodle網絡課程管理系統簡介

Mood1e（Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment，模塊化面向對象的動態學習環境）課程管理系統是一套基于“社會建構主義學習理論”設計開發的開源軟件，能夠幫助教師高質量的創建和管理網絡課程。[7]Moodle的在線教學模塊采用可自由組合的動態模塊化設計，并支持多種教學模式，可應用在多種不同領域。迄今為止，有近百個國家的2000余個機構采用了Moodle網絡教育平臺。Moodle為教師提供了基于社會建構主義教學設計理念的十幾種課程活動，包括討論區、學習日志、聊天室、學習資源、單元小結和在線調查等。教師通過簡單的設置就可以給課程加入這些活動模塊，管理員可以通過管理界面選擇安裝各種活動模塊，開發者可以依據定義的接口開發新的活動模塊。

Moodle課程管理系統雖然具有免費、開源、模塊化、全功能、支持多樣化的教學方式等特點，但由于是為桌面PC設計的，僅支持B/S模式的瀏覽，提供的教學服務單一，缺乏對移動設備的識別和對學習資源的轉換，不能進行與設備類型相適應的頁面內容組織，所提供的用戶界面不適合手持設備，缺乏對手持設備的支持，不能直接用于移動學習。本文以WLAN、GSM/GPRS等無線通信技術作為手持設備的接入方式，在已搭建好的Moodle網絡課程管理系統基礎上，討論以手持設備為終端的移動學習管理系統設計。

三 基于Moodle的移動學習管理系統設計

基于Moodle的移動學習管理系統的具體功能如下所述：

支持多種手持設備通過多種無線通信網絡（WLAN、GSM網絡等）登錄系統，并為其提供移動學習服務；

對用戶使用的設備類型進行識別，并對用戶身份進行認證；

使Moodle課程管理系統提供的各種具體教學內容和活動適用于不同的手持設備，保證用戶瀏覽內容的友好性、便利性、正確性和一致性；

對適合移動學習的學習資源進行管理，實現學習資源的快速檢索和重組；

通過中國移動MAS系統為手機用戶提供適合移動學習的教學服務（SMS服務、MMS服務、USSD服務等）。

移動學習管理系統的整體框架如圖2所示，用戶通過不同的網絡和設備以B/S模式登錄移動學習管理系統后，先由“用戶及設備識別模塊”對用戶所使用的設備進行識別和對用戶的身份進行認證，將PC用戶轉入現有的Moodle網絡課程管理系統，將手持設備用戶轉入“手持設備內容自適應模塊”。“手持設備內容自適應模塊”通過“學習資源重組”和“手持設備界面生成”兩個組件為手持設備用戶提供與設備相適應的瀏覽內容。“移動學習功能邏輯模塊”實現Moodle課程管理系統提供的課程管理及教學服務功能的移動化應用，并提供短信、彩信、USSD等移動應用的互動學習工具。“移動學習資源管理模塊”完成對底層數據庫的查詢和管理，為上層移動學習應用提供所需要的數據。

移動電話用戶還可以使用短信、彩信、USSD等移動通信方式與移動學習管理系統進行互動。移動學習管理系統通過MAS通信應用模塊與部署在校園內的移動代理服務器（MAS）中的“Web Service通信插件”交互，為移動電話用戶提供相應的短信、彩信和USSD服務。

四 移動學習管理系統關鍵技術研究

移動學習管理系統是面向多種網絡接入方式、多種手持設備，服務于不同終端用戶的系統。移動學習管理系統與普通網絡學習系統的最大區別，是需要對用戶所使用的設備進行識別，需要為不同的設備提供相適應的頁面內容，需要針對手持設備用戶的特點，為其提供更具特色的學習方式。因此，需要充分考慮各種手持設備的接入和使用特點。移動學習管理系統應具有對用戶的設備類型進行識別，并根據設備的具體類型為用戶提供相適應內容的功能。此外，對于移動電話用戶，除了應考慮使其以B/S模式通過現有的移動通信網絡登錄校園移動學習管理系統，還應為其提供短信、彩信、USSD等具有移動通信特色的教學服務。本文通過討論以下三種關鍵技術，來實現移動學習管理系統的用戶設備識別、內容自適應和為移動電話用戶提供特色教學服務的功能。

1 用戶設備識別

該移動學習管理系統是面向多種手持設備、具有多級用戶權限的系統，因此需要一個單獨的“用戶及設備識別模塊”對用戶的設備類型和身份進行識別和認證。具體功能如下：

#61548; 當用戶首次訪問移動學習管理系統時，對用戶設備類型進行識別并提示用戶設置瀏覽偏好，將設備信息和用戶偏好設置以Cookie的形式保存在用戶設備中；

#61548; 根據用戶設備發送的儲存在用戶設備中的設備描述文件Cookie來識別用戶的手持設備類型和用戶的偏好設置；

#61548; 當接收到用戶的身份識別請求信息時，核對用戶信息，用戶的身份通過認證后，賦予用戶相應的權限。

用戶使用互聯網瀏覽器以B/S模式訪問移動學習管理系統，現在幾乎所有的互聯網瀏覽器都支持Cookie操作，將設備類型描述文件以Cookie的形式保存在手持設備中，可以減少服務器負擔（服務器對每個設備只進行一次識別，并且不用管理設備類型描述文件）和降低用戶的操作復雜度（避免用戶在同一設備上重復設置瀏覽偏好）。“用戶及設備識別模塊”通過檢查手持設備是否具有描述該設備類型的Cookie文件來判斷設備是否是第一次登錄。當手持設備首次登錄移動學習管理系統時，“用戶及設備識別模塊”先由用戶發送的HTTP報頭結合服務器端腳本程序來識別用戶的手持設備類型，再由用戶設置瀏覽偏好，最后將該手持設備類型和用戶偏好設置參數以Cookie的形式保存在手持設備中。當該設備再次登陸系統時，“用戶及設備識別模塊”直接讀取該Cookie，來識別用戶的手持設備類型和瀏覽偏好設置。

2 手持設備內容自適應

“手持設備內容自適應模塊”作為教學服務與用戶之間的中介，位于教學服務和用戶之間，根據“用戶及設備識別模塊”識別的用戶手持設備類型和瀏覽偏好設置，將移動學習管理系統提供的具體學習內容轉換成適合具體手持設備瀏覽的內容。該模塊由“手持設備界面生成”和“學習資源重組”兩個組件組成。

（1） 手持設備界面生成

為方便手持設備瀏覽，使用獨立于現有網絡學習系統的基于列優先[8]技術的用戶界面生成組件，將頁面內容的布局從多列顯示轉換成單列顯示，以適應內容在小屏幕的手持設備上瀏覽。列優先技術可以使用戶盡可能的從頂到底的瀏覽內容，盡量減少瀏覽時的水平移動，如圖3所示。開發模塊時使用XML和XSL來定義適合手持設備瀏覽的頁面內容和布局。當手持設備用戶訪問時，根據不同的設備類型和用戶的偏好設置，“手持設備內容自適應模塊”通過使用 XSLT 將 XML 文檔轉換為適合具體設備瀏覽的Web頁面[8]。

（2） 自適應頁面內容組織

移動學習管理系統根據用戶的設備類型和接入速度，為用戶提供相適應的學習資源。首先將數據量較大、質量較好的富媒體資源轉換成內容一致但數據量較小、內容稍差的資源，保存到學習資源數據庫中。然后根據用戶具體的設備類型和接入速度，通過“移動學習資源管理模塊”檢索與用戶設備特征相適應的學習資源，將資源重新組織后交給“手持設備界面生成”組件生成用戶界面，再發送給用戶，這樣做可以減少用戶的網絡傳輸開支和計算開支。

3 MAS通信應用模塊設計

MAS提供Web Service方式通信適配插件，該插件通過提供統一的Web Service方式對各種通信能力進行封裝，降低了企業的開發難度，將繁雜的通信協議與具體的業務應用分離開來，為開發者呈現簡單的標準接口。Web Service方式通信適配插件接口封裝了以下移動通信能力：短信、彩信、WAP、USSD等。通過將移動學習管理系統與中國移動MAS整合，根據MAS和Moodle的接口規范，開發移動學習管理系統的MAS通信功能模塊，使手機用戶通過MAS訪問移動學習管理系統，保證數據傳輸的安全性和可靠性，并將短信、彩信、USSD等功能集成到移動學習管理系統中。[9]

五 總結

本文設計了基于MAS的移動學習網絡模型，支持具有不同接入方式的手持設備通過不同的無線通信網絡接入校園移動學習管理系統，增加了移動學習的靈活性，使用戶無論在校園內還是在校園外都可以方便快捷的登錄系統，進行教學活動。通過在Moodle的基礎上構建移動學習管理系統，使校園內原有的網絡教育平臺從以PC為終端的應用，延伸到以手持設備為終端的應用，提高了E-Learning的適用范圍，把學習從校園內拓展到生活的各個角落。通過應用“設備識別”、“內容自適應”技術和開發MAS通信應用模塊，使移動學習管理系統可以為不同的手持設備，提供相適應的學習內容和教學服務，保證了移動學習用戶所瀏覽內容的友好性和一致性。

21世紀，移動學習被認為是各國教育發展的戰略目標，是各國政府在世紀初為國民構建開放的、靈活的、終身的學習環境，提供大眾化高等教育和全民繼續教育的首選方式之一。積極發展新的遠程教育方式——移動學習，可以為任何一個有學習覺悟、有求知欲望的社會成員提供寬松的、自由的、靈活的、多種模式的、全程的學習環境和學習機會，符合我國實現教育公平、構建和諧社會的基本要求。

參考文獻

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[9] 中國移動通信集團公司.QB-D-179-2007 移動代理服務器(MAS)系統接口規范[S].北京:中國移動通信集團公司，2008.