基于移動計算的教學系統設計研究

☆ 丁 茜 王占軍 王 偉

（沈陽師范大學計算機與數學基礎教育部，遼寧沈陽 110034）

引言

隨著計算機網絡技術和多媒體技術的快速發展，網絡教育已經成為一種速度更快、傳播空間更大的教育形式。在基于網絡的遠程教育系統中引入移動計算技術，將使計算機或其他信息智能終端設備在無線環境下實現數據傳輸及資源共享，并發揮多媒體資源的優勢。通過流媒體技術的解碼、編碼和移動終端的設計，打破傳統的遠程教學在空間上的限制，增加師生之間的互動與交流，提高學生的學習興趣和效率，方便學生完成與課程學習的相關活動，從而形成一種“隨處可學”、“隨心所學”的教學新理念。

一、移動計算概述

計算機技術、無線通信技術、移動終端技術的發展，使移動計算技術作為一種新型的技術應運而生。移動計算技術為人們對信息的訪問帶來了極大的方便。對于移動計算，學術界尚未有標準的定義，普遍認為移動計算是“在互聯網、無線通信等技術的支持下，能夠實現計算機或其它智能終端設備的無線連接，達到隨時隨地進行數據傳輸及資源共享目的的技術環境”。移動計算有三個基本的性質：通信性、移動性和便攜性。它將準確、及時的信息提供給任何時間、任何地點的任何用戶。這將極大地改變人們的生活方式和工作方式。移動計算使用各種無線電射頻（RF）技術或蜂窩通信技術，使用戶攜帶的移動計算機、個人數字助理（PDA）、手機或其他智能終端設備與遠程服務器連接，并進行信息交互。

二、系統設計

1．系統架構

本研究中采用PDA作為移動終端，設計基于移動計算的教學管理系統。整個系統由安裝移動教學信息管理軟件的PDA、無線網絡和服務器組成（如圖1所示）。后臺服務器可以是單獨的也可以位于局域網內。移動數據庫（Tdata．sdf）和后臺數據庫（Tmanage．mdf）分別位于PDA和服務器中。為教師和學生設置不同的用戶權限，利于教師管理、跟蹤學生的學習。

圖1 移動教學管理系統架構

2．移動教學管理系統主要功能設計

本研究中的教學管理系統主要實現三個功能：教師端管理功能；學生端實時學習功能；教學管理功能。

教師端管理功能主要包括：提供教師信息；教師對學生出勤、作業、成績等相關信息的查詢；教師對教學課件、教案等與教學相關信息的維護、整理。

學生端實時學習功能能夠讓學生可以不受空間、時間的限制，隨時隨地接收多媒體教學資源，包括實時視頻、音頻教程以及多媒體教學課件等信息，同時，利用PDA可以和老師及同學進行實時互動交流。

教學管理功能是系統管理員對系統進行維護管理，包括對學生學習過程的監控與管理，對師生交流情況的跟蹤，對課程內容的發布與管理等等。

三、數據庫架構

系統中的數據信息按屬性及設定的規則以表的形式儲存在服務器的數據庫中。移動終端設備（PDA）保留服務器數據庫的副本。為了提供一種可同時在移動設備與服務器“連接”和“斷開”兩種情況下工作的本地存儲方案，系統采用遠程數據訪 問（RDA） 實現訪問遠程服務器中數據庫表中數據的功能。RDA使用SQLMobileDatabaseEngine和移動設備客戶端上的SQL Mobile Client Agent進行數據操作，如圖2所示。

圖2 PDA數據庫技術構架

1．創建移動數據庫

系統利用．NET Compact Framework技術進行開發，選擇SQL Mobile作為客戶端的數據庫管理平臺。移動數據庫作為主數據庫的一個精簡副本需要創建在PDA端。

2．移動數據庫的使用操作

用戶與服務器數據庫之間的信息交流是通過對本地數據庫的操作完成的。系統創建了本地數據庫后，通過使用SQL Mobile對象來更新、插入以及刪除數據。

四、移動終端與服務器的通信

TCP／IP能夠實現在不同規格的主機及操作系統之間建立網絡通信連接，因此，比較適合用于數據傳輸量大而且對網絡連接要求高的系統。本系統采用．NET環境下System．Net．Sockets 命 名 空 間 提 供 的 TcpListener 類 和TcpClient類，實現移動終端與服務器之間的通信。采用這種方式建立連接時，服務器端上使用一個套接字偵聽傳入的TCP請求，然后在客戶端系統上創建一個套接字發起一個發出請求。

與PC相比，由于嵌入式系統軟硬件平臺的限制，PDA在軟件編程實現及功能擴展方面較PC復雜。因此，需要定義一套基礎指令集，以PC端為控制端，PDA端為被控端，通信時PC以基礎指令集控制PDA完成相應功能，這樣數據通信功能主要在PC端程序中實現，從而簡化了PDA端程序開發的難度。圖3為PDA與PC數據通信流程圖，其具體通信過程如下：

圖3 PDA與PC數據通信流程圖

（1）通信開始后，PDA端程序處于等待握手信號狀態；PC端程序在收到確認應簽信號前每隔一定時間發送握手信號，直至超時。

（2）PDA收到握手信號后，發送確認應答信號，然后處于接收指令狀態；PC端收到確認返回信號后，開始發送指令，然后等待確認返回信號，直至超時。

（3）PDA收到指令后，解釋執行，并返回確認應答，然后再次處于接收指令狀態；PC端收到確認應答信號后發送下一條指令，然后等待確認返回信號，直至超時。

（4）跳轉至（3），直至PC端程序發送退出指令，終止通信。

為了實現服務器端和移動終端之間通過基于消息的形式進行通信，給消息賦予了一個結構體，在發送數據之前對其進行加密處理，在服務器端和移動終端使用相同的消息結構體和相同的加密解密方法，就可預先定義一些指令集，以簡短的文字或符號作為標識進行傳遞，而把具體的功能描述及實現置于服務器端或移動終端，這樣既減輕了通信網絡的負荷，又較好地實現了分布式計算，使系統內部有限的硬件資源得到合理的利用。[6]

五、結束語

本研究用PDA作為移動終端，利用RDA遠程數據庫訪問策略，設計基于移動計算的教學管理系統。通過無線網絡與服務器數據庫保持同步，實現了各個PDA終端與服務器的通信和信息共享。該系統將移動數據技術應用到教學管理環節中，充分發揮其在無線網絡環境中的優勢，為教師和教學管理人員提供了方便有力的教學管理工具，同時加強了師生之間的互動與交流，提高學生的學習效率，方便學生完成與課程學習相關的活動。因此，有理由認為，該系統的開發將有很好的應用前景和使用價值。

[1]完涇平,王穎,王韋．基于移動計算環境的智能客戶端的研究[J]．計算機時代,2009．

[2]Pissnou N．A new framework for handling mobile clients in a cli－ent－server database system[J]．Computer Communication,2000,(23):936－941．

[3]姚紹文,王敏毅,周明天．移動分布式系統－技術現狀和發展[J]．計算機應用,2002,22(2):5－13．

[4]Andy Wigley．．Net compact framework 技術內幕[M]．北京:清華大學出版社,2003．

[5]田東風．Windows CE 應用程序設計[M]．北京:機械工業出版社,2003．

[6]謝榮岳等．基于PDA移動作業系統的設計[J]．兵工自動化,2005,24(1)．