基于云計算1動2微3平臺的移動學習平臺設計研究

浙江越秀外國語學院網絡傳播學院 陳海挺

基于云計算1動2微3平臺的移動學習平臺設計研究

浙江越秀外國語學院網絡傳播學院 陳海挺

【摘要】針對不同類型的學生在自主學習方式也需不同對待，本文提出一種基于云計算1動2微3平臺的移動學習平臺模型，適應不同類型的學生進行“自助”式和“推送”式相結合的混合式自主學習模式。本文首先設計平臺的主要功能模塊，接著闡述平臺整體設計和3平臺的架構，最后講述實現平臺的關鍵技術和相關方法的討論。

【關鍵詞】云計算；移動學習；微學習；APP；微信公眾平臺

引言

自2001年12月我國教育部高教司提出了關于“移動教育”的理論與實踐的研究通知以來，移動學習在國內得到了廣泛關注和研究［1］。尤其在近幾年來，移動學習已成為學習技術領域最大的研究熱點之一。

當前高校主要的教學形式是以課堂教學為主，以自主學習為補充的教學方式。［1］在自主學習模式大概分為三大類：一是傳統式課外作業和查閱圖書等方式；二是利用PC機和互聯網進行在線學習；三是利用移動終端和移動互聯網進行移動學習。

移動學習作為學生課外的一種先進的課外自主學習模式，是課堂教學延伸的一種有效手段，能很好地輔助師生進行課外學習的有效方式。目前移動學習方式較為熱門的有：通過下載存入到移動終端進行移動學習、微信學習和APP移動學習等，然后就目前國內外研究進展來看，盡管通過多種方式實現了移動學習的功能，但存在以下缺點：（1）自主學習平臺比較單一；（2）教學模式單一；（3）受移動終端性能的影響，移動學習的功能較簡單；（4）師生互動局限較多；（5）個性化需求較難實現；（6）對提高教學效果不明顯。因此，基于移動學習的自主學習模式的研究仍然有較大的增長空間。

鑒于此，本文提出基于云計算1動2微3平臺的移動微學習平臺設計研究，其中1動2微3平臺指的是：1動是指一個移動智能終端（主要指智能手機），2微是指開發微資源，實現微學習；3平臺是指通過基于互聯網訪問的WEB學習平臺、利用移動智能終端通過移動互聯網訪問的移動APP學習平臺和通過微信公眾平臺進行學習的微信學習平臺。本文首先介紹平臺主要功能模塊，闡述平臺整體設計和3平臺的架構，最后講述關鍵技術的實現方法和相關的討論。

1.平臺主要功能模塊設計

教學模式的選擇應適合學生的特點和符合學生的心態，學生一般分為三類：第一類為主動學習者，為這類學生需要提供大量的學習資源，可根據自身情況自助選擇具有個性化的資源進行學習；第二類為被動學習者，針對此類學習者，采取嵌入微信公眾平臺的方式將學習資源向學生進行推送，起到對學生的督促學習的作用。第三類為介于一、二類之間的學生，需要“自助”與“推送”相結合的教學模式，從而使他們回歸到主動上來。

本文主要是結合本校的實際情況和學生的特點，對本校現階段的教學模式和教學資源作為研究對象，針對本校在自主學習模式存在的諸多問題做些新的改進和完善，利用移動學習模式，開發微教學資源，將微信公眾平臺嵌入到學習平臺中，實現多種方式相結合的微學習教學模式。平臺功能主要包括：

（1）微學習資源庫模塊

主要指授課教師可上傳自己所授課程的相關微教學資源，對資源庫中的資源進行管理。學生可從資源庫中有選擇性的建立自助學習資源庫，以便針對性學習。因受移動終端特點的限制，在制作微資源方面，需根據知識點的大小，進行分隔成盡量小的微資源，每個微資源盡量控制在10分鐘之內。

（2）學習任務模塊

主要是教師可向自己授課的學生發布課外學習任務。該模塊可以包括發布供學生“自助”式自主學習的任務，也可以利用微信公眾平臺發布“推送”式自主學習任務。學生針對任課教師所發布課外自主學習任務可選擇利用移動終端或PC機進行學習。

（3）答疑和反饋模塊

該模塊主要提供教師對授課學生進行答疑，同時可以查看學生對教學情況和教學效果的反饋，從而能盡快的進行調整或處理。教學雙方可直接利用微信平臺進行溝通，可建立一對一或一對多的實時互動，實現互動教學，從而提高教學水平。

（4）學習分享園地模塊

該模塊主要是向師生提供學習分享的功能。這些分享的內容主要包括知識總結、學習心得及學術前沿等簡短精悍的微內容。但教師需對學生上傳的內容進行審核通過后方能供他人分享。

（5）知識搶答模塊

該模塊利用微信平臺向學生推送與課程知識相關的搶答題，將搶答題同步到學習平臺中，同時記錄和統計搶答得分。通過搶答，提高學生的學習興趣和學習的主動性。

（6）自主學習評價方法

結合學院的實際情況，本文本提出的自主學習評價主要分為兩種。一種是由通過各期知識搶答得分（滿分為10分）加入課程的終結考試成績。另一種是對學習任務中所發布的學習內容進行學習積分獎勵的方式，并將最終的積分以一定的規則進行折算出自主學習的成績，將該成績作為課程的平時成績。

2.平臺總體設計

根據本文提出的研究內容和平臺功能模塊的要求，結合平臺的特點，下面從平臺的總體架構、3個子平臺架構設計和平臺安全體系設計等方面闡述平臺總體設計。

2.1 平臺總體架構

從總體上講，為了盡量達到數據和表現分離，使得應用與服務能夠無縫的集成，并能使之運行于多種平臺之下，解決不同平臺、組件模型之間的集成問題，因此本文采用分層模式進行設計，其平臺總體架構設計方案如圖1所示。

2.1.1 用戶訪問層

針對不同的用戶（包括學生、教師、管理員）提供不同的訪問方式，用戶均可以通過WEB方式和APP方式登錄平臺，各類用戶通過認證后根據不同的需求進行訪問訪問平臺的各功能模塊；另外，學生還可以通過登錄微信公眾平臺進行學習、搶答知識等，還可以與教師進行互動。

圖1 平臺總體架構

2.1.2 服務接口和引擎

為實現移動學習平臺能正常的運行，基于平臺總體架構和業務流程，顯然還需要服務接口、各類引擎等方面的支持，主要包括以下服務：

（1）服務接口

主要針對平臺間的子系統服務封裝，方便上層調用，提供了豐富的平臺接口庫，主要包括數據庫調用接口、APP接口、微信接口、云服務接口、MAS接口等。

（2）引擎

各大智能手機操作系統（如iOS、Android）和系統中瀏覽器引擎，利用以Javascript API接口的形式來封裝與操作系統底層的交互通信，達到基于HTML5開發移動應用的目的，實現核心引擎的跨平臺能力。此外，還可利用云服務引擎實現將微教學資源等托管在云服務中。

2.1.3 平臺數據層

平臺數據層也可以稱為數據庫層，其主要數據包括微資源信息、學習任務信息、知識搶答信息、學習分享園地信息、用戶信息、課程信息等。平臺通過數據庫連接池，對數據庫連接重用機制進行了針對性優化，并封裝了一系列的接口，對數據庫的連接緩存在調度機制上進行了優化，在保持通用性的同時提升了性能。

2.1.4 平臺的安全策略

平臺采用分層架構來構建完整的安全體系，通過證書、權限、應用校驗等機制構造移動應用接入控制體系，在服務接口設計上整體考慮了安全問題，各服務和API接口均有完整可靠的接入認證鑒權，可有效支撐平臺的安全可靠運行，主要包括服務安全、終端安全、應用安全等安全體系。

2.2 Web學習平臺的總體架構

本文中的WEB學習平臺采用免費開源的、具有模塊化框架網站內容管理系統Drupal來開發，在平臺的構建過程中充分利用了Drupal 的兩大核心：主題和模塊。在功能上，采用了一些主流的第三方模塊，通過對這些模塊進行修改以滿足平臺的功能需求，另外擴展微信模塊的功能，整合微信中的數據，達到資料的高度整合性，滿足學生進行在線學習和教師進行教學管理的業務邏輯功能。WEB學習平臺的總體架構如圖2所示。

2.3 移動端學習平臺的總體架構

本文提出的移動端學習平臺是基于AppCan開發平臺，采用HTML5+CSS3+JavaScript技術可以快速地開發混合式移動APP學習平臺，主要有五個部分構成：AppCan開發引擎、UEX UI框架、UEX 平臺硬件接口、AppCan 集成開發環境和AppCan應用服務平臺。通過AppCan云服務平臺生成Andriod、IOS等跨平臺銜接的APP應用，并建立一個同服務器專門的通訊通道，可以適應多種通訊方式和擴展微信公眾平臺接入的功能，實現移動學習的相關業務功能。移動端學習平臺的總體架構如圖3所示。

圖2 Web學習平臺的總體架構

圖3 移動端學習平臺的總體架構

移動端學習平臺主要集成學生版和教師版模塊，教師或學生通過移動端學習平臺向服務器請求或獲取的數據需以JSON格式數據進行傳遞，利用MAS服務選擇ODBC接口或AJAX接口訪問數據庫或Web平臺，然后將數據在移動APP上展現并進行交互，從而實現移動學習。

圖4 微信端學習平臺的總體架構

2.4 微信公眾學習平臺的總體架構

本文中“推送”式學習、知識搶答和師生互動等功能主要是利用方式微信平臺實現移動學習。學生或教師利用移動終端的微信作為入口，進行收發學習任務或消息，將這些請求發送到微信服務器，并通過微信公眾平臺API對請求進行分析轉換，根據結果調用相應的業務處理模塊；該模塊根據請求的內容通過數據層訪問數據庫，并將處理結果返回到業務處理程序，最后再通過微信公眾平臺API和微信服務器將包含處理結果的JSON或 XML格式的數據包發送到學生或教師的微信端。微信端學習平臺的總體架構如圖4所示。

3.平臺中主要的關鍵技術

3.1 利用Drupal實現WEB學習平臺

WEB學習平臺采用免費開源的、具有模塊化框架網站內容管理系統Drupal來開發，選擇WAMP（Windows + Apache + MySQL + PHP）和XAMPP作為開發環境。因為Drupal不僅具有基本的內容管理系統功能，還可以使用第三方模塊擴展其功能，且支持擴展微信模塊的功能，實現整合微信學習平臺中的數據，達到資料的高度整合性。WEB學習平臺中，使用Drupal的DAL對數據庫進行操作，以防止類似SQL注入的情況發生；使用Form API生成表單可實現對表單提交的數據進行驗證。平臺主要用到Druapl 的內容類型、模塊、菜單、區塊、視圖、主題［3］。其中幾個主要模塊如表1所示。

表1 Web學習平臺幾個主要模塊

3.2 采用APPCan實現通過APP進行移動學習

AppCan是采用HTML5+CSS3+JavaScript技術和Hybrid技術開發混合式移動應用的一站式平臺，它提供了UI快速開發框架、本地功能調用API接口、應用打包系統、IDE集成開發環境和本地應用調試模擬器，預置數百套界面模板和數十種應用插件，提供多套應用模板，可以快速地開發移動APP。使用AppCan移動云平臺，采用云計算。通過AppCan集成開發環境提供的本地打包功能或線上云服務平臺生成Andriod、iOS平臺安裝運行的APP應用，實現跨平臺開發［2］。在數據庫方面共用WEB學習平臺中的MySQL數據庫，另外，移動APP學習平臺用到的幾個關鍵技術如表2所示。

表2 移動端學習平臺幾個主要模塊

3.3 使用微信實現通過微信公眾賬號進行移動學習

微信學習平臺使用和WAMP來搭建開發環境，采用PHP語言和MySQL數據庫，且數據庫和Web學習平臺共用同一個。利用百度云平臺BAE進行開發、編譯、發布和調試，并用SVN工具進行管理。在微信學習平臺中，主要采用XML來封裝消息，對于自定義菜單中的菜單項使用JSON格式來封裝菜單數據，平臺中知識搶答、推送學習任務和師生互動等功能模塊，所需要的關鍵技術如下：

（1）消息的接收

當學生向微信學習平臺發送消息時，微信服務器將收到的消息+用戶信息打包成XML格式的數據包，再通過POST方法提交到在BAE中申請的域名URL上，最后對XML數據包進行解析來獲取發送來的消息。這些發送來的消息類型包括文本、圖片等，分別用不同的方法進行處理，比如用GetTextMsg（）來獲取并處理文本消

息。在知識搶答模塊，學生所發送的搶答答案暫只支持文本，且為客觀題。XML數據包參數如下：ToUserName、FromUserName、CreateTime、MesType和Content。

（2）回復消息

對于每一個POST請求，在響應包中返回特定的XML格式的報文，如果回復是圖片等多媒體消息時需預先上傳到微信服務器。微信服務器在5秒內對失敗的會重發請求，最多重試三次，所以需要對消息進行排重處理。回復消息的XML結構與接收消息相似。

（3）用戶分組及群發

學生和教師需按課程進行分組，同一課程為一組。可通過微信提供的接口編寫代碼進行分組。在調用接口時分組可利用JSON格式的數據包。

在用戶分組的提前下，可對分組進行群發功能，使用POST方式發送請求，請求地址為：https：//api.weixin.qq.com/cgi-bin/message/send all？access_token=ACCESS_TOKEN，另外，對不同的消息類型需要不同的消息格式進行封裝和處理。

（4）自定義菜單

目前微信公眾開發平臺的自定義菜單只能設置三個一級菜單，其中每個一級菜單只能設置不超過五個二級菜單。自定義菜單接口可定義兩種不同類型的按鈕，即 click 和view。［4］

在自定義菜單方面，本文中的微信學習平臺對于建立click類型的菜單有“課程微資源”、“學生任務”；當學生點擊按鈕后，可收到課程微資源列表和學習任務列表。可利用view類型的菜單對知識搶答等規則通過微信客戶端調用瀏覽器打開網頁顯示。

4.結束語

本文提出的基于云計算1動2微3平臺的移動學習平臺設計現已在實現階段，且有部分功能已在本校某學院的幾個專業的自主學習中投入應用。從應用情況來看，使學生能充分利用課余的“零碎”時間進行學習，提高學生的學習積極性和自主性，尤其是在知識搶答方面學生的積極性很高，有效提高了相關課程的教學效果。

參考文獻

［1］陳海挺.移動通信技術在教育教學中的應用研究［J］.硅谷，2012，5（16）∶76-77.

［2］魯璐.基于APPCAN的稅務移動辦公系統的設計與實現［D］.西安電子科技大學碩士學位論文，2013，9.

［3］劉江朝，鄒培忠，魯小猛.基于Drupal開發的視頻教學網［J］.電子技術與軟件工程，2016（6）∶19.

［4］江波，覃燕梅.基于微信的移動圖書館 APP 服務系統設計與實現［J］.現代情報，2013（06）∶41-44.

［5］葛紅儒.Drupal實戰［M］.機械工業出版社，2013.7.

基金項目：全國教育信息技術“十二五”規劃2014年度青年課題（編號：146241819）；2014年紹興市高等教育教學改革課題：《基于微信平臺下課堂教學延伸：1動2微3平臺的自主學習模式研究》。

作者簡介：

陳海挺（1980—），男，浙江永嘉人，碩士，講師，主要研究方向：圖像處理、計算機應用與數據處理。