基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺開發

劉卓++張艮山

摘 要： 針對當前設計出的啟蒙教育在線學習平臺便攜性不強，孩子常無法跟進學習進度，故在安卓系統上開發基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺，采用Java語言和Eclipse軟件建立開發環境，在平臺客戶端與服務器之間的通信協議中寫入修正密文，減輕智能移動設備網絡不穩定對平臺登錄功能產生的不利影響。通過建立IP多媒體文件靜態頁面屬性表增強啟蒙教育課件展示功能，并對課程申請功能中的可申請內容搜索與課程列表更新進行開發。實驗結果表明，設計的學習平臺的吞吐量大、CPU使用率低、安全性好，能夠解決因網絡不穩定造成的客戶端相關登錄問題。

關鍵詞： 啟蒙教育； 在線學習平臺； 智能移動設備開發； 安卓系統

中圖分類號： TN87?34； TP311 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）11?0033?04

Development of enlightenment education online learning platform

based on intelligent mobile device

LIU Zhuo1， ZHANG Genshan2

（1. Academic Affairs Office， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China；

2. School of Literature and Media Transmission， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： Since the previously?designed enlightenment education online learning platform has poor portability， and the children can′t follow up the learning progress， an enlightenment education online learning platform based on intelligent mobile device was developed on Android platform. The Java language and Eclipse software are used to set up the development environment. The correction cipher text is written in communication protocol for the platform client and server platform to alleviate the adverse effect of network instability of intelligent mobile device on platform login function. The static page attribute table of IP multimedia file is established to enhance the exhibition function of the enlightenment education courseware. The applicable content search and curriculum list update of the curriculum application function were developed. The experimental results show that the learning platform has the advantages of high throughput， low CPU utilization and high security， and can solve the related login problem at the client caused by network instability.

Keywords： enlightenment education； online learning platform； intelligent mobile device development； Android system

0 引 言

就我國目前就業壓力大、兒童教育缺失等社會現象，家長們越來越重視啟蒙教育，渴望從嬰幼兒時期就為孩子培養出一個良好的道德素質與學習習慣。啟蒙教育分為三個階段：第一階段進行嬰幼兒的感知訓練，提升孩子對事物的敏感性，增強整體智力水平；第二階段進行記憶力訓練，訓練方式包括背誦課文、尋找玩具等；第三階段進行理解力和想象力的訓練，逐漸加強孩子看待事物的健康思維，提高創造能力。

在以往，啟蒙教育都是教師對孩子進行面對面教學，這種教學形式價格高，教學時間與地點固定，經常因為各種原因導致孩子無法跟上教學進度[1]，在線學習平臺有效解決了這種情況，孩子可以在家長的陪同下隨時隨地接受啟蒙教育，而且學費便宜，可反復學習。日本最先開發出有關啟蒙教育的在線學習平臺，使用B/S結構（Browser/Server，瀏覽器/服務器模式）[2]，平臺內部設置了孩子、家長和管理員三種登錄身份，管理員對啟蒙教育課程進行設置，家長對課程進行挑選，孩子根據課程內容實現感官互動。這種在線學習平臺的功能比較完善，啟蒙教育效果明顯，但需要使用平臺專屬的電子設施以及有線網絡，孩子只能在家里或者教室進行學習。

隨著智能移動設備的普及，啟蒙教育在線學習平臺開始向移動學習的方向發展，使其只需要一部智能移動設備以及用戶信息就能實現孩子啟蒙教育。

1 基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺

開發

1.1 開發環境

基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺依附安卓系統[3]進行開發。安卓系統的開發語言以Java為主，其功能強大、語言簡練，在谷歌技術提供的軟件開發工具包的支持下，Java能夠在計算機上進行智能移動設備的程序編寫與運行，采用Windows 7操作系統和Oracle 10g數據庫進行底層支持[4]，建立基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺的開發環境，其過程為：

（1） 下載一個Eclipse軟件，Eclipse是Java的集成開發平臺，其中含有Java插件集[5]，能夠建立Java開發平臺。利用Eclipse軟件下載基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺底層開發環境并安裝；

（2） 打開開發環境界面，選擇“擴展工具”，使用“擴展工具”在網絡上自動搜索安卓系統開發插件并下載、安裝；

（3） 重新打開開發環境界面，將新下載的安卓系統開發插件詳情填入“谷歌技術支持”選項，賦予安卓系統一個環境變量值[6]，環境變量值指向的是安卓系統開發插件。

1.2 平臺登錄功能開發

在智能移動設備上使用啟蒙教育在線學習平臺時，平臺的任何功能均建立在用戶（一般指家長）能夠正常登錄的前提下，登錄過程為：

（1） 家長在智能移動設備上點擊啟蒙教育在線學習客戶端，客戶端通過互聯網向啟蒙教育在線學習平臺的服務器傳達登錄請求；

（2） 家長填寫登錄賬號與密碼；

（3） 服務器檢測賬號是否存在，密碼是否匹配，將檢測結果回傳到客戶端；

（4） 將檢測結果顯示在客戶端上，如果賬號存在且密碼匹配，家長可以開始使用平臺的其他功能。

智能移動設備的互聯網連接形式不如傳統以太網連接穩定，在網絡擁堵或者移動信號不強的區域，智能移動設備中的客戶端經常發生網絡延遲過長或者斷網、網絡流量反復發送等現象[7]，導致服務器由于自身私密性而無法識別用戶是否已經成功登錄，進而產生賬號連接無效或無法登錄的情況，為用戶造成一定困擾。為了杜絕這種情況，在開發啟蒙教育在線學習平臺登錄功能時，應該在客戶端與服務器之間的通信協議內寫入修正密文，其中含有用戶的賬號、密碼、常用登錄地址、歷史登錄時間和歷史在線時長等用戶信息，并為用戶安卓系統設置惟一的辨認標識符號，當用戶無法正常登錄時，通過驗證辨認標識符號、核對用戶信息完成用戶身份識別，解決平臺登錄問題，如圖1所示。

家長的每個登錄操作都會在啟蒙教育在線平臺服務器上留下痕跡并生成密文，密文存儲有效時間為8 min，用戶在8 min內如果因為網絡問題而進行重復登錄操作，服務器就用這個密文對用戶信息進行驗證，如果用戶沒能在8 min內完成驗證且登錄客戶端，密文失效，需要重新登錄。

1.3 啟蒙教育課件展示功能開發

當家長成功登錄到基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺，啟蒙教育課件將以靜態網頁的形式進行展示，安卓系統的WebView軟件框架[8]為靜態頁面提供加載程序，同時實現多媒體展示。多個獨立的HTML（HyperText Markup Language，超文本標記語言）利用安卓系統的IP多媒體文件組合成啟蒙教育課件，IP多媒體文件中加載的是靜態頁面數據，包括啟蒙教育課件的內容提煉、題目以及字符等。

圖2為啟蒙教育課件展示流程圖，智能移動設備展示啟蒙教育課件時，需要從IP多媒體文件中提取全部的靜態頁面數據，并標記頁面序列，從第一個靜態頁面開始依次展示課件內容[9]。如果用戶中途給出快進、快退等頁面控制指令，智能移動設備在頁面序列中直接提取相應內容進行展示。由于IP多媒體文件是在計算機上直接通過Java開發的，而智能移動設備的多媒體分辨率要比計算機低，因此需要重新建立靜態頁面屬性，表1是新的IP多媒體文件靜態頁面屬性表。

1.4 啟蒙教育課程申請功能開發

基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺的課程申請功能是指家長根據孩子的特點自由選擇啟蒙教育課程，課程申請在經過管理員審批后方能進行學習。啟蒙教育課程申請分為可申請內容搜索與課程列表更新兩種，功能流程如圖3，圖4所示，家長通過可申請內容搜索功能得到啟蒙教育課程名稱與身份標識，將課程添加到賬戶收藏中。智能移動設備從平臺客戶端向服務器發送課程申請請求，安排課程列表更新順序，獲取新的用戶課程列表。

2 實驗結果與分析

實驗對基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺進行白盒測試，白盒測試也稱結構測試或者邏輯測試，是指將待測對象當成一個開放式的盒子，盒子內部結構可以被清晰地看到。在啟蒙教育在線學習平臺運行的同時分析客戶端與服務器的性能與功能。選擇兩臺相同的國產新型安卓系統手機，清空手機內所有數據與軟件，安裝基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺客戶端，訪問分辨率為640×800的啟蒙教育課件，兩臺手機分別進行平臺的性能測試與功能測試。

2.1 性能測試

圖5是基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺的吞吐量，平臺對吞吐量的定義是：隨著用戶在平臺客戶端在線人數的不斷增多，服務器處理用戶控制指令得到的正確數目。

由圖5可知，在控制指令數量為100個時，白盒測試給出的平臺吞吐量為10千萬字節；控制指令數量為300個時，吞吐量為90千萬字節；控制指令數量為700個時，吞吐量為135千萬字節。一般來講，1個控制指令的數據字節在0.08千萬字節～0.35千萬字節之間，通過數據換算可以得出，基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺的吞吐量很大。

圖6是白盒測試中平臺CPU使用率曲線，由于平臺客戶端的CPU使用率受安卓手機硬件的影響更為強烈，因此采用平臺服務器CPU使用率代替智能移動設備的CPU使用率，令測試結果更加具有代表性。控制指令數量每2 s增加100個，比較緊密，測試結果是在多次連續白盒測試的情況下得到的平均值。可以看出，平臺的CPU使用率曲線上升比較緩慢，不存在突然暴增的情況，當控制指令數量達到最高值700時，服務器CPU使用率僅為52%。一般認為低于75%的CPU使用率都能帶動在線學習平臺實現正常運作，展示出基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺優異的負載調節性能。

2.2 功能測試

基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺擁有在線登錄、課件展示、課程申請等功能，受到智能移動設備網絡不穩定的狀態限制，平臺安全性成為保證上述功能實現的前提。將安卓手機放于一個電磁干擾強烈的金屬半密閉空間中，模擬平臺網絡不穩定的通信狀況，在此條件下多次登錄平臺客戶端，觀察登錄狀態。隨后，在已經成功登錄客戶端后的8 min之內，再次進行登錄，同時輸入錯誤密文，觀察登錄狀態，白盒測試用例如表2，表3所示。測試結果表明，基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺的安全性優異，能夠解決由智能移動設備網絡不穩定導致的客戶端登錄問題。

論

為了開發基于智能移動設備的啟蒙教育在線學習平臺，本文在智能移動設備中使用率最高的安卓系統上建立開發環境，對在線登錄、課件展示以及課程申請三項主要功能進行開發，采用白盒測試方法對在線平臺的性能與功能進行測試，驗證了平臺在吞吐量、負載調節性能、安全性等方面具有較強的優勢。

參考文獻

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