基于碎片化資源的手機課程交互設(shè)計

高振清

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 太倉 215411）

1 引言

隨著移動智能手機和移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及，學(xué)生通過手機搜索學(xué)習(xí)資源進行片段化的學(xué)習(xí)已經(jīng)成為一種普遍的現(xiàn)象。對碎片化的學(xué)習(xí)資源進行整合，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)課件，并通過內(nèi)容交互設(shè)計、功能交互設(shè)計、界面交互設(shè)計，使碎片化資源能夠更加靈活地被學(xué)生所應(yīng)用。

1.1 碎片化資源

碎片化資源是由人類活動所產(chǎn)生的各類資源所組成，其中包括信息資源、時間資源、空間資源。隨著教學(xué)信息化的發(fā)展，各類知識以小節(jié)、單元、案例等電子形式存在于網(wǎng)絡(luò)中，形成了龐大的碎片化學(xué)習(xí)信息資源，它不僅能夠幫助學(xué)生解決針對性的問題，而且能夠成為微課設(shè)計的主要素材。學(xué)生在日常的生活中，將一些碎片化的時間和空間進行利用，構(gòu)建符合自身條件與環(huán)境的碎片化時間與空間資源，通過智能手機進行學(xué)習(xí)，而不受時間和空間的限制。

1.2 交互設(shè)計

交互設(shè)計是人與人之間、人與設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間等能夠基于某種環(huán)境下進行互動與配合，使其能達成某種目的。在軟件設(shè)計中，交互設(shè)計以人的使用行為為目標導(dǎo)向，以用戶習(xí)慣的使用方式規(guī)劃軟件操作流程，增進用戶的交互體驗。交互設(shè)計原則是要具有可視性，能夠反饋活動信息，以流程化表達防止操作失誤，能夠準確表達控制和效果之間的映射關(guān)系，保持功能與操作的表現(xiàn)的一致性，并具有準確的啟發(fā)性。在進行交互設(shè)計時，劃分出分析階段、設(shè)計階段、配合階段和驗證階段，必須明確交互設(shè)計規(guī)范，以保證產(chǎn)品設(shè)計的一致性。

1.3 個性化推薦

網(wǎng)絡(luò)中存在著海量的信息資源，用戶通過搜索引擎系統(tǒng)搜索所需要的資源費時又費力，而系統(tǒng)推薦技術(shù)則能夠根據(jù)用戶網(wǎng)絡(luò)使用痕跡、對資源類型的興趣等主動向用戶推薦，以節(jié)約用戶獲取信息的時間，提高系統(tǒng)與用戶之間的交互。個性化推薦主要由用戶模型、推薦對象模型和推薦算法所構(gòu)成，通過對用戶的特征分析將網(wǎng)絡(luò)中的資源與用戶需求相匹配，利用相應(yīng)的推薦算法進行計算，為用戶推薦合適的信息。主要的推薦方法有基于內(nèi)容推薦、協(xié)同過濾推薦、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則推薦和組合推薦等。

2 基于碎片化資源的手機課程系統(tǒng)設(shè)計

基于碎片化資源的收集課程系統(tǒng)不僅要對系統(tǒng)功能進行設(shè)計，滿足應(yīng)用上的需求，還要進行交互設(shè)計，實現(xiàn)教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間、用戶與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)內(nèi)部流程之間的無縫銜接，增強系統(tǒng)的可操作性，滿足用戶個性化需求。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 Hadoop架構(gòu)

Hadoop架構(gòu)是基于Google集群系統(tǒng)實現(xiàn)的可擴展開源軟件框架，其采用分布式存儲與計算的方式進行數(shù)據(jù)處理，相比單節(jié)點數(shù)據(jù)處理具有較高的可靠性、高效性、伸縮性。HDFS是Hadoop分布式文件系統(tǒng)，通過多臺聯(lián)網(wǎng)計算機集群上運行HDFS處理海量的文件，采用Map/Reduce并行編程模式對大規(guī)模數(shù)據(jù)集進行并行計算，由Map任務(wù)對數(shù)據(jù)集進行分塊，Reduce操作進行分布處理，幫助用戶進行數(shù)據(jù)的分類與調(diào)用。

2.1.2 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由不同地理位置的多臺計算機聯(lián)合組成的計算機網(wǎng)絡(luò)，每臺計算機都可以視為一個存儲節(jié)點，通過資源池對數(shù)據(jù)進行集中管理。每個節(jié)點的數(shù)據(jù)庫不僅可以獨立支持本地應(yīng)用，而且能提供數(shù)據(jù)共享。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用了4層結(jié)構(gòu)，即：全局外層、全局概念層、局部內(nèi)層和局部概念層。全局外層提供全局視圖服務(wù)，全局概念層通過全局概念模式、分片模式、分配模式同局部概念層局部概念模式進行映射，局部內(nèi)層通過局部內(nèi)模式映射局部數(shù)據(jù)庫，層間通過映射關(guān)系進行模式轉(zhuǎn)換。

2.1.3 并行計算

并行計算是利用多核CPU進行計算，能夠?qū)⒁粋€問題分解成為若干個離散任務(wù)交由不同的處理器進行處理。并行計算由并行計算程序支持，其編程環(huán)境包括消息傳遞并行編程、共享存儲并行編程和數(shù)據(jù)并行編程。其中消息傳遞并行編程具有較好的可擴展性，采用顯式數(shù)據(jù)分配方式，分布式數(shù)據(jù)存儲模式；共享存儲并行編程可擴展性較差，采用隱式數(shù)據(jù)分配方式，共享數(shù)據(jù)存儲模式；數(shù)據(jù)并行編程可擴展性一般，采用半隱式數(shù)據(jù)分配方式，共享數(shù)據(jù)存儲模式。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計數(shù)據(jù)分配方式

手機課程系統(tǒng)采用了三層結(jié)構(gòu)模式，用戶層使用手機客戶端訪問系統(tǒng)，用戶包括學(xué)生、教師和管理員，功能層主要包括在線課堂模塊、課程管理模塊、視頻課件模塊和用戶管理模塊，數(shù)據(jù)層采用分布式數(shù)據(jù)管理，包括用戶信息數(shù)據(jù)庫、學(xué)習(xí)資源數(shù)據(jù)庫和知識結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫等。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

用戶層通過手機客戶端訪問系統(tǒng)，根據(jù)使用系統(tǒng)的目的不同對系統(tǒng)使用權(quán)限進行設(shè)置，教師負責(zé)對教學(xué)資源進行整理，提供在線教學(xué)、發(fā)布視頻課件、對課程進行管理、發(fā)布測試題、對學(xué)生問題進行答疑等操作，學(xué)生登錄系統(tǒng)進行課件的學(xué)習(xí)、觀看學(xué)習(xí)課程視頻、與教師進行互動等操作，管理員登錄系統(tǒng)對系統(tǒng)進行維護與更新。功能層為用戶提供系統(tǒng)各項功能的應(yīng)用，數(shù)據(jù)層對系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)進行存儲和分類。

圖1手機課程系統(tǒng)架構(gòu)

2.3 系統(tǒng)交互設(shè)計

系統(tǒng)交互設(shè)計包括了師生之間、學(xué)生之間通過系統(tǒng)進行交互，教師通過在線答疑幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)過程中遇到的問題；用戶與系統(tǒng)之間的交互，通過個性化推薦分析學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，將學(xué)生感興趣和所需的課程資源推薦給學(xué)生；系統(tǒng)之間的交互，如手機客戶端與服務(wù)器之間的交互。

答疑交互設(shè)計是教師與學(xué)生之間進行提問并解答的交互功能，其中包括學(xué)生提問模塊和教師答疑模塊，答疑交互設(shè)計在課程視頻瀏覽的下方，便于學(xué)生能夠快速提出問題。同時，學(xué)生提出的問題會被系統(tǒng)存儲在問題記錄中，便于再遇到同類問題時系統(tǒng)可以自動給予解答。教師答疑可以在教師在線的情況下進行實時回復(fù)，也可以在某一個時間進行統(tǒng)一回復(fù)。

推薦交互設(shè)計包括三個部分，一是生成用戶特征數(shù)據(jù)，二是對用戶信息與碎片化資源進行匹配，三是給出推薦的結(jié)果到用戶客戶端。推薦引擎基于用戶特征向量，分析并提取用戶個性化的特征，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，按照學(xué)生瀏覽課程的內(nèi)容、搜索的問題等依據(jù)聚類算法進行聚類分析，同時對網(wǎng)絡(luò)中的碎片化資源進行篩選和排序，最終給出用戶個性化的推薦課程。在推薦交互設(shè)計中推薦算法采用基于內(nèi)容的推薦算法：詞頻-逆向文檔頻率方法（Term frequency-Inverse document frequency，TF-IDF），設(shè)文檔集為d1，d2，…，dn，關(guān)鍵詞為k1，k2，…，kn，算法可以定義為：

其中，TFij為詞頻，IDFi為逆向文檔頻率。fij為關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)，maxzfzj為文檔中關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)的最大值，N為文檔數(shù)量，ni表示出現(xiàn)關(guān)鍵詞的文檔。一個文檔dj用向量表示，m為關(guān)鍵詞的個數(shù)，那么用戶a配置文件和課程s配置文件的匹配度夾角余弦方法可以作為計算用戶a關(guān)鍵字說明文件和課程s關(guān)鍵字說明文件的相似度，計算公式表示為：

手機客戶端與服務(wù)器端交互設(shè)計是實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)定向存儲與調(diào)用，在設(shè)計中，可以采用Flex所提供的Mate架構(gòu)，基于標簽和事件驅(qū)動，通過事件總線EventBus監(jiān)聽客戶端信息，并將信息通過事件處理器進行處理，對應(yīng)服務(wù)器數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)服務(wù)。同時服務(wù)器通過事件分發(fā)器將信息轉(zhuǎn)交給事件總線進行處理，實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互。

3 結(jié)語

本文設(shè)計了基于碎片化資源的手機課程交互系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)用戶類型將系統(tǒng)功能劃分為在線課堂、課程管理、視頻課件和用戶管理四項功能，并根據(jù)交互設(shè)計思想設(shè)計答疑交互，推薦交互和手機客戶端與服務(wù)器端交互。構(gòu)建滿足學(xué)生與教師進行實時或者延時互動的答疑板塊，實現(xiàn)師生互動。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將碎片化資源進行整理，根據(jù)用戶特征將關(guān)聯(lián)資源推薦給用戶，實現(xiàn)人機的個性化交互。采用Mate架構(gòu)設(shè)計手機客戶端與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互，保證客戶端信息與數(shù)據(jù)庫服務(wù)一一對應(yīng)。