趙學(xué)銘 王 剛

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基于HTML5的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺研究*

趙學(xué)銘1王 剛2[通訊作者]

（1．天津醫(yī)科大學(xué)科學(xué)技術(shù)處，天津 300070；2．天津醫(yī)科大學(xué)圖書館，天津 300070）

隨著移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)學(xué)習(xí)在數(shù)字化學(xué)習(xí)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。利用HTML5技術(shù)開發(fā)的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺適配多種操作系統(tǒng)，使用戶在不同類型的智能設(shè)備上均可獲得良好的使用體驗(yàn)，節(jié)約了開發(fā)和維護(hù)成本。該平臺根據(jù)實(shí)際情況，還為教師和學(xué)生兩類用戶分別提供了不同的功能模塊，以保證教學(xué)過程中師生之間充分的溝通和交流。該平臺的使用改變了傳統(tǒng)被動(dòng)式的教學(xué)模式，在學(xué)生、教師、教學(xué)資源之間形成了交互式學(xué)習(xí)環(huán)境。

移動(dòng)技術(shù)；移動(dòng)學(xué)習(xí)；HTML5；智能設(shè)備；交互式學(xué)習(xí)

引言

移動(dòng)學(xué)習(xí)（Mobile Learning）是指利用無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及無線移動(dòng)通信設(shè)備，獲取教育信息、教育資源和教育服務(wù)的一種新型學(xué)習(xí)形式[1]，具有“隨時(shí)隨地”的特性，是在線數(shù)字化學(xué)習(xí)的無線擴(kuò)展，被認(rèn)為是未來學(xué)習(xí)中不可缺少的一種學(xué)習(xí)模式[2]。移動(dòng)學(xué)習(xí)使得學(xué)習(xí)者不再被限制在電腦之前，而是可以根據(jù)自身的需要基于不同的學(xué)習(xí)目的和方式開展學(xué)習(xí)。同時(shí)，通過移動(dòng)學(xué)習(xí)可以提高學(xué)生與教師之間的交互程度，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)效率。

在移動(dòng)學(xué)習(xí)的資源開發(fā)方面，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作。但是，目前在移動(dòng)學(xué)習(xí)的資源建設(shè)和平臺開發(fā)上存在以下幾個(gè)問題：①移動(dòng)學(xué)習(xí)資源的內(nèi)容單調(diào)，主要局限于英語等語言類移動(dòng)學(xué)習(xí)資源的開發(fā)方面，阻礙了移動(dòng)學(xué)習(xí)資源向多樣性和豐富性方面發(fā)展[3]，且內(nèi)容和形式較為單一，不能滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求；②移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺的可移植性差，基于某種平臺所開發(fā)的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源并不能被完整地移植到其它平臺，造成資源的重復(fù)建設(shè)，增加了開發(fā)和維護(hù)成本；③移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺的設(shè)計(jì)缺乏交互性，使得學(xué)習(xí)效果大打折扣[4]。此外，移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)缺乏跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)效果的功能，導(dǎo)致學(xué)生借助移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)習(xí)效果不佳。

一交互式學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)

交互指學(xué)習(xí)者與移動(dòng)設(shè)備、學(xué)習(xí)平臺、知識內(nèi)容、其他學(xué)習(xí)者等展開的信息交流過程[5]。移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺與傳統(tǒng)的電子學(xué)習(xí)網(wǎng)站相比，兩者在交互方式上有很大的區(qū)別。設(shè)計(jì)合理的交互方式，可以提高移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺的質(zhì)量，帶給學(xué)習(xí)者良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

1 交互式學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)面向移動(dòng)智能設(shè)備的學(xué)習(xí)平臺時(shí)，需要充分遵循智能手機(jī)的特點(diǎn)以及采取移動(dòng)學(xué)習(xí)方式的學(xué)習(xí)者的需求[6]。交互式學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)主要遵循三個(gè)原則：①界面友好，導(dǎo)航清晰。界面的友好性和易操作性對于學(xué)習(xí)者的使用體驗(yàn)至關(guān)重要，因此清晰明確的導(dǎo)航可便于學(xué)習(xí)者了解整個(gè)平臺的架構(gòu)，并有助于利用移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺提高學(xué)習(xí)效率。②知識內(nèi)容的適用性。遵循適用性原則，知識內(nèi)容力求簡潔直觀，以幫助學(xué)習(xí)者激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)效率。③用戶操作的便捷性。在設(shè)計(jì)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺時(shí)要以內(nèi)容呈現(xiàn)的形式為主，避免大量的用戶輸入操作。此外，移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺需要針對學(xué)習(xí)者的每一個(gè)操作提供及時(shí)的響應(yīng)和反饋，并提供相應(yīng)的處理結(jié)果和提示，以便學(xué)習(xí)者判斷如何進(jìn)行下一步的操作。

2 交互式學(xué)習(xí)環(huán)境的課程資源設(shè)計(jì)

由于移動(dòng)學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)在知識組織形式上存在很大的差異，因此在學(xué)習(xí)資源建設(shè)方面，移動(dòng)學(xué)習(xí)需以問題為中心，將知識內(nèi)容進(jìn)行模塊化處理，明確教學(xué)目標(biāo)，精煉教學(xué)內(nèi)容。也就是說，移動(dòng)學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容應(yīng)簡短意賅，將相關(guān)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行結(jié)構(gòu)化組合，建立資源的交互內(nèi)容與學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)、學(xué)習(xí)環(huán)境之間有意義的關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)主題突出的結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)資源環(huán)境[6]。

3 交互式學(xué)習(xí)環(huán)境的交互方式設(shè)計(jì)

學(xué)生對教學(xué)資源的學(xué)習(xí)，不應(yīng)是教師通過教學(xué)方式方法將教學(xué)資源灌輸給學(xué)生這樣一個(gè)單方面的信息傳送過程，而應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中將所學(xué)的知識不斷創(chuàng)新，形成新的教學(xué)資源并與他人共享和交流。學(xué)生、教師、教學(xué)資源之間的相互融合、促進(jìn)，形成了一個(gè)交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境。交互類型大致可分為以下三類：教師—學(xué)生交互、學(xué)生—學(xué)生交互、學(xué)生—教學(xué)資源交互。

二基于HTML5的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺設(shè)計(jì)

1 HTML5開發(fā)移動(dòng)應(yīng)用的優(yōu)勢

使用HTML5開發(fā)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺，有助于解決移動(dòng)智能設(shè)備上因操作系統(tǒng)的不同，而導(dǎo)致移動(dòng)學(xué)習(xí)資源的開發(fā)依賴于操作系統(tǒng)類型的問題。為此，本研究構(gòu)建了基于HTML5的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺（下文簡稱“平臺”），它具有以下優(yōu)勢：可以同時(shí)適用于Android、iOS甚至是Windows Phone平臺，適配性和統(tǒng)一體驗(yàn)較好；移動(dòng)設(shè)備的客戶端和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)較少，節(jié)約了用戶的手機(jī)空間；技術(shù)難度較低，開發(fā)工作量小，且開發(fā)成本低。

2 平臺功能分析

通過對最常用的教學(xué)方法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在絕大多數(shù)情況下，教師采用的教學(xué)方法是學(xué)生們被動(dòng)地接受教師所傳授的知識。因此，根據(jù)目前教學(xué)的實(shí)際情況，平臺針對教師和學(xué)生兩類用戶分別提供了不同的功能模塊。

（1）教師

①備課功能。目前，教師通常使用PPT、Word、PDF或短視頻作為輔助教學(xué)的課件。充分考慮教師的教學(xué)習(xí)慣，平臺在備課功能界面上提供了可利用已有的教學(xué)課件、可上傳新教學(xué)課件的功能。

②課件分發(fā)功能。由于教師習(xí)慣性地使用課件來輔助教學(xué)，因此平臺為教師提供了課件分發(fā)功能，用于分發(fā)備課階段所上傳的課件。教師所用的課件主要分為兩種類型：一種是PPT、Word、PDF等格式的文檔類型課件，另一種是短視頻音頻類型的多媒體課件。當(dāng)課程開始后，平臺服務(wù)器根據(jù)教師和學(xué)生的操作，將相關(guān)課件發(fā)送至教師和學(xué)生的客戶端上。

③演示和教學(xué)功能。平臺為教師提供了演示教學(xué)課件的功能，具體可分為演示文檔類課件和演示多媒體課件兩種類型。例如，當(dāng)教師選擇演示幻燈片時(shí)，可以通過滑動(dòng)智能設(shè)備屏幕向?qū)W生展示幻燈片；當(dāng)教師選擇演示視頻課件時(shí)，可以通過點(diǎn)擊、拖拽進(jìn)度條來調(diào)整視頻順序播放及回放的進(jìn)度。此外，教師客戶端還提供了基本的工具，方便教師直接在課件文檔進(jìn)行注釋，以幫助學(xué)生在課后進(jìn)行復(fù)習(xí)。該功能用于支持教師與學(xué)生之間的交互。

④攝像頭及麥克風(fēng)控制功能。平臺提供給教師啟動(dòng)學(xué)生客戶端攝像頭的功能，使學(xué)生端的視頻圖像可回傳給教師。同時(shí)，教師還可以向?qū)W生端開啟本地?cái)z像頭，用來演示相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作過程。此外，教師客戶端還能夠自動(dòng)顯示從學(xué)生客戶端收集的問題，便于教師了解學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中遇到的問題并作出及時(shí)合理的解決。該功能同樣用于支持教師與學(xué)生之間的交互。

⑤控制權(quán)限指派功能。在教學(xué)的過程中，教師可以將平臺的控制權(quán)限轉(zhuǎn)交給學(xué)生，以便學(xué)生以“小教師”的角色演示課件。教師利用控制權(quán)限指派功能，可以充分實(shí)現(xiàn)學(xué)生—學(xué)生交互；學(xué)生利用該功能，則可以就學(xué)習(xí)過程中的具體問題進(jìn)行深入思考和交流，并提出自己的觀點(diǎn)，以加深學(xué)生對具體知識內(nèi)容的理解。

（2）學(xué)生

平臺為學(xué)生提供了兩種使用模式：主動(dòng)模式和被動(dòng)模式，學(xué)生可以根據(jù)需要自動(dòng)切換這兩種模式。當(dāng)學(xué)生選擇被動(dòng)模式時(shí)，可以在客戶端不進(jìn)行任何操作，其客戶端屏幕顯示的內(nèi)容與主客戶端保持同步。例如，當(dāng)教師客戶端播放某個(gè)視頻課件時(shí)，學(xué)生客戶端的播放進(jìn)度與教師客戶端就會(huì)保持一致，教師在其客戶端對課件的標(biāo)注也會(huì)自動(dòng)地在學(xué)生客戶端進(jìn)行顯示。因此，被動(dòng)模式用于支持學(xué)生與教師之間的交互。當(dāng)學(xué)生選擇主動(dòng)學(xué)習(xí)模式時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要查閱相關(guān)的課件。因此，主動(dòng)模式用于實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教學(xué)資源之間的交互。

3 平臺功能設(shè)計(jì)

目前，移動(dòng)智能設(shè)備上所運(yùn)行的操作系統(tǒng)主要是Android、iOS和Windows Mobile。開發(fā)移動(dòng)應(yīng)用程序同時(shí)支持多種操作系統(tǒng)，就需要使用多個(gè)程序設(shè)計(jì)語言開發(fā)多個(gè)操作系統(tǒng)版本的應(yīng)用程序，因此增加了應(yīng)用開發(fā)成本和程序維護(hù)成本。為解決這一問題，本研究設(shè)計(jì)了基于HTML5的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺的整體架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 基于HTML5的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺的整體架構(gòu)

（1）客戶端功能模塊

①交互界面。該模塊的目的在于銜接平臺及其用戶，并通過提供良好的操作界面，一方面實(shí)現(xiàn)教師、學(xué)生、教學(xué)資源三者之間的交互，并確?？蛻舳似聊伙@示合適的內(nèi)容；另一方面處理由系統(tǒng)用戶或同步模塊傳來的處理指令。

②同步模塊。該模塊用于實(shí)現(xiàn)各客戶端與服務(wù)器中教學(xué)課件狀態(tài)信息保持同步的功能，其狀態(tài)信息結(jié)構(gòu)如表1所示。如果客戶端類型為主客戶端，就向服務(wù)器發(fā)送狀態(tài)信息，使其它客戶端與它保持同步。同時(shí)，從客戶端接收主客戶端發(fā)來的狀態(tài)信息通過與自身的狀態(tài)信息進(jìn)行比較，相應(yīng)的功能模塊根據(jù)狀態(tài)信息的異同，自動(dòng)保持客戶端與主客戶端之間狀態(tài)信息的同步。

表1 教學(xué)課件狀態(tài)信息結(jié)構(gòu)

③顯示模塊。HTML5標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，使得瀏覽器對多媒體文件的播放效果良好，并為用戶提供了流暢的使用操作體驗(yàn)?；诖?，該模塊采用最新的HTML5標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，通過調(diào)用客戶端的移動(dòng)瀏覽器，顯示交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺的操作界面并播放多媒體課件。

④操作模塊。該模塊在課前支持教師通過客戶端上傳課件，在教學(xué)過程中則支持教師選擇、標(biāo)注使用課件以及通過攝像頭進(jìn)行教師—學(xué)生互動(dòng)式教學(xué)等。此外，該模塊還為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺向?qū)W生提供主動(dòng)學(xué)習(xí)和被動(dòng)學(xué)習(xí)兩種使用模式提供了支持。

⑤存儲(chǔ)模塊。該模塊用于存儲(chǔ)兩方面的內(nèi)容：從服務(wù)器下載的課件和同步模塊所使用的本地客戶端狀態(tài)信息。利用HTML5技術(shù)，該模塊為客戶端提供了對離線存儲(chǔ)學(xué)習(xí)的支持——學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中如果突然斷網(wǎng)，平臺可以記錄各個(gè)客戶端當(dāng)時(shí)的學(xué)習(xí)進(jìn)度，待網(wǎng)絡(luò)重新連接后自動(dòng)與服務(wù)器進(jìn)行同步，同時(shí)通過平臺提供的離線存儲(chǔ)功能對課件資源進(jìn)行緩存，便于學(xué)生離線使用；如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)重新連接的情況，客戶端的瀏覽器僅需從服務(wù)器下載更新后的數(shù)據(jù)。因此，該模塊提高了客戶端的加載速度，進(jìn)而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

⑥環(huán)境適配模塊?？蛻舳烁鶕?jù)自身的環(huán)境條件，開展本地環(huán)境適配模塊與服務(wù)器環(huán)境適配模塊的協(xié)同工作，以便獲取適合的服務(wù)；客戶端環(huán)境適配模塊則收集網(wǎng)絡(luò)帶寬、內(nèi)存容量、屏幕尺寸和分辨率等環(huán)境參數(shù)，并將這些參數(shù)發(fā)送至服務(wù)器。

⑦數(shù)據(jù)交換模塊。該模塊用來建立、保持本地客戶端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)連接。

（2）服務(wù)器功能模塊

根據(jù)圖1，服務(wù)器架構(gòu)包括數(shù)據(jù)交換、環(huán)境適配、同步等功能模塊，具體如表2所示。

表2 服務(wù)器功能模塊列表

三平臺應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

1 狀態(tài)記錄同步實(shí)現(xiàn)流程

以天津醫(yī)科大學(xué)為例，在基于HTML5的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺中，假定所有的教學(xué)課件都已經(jīng)通過教師客戶端上傳至服務(wù)器，當(dāng)課程開始后，所有的客戶端（包括教師端和學(xué)生端）連接至服務(wù)器，并在客戶端屏幕顯示所有教學(xué)課件的列表，如圖2所示。

圖2 天津醫(yī)科大學(xué)交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺系統(tǒng)界面

當(dāng)教師選擇一個(gè)文檔類型課件后，學(xué)生客戶端與教師的操作保持同步的工作流程，其狀態(tài)記錄同步實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。圖中虛線包含的區(qū)域，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生客戶端與教師客戶端保持同步的主要過程。

具體來說，首先，教師通過操作模塊選定某個(gè)文檔類型課件，根據(jù)表1所示的教學(xué)課件狀態(tài)信息結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)同步模塊修改狀態(tài)記錄，即（Document_ID=0，Page_Number=0）變?yōu)椋―ocument_ID=1，Page_Number=1）。隨后，教師客戶端數(shù)據(jù)交換模塊向服務(wù)器發(fā)送通知，告知服務(wù)器該文檔課件對應(yīng)的狀態(tài)記錄發(fā)生了變化。接收該通知后，服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換模塊將該文檔課件對應(yīng)的狀態(tài)記錄進(jìn)行修改，即（Document_ID=0，Page_Number=0）變?yōu)椋―ocument_ID=1，Page_Number=1），使之與教師客戶端保持一致。

學(xué)生客戶端定期向服務(wù)器發(fā)送請求，用來比較本地文檔課件對應(yīng)的狀態(tài)記錄與服務(wù)器的狀態(tài)記錄是否一致。當(dāng)發(fā)現(xiàn)狀態(tài)記錄不一致時(shí)，學(xué)生客戶端調(diào)用相應(yīng)的處理辦法，以與服務(wù)器保持一致。服務(wù)器文檔課件對應(yīng)的狀態(tài)記錄改變后，當(dāng)學(xué)生客戶端的同步模塊發(fā)現(xiàn)本地文檔課件對應(yīng)的狀態(tài)記錄與服務(wù)器不一致時(shí)，學(xué)生客戶端的存儲(chǔ)模塊首先檢查Document_ID=1所對應(yīng)的文檔課件是否已經(jīng)保存在本地客戶端——如果已經(jīng)保存，顯示模塊在屏幕顯示文檔首頁，并將該文檔課件的狀態(tài)記錄進(jìn)行相應(yīng)修改，即（Document_ID=1，Page_Number=1）；如果尚未保存在本地客戶端，則學(xué)生客戶端向服務(wù)器發(fā)送獲取Document_ID=1所對應(yīng)文檔類型課件的請求，獲取該文檔并顯示，同時(shí)修改狀態(tài)記錄，以與服務(wù)器保持一致。

圖3 狀態(tài)記錄同步實(shí)現(xiàn)流程

2 視頻課件播放的實(shí)現(xiàn)方法

視頻資源的觀看、下載及分享是學(xué)生使用在線教育平臺的基本需求，這得益于視頻技術(shù)能夠真實(shí)、全面、動(dòng)態(tài)地向?qū)W生傳達(dá)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)勢。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)微視頻的廣泛應(yīng)用以及移動(dòng)終端便攜攝錄技術(shù)的提高，視頻從錄制到傳播的時(shí)空局限得以突破[7]。

視頻類型課件的播放主要通過使用HTML5所提供的

四結(jié)語

本文提出的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺采用最新的HTML5技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，具備低部署成本、跨平臺、高交互性的特點(diǎn)。文章首先分析了移動(dòng)學(xué)習(xí)的特征以及當(dāng)前移動(dòng)學(xué)習(xí)存在的問題，然后探討了移動(dòng)環(huán)境下交互式學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的依據(jù)和方法，最后根據(jù)分析設(shè)計(jì)了基于HTML5的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺，并對平臺中的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)說明。伴隨著校園無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和4G LTE覆蓋范圍的擴(kuò)大，基于HTML5的交互式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺將具有廣闊的應(yīng)用前景。

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編輯：小米

Construction of Interactive Mobile Learning Platform based on HTML5

ZHAO Xue-Min1WANG Gang2[Corresponding Author]

With the development of mobile technology, mobile learning has been widely used in the field of E-learning. The interactive mobile learning platform developed by using HTML5 technology can fit a variety of operating system, which provided favourable experience for users in different types of intelligent devices, and saved development and maintenance costs. Also, according to actual conditions, the platform provided different kinds of functional modules for teachers and students, which ensured adequate communication and exchange between teachers and students during teaching process. The use of this platform transformed the traditional passive teaching mode, and constructed interactive learning environment among students, teachers and teaching resources.

mobile technology; mobile learning; HTML5; smart device; interactive learning

G40-057

A

1009—8097（2016）09—0106—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.09.016

本文受天津市哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃一般項(xiàng)目“基于用戶體驗(yàn)數(shù)字化移動(dòng)教育資源共享平臺的研究”（項(xiàng)目編號：TJJX15-031）資助。

趙學(xué)銘，助理研究員，博士，研究方向?yàn)榻逃畔⒒]箱為Prentice2000@163.com。

2016年3月10日