馬寧生+呂軍+方凱+馬現(xiàn)超

摘要：該文以智能手機(jī)作為移動教學(xué)工具，全面介紹和分析了移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)與技術(shù)。結(jié)合物理實驗教學(xué)中的實踐教學(xué)經(jīng)驗，闡述了以Web App作為平臺開發(fā)物理實驗微課程的具體技術(shù)路線和教學(xué)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)；Web App；微課程

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）23-0097-06

移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)

1.移動應(yīng)用程序

目前，移動應(yīng)用程序主要有Native App、Web App和Hybrid App三種。Native App是依賴移動終端的操作系統(tǒng)而開發(fā)的應(yīng)用程序，它需要針對不同的操作系統(tǒng)分別進(jìn)行開發(fā)，用戶可以直接在網(wǎng)上根據(jù)自己終端的操作系統(tǒng)進(jìn)行下載安裝。Native App具有開發(fā)周期長、成本高、維護(hù)成本高和更新緩慢的缺點，但在用戶體驗、性能的穩(wěn)定性和對本地資源的調(diào)用等方面，具有不可替代的優(yōu)勢。Web App是可以直接運(yùn)行在移動設(shè)備瀏覽器上的應(yīng)用程序，它是利用Web技術(shù)開發(fā)的，無需下載和安裝，但它可以擁有與在Native App上相似的用戶體驗，由于與操作系統(tǒng)平臺無關(guān)，且具有良好的跨平臺特性，因此具有開發(fā)周期短、成本低和易維護(hù)等特點，但Web App也有不足，如依賴網(wǎng)絡(luò)、不能很好地調(diào)用本地移動設(shè)備資源和用戶留存率低等。Hybrid App介于Native App和Web App之間，它看上去是Native App，但只是一個UI WebView，內(nèi)核訪問的是Web App。[1]考慮到Web App具有上述優(yōu)點，而且微課程移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)并不涉及調(diào)用本地移動設(shè)備資源，因此在開發(fā)過程中，宜選擇Web App的形式。

Web App能夠具有與Native App相似的用戶體驗的重要基礎(chǔ)，即在于HTML5技術(shù)，各大瀏覽器都在不同程度上提供了對HTML5技術(shù)的支持。為了減輕服務(wù)器訪問的負(fù)擔(dān)和增強(qiáng)用戶體驗，微課程的技術(shù)設(shè)計在有些地方采用了Ajax技術(shù)。HTML5技術(shù)提供了良好的前端效果，系統(tǒng)后端開發(fā)采用的是SSH2（Struts2+Spring+Hibernate）的組合框架，這是一種輕量級的J2EE平臺，被越來越多的開發(fā)者使用。因為Tomcat服務(wù)器對JSP程序可以提供較好的支持，所以整個移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)被部署到Tomcat服務(wù)器上。移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要針對物理實驗的學(xué)生，因此采用MySQL這種適合中小型網(wǎng)站的數(shù)據(jù)庫即可。

2.HTML5技術(shù)

狹義上的HTML5指的是在HTML4.01的基礎(chǔ)上升級的版本，它包含了一些之前沒有的標(biāo)簽，如

JAVA的JDBC技術(shù)是一種將應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接的技術(shù)。JDBC的應(yīng)用程序接口可以實現(xiàn)訪問大量的各種各樣的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的操作，MySQL即是經(jīng)常被連接的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之一。將JDBC應(yīng)用于MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，需要下載MySQL的JDBC驅(qū)動程序并建立與MySQL的連接。因為本系統(tǒng)是基于框架開發(fā)的，因此MySQL的連接可以在配置文件中進(jìn)行配置。

微課程系統(tǒng)采取B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)，其后端實現(xiàn)工具是Struts2+Spring+Hibernate組合框架，前端使用了HTML5技術(shù)，同時在生成圖表信息的網(wǎng)頁部分使用了Ajax技術(shù)。

移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)的功能與軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)開發(fā)要以微課程的合理使用為核心，使微課程與教學(xué)進(jìn)行高效的整合。在這一系統(tǒng)中，包括教師和學(xué)生兩個主要的角色，系統(tǒng)的開發(fā)要滿足教師和學(xué)生在功能上的需求。系統(tǒng)的開發(fā)除了要滿足上述需求外，還應(yīng)該考慮系統(tǒng)本身在安全性、可靠性、可維護(hù)性、實時性等非功能性的需求。

1.教師端功能需求

教師是課程的參與者和學(xué)生的管理者，教師端的功能需求主要包括個人信息管理、學(xué)生信息管理、觀看實驗微課程、參與課程討論和統(tǒng)計分析學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)五部分。個人信息管理是教師在完成注冊登錄后，可以對自己的用戶名、密碼、姓名等個人信息進(jìn)行修改。學(xué)生信息管理功能可以讓教師批量導(dǎo)入和刪除學(xué)生的基本信息，包括用戶名、密碼、姓名等，教師也可以對已經(jīng)注冊的學(xué)生信息進(jìn)行修改。在課程討論的部分，教師可以回答學(xué)生提出的問題，也可以提出問題引發(fā)學(xué)生對該課程的思考。學(xué)生在微課程學(xué)習(xí)的過程中會產(chǎn)生很多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對教師分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況具有重要的意義，在統(tǒng)計分析模塊中，教師可以看到一個課程被學(xué)習(xí)的次數(shù)的統(tǒng)計表，教師也可以下載每位學(xué)生觀看課程的細(xì)節(jié)信息。

2.學(xué)生端功能需求

學(xué)生是物理實驗微課程學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生端的功能需求主要包括個人信息管理、觀看實驗微課程、參與課程討論和記錄學(xué)習(xí)筆記四個部分。個人信息管理是學(xué)生在完成注冊登錄后，可以對自己的用戶名、密碼、姓名等個人信息進(jìn)行修改。觀看實驗微課程是學(xué)生學(xué)習(xí)的核心，基于Web App的實驗微課程可以使學(xué)生在實驗前、實驗中和實驗后各個階段根據(jù)需要完成實驗學(xué)習(xí)。學(xué)生在觀看微課程的過程中可能會遇到各種各樣的問題，在參與課程討論的部分，學(xué)生可以提出自己的問題，學(xué)生也可以在討論的部分發(fā)現(xiàn)別人的問題并給出解決問題的方法，使學(xué)生與學(xué)生及學(xué)生與教師之間互相學(xué)習(xí)，提升對實驗的認(rèn)識。長期的基于特定課程的問題的積累，形成問題集，將會成為學(xué)生以后學(xué)習(xí)的寶貴文本資源。除了討論各種課程問題，學(xué)生也可以在記錄學(xué)習(xí)筆記功能模塊記錄自己實驗學(xué)習(xí)的心得，這種學(xué)習(xí)心得是只有學(xué)生本人可以看的。

3.非功能性需求

非功能性需求，主要指開發(fā)的軟件系統(tǒng)為滿足用戶業(yè)務(wù)需求而必須具有除功能需求以外的特性，非功能性需求對軟件穩(wěn)定高效的運(yùn)行有重要的意義，主要包括安全性、可靠性、可維護(hù)性、實時性等。

4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計

基于Web App的微課程系統(tǒng)，采用SSH2組合框架和HTML5技術(shù)共同開發(fā)完成。架構(gòu)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程為：在表示層中，用戶通過JSP頁面實現(xiàn)交互，發(fā)送請求（Request）和接收響應(yīng)（Response），JSP頁面在顯示到瀏覽器前還要經(jīng)過HTML5的渲染，使其具有良好的顯示效果和交互性能，然后Struts根據(jù)配置文件Struts.xml，將接收到的請求委托給相應(yīng)的Action進(jìn)行處理。在業(yè)務(wù)邏輯層中，通過配置文件ApplicationContext.xml及Service組件，讓管理服務(wù)組件的Spring IoC容器向Action提供業(yè)務(wù)模型Model組件，及該組件的協(xié)作對象數(shù)據(jù)處理Dao組件完成業(yè)務(wù)邏輯，并提供事務(wù)處理、緩沖池等容器組件以提升系統(tǒng)性能和保證數(shù)據(jù)的完整性。在數(shù)據(jù)持久層中，通過配置文件*.hbm.xml完成Hibernate對象化映射和數(shù)據(jù)的持久化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的交互，完成Dao組件對數(shù)據(jù)的請求，并返回數(shù)據(jù)處理結(jié)果。SSH2組合框架可以實現(xiàn)清晰的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，且各層之間只要通過接口即可實現(xiàn)調(diào)用，這對理解源代碼有很大的幫助，同時對后期系統(tǒng)功能的拓展和維護(hù)具有重要意義。

（1）教師端邏輯設(shè)計

根據(jù)教師端功能的需要，對其實現(xiàn)的邏輯進(jìn)行設(shè)計。教師通過首頁進(jìn)入到登錄頁，在登錄頁需要輸入注冊時使用的用戶名和密碼。在觀看課程頁，教師可以參與課程討論，學(xué)生瀏覽課程的次數(shù)可形成統(tǒng)計圖。在信息管理頁，教師可以修改自己的個人信息和學(xué)生信息，并下載學(xué)生學(xué)習(xí)課程的數(shù)據(jù)。

（2）學(xué)生端邏輯設(shè)計

學(xué)生端邏輯設(shè)計與教師端相似，但在部分細(xì)節(jié)設(shè)計上有差異。學(xué)生通過系統(tǒng)首頁進(jìn)入到學(xué)生登錄頁，在登錄頁需要輸入注冊時使用的用戶名和密碼，在選擇觀看課程頁，學(xué)生可以參與課程的討論和記錄課程學(xué)習(xí)筆記。

（3）數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)總體設(shè)計的需要，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫設(shè)計的一般理論，設(shè)計數(shù)據(jù)庫共有6張數(shù)據(jù)表，分別是教師信息表、學(xué)生信息表、課程信息表、評論信息表、筆記信息表和觀看課程次數(shù)信息表。其關(guān)聯(lián)主要是通過添加外鍵約束來實現(xiàn)。

微課程的結(jié)構(gòu)設(shè)計

移動智能終端是微課程得以實現(xiàn)的重要載體之一，結(jié)合移動智能終端和微課程的特點，并從學(xué)習(xí)者使用的角度建立在移動智能終端上的微課程結(jié)構(gòu)。

1.注冊和登錄

在注冊和登錄時，學(xué)生可以通過為移動智能終端專門開發(fā)的Web App輸入基本信息。當(dāng)然如果是學(xué)校為在校學(xué)生開發(fā)的微課程，學(xué)校可以為學(xué)生在服務(wù)器端完成注冊，學(xué)生注冊的信息有助于系統(tǒng)為用戶推送符合學(xué)習(xí)者特征的課程。對微課程的開發(fā)人員而言，也可以通過分析學(xué)習(xí)微課程群體的基本特征來開發(fā)出更多適合學(xué)習(xí)者的課程。

2.選課

選課是學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的需要選擇相應(yīng)的課程。因為移動智能終端的屏幕比較小，不利于學(xué)習(xí)者進(jìn)行輸入文字檢索，所以為了讓學(xué)習(xí)者能夠快速地選出課程，移動智能終端上的Web app要對課程進(jìn)行合理分類。對于在校學(xué)生可以首先根據(jù)學(xué)生的年級進(jìn)行分類，然后再按照各年級的課程進(jìn)行分類，如果注冊信息中已經(jīng)有了學(xué)生的年級信息則可以在學(xué)生登錄后直接進(jìn)入相應(yīng)的年級課程進(jìn)行選課。為了方便學(xué)生選課，各課程在智能終端上最好開發(fā)成圖標(biāo)的形式，這樣學(xué)生可以直接在屏幕上點擊進(jìn)入課程學(xué)習(xí)。

3.課前自測

學(xué)生的學(xué)習(xí)總是圍繞一定的學(xué)習(xí)目標(biāo)展開的，微課程作為一門課程，也應(yīng)該具有提供給學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，但微課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)不同于一般意義上的課程學(xué)習(xí)目標(biāo)。它是圍繞一個教學(xué)重點或難點展開的，因此學(xué)習(xí)目標(biāo)的陳述比較簡單且目標(biāo)的指向性比較明確。在移動智能終端上陳述微課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)應(yīng)該充分利用多媒體特性，學(xué)習(xí)目標(biāo)可以采用語音、思維導(dǎo)圖等形式表現(xiàn)出來。

4.診斷性評價

診斷性評價是指為了使教學(xué)適合學(xué)習(xí)者的需要和背景，在一門課程和一個學(xué)習(xí)單元開始之前對學(xué)習(xí)者所具有的認(rèn)知、情感和技能三方面的特征進(jìn)行的評價。[4]在微課程中設(shè)計診斷性評價的目的之一是幫助學(xué)生回憶即將學(xué)習(xí)的知識點的下位知識，為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備工作。就目前而言，移動智能終端對學(xué)生進(jìn)行診斷性評價的能力還是比較有限的，主要采取的是選擇題的形式。因為知識點的數(shù)量一般只有一個，所以題目設(shè)計的數(shù)量也比較少。如果學(xué)習(xí)者的診斷性評價的成績符合學(xué)習(xí)下一知識點需要則進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，否則建議學(xué)習(xí)者重新選擇適合自己的課程。

5.視頻教學(xué)

視頻教學(xué)是微課程的核心，是微課程短小精悍特點的具體體現(xiàn)。移動智能終端的數(shù)據(jù)傳輸能力有限，在有限的數(shù)據(jù)傳輸能力的情況下還要確保視頻的清晰度來滿足學(xué)習(xí)的需要，因此對視頻格式的選擇很重要。[5]如果是借助HTML5開發(fā)的App，應(yīng)該盡量使用HTML5的

6.形成性評價

形成性評價指的是在某項教學(xué)活動開展過程中，為使教學(xué)活動更有效而進(jìn)行的評價，它能及時了解階段教學(xué)的效果和學(xué)生學(xué)習(xí)的進(jìn)展情況、存在的問題等，以便及時反饋、及時調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)。移動智能終端對學(xué)生進(jìn)行形成性評價的形式也主要是選擇題的形式。如果學(xué)生通過形成性評價則完成了微課程的學(xué)習(xí)，如果形成性評價的成績不合格則建議學(xué)生重新學(xué)習(xí)微視頻。形成性評價的數(shù)據(jù)也可以通過終端反映給教師，教師根據(jù)學(xué)生形成性評價反映的情況給學(xué)習(xí)者提供個別化的輔導(dǎo)。

基于Web App的大學(xué)物理實驗微課程的教學(xué)應(yīng)用

信息技術(shù)與課程融合不只是信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用，更是信息技術(shù)支持下的教育理念的轉(zhuǎn)變，它將有助于打破傳統(tǒng)的學(xué)科本位和教師本位的教學(xué)體系，建立學(xué)生本位的學(xué)習(xí)體系，使學(xué)生實現(xiàn)基于信息化學(xué)習(xí)環(huán)境的知識建構(gòu)。將基于Web App的物理微課程引入到實驗教學(xué)過程中，無疑又增加了新的交互因素，可以使學(xué)生根據(jù)自己的需要選擇實驗學(xué)習(xí)的資源和方式。在混合學(xué)習(xí)和移動學(xué)習(xí)日益盛行的趨勢下，微課成為當(dāng)前我國教育信息化資源建設(shè)的重點和研究熱點。[6]

目前物理實驗的學(xué)習(xí)過程以具體的實驗項目為中心，經(jīng)歷實驗前的預(yù)習(xí)、實驗課堂上的操作和實驗后的復(fù)習(xí)三個階段。在融合了實驗微課程后的學(xué)習(xí)過程中，在課前，學(xué)生可以通過微課程熟悉實驗室環(huán)境、理解實驗原理以及實驗操作的過程，通過上述步驟的自主學(xué)習(xí)，教師在課堂教學(xué)過程中只需對實驗做簡單講解，而將更多的時間用來幫助盡可能多的學(xué)生；在實驗課堂上，當(dāng)學(xué)生在實驗操作過程中遇到困難時，他們也可以隨時利用移動設(shè)備查看微課程，減少教師對簡單問題的重復(fù)回答，教師可將寶貴的課堂時間用來解決學(xué)生個別難以解決的問題；在課后，學(xué)生仍然可以通過微課程回顧整個實驗的細(xì)節(jié)，鞏固對實驗的理解。學(xué)生在實驗課程的各個環(huán)節(jié)，還可以觀看和發(fā)表關(guān)于該課程的評論，獲取來自其他同學(xué)的幫助。將移動端實驗微課程融入到實驗學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以做到隨時隨地學(xué)習(xí)，也可以實現(xiàn)實驗學(xué)習(xí)的課堂翻轉(zhuǎn)。[7]

教學(xué)要依據(jù)學(xué)生個性的差異，使具有不同特質(zhì)和傾向的學(xué)生，實現(xiàn)不同類型和層次的成長。物理實驗的教學(xué)也應(yīng)該考慮到學(xué)生的個性差異，根據(jù)不同學(xué)生的需要提供不同的幫助，而不是給所有的學(xué)生灌輸統(tǒng)一的知識體系。在有微課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)支持下的物理實驗學(xué)習(xí)環(huán)境中，個別化教學(xué)主要有兩個方面：一是學(xué)生可以根據(jù)自己的需要個別地選擇微課程。所有實驗的微課程都主要由實驗原理、儀器介紹和實驗操作三部分組成，學(xué)生可以根據(jù)自己在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難的類型，選擇觀看哪一部分的微課程，同時也可以操作微課程視頻，跳過已經(jīng)理解的部分，選擇自己薄弱的部分觀看，實現(xiàn)按需選擇課程。二是教師給有需要的學(xué)生提供個別化的指導(dǎo)。[8]這種個別化的教學(xué)不僅可以在實驗室的條件下進(jìn)行，還可通過微課程系統(tǒng)在線上完成。微課程移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)的首頁、實驗微課程、微課程內(nèi)容及課程學(xué)習(xí)統(tǒng)計如上圖所示。

結(jié)語

隨著科技的不斷發(fā)展，智能移動設(shè)備平臺下的移動學(xué)習(xí)開始受到人們廣泛的關(guān)注。近年來出現(xiàn)的移動學(xué)習(xí)教學(xué)形式再一次推進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方式的改革和創(chuàng)新，在移動端新技術(shù)、新設(shè)備被引入之后的移動教學(xué)方式與早期的移動學(xué)習(xí)方式相比呈現(xiàn)出許多新特點。移動智能設(shè)備在高等院校學(xué)生群中的廣泛使用和教學(xué)資源的全面覆蓋，使高等院校的教學(xué)方式邁入了新的研究階段。[9]