甘泉

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件；模擬鋼琴；設(shè)計(jì)；開發(fā)

“移動(dòng)學(xué)習(xí)”概念最早可追溯于2000年伯克利分校人機(jī)交互研究室啟動(dòng)的Mobile Education項(xiàng)目，隨著時(shí)代不斷發(fā)展，“移動(dòng)學(xué)習(xí)”的概念也被深化。新時(shí)期下人們對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)的概念界定為：“個(gè)體借助于移動(dòng)設(shè)備來獲取個(gè)人知識(shí)技能或?qū)崿F(xiàn)知識(shí)建構(gòu)的信息。”在科學(xué)技術(shù)發(fā)展及大力支撐下，近年來移動(dòng)學(xué)習(xí)類的軟件層出不窮。從整體種類上看，主要涵蓋外語學(xué)習(xí)類軟件、閱讀應(yīng)用類軟件、移動(dòng)平臺(tái)教學(xué)系統(tǒng)、操作技能學(xué)習(xí)類軟件等。本次研究中探究的“模擬鋼琴”便屬于操作技能學(xué)習(xí)類軟件，開啟學(xué)習(xí)模式能提供真實(shí)的鋼琴學(xué)習(xí)模擬環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者享受到彈奏樂趣。

圖1 移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件（仿真古箏）

一、移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件的特征分析

關(guān)于移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件的特征，主要凸顯在三方面。首先，形式的靈活性[1]。利用移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件后，能讓學(xué)習(xí)者在任何地方（如步行中、汽車?yán)?、高鐵上、宿舍內(nèi)）學(xué)習(xí)，且能突破傳統(tǒng)學(xué)習(xí)的時(shí)間限制，學(xué)習(xí)者可利用碎片時(shí)間等時(shí)段來學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)習(xí)變得更為高效靈活。其次，應(yīng)用的普及性。新時(shí)期背景下科技水平不斷提升，移動(dòng)學(xué)習(xí)類的軟件設(shè)備也更豐富，形式多樣且數(shù)量增多，為移動(dòng)普及化教育奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。最后，滿足個(gè)性化需求。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)中大多以學(xué)校、班級(jí)為圈定的范圍來開展教學(xué)，無法更好地滿足學(xué)生個(gè)性化需求。利用移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件后可提供個(gè)性化教育及服務(wù)，尋求最適合的學(xué)習(xí)路徑。例如依托于移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件，便于用戶定制學(xué)習(xí)計(jì)劃來督促自身學(xué)習(xí)，還能實(shí)現(xiàn)線上溝通。

二、移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)原則

第一，適合原則。在設(shè)計(jì)移動(dòng)性學(xué)習(xí)軟件時(shí)要考慮到學(xué)習(xí)者的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，并合理劃分系統(tǒng)功能。通?？蓪⒃摴δ茉O(shè)計(jì)成劃分為表現(xiàn)層、應(yīng)用層、功能層、數(shù)據(jù)層等，結(jié)合移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件的用戶感知，確保所設(shè)計(jì)的軟件適用性較好，能滿足基本的學(xué)習(xí)需求[2]。第二，開發(fā)性原則。移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件中搭建出的移動(dòng)云平臺(tái)，有利于為有意愿學(xué)習(xí)的用戶（及不同類型的教師）提供針對(duì)性的服務(wù)，因此設(shè)計(jì)及開發(fā)時(shí)要強(qiáng)調(diào)將該軟件開發(fā)成具備多樣性功能的平臺(tái)，且讓所有用戶都能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)資料的發(fā)布、共享，且經(jīng)審核后也能及時(shí)檢索學(xué)習(xí)材料，具備一定開發(fā)性。第三，人性化設(shè)計(jì)原則。移動(dòng)類學(xué)習(xí)軟件的設(shè)計(jì)及開發(fā)都是圍繞用戶的使用開展，以發(fā)揮出最大效用為目標(biāo)。在設(shè)計(jì)時(shí)注意“以人為本”，考慮到不同學(xué)習(xí)群體對(duì)于移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件的需求、體系設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、未來發(fā)展趨勢(shì)等，秉承著以用戶為中心的基礎(chǔ)原則，保障能滿足海量用戶的需求，并快速對(duì)用戶需求作出響應(yīng)。第四，多樣性原則。學(xué)習(xí)類軟件中要提供大量的學(xué)習(xí)資源確保其多樣性，如仿真項(xiàng)目、視頻、音頻、文本等來兼顧用戶需求。第五，可拓展性原則。學(xué)習(xí)類軟件的設(shè)計(jì)及開發(fā)要緊扣時(shí)代發(fā)展脈搏，不斷更新資源，具備良好的可拓展性。

三、移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）Android系統(tǒng)框架

移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件要借助于移動(dòng)學(xué)習(xí)客戶端與學(xué)習(xí)者進(jìn)行交互，因此學(xué)習(xí)者對(duì)于移動(dòng)學(xué)習(xí)客戶端的感知尤其重視。在當(dāng)前智能手機(jī)市場(chǎng)中，Android操作系統(tǒng)占據(jù)重要地位，不僅具備良好的平臺(tái)開放性，成本低，還能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化APP設(shè)定，操作便捷。因此移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件在設(shè)計(jì)、開發(fā)上也可基于Android系統(tǒng)的大體框架內(nèi)。將該系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)成以下四個(gè)層級(jí)。（1）應(yīng)用層。該層中，主要包括主屏、應(yīng)用功能等。以“模擬鋼琴”為例，應(yīng)用功能包括彈奏、演示等；（2）框架層。該層級(jí)中包括了維護(hù)Android系統(tǒng)框架順利運(yùn)行的內(nèi)容，如管理器、內(nèi)容提供器、通知管理器、資源管理器、視圖系統(tǒng)、窗口管理器等；（3）運(yùn)行層；當(dāng)移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件整體系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，需要由Libc、SGL、SSL等技術(shù)層作為支撐[3]。Android運(yùn)行時(shí)需要核心庫、Dalvik虛擬庫加以保障。（4）Lmux內(nèi)核層。該層級(jí)中包括各類驅(qū)動(dòng)，如閃存驅(qū)動(dòng)、音頻驅(qū)動(dòng)、電源管理、WIFI驅(qū)動(dòng)等。上述多個(gè)層級(jí)共同搭建成為Android系統(tǒng)的框架，來為移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

（二）Android應(yīng)用程序組件

對(duì)于移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)而言，Android應(yīng)用程序組件是基石所在。Android應(yīng)用程序組件大多較為零散且互相聯(lián)系，其中最主要的包含六個(gè)組件。第一，Activities（活動(dòng)）。該組件屬于移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件中Android應(yīng)用程序的基礎(chǔ)，屬于顯示層，Activity使用Views去構(gòu)建UI后能顯示信息[4]。第二，Service（服務(wù)）。該組件被稱作是隱形的“工人”，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)源的更新、通知觸發(fā)、會(huì)一直在移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件系統(tǒng)的后臺(tái)持續(xù)化運(yùn)行，以維持其運(yùn)作。第三，Content（內(nèi)容）。該組件主要是為移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件中的共享資源進(jìn)行存儲(chǔ)，形成管理的數(shù)據(jù)庫，在應(yīng)用程序的同時(shí)會(huì)發(fā)揮共享作用。第四，Intent（意圖）。該組件負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單地進(jìn)行移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件信息的傳達(dá)，整體架構(gòu)簡(jiǎn)單。第五，Broadcast Receiver（廣播接收器），該組件并不主動(dòng)執(zhí)行關(guān)于移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件中的任何任務(wù)，其本質(zhì)是接受性的組件，負(fù)責(zé)對(duì)廣播通知進(jìn)行接受和響應(yīng)。第六，Notification（通知）。顧名思義，該組件存在的意義，是用于提醒使用移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件的用戶。

（三）Android系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)環(huán)境

移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件中Android系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境搭建，主要圍繞兩步驟：第一，windows下安裝JDK，安裝后需配置環(huán)境變量。第二，下載和安裝Android SDK。下載ADTBundle，它包含兩文件夾：eclipse和SDK，其中eclipse文件夾內(nèi)是已安裝了ADT插件的eclipse。SDK文件夾的內(nèi)容較多，例如Add-ons、platforms、tools、AVD Manager.exe、SDK Manager等[5]。啟動(dòng)SDK Manager.exe下載所需平臺(tái)和工具，Android文檔，SDK Platform是必選的，如果想查看Android官方提供的示例程序，便勾選“Sample forSDK”和“Sources for Android SDK”。安裝完成SDK文件夾目錄后增設(shè)docs、extras、platform-tools、samples、sources等[6]。

（四）客戶端架構(gòu)設(shè)計(jì)

在移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件的客戶端架構(gòu)設(shè)計(jì)及開發(fā)中，主要圍繞三大模塊，分別為學(xué)習(xí)模塊、信息模塊、設(shè)置模塊。該架構(gòu)中學(xué)習(xí)者是客戶端使用的主要用戶對(duì)象，在設(shè)計(jì)客戶端時(shí)要迎合用戶的需求，合理設(shè)計(jì)板塊。（1）學(xué)習(xí)模塊。該模塊主要的功能是用戶的學(xué)習(xí)情況管理、學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)及回收站等。學(xué)習(xí)管理，即用戶學(xué)習(xí)的平臺(tái)，結(jié)合用戶情況提供多樣化的學(xué)習(xí)資源，并附帶可搜索的功能。學(xué)習(xí)評(píng)估是對(duì)用戶學(xué)習(xí)情況進(jìn)行的檢驗(yàn)。（2）信息模塊。主要包含學(xué)習(xí)資源（如用戶學(xué)習(xí)的筆記、素材、音視頻等，可利用云儲(chǔ)存法保存便于隨時(shí)查看）、學(xué)習(xí)日程（學(xué)習(xí)大致計(jì)劃安排等）、個(gè)人小組（便于小組管理，進(jìn)行用戶學(xué)習(xí)監(jiān)督）、即時(shí)信息（信息推送）、系統(tǒng)公告（發(fā)布電子公告等內(nèi)容）等要點(diǎn)。（3）設(shè)置模塊，該模塊中用戶可結(jié)合自身的情況進(jìn)行個(gè)人基礎(chǔ)信息的設(shè)定、修改。

四、模擬鋼琴移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

（一）模擬鋼琴界面實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件“模擬鋼琴”包含兩種不同應(yīng)用模式，進(jìn)入后均可在設(shè)備下方看到仿真的鋼琴琴鍵（圖2）?？筛鶕?jù)不同模式來設(shè)計(jì)軟件的界面。其一，普通模式。普通模式適用于鋼琴學(xué)習(xí)愛好者，能展現(xiàn)出該軟件的教育、娛樂、休閑功能。在該模式的界面設(shè)計(jì)上，包含4個(gè)區(qū)：（1）控件操作；點(diǎn)擊該界面，會(huì)顯示軟件音量調(diào)節(jié)、播放、鋼琴彈奏錄音等功能，用戶可按需求點(diǎn)擊。（2）信息顯示；（3）全琴鍵視圖，顯示鋼琴全部琴鍵。但因不同終端設(shè)備的屏幕尺寸存在差異，無法完全顯示所有琴鍵，但可通過調(diào)節(jié)顯示。（4）模擬琴鍵，該界面顯示了可滾動(dòng)的模擬琴鍵，屬于軟件應(yīng)用最主要的區(qū)域，用戶在該區(qū)域彈奏。其二，學(xué)習(xí)模式。該模式常被用于初學(xué)鋼琴者，旨在幫助用戶掌握相關(guān)的樂理知識(shí)。學(xué)習(xí)模式的界面包含上述控件操作、信息顯示、模擬琴鍵等區(qū)域，但全琴鍵視圖被替換為樂譜顯示。點(diǎn)擊后用戶能結(jié)合樂譜的指示彈奏鋼琴曲，展現(xiàn)出了“模擬鋼琴”的輔助教學(xué)及人機(jī)互動(dòng)功能。

圖2 仿真鋼琴琴鍵

（二）數(shù)據(jù)采集及存取實(shí)現(xiàn)

“模擬鋼琴”中的數(shù)據(jù)采集、存取也是該軟件設(shè)計(jì)中不可缺少的部分[7]。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，可在“模擬鋼琴”軟件增加鋼琴彈奏指法數(shù)據(jù)采集專用裝置。音樂夢(mèng)想北京科技公司于2017年6月申請(qǐng)了鋼琴彈奏指法數(shù)據(jù)采集裝置專利（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201710444705.6），該裝置包括信號(hào)發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊和中央處理模塊；演奏中，通過多個(gè)模塊能檢測(cè)并記錄哪個(gè)手指按下琴鍵、按下了哪個(gè)琴鍵及該琴鍵按下了多長(zhǎng)時(shí)間；形成“指法數(shù)據(jù)流”。

（三）樂譜動(dòng)態(tài)顯示功能實(shí)現(xiàn)

誠(chéng)如“模擬鋼琴界面實(shí)現(xiàn)”這一小節(jié)所述，在移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件“模擬鋼琴”的學(xué)習(xí)模式中，樂譜顯示代替了普通模式中的全琴鍵視圖。樂譜在鋼琴學(xué)習(xí)中占據(jù)重要地位，它是作曲家記錄感情、創(chuàng)設(shè)形象及表達(dá)情緒的重要載體，也是學(xué)習(xí)者（“模擬鋼琴”用戶）學(xué)習(xí)后再創(chuàng)作的依據(jù)?！澳M鋼琴”軟件中，利用文本控件來設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)顯示的樂譜，可實(shí)現(xiàn)樂譜的“跳動(dòng)”，每次顯示完兩行樂譜后，會(huì)自動(dòng)滾動(dòng)出新的樂譜，便于學(xué)習(xí)者參考樂譜學(xué)習(xí)鋼琴樂理知識(shí)。如圖3，為《孤勇者》的動(dòng)態(tài)樂譜。利用Android API--XmlResourceParser解析XML資源文件，能提取文件中的樂譜信息。學(xué)習(xí)者在利用“模擬鋼琴”學(xué)習(xí)時(shí)，樂譜動(dòng)態(tài)化顯示有利于更好地激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣，學(xué)習(xí)者可通過進(jìn)度條控件（Pro-gressBar）來進(jìn)行進(jìn)度的隨意把控，實(shí)現(xiàn)了自主控制，提升鋼琴的學(xué)習(xí)效率。

圖3 歌曲《孤勇者》動(dòng)態(tài)樂譜

（四）彈奏模擬鋼琴程序的實(shí)現(xiàn)

學(xué)習(xí)者在使用“模擬鋼琴”軟件時(shí)，熟悉鋼琴彈奏技巧是最基本的功能。在利用“模擬鋼琴”這一移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件時(shí)，學(xué)習(xí)者可任意選擇普通模式、學(xué)習(xí)模式等不同模式，均可進(jìn)行演奏模擬。首先，它能為學(xué)習(xí)者提供仿真的鋼琴界面，學(xué)習(xí)者通過觸摸來選擇功能和調(diào)節(jié)。其次，當(dāng)用戶用手指觸摸某個(gè)模擬的琴鍵后，它會(huì)隨之發(fā)出對(duì)應(yīng)聲響，當(dāng)用戶手指離開界面時(shí)，聲音便同步停止。該程序主要基于“按鈕觸摸事件監(jiān)聽器”來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)學(xué)習(xí)者在按下或是抬起琴鍵上的手指后，會(huì)直接觸發(fā)到監(jiān)聽器，并發(fā)出聲音。為了讓學(xué)習(xí)者在彈奏模擬的琴鍵時(shí)能更具備身臨其境的逼真感，在設(shè)計(jì)開發(fā)程序中還可創(chuàng)設(shè)出更真實(shí)的視覺效果，利用豐富的樣式來展現(xiàn)。例如發(fā)出聲音時(shí)琴鍵像是“被按下”，而停止發(fā)生時(shí)，琴鍵便被彈起恢復(fù)原狀，讓學(xué)習(xí)者使用時(shí)更覺得真實(shí)有趣。

（五）調(diào)節(jié)琴鍵顯示區(qū)域的實(shí)現(xiàn)

因使用“模擬鋼琴”的設(shè)備尺寸有限，無法完全顯示出全部的模擬琴鍵。但學(xué)習(xí)者可通過對(duì)全琴鍵視圖用手指左右滑動(dòng)，縮放等，實(shí)現(xiàn)琴鍵的調(diào)節(jié)，改變琴鍵顯示的區(qū)域。同時(shí)還可發(fā)揮出全鍵盤視圖的作用，便于學(xué)習(xí)者參考當(dāng)前顯示的琴鍵屬于哪個(gè)區(qū)域，從而提升彈奏的質(zhì)量。例如當(dāng)學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)琴鍵屬于中音區(qū)，但所彈奏的鋼琴曲需要在低音區(qū)彈奏，那么用戶選擇視圖上的滑塊并向左拖動(dòng)，在特定的低音區(qū)域內(nèi)停止即可[8]。利用特定程序接口將其連接SeekBar控件的事件監(jiān)聽器，在學(xué)習(xí)者作出“滑動(dòng)”的動(dòng)作后，會(huì)觸發(fā)到“模擬鋼琴”軟件中的監(jiān)聽器組件，并作出相應(yīng)的輸出。

小結(jié)

綜上所述，本次特以模擬鋼琴為例，深入探究移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)。在設(shè)計(jì)及開發(fā)過程中要注重框架、應(yīng)用程序、開發(fā)環(huán)境、客戶端等要素，結(jié)合“模擬鋼琴”的元素及特征，從鋼琴界面、數(shù)據(jù)采集、樂譜顯示、彈奏、琴鍵顯示調(diào)節(jié)等方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)該移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件的順利設(shè)計(jì)及運(yùn)用。在信息化、智能化的時(shí)代下，諸如“模擬鋼琴”的移動(dòng)學(xué)習(xí)類軟件還具備新的發(fā)展空間，即此類軟件在課堂的應(yīng)用、操作技能領(lǐng)域能夠?qū)崿F(xiàn)擴(kuò)充，還能介入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，發(fā)展前景廣闊。