讓移動學習加速響應

文/孔峰 郭清娟

讓移動學習加速響應

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在移動學習平臺中增加更多的實時交互式功能的同時，也意味著增加系統數據傳輸量，增強對系統實時性的要求，通過AJAX技術實現終端數據異步更新的方法，移動學習平臺有效減少無線終端與后臺系統的數據傳輸量，提高響應速度。

隨著移動計算技術的快速發展和移動終端運算能力的不斷提高，一種全新的學習模式——移動學習逐漸得到廣泛應用。移動學習是指利用無線移動通信網絡技術以及無線移動通信設備(如移動電話、個人數字助理PDA、Pocket PC等)獲取教育信息、教育資源和教育服務的一種新型學習形式。與其他形式的學習相比，移動學習具有學習便捷性、教學個性化、交互豐富性、情境相關性等特點。移動學習是移動計算技術與數字化學習技術相結合的產物，代表著學習的未來。

移動學習也面臨著諸多問題，如平臺資源不夠豐富、通信費用過高、移動終端類型不一致、學習效率難以保證等。針對這些問題，可以采取不同的應對措施，如大力加強學習平臺的建設，豐富學習資源；采用最新的終端軟件和服務器軟件設計技術，盡量壓縮輔助信息的傳輸量，以節省帶寬、降低費用；采用平臺無關的軟件開發方法設計開發終端軟件等。針對減少網絡數據傳輸量的問題，本文提出采用WAP2.0技術和AJAX應用程序開發技術構建移動學習平臺。

WAP2.0的三個獨特優勢

WAP（Wireless Application Protocol，無線應用協議）是在數字移動電話、互聯網、個人數字助理（PDA）、計算機系統、信息家電之間進行通信的全球性開放標準。這一標準的誕生是WAP論壇成員努力的結果。WAP論壇是在1997年6月，由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和無線星球（Unwi redPlanet）共同組成的。1998年5月，WAP論壇推出WAP1.0版。由于WAP1.0與TCP/IP協議不能完全兼容、帶寬限制等原因，WAP1.0的發展并沒有預期的樂觀。WAP論壇吸收iMode等的成功經驗和WAP的失敗教訓，于2001年8月公布WAP2.0版本。

WAP2.0在WAP1.X的基礎上進行很大的改進，對WAP協議的結構進行重大變革，關鍵性地增加了對標準Internet通信協議的支持，提供適合于無線通信環境的互通優化功能，并為無線設備利用現有的Internet技術提供應用環境；能夠利用現有的和可以預見的空中接口技術及其載體(GPRS和3G通信)運行應用業務等等。

WAP2.0在移動學習平臺建設中具有獨特的優勢，主要體現在以下方面：

1.WAP推送業務

這種業務可以通過推送代理發送或者推送給基于服務器應用的多種終端。有了這種推送功能后，無線設備不再需要詢問應用服務器就能得到新的信息。它尤其適合移動學習平臺中布置教學任務、下達通知等應用。

2. 用戶代理簡介業務

這種業務為把客戶機能力和用戶選擇應用的個性喜好介紹給應用服務器而提供一種機制：它通過對服務器發送客戶機和用戶所要求的信息，支持客戶機/服務器會話模式。該模式可以提供在線流媒體點播，在線Flash課件欣賞等多種業務和方式，更好地表現學習的內容，并可提供學習者之間的相互交流功能。

3.外部功能接口業務

這一業務類似于提供擴大或增強瀏覽器能力或其他應用的插件模塊，為將來擴充WAP設備的能力和增加應用提供基礎，并可用于定義連接外部設備，如智能卡、GPS和數字攝像機等所需要的特殊接口，這為今后使用視頻連線進行學習交流提供技術儲備。

AJAX高速響應且省帶寬

AJAX即Asynchronous JavaScript and XML（異步JavaScript和XML)，是指一種創建交互式網頁應用的網頁開發技術。AJAX由Adaptive Path公司的Jesse James Garrett首次提出，它可以為用戶提供更為自然豐富的瀏覽體驗，更重要的是，它可以實現移動設備和Web的即時通訊。

AJAX使用XMLHttpRequest對象與服務器進行異步通信；使用CSS定義外觀；使用DOM實現動態顯示與交互；使用XML與XSTL進行數據交換處理；使用JavaScript綁定和處理所有數據，其工作原理見圖1。

通過AJAX技術，JavaScript可使用XMLHttpRequest 對象來直接與服務器進行通信。通過這個對象， JavaScript 可在不重載頁面的情況與 Web 服務器交換數據，這就是所謂的異步通信。用戶觸發請求時，由JavaScript立即更新UI，并向服務器發出異步請求，執行業務流程。當請求返回時，使用JavaScript和CSS相應地更新用戶接口UI，而不是刷新整個頁面。傳統的Web應用允許用戶填寫表單，當提交表單時就向Web服務器發送一個請求。服務器接收并處理傳來的表單，然后返回一個新的網頁。而在前后兩個頁面中的大部分HTML代碼往往是相同的，這樣顯然浪費帶寬。對于移動終端而言，帶寬很寶貴，因而利用AJAX技術既可以提高響應速度又可以節省帶寬。

這一異步通信操作是憑借放置在一個隱藏的Frame中的AJAX引擎實現的，引擎采用JavaScript編寫。在會話開始時，AJAX裝載該引擎，用戶與AJAX引擎交互。如果用戶交互不需要從服務器上獲得數據，AJAX引擎會自主處理這個交互。當用戶交互需要從服務器上獲取數據時，AJAX引擎會完成一個異步調用，而不打斷用戶流。

圖1 AJAX的工作原理

圖2 系統整體功能結構

即時交互的移動學習平臺

系統功能

系統要能夠實現學習、交流、反饋等主要功能，包括注冊登錄模塊、信息發布模塊、個人學習模塊、交流協作模塊、系統管理模塊等。系統整體功能結構如圖2所示。

由于移動學習時間、地點的隨機性以及個人對學習系統使用方法掌握不夠等問題，移動學習的效果較難得到保障。為了保證學習效果，除了改進學習工具、增加學習資源的趣味性等方式外，還可以采用構建學習共同體、注重過程性評價等方式，提高學習者興趣、促進深入學習。

為構建學習共同體，我們可以在系統中加入更多的交互式模塊，如討論區(BBS)、小組合作社(CSCL)、電子檔案袋(ELP)、電子績效評估系統(EPSS)等。BBS、CSCL可以實現學習者之間的即時交互、協作學習，ELP、EPSS模塊可以及時反饋、激勵促進學習者的學習，從而有效提高學習者的學習積極性，提高學習效果。在增加更多的實時交互式功能的同時，也意味著增加系統數據傳輸量、增強對系統實時性的要求，使用AJAX技術可以有效降低系統傳輸數據量、提高系統的響應速度。

體系架構

移動學習平臺包括服務器端應用和客戶端應用兩部分。我們在服務器端采用性能優良的服務器，提供應用服務、Web服務和數據庫服務等；客戶端可以使用手機、PDA等多種移動設備。鑒于手機的普及程度，我們首選手機作為客戶端設備。

由于移動終端設備資源有限，不能提供直接對后臺數據庫的訪問能力。因此，在建立移動學習平臺時，使用J2EE技術建立服務器，而使用J2ME技術建立終端應用。

J2EE是目前流行的多層企業應用技術，它利用Java2平臺來簡化企業解決方案的開發、部署、管理等體系結構，以下是J2EE 典型的四層結構：

1.運行在客戶端機器上的客戶層組件；

圖3 J2EE應用層次結構

2.運行在服務器上的表示層（Web層）組件；

3.運行在服務器上的業務邏輯層組件；

4.運行在MIS服務器上的企業信息系統層軟件。

J2EE應用程序是由組件構成的，J2EE組件是具有獨立功能的軟件單元，它們通過相關的類和文件組裝成J2EE應用程序，并與其他組件交互。J2EE說明書中定義應用客戶端程序和Applets客戶層組件兩種J2EE組件，Java Servlet和JavaServer Pages(JSP)是Web層組件，Enterprise Java Beans(EJB)是業務層組件。J2EE的優點之一是能夠適應不同類型的客戶端，如Web瀏覽器、Java Applets和Java應用程序等，實現跨平臺。圖3展示了典型的基于J2EE的移動學習平臺結構。

J2ME是當前使用較多的移動終端開發技術。它定位于那些只有有限的內存、有限的處理能力以及有限的圖形用戶界面能力的設備，如手機、PDA、機頂盒等設備，它具有Java語言的簡單、安全、與平臺無關、代碼可移植等優點，可以與J2EE無縫結合。為了在達到標準化和兼容性的同時盡量滿足不同方面的需求，J 2ME的架構分為Configuration、Profile和Optional Packages（可選包）。它們的組合取舍形成具體的運行環境。已經標準化的Configuration有Connected Limited Device Configuration（CLDC）和Connected Device Configuration(CDC)。CLDC上已經標準化的Profile有Mobile Information Device Profile ( MIDP)和Information Module Profile（IMP）。J2ME手機開發采用CLDC/MIDP結構。MIDP包括用戶接口以及設備生產廠商根據需要構造的一系列Java API。而CLDC提供手機移動終端支持的Java API。

在J2ME客戶端，移動設備通過HTTP協議連接到Web服務器上，Web服務器使用Servlet容器來處理客戶端的連接和請求，再將這些請求發送到企業級服務器上，企業級服務器使用EJB進行會話，處理請求，并通過JDBC連接到數據庫系統上。當數據庫系統處理完SQL語句后，將會形成一個數據集，并將這個數據集發送到企業級服務器，企業級服務器把接收到的信息提交給WebServer，WebServer再通過HTTP將信息發送到客戶端。

為了保證學習效果，除了改進學習工具、增加學習資源的趣味性等方式外，還可以采用構建學習共同體、注重過程性評價等方式，提高學習者興趣、促進深入學習。

基于AJAX的解決方案

AJAX為客戶端技術，在服務器端的應用常使用功能強大的J2EE支持開發，我們采用二者相結合的方式來進行設計。AJAX引擎發出XMLHTTPRequest的目的只是為了從服務器端得到一個數據響應，而對服務器端響應的產生方式并不敏感。因此，為使AJAX引擎能夠在服務器端得到強大支持，可在服務器端Servlet容器中設置一個專用的Servlet來處理AJAX引擎發出的請求，我們將這個Servlet定義為AjaxServlet，它主要完成如下任務：1.接收AJAX引擎發出的請求；2.解析請求參數；3.調用Bean或EJB等進行業務邏輯處理；4.處理響應內容并向客戶端發出響應。

盡管在AjaxServlet中可直接存取持久化數據或持久化業務邏輯，但是我們并不鼓勵這樣做，因為這會破壞系統的整體結構，影響系統的易維護性和可擴展性。這些工作可借助Bean、EJB等來完成。

AJAX引擎發出XMLHttpRequest請求時，將請求的URL地址指向服務器端聲明的映射到AjaxServlet的地址，AJAX引擎在瀏覽器端向服務器端的Servlet發出請求時可攜帶多個參數來限定所需要的數據和操作。搭建開發環境

我們采用J2EE技術進行服務器端系統的開發，通過Java Servlet和Java Server Pages(JSP)建立Web頁面，通過EJB實現業務層應用的開發。

我們采用J2ME開發環境進行客戶端系統開發。首先下載安裝Java-SDK，這是開發Java程序必備的開發包；其次需要有移動設備模擬器，這是從Java開發具體到J2ME的一步，模擬器根據要開發的應用所使用的手機來選擇，通用的是WTK（我們選用WTK2.5.2版本）；最后下載一個開發軟件，我們選用Eclipse集成開發環境，在使用Eclipse前需要安裝Eclipse-ME插件。AjaxServlet的實現

為實現客戶端與服務器端的數據交換，我們采用JSON(JavaScript Object Notation)作為數據交換格式。JSON是輕量級的數據交換格式，采用完全獨立于語言的文本格式，是理想的數據交換語言。

在J2EE服務器端AjaxServlet代碼框架如下：

客戶端頁面的JavaScript通過異步傳輸XMLHTTP發送參數到Ajax Servlet，經上述接收處理返回符合條件的數據。

本文基于WAP2.0，采用AJAX應用程序開發技術，在J2ME與J2EE開發環境下構建移動學習平臺，探索相關技術的實現方法，重點介紹通過AJAX技術實現終端數據異步更新的方法，對比相關技術的特點，采用該方法開發的移動學習平臺具有響應迅速、占用帶寬少、交互性好等優點。在今后的研究中還要加強客戶端與服務器端交互功能的深入開發，以期能夠更好地提高系統應用效率。

（作者單位1為曲阜師范大學計算機科學學院，2為日照市教育局）