離散數(shù)學移動端輔助教學系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要： 傳統(tǒng)的課堂教育模式已不能滿足大學生對于知識的需求。雖然許多高校都陸續(xù)推出了網(wǎng)絡(luò)教育平臺，但依舊不能有效幫助大學生對于碎片時間的利用。針對計算機專業(yè)的離散數(shù)學課程，研究了移動端輔助教學系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，包括：對基于Bmob云服務(wù)平臺的系統(tǒng)開發(fā)、對Android的文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)的設(shè)計、對智能手機上離散數(shù)學教學輔助系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 移動端； Android系統(tǒng)； Bmob云服務(wù)平臺； 離散數(shù)學； 輔助教學系統(tǒng)

中圖分類號：TP399 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）10-21-03

Abstract： Traditional education mode is no longer sufficient to meet the needs of college students for knowledge. Although many colleges and universities have launched network education platforms， but still cannot effectively help the students to use fragments of time. In this paper， the design and implementation of a mobile device aided teaching system is studied for the discrete mathematics course of computer specialty. The studies include the system development based on Bmob cloud services platform， the file system and data storage system on Android， and the design and implementation of mobile device aided teaching system for discrete mathematics course.

Key words： mobile device； Android system； Bmob cloud services platform； discrete mathematics； auxiliary teaching system

0 引言

嵌入式硬件技術(shù)的不斷發(fā)展以及Android等新一代智能操作系統(tǒng)的推廣[1]，讓智能手機成為了大眾消費性產(chǎn)品并仍在不斷的普及中。隨著社會的不斷進步，人們對大學生的要求也日益增加，傳統(tǒng)課堂教育模式已經(jīng)不能滿足大學生對于知識的渴求[2]。雖然目前許多高校都在陸續(xù)推出網(wǎng)絡(luò)教育平臺，但卻不能實時實現(xiàn)大學生對于碎片時間的利用。另外，離散數(shù)學課程對于計算機專業(yè)的大學生而言具有十分重要的學習意義，通過離散數(shù)學的學習，不但可以掌握處理離散結(jié)構(gòu)的描述工具和方法，為后續(xù)課程的學習創(chuàng)造條件，還可以提高抽象思維和嚴格的邏輯推理能力，為將來參與創(chuàng)新性的研究和開發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。鑒于此，本文對于離散數(shù)學這門基礎(chǔ)核心課程開展移動端輔助教學系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)研究。通過移動端離散數(shù)學輔助教學系統(tǒng)的開發(fā)，提高學習離散數(shù)學的效率，提升學習興趣，這不僅具有現(xiàn)實意義也具有推廣意義。

我們研究的主要內(nèi)容包括：對基于Bmob移動后端云服務(wù)平臺的軟件開發(fā)、對Android文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)的研究、對智能手機上離散數(shù)學教學輔助系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

1 基于Bmob移動后端云服務(wù)平臺的設(shè)計

1.1 Bmob移動后端云服務(wù)平臺

Bmob是國內(nèi)第一家專注于移動應(yīng)用云存儲的平臺。在Bmob平臺上只需注冊一個賬號，利用官方提供的SDK在App中進行調(diào)用，就可以方便地為開發(fā)移動應(yīng)用軟件添加一個安全靈活的后臺管理系統(tǒng)[3]。在該后臺管理系統(tǒng)上可以方便地瀏覽到終端所保留的任何信息，以及所上傳的各種文件。對于個人開發(fā)者或者小型開發(fā)團隊來說，使用簡單、投入少的Bmob云平臺是很好的開發(fā)平臺[4]。

1.2 現(xiàn)狀調(diào)查與可行性分析

在信息高速發(fā)達的今天，手機網(wǎng)以其特有的便捷性、即時性和交互性成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重要手段。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截止2011年，18-24歲的用戶就以49.2%的比例位居手機上網(wǎng)用戶的第一位[5]。至此之后，手機上網(wǎng)用戶的學歷水平不斷提高。因此，與一般群體相比，大學生群體更易接受新知識和新平臺。大學生作為接受新技術(shù)、新思想的前沿群體，傳統(tǒng)的課本教學模式已無法滿足時代對他們的需求，在探求知識的道路上，大學生需要更多的積極性與主動性，而這些都是傳統(tǒng)教學模式所不能培養(yǎng)的。如今國內(nèi)許多高校都已基本實現(xiàn)WiFi全覆蓋，而這種現(xiàn)狀助推了大學生對手機使用習慣的依賴性。因此，開發(fā)移動端離散數(shù)學輔助教學軟件，不僅于有利于培養(yǎng)大學生自主學習能力和創(chuàng)新思維，還可以方便地與教師進行反饋交流，方便對知識的加深和鞏固。

1.3 系統(tǒng)功能性分析

本文通過分析確定離散數(shù)學移動端教學輔助系統(tǒng)的用戶角色主要包括教師和學生這兩大類。由于開發(fā)者可以通過Bmob云平臺直接對用戶進行角色管理（添加、修改、刪除）和權(quán)限管理（添加、修改、刪除），因此不需要添加系統(tǒng)管理員用戶。在系統(tǒng)中，教師可根據(jù)自身權(quán)限通過系統(tǒng)進行文件上傳、作業(yè)查看、通知推送等操作；而學生可通過系統(tǒng)完成資料下載查看、作業(yè)上傳以及意見反饋等操作。圖1為系統(tǒng)用戶角色用例圖。

1.3.1 教師用戶功能需求

教師用戶功能需求分析可以劃分為兩個子系統(tǒng)功能，分別是登錄注冊系統(tǒng)和功能系統(tǒng)。教師用戶可以通過登錄注冊系統(tǒng)完成賬號的注冊、用戶登錄、忘記密碼、修改密碼、修改基本信息以及退出等操作。另外，教師用戶還可以通過功能系統(tǒng)來完成文件的上傳/下載、消息的推送獲取功能。

教師用戶的主要功能還包括靜態(tài)文檔查看、文件上傳、文件下載等。其中，靜態(tài)文檔中的文檔內(nèi)容由開發(fā)者設(shè)定，內(nèi)容包括：基本的課程介紹、名師信息、核心考點、備考試題以及常見問題；而文件上傳則由教師獨立選擇上傳，文件上傳的類型有四類，分別是答案（圖片）、資料（PDF）、視頻（audio）和課件（PPT）。這四類文件覆蓋了學習離散數(shù)學所需的課外所有文件，能夠幫助學生進行有效的自主學習。另外，教師的文件下載功能主要是作業(yè)查看，這個功能的設(shè)定是為了避免上課收發(fā)作業(yè)的麻煩，這也是近年來大學中常用的作業(yè)查看方式。其他功能還有課程通知、歷史反饋、應(yīng)用推薦和緩存清理。

1.3.2 學生用戶功能需求

與教師用戶功能需求一樣，學生用戶功能需求分為登錄注冊系統(tǒng)和功能系統(tǒng)，不同的是功能系統(tǒng)。由于教師和學生扮演的角色不同，所以功能上存在一定的差異。學生用戶功能系統(tǒng)中靜態(tài)文檔查看與教師用戶相同，區(qū)別在于文件的上傳、文件的下載以及其他功能中的課程通知和歷史反饋。

學生的文件下載功能與教師的文件上傳功能對應(yīng)，而學生的上傳功能與教師的下載功能對應(yīng)。其實，在客戶端的設(shè)計過程中，為了保持客戶端界面的一致性，教師也具有視頻下載、資料下載、課件下載的功能，只是這些功能不是教師用戶所必須的，因此就不一一列舉了。

1.3.3 系統(tǒng)非功能性需求分析

對于非功能性需求，在描述過程中需要強調(diào)人、業(yè)務(wù)場景、環(huán)境等方面的內(nèi)容，強調(diào)的目的是要說明非功能需求不是無限度的，任何一項非功能性需求的實現(xiàn)通常會付出更大的研發(fā)成本和硬件網(wǎng)絡(luò)成本[10]。

⑴ 系統(tǒng)的可用性

要求保證功能的正常使用，界面的操作方便以及邏輯合理。該系統(tǒng)大部分操作需要在網(wǎng)絡(luò)連接的狀態(tài)下運行，因此在進行部分操作前要判斷網(wǎng)絡(luò)是否連接，以及做連接超時處理，以確保良好的用戶體驗。

⑵ 系統(tǒng)安全性

要求前端和后端都提供一定級別的密碼安全保護。系統(tǒng)要求使用有效的郵箱地址進行注冊使用。

1.4 系統(tǒng)總體技術(shù)框架設(shè)計

本文研究的移動端離散數(shù)學教學輔助系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上采用C/S模式。客戶端完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)表示以及用戶接口等功能；服務(wù)器端完成DBMS的核心功能。C/S的優(yōu)點在于能充分發(fā)揮客戶端的處理能力，很多工作能夠在客戶端處理后再提交給服務(wù)器，從而使應(yīng)用服務(wù)器運行數(shù)據(jù)負荷減輕，對應(yīng)的客戶端響應(yīng)速度加快。圖2為C/S模式的體系結(jié)構(gòu)圖。

由于服務(wù)器采用的是Bmob云平臺，服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫集合在一個平臺上，因此無法看到服務(wù)器向后臺數(shù)據(jù)庫發(fā)送請求的過程，因而在整個過程中只能看到客戶端發(fā)送請求，服務(wù)器響應(yīng)請求的過程。

1.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

由于所有數(shù)據(jù)都放在Bmob云平臺上，而Bmob云平臺提供根據(jù)程序中的對象自動生成數(shù)據(jù)庫的功能，因此不需要額外再對數(shù)據(jù)庫進行創(chuàng)建。Bmob云平臺提供了豐富的對象接口，當需要生成某一對象表時，只需要使創(chuàng)建的對象繼承某一個對象接口，Bmob就會自動在原對象接口所具備的屬性上添加新建對象的屬性（屬性名都是英文的），生成新的對象。本文要創(chuàng)建的表有三個，分別是文件表（用來保存上傳的文件）、信息表（用于教師與學生的信息交流）和用戶表。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及運行環(huán)境

本文以Android為開發(fā)平臺，使用Android智能手機作為離散數(shù)學教學輔助系統(tǒng)的移動端、Bmob移動后端云服務(wù)平臺為后臺數(shù)據(jù)庫及服務(wù)器，并采用JAVA、ANDROID、Bmob等技術(shù)利用ADT、AVD、BmobSDK、BmobPush等開發(fā)環(huán)境及工具進行開發(fā)。

2.2 注冊登錄功能實現(xiàn)

用戶下載軟件后，需使用郵箱進行注冊才能使用，并且在注冊后，需要對郵箱激活才能登錄。登錄時如果忘記密碼，可以使用注冊郵箱進行密碼重置。如果之前使用有效賬號成功登錄過并且沒有進行退出操作，那么即使將系統(tǒng)關(guān)閉后再打開，用戶的賬號依舊被記錄在手機軟件上，點擊開啟后會根據(jù)之前的賬號信息直接跳轉(zhuǎn)到用戶操作界面。

2.3 系統(tǒng)注冊功能

系統(tǒng)的注冊功能需判斷網(wǎng)絡(luò)連接情況、判斷手機內(nèi)存卡是否存在、使用證則表達判斷郵箱格式以及對密碼的確認，之后使用BmobSDK為BmobUser對象提供的signUp方法進行注冊。注冊成功后Bmob云平臺會自動給注冊郵箱發(fā)送郵件，讓用戶進行激活操作。用戶激活后就可以使用該賬號了。

2.4 系統(tǒng)登錄功能

在成功激活后，用戶可以進行登錄操作。在網(wǎng)絡(luò)連接正常的情況下，調(diào)用BmobUser對象的login方法進行登錄。當?shù)卿洺晒r，系統(tǒng)會使用SharedPreferences數(shù)據(jù)存儲方法將登錄賬號存儲在系統(tǒng)中，方便后來調(diào)用。之后系統(tǒng)會跳到用戶操作界面，此時用戶便可以進行各種操作了。

2.5 系統(tǒng)找回密碼功能

當用戶忘記密碼時，可以使用注冊時使用的郵箱進行密碼重置。為了保證密碼的安全，不論是后臺還是服務(wù)端，密碼都是不可見的，用戶無法通過任何方法獲取原始密碼，忘記密碼后只能根據(jù)郵箱進行密碼重置。

3 部分操作功能實現(xiàn)

用戶成功登錄后，根據(jù)需要進行相應(yīng)的操作。操作界面由四個標簽頁組成，默認顯示的是第一個標簽頁首頁的內(nèi)容。首頁包含課程介紹、名師信息、推薦讀物、離散數(shù)學核心考點以及離散數(shù)學精品資源等功能。其中課程介紹、名師信息是以靜態(tài)界面的形式呈現(xiàn)，只需要實現(xiàn)一個activity的跳轉(zhuǎn)即可。其他三個功能的實現(xiàn)介紹如下。

3.1 推薦讀物與精品資源

在推薦讀物功能中使用JAVA的多線程機制。在子線程中使用BmobQuery提供的findObjects方法從服務(wù)器端找到所需“PDF”格式文件后放入File list里面，然后向主線程發(fā)送消息，主線程接到消息后，將File list中的內(nèi)容進行適配，最后將適配后的界面顯示給用戶。此外還需對list中的每個item編寫點擊事件，使得用戶單擊后可以對選定的文件進行下載，下載后可以通過Intent觀看。

精品資源功能的主要過程與推薦讀物類似，區(qū)別在于推薦讀物顯示的是“PDF”格式的資源，而精品資源顯示的是“PPT”格式的文件。

3.2 推薦讀物

推薦讀物使用了Android中的資源共享知識。主要功能是在點擊后可以將存放在assets中的word文件資源進行讀取。使用的有Resource提供的getAssets方法來訪問/assets/目錄下資源的AssetManager對象，然后通過文件的輸入輸出流將文件讀寫到手機外部內(nèi)存中，最后使用手機自帶軟件打開查看。

3.3 作業(yè)查看/答案查看

在作業(yè)查看/答案查看功能中，為使圖片與背景能夠很好地組合，使用自定義的ImageView方法使學號和學號對應(yīng)的作業(yè)能擁有更好的顯示效果。

3.4 文件上傳

在文件上傳過程中，需要解決兩個問題。一是對于視頻文件而言，需要生成相應(yīng)的縮略圖，方便在用戶獲取資源時在不用下載資源的情況下得到資源的顯示，這對于用戶體驗是十分必要的；二是資源路徑的獲取，在上傳文件前，要獲得所選取文件的完整上傳路徑，因此需先創(chuàng)建一個Intent，然后使用startActivityForResult方法使用戶進行文件選擇后有個返回結(jié)果。

4 結(jié)論

隨著移動網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，智能移動終端的應(yīng)用已得到普及。利用移動技術(shù)大學生需改變現(xiàn)有的學習習慣，以自主的態(tài)度積極獲取與更新知識。為此，根據(jù)大學生學習離散數(shù)學的實際狀況，在需求分析的基礎(chǔ)上，本文對離散數(shù)學移動端教學輔助系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進行了研究。本文所開發(fā)的系統(tǒng)可為用戶提供良好的界面，方便用戶隨時隨地學習離散數(shù)學的相關(guān)知識，提高用戶自主學習的能力與學習積極性。我們相信，在不久的將來，學習將不再受人物、地點、時間、方式的限制，必將隨著移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展變得越來越便捷和多樣化。本系統(tǒng)還存在需要改進的地方，例如，現(xiàn)在所提倡的寓教于樂的學習方式?jīng)]有得到很好的體現(xiàn)，我們將對此進行改進和完善。

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