基于智能手機的移動學習系統開發技術研究

魏武華

（西安廣播電視大學 理工部，陜西 西安 710002）

所謂智能手機，就是具備了操作系統的手機。就像計算機使用了Windows操作系統一樣，智能手機有一個開放的操作系統，用戶就可以根據自己的需要在手機上安裝和使用第三方應用軟件。智能手機的主流操作系統有IOS、Android（安卓）、Symbian（塞班）、Windows Phone 和 BlackBerry OS。 利用操作系統提供的應用軟件的開發接口，就可以開發基于智能手機的學習型軟件[1]。也就是說，智能手機的普及和移動通信網絡技術的成熟，為基于智能手機的移動學習奠定了堅實的基礎。

一般來講,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 (個人數字助理PDA和智能手機等)獲取教育信息、教育資源和教育服務的一種新型學習形式[2]。其特點是學習者能在任何時間、任何地點,以任何方式學習自己想要學到的任何知識。

進行移動學習，離不開移動學習平臺的支持。移動學習平臺包含硬件平臺和軟件平臺兩部分，其中硬件平臺由移動終端、移動通信網絡、互聯網及教學服務器等組成，軟件平臺也稱為移動學習系統，是實現移動學習的軟件系統。

本文在介紹移動學習的硬件平臺（網絡架構）的基礎上，重點討論開發移動學習系統的技術及方法。

1 移動學習平臺的網絡架構

移動學習平臺的網絡架構如圖1所示。

圖1 移動學習平臺的網絡架構Fig.1 Network architecture diagram of Mobile learning platform

移動學習平臺的網絡架構中，包含四部分：教學服務器、國際互聯網、移動通信網絡和移動終端設備[3]。

教學服務器：該服務器與國際互聯網（Internet）相連，存放著豐富的教學資源以及相應的服務程序。

國際互聯網：該網絡是教育資源的有效載體，互聯網用戶可方便地與其進行信息交換，訪問其上豐富的資源。

移動通信網絡：該網絡是整個移動互聯網的一部分，由多個基站組成，用來發射或接受來自移動終端設備以及互聯網的信息，通過空中接口將國際互聯網與移動終端設備實現無縫連接。

移動終端設備：可以連接移動通信網的智能手機、手機和PDA等都屬于移動終端設備。目前比較普及的3G手機和4G手機，能通過移動通信網與國際互聯網通信，處理圖像、音頻、視頻等多種媒體信息，進行網頁瀏覽、電子商務、移動學習等移動應用。

2 基于智能手機的移動學習系統開發技術

目前，移動學習的主要方式有基于短消息（SMS，Short Message Service）的移動學習、基于網頁瀏覽的移動學習和基于手機客戶端（App）的移動學習。下面，對實現這幾種學習方式的開發技術逐一剖析。

2.1 基于短消息的移動學習系統開發技術

基于短消息的移動學習是移動學習中最簡單的一種學習方式。用戶通過手機、PDA等無線移動終端設備，將短消息發送到位于互聯網的教學服務器。教學服務器接收用戶的短消息后，通過查詢后臺數據庫并進行數據分析、處理，將結果發送給用戶手機，從而實現用戶手機通過無線移動通信網絡與互聯網之間的通信，完成一定的教學活動[3]。

計算機控制手機發送短信，目前采用的最多方式是通過計算機串口與手機通信。只要手機等移動終端設備支持RS-232C這一標準，就可以將其和計算機的COM口 （串口）相連。一般的手機都支持GSM07.05所定義的AT命令集的指令，因此可以利用計算機通過串行接口直接向手機發送AT命令，實現通過串口的短消息的發送、接收和管理。可以說，AT指令是計算機通過串口操作手機的唯一途徑。另外，對于提供USB接口的手機，可以通過手機USB驅動程序在手機和PC之間建立虛擬串口設備。

基于串口通信的短消息移動學習系統的技術架構如圖2所示。

圖2 基于串口通信的短消息移動學習系統的技術架構Fig.2 Technical architecture of short message mobile learning system based on serial communication

在該系統中，短消息教學服務器位于互聯網中，通過RS-232C口與支持AT指令的手機直接相連，支持AT指令的手機和用戶的移動終端通過移動通信網相連。教學服務器為包含短消息軟件的短消息服務器，短消息軟件主要包含三個程序模塊，短消息監聽模塊、短消息處理模塊和短消息發送模塊。短消息監聽模塊用來實時監聽是否有短消息到達，若有，馬上轉給短消息處理模塊進行處理，從而完成對短消息的響應[4]；短消息處理模塊完成對各類短消息的處理，比如通過對后臺數據庫的查詢，可以檢索出問題答案，交給短消息發送模塊；短消息發送模塊用來對外單發或群發短消息。后臺數據庫為提供用戶信息、課程資源信息和記錄信息等的數據庫。短消息軟件通過與后臺數據庫的交互，完成數據的存儲、更新和檢索等功能。

基于短消息的移動學習系統，只要是移動網絡覆蓋的地方便能使用。這種學習方式是以短消息文本展示教學內容，學習資源內容較少，形式較為單一。隨著移動通信網絡技術的發展，尤其基于3G/4G網絡的智能手機的普遍使用，一種基于WAP的移動學習系統嶄露出來，用戶可以通過手機瀏覽WAP學習網站，進行學習。WAP學習網站以文本、圖片、音頻、視頻等形式展示教學內容，形式豐富。

2.2 基于WAP2.0的移動學習系統開發技術

2.2.1 WAP2.0技術

WAP（Wireless Application Protocol）是無線應用協議的簡稱。它是一個開放的全球性的標準，其目標是為互聯網和移動設備之間建立一個橋梁，使移動終端和互聯網服務器之間的交互成為可能。1997年7月，WAP論壇出版了第一個WAP標準架構。1998年5月，WAP1.0版正式推出；1999年9月，WAP1.1版正式發行；2001年6月，WAP2.0版正式發布。

手機作為一種可移動的終端設備，通過WAP無線協議，可以輕松訪問互聯網的WAP網站。WAP的早些版本是1.0，WAP1.0網站是用無線標記語言WML和WML Script開發的。而WAP2.0指定XHTML MP（可擴展標記語言移動概要）和WAP CSS（即WCSS）作為開發WAP網站的語言，具有更豐富的表現形式和內容精確設定功能，在開發移動學習平臺方面具有得天獨厚的優勢，使“隨時、隨地”學習成為可能。

XHTML MP（可擴展標記語言移動概要）是WAP2.0中定義的標記語言，是XHTML的子集，是HTML的更嚴格的版本[5]。

CSS（級聯樣式單）廣泛用于萬維網，用來定義Web頁面在瀏覽器中的展現效果。而WCSS是為無線設備上使用而設計的，在WAP2.0中定義說明，是CSS2的簡化版。也就是說，CSS2對無線設備不適合的或不必要的特征都沒在WCSS中包含。WCSS是XHTML MP的伴侶，二者常被一起使用。WCSS將展現效果從內容中分離了出來。如果想更改一個XHTML MP頁面的展現效果細節，只須修改WCSS[6]。

2.2.2 基于WAP2.0的移動學習系統技術架構

基于WAP2.0的移動學習系統采用B/S架構。在服務器端建立移動學習的WAP網站，就可以通過客戶端如智能手機上的瀏覽器軟件，訪問移動學習站點。

基于WAP2.0的移動學習系統技術架構如圖3所示。

圖3 基于WAP2.0的移動學習系統技術架構Fig.3 The technical architecture of mobile learning system based on WAP2.0

在該架構中，智能手機等移動終端設備通過移動通信網和WAP網關接入互聯網，而WAP服務器及后臺數據庫服務器位于互聯網中。通常用IIS和Apache搭建WAP服務器，和構建WEB服務器類似。WAP服務器可以說是手機網站，其開發語言為XHTML MP+WCSS。當然，要實現動態WAP網站，可在服務器端采用ASP、JSP和PHP技術。

2.2.3 WAP2.0的程序設計模型

WAP2.0的程序設計模型主要有兩種方式，如圖4和圖5所示。

圖4 WAP2.0的程序設計模型1Fig.4 Program design model 1

圖5 WAP2.0的程序設計模型2-網關模型Fig.5 Programming model 2

WAP2.0協議可以支持客戶與服務器之間直接使用HTTP/1.1通信（如模型1）。在WAP1.x版本中，必需要有一個WAP代理（proxy），通常稱為WAP網關，來處理客戶與服務器之間的協議轉換、編解碼工作。WAP代理使用WAP協議與客戶通信，使用標準Internet協議與服務器通信（如模型2）。

WAP2.0雖不是必須要設置WAP代理，然而在實際的應用中，一般都是設置一個WAP代理的（模型2），因為這樣可以優化通信過程、提供給移動終端某些增強的移動業務（比如位置定位、個性化的業務等），而且代理主機在“推服務”中也是必須的[7]。

2.3 基于手機App的移動學習系統開發技術

App是application的縮寫，通常專指手機上的應用軟件，或稱手機客戶端，是智能手機上的第三方應用軟件，這些軟件通常都可以在應用商店下載。比較著名的應用商店有蘋果的 App Store，谷歌的 Google Play Store，諾基亞的 Ovi store，還有黑莓用戶的BlackBerry App World，微軟的Marketplace等。

隨著智能手機和iPad等移動終端設備的普及，人們逐漸習慣了使用App客戶端上網的方式，而目前國內各大電商，均擁有了自己的App客戶端。這標志著，App客戶端的商業使用，已經逐漸普及。而將App開發技術用于移動學習，將翻開移動學習系統的新篇章。

目前，App應用程序開發模式有 3種：Native App、Web App和Hybrid App（混合模式移動應用）。

2.3.1 基于Native App的開發

Native App是一種基于智能手機本地操作系統運行的App應用程序，也叫本地App。因在軟件開發過程中需要針對不同的手機操作系統，如蘋果的IOS或者Google的安卓系統，所以應采用不同的語言和框架進行開發。一般包含云服務器數據和應用客戶端兩個部分，Native App架構的客戶端中包含了界面展現、業務邏輯、數據模型3個部分，服務器端提供各種服務，客戶端通過網絡訪問服務器端的各種服務。

Native App的開發的語言有很多種，目前主流的有4種：IOS平臺的開發語言為Objective-C，安卓 （Android）平臺的開發語言為Java，微軟Windows phone7的開發語言是C#，塞班Symbian系統的開發語言是C++。

這種開發模式是基于C/S架構的，客戶端的表現力相當豐富，可以支持在線或離線、消息推送等；可以充分實現智能移動終端的本地資源訪問，并調用硬件設備資源，如攝像頭、撥號功能等；性能較高，用戶體驗也比較出色。但劣勢也比較明顯：客戶端的開發工作量大，邏輯復雜；客戶端必須針對不同的操作系統，進行單獨的適配開發工作，不利于移植；客戶端軟件升級和維護困難；服務器端要支持多客戶端，難于擴展。

2.3.2 基于Web App的開發

Web App基本上對應了B/S架構，一般包含HTML5云網站和App應用客戶端兩個構成部分。

這種開發模式中，客戶端不再需要開發工作，退化為使用內置的瀏覽器與用戶交互。服務器端開發語言以HTML5、CSS3、JavaScript作為前端供瀏覽器展示，使用 JSP、PHP、ASP技術實現業務邏輯和數據庫管理。

Web App開發具有跨平臺性。一款Web App，既可以在手機iphone上使用，也可以在平板ipad上使用。它繞開了App store嚴格的提交和更新審查規則；由于代碼全部在服務器端，所以安裝簡便，易于擴展和升級。但是，Web App每次呈現都需要調用云端資源，用戶的交互式體驗不如Native App。另外，在消息推送、離線模式以及調用移動終端資源的能力等方面相對較弱[8-9]。

需要說明的是，WAP網站和Web App都是跨平臺的技術。但是WAP更側重使用網頁技術在移動端做展示，包括文字、媒體信息等。而Web App更側重“功能”，如實現LBS定位、音視頻播放、調用相機、GPU加速等功能。

2.3.3 基于Hybrid App的開發

Hybrid App開發模式是在Native App和Web App開發模式基礎上衍生的App開發模式，表面上看比較接近Native App，但里面訪問卻是一個Web App。

Hybrid App同時使用網頁語言與程序語言開發，通過應用商店區分移動操作系統，分發用戶需要安裝使用的移動應用。

Hybrid App開發模式較好的整合了Native App開發模式的交互式體驗以及Web App開發模式的跨平臺開發優勢。一些國內外主流的App應用其實就是架構在Hybrid App開發平臺基礎上的，比如臉譜，百度搜索等[8-9]。

3 結束語

隨著移動終端技術和移動互聯網技術的發展，移動應用日新月異。移動學習的需求也在不斷增加，開發基于智能手機的移動學習系統，成為廣大技術人員面臨的重要課題。本文對目前開發基于智能手機的移動學習系統的技術進行了研究，對各種開發技術的開發模式及技術架構進行了分析和比較，對技術人員進行移動學習系統的開發具有指導和借鑒意義。

[1]馮統成.基于手機的移動學習支持系統研究 [D].上海：華東師范大學，2007.

[2]任海峰，趙君.移動學習國內外研究現狀分析[J].成人教育，2010（1）:95-96.REN Hai-feng，ZHAO Jun.Analysis of research status of mobile learning both at home and abroad[J].Adult Education，2010（1）:95-96.

[3]李煥亮.移動學習在高職院校中的應用現狀及對策[D].濟南：山東師范大學，2012.

[4]史國良.基于手機短信的移動學習系統的設計與實現[D].大連：大連理工大學，2007.

[5]HarmoniousTech.XHTML Mobile Profile/XHTML MP Tutorial[EB/OL].[2015-2-14].http://www.developershome.com/wap/xhtmlmp/.

[6]HarmoniousTech.WAP CSS/WCSS Tutorial[EB/OL].[2015-2-24].http://www.developershome.com/wap/wcss/.

[7]王穎.基于智能手機的移動學習系統設計與開發[D].天津：天津師范大學，2009.

[8]顧春來.App應用程序開發模式探究[J].硅谷，2014（5）:35-36.GU Chun-lai.Research on app development mode[J].Silicon Valley，2014（5）:35-36.

[9]曹文斌.從架構角度看移動App之爭[EB/OL].[2015-2-16].http://www.programmer.com.cn/12131/.