基于碎片化資源的手機課程交互設計

高振清

（蘇州健雄職業技術學院，江蘇 太倉 215411）

1 引言

隨著移動智能手機和移動網絡應用的普及，學生通過手機搜索學習資源進行片段化的學習已經成為一種普遍的現象。對碎片化的學習資源進行整合，為學生提供學習課件，并通過內容交互設計、功能交互設計、界面交互設計，使碎片化資源能夠更加靈活地被學生所應用。

1.1 碎片化資源

碎片化資源是由人類活動所產生的各類資源所組成，其中包括信息資源、時間資源、空間資源。隨著教學信息化的發展，各類知識以小節、單元、案例等電子形式存在于網絡中，形成了龐大的碎片化學習信息資源，它不僅能夠幫助學生解決針對性的問題，而且能夠成為微課設計的主要素材。學生在日常的生活中，將一些碎片化的時間和空間進行利用，構建符合自身條件與環境的碎片化時間與空間資源，通過智能手機進行學習，而不受時間和空間的限制。

1.2 交互設計

交互設計是人與人之間、人與設備之間、設備與設備之間等能夠基于某種環境下進行互動與配合，使其能達成某種目的。在軟件設計中，交互設計以人的使用行為為目標導向，以用戶習慣的使用方式規劃軟件操作流程，增進用戶的交互體驗。交互設計原則是要具有可視性，能夠反饋活動信息，以流程化表達防止操作失誤，能夠準確表達控制和效果之間的映射關系，保持功能與操作的表現的一致性，并具有準確的啟發性。在進行交互設計時，劃分出分析階段、設計階段、配合階段和驗證階段，必須明確交互設計規范，以保證產品設計的一致性。

1.3 個性化推薦

網絡中存在著海量的信息資源，用戶通過搜索引擎系統搜索所需要的資源費時又費力，而系統推薦技術則能夠根據用戶網絡使用痕跡、對資源類型的興趣等主動向用戶推薦，以節約用戶獲取信息的時間，提高系統與用戶之間的交互。個性化推薦主要由用戶模型、推薦對象模型和推薦算法所構成，通過對用戶的特征分析將網絡中的資源與用戶需求相匹配，利用相應的推薦算法進行計算，為用戶推薦合適的信息。主要的推薦方法有基于內容推薦、協同過濾推薦、基于關聯規則推薦和組合推薦等。

2 基于碎片化資源的手機課程系統設計

基于碎片化資源的收集課程系統不僅要對系統功能進行設計，滿足應用上的需求，還要進行交互設計，實現教師與學生之間、學生與學生之間、用戶與系統之間、系統內部流程之間的無縫銜接，增強系統的可操作性，滿足用戶個性化需求。

2.1 關鍵技術

2.1.1 Hadoop架構

Hadoop架構是基于Google集群系統實現的可擴展開源軟件框架，其采用分布式存儲與計算的方式進行數據處理，相比單節點數據處理具有較高的可靠性、高效性、伸縮性。HDFS是Hadoop分布式文件系統，通過多臺聯網計算機集群上運行HDFS處理海量的文件，采用Map/Reduce并行編程模式對大規模數據集進行并行計算，由Map任務對數據集進行分塊，Reduce操作進行分布處理，幫助用戶進行數據的分類與調用。

2.1.2 分布式數據庫系統

分布式數據庫系統是由不同地理位置的多臺計算機聯合組成的計算機網絡，每臺計算機都可以視為一個存儲節點，通過資源池對數據進行集中管理。每個節點的數據庫不僅可以獨立支持本地應用，而且能提供數據共享。分布式數據庫系統采用了4層結構，即：全局外層、全局概念層、局部內層和局部概念層。全局外層提供全局視圖服務，全局概念層通過全局概念模式、分片模式、分配模式同局部概念層局部概念模式進行映射，局部內層通過局部內模式映射局部數據庫，層間通過映射關系進行模式轉換。

2.1.3 并行計算

并行計算是利用多核CPU進行計算，能夠將一個問題分解成為若干個離散任務交由不同的處理器進行處理。并行計算由并行計算程序支持，其編程環境包括消息傳遞并行編程、共享存儲并行編程和數據并行編程。其中消息傳遞并行編程具有較好的可擴展性，采用顯式數據分配方式，分布式數據存儲模式；共享存儲并行編程可擴展性較差，采用隱式數據分配方式，共享數據存儲模式；數據并行編程可擴展性一般，采用半隱式數據分配方式，共享數據存儲模式。

2.2 系統功能設計數據分配方式

手機課程系統采用了三層結構模式，用戶層使用手機客戶端訪問系統，用戶包括學生、教師和管理員，功能層主要包括在線課堂模塊、課程管理模塊、視頻課件模塊和用戶管理模塊，數據層采用分布式數據管理，包括用戶信息數據庫、學習資源數據庫和知識結構數據庫等。系統架構如圖1所示。

用戶層通過手機客戶端訪問系統，根據使用系統的目的不同對系統使用權限進行設置，教師負責對教學資源進行整理，提供在線教學、發布視頻課件、對課程進行管理、發布測試題、對學生問題進行答疑等操作，學生登錄系統進行課件的學習、觀看學習課程視頻、與教師進行互動等操作，管理員登錄系統對系統進行維護與更新。功能層為用戶提供系統各項功能的應用，數據層對系統應用數據進行存儲和分類。

圖1手機課程系統架構

2.3 系統交互設計

系統交互設計包括了師生之間、學生之間通過系統進行交互，教師通過在線答疑幫助學生解決學習過程中遇到的問題；用戶與系統之間的交互，通過個性化推薦分析學生的學習需求，將學生感興趣和所需的課程資源推薦給學生；系統之間的交互，如手機客戶端與服務器之間的交互。

答疑交互設計是教師與學生之間進行提問并解答的交互功能，其中包括學生提問模塊和教師答疑模塊，答疑交互設計在課程視頻瀏覽的下方，便于學生能夠快速提出問題。同時，學生提出的問題會被系統存儲在問題記錄中，便于再遇到同類問題時系統可以自動給予解答。教師答疑可以在教師在線的情況下進行實時回復，也可以在某一個時間進行統一回復。

推薦交互設計包括三個部分，一是生成用戶特征數據，二是對用戶信息與碎片化資源進行匹配，三是給出推薦的結果到用戶客戶端。推薦引擎基于用戶特征向量，分析并提取用戶個性化的特征，將其轉換為數據，按照學生瀏覽課程的內容、搜索的問題等依據聚類算法進行聚類分析，同時對網絡中的碎片化資源進行篩選和排序，最終給出用戶個性化的推薦課程。在推薦交互設計中推薦算法采用基于內容的推薦算法：詞頻-逆向文檔頻率方法（Term frequency-Inverse document frequency，TF-IDF），設文檔集為d1，d2，…，dn，關鍵詞為k1，k2，…，kn，算法可以定義為：

其中，TFij為詞頻，IDFi為逆向文檔頻率。fij為關鍵詞出現的次數，maxzfzj為文檔中關鍵詞出現次數的最大值，N為文檔數量，ni表示出現關鍵詞的文檔。一個文檔dj用向量表示，m為關鍵詞的個數，那么用戶a配置文件和課程s配置文件的匹配度夾角余弦方法可以作為計算用戶a關鍵字說明文件和課程s關鍵字說明文件的相似度，計算公式表示為：

手機客戶端與服務器端交互設計是實現客戶端與服務器之間的數據定向存儲與調用，在設計中，可以采用Flex所提供的Mate架構，基于標簽和事件驅動，通過事件總線EventBus監聽客戶端信息，并將信息通過事件處理器進行處理，對應服務器數據，提供數據服務。同時服務器通過事件分發器將信息轉交給事件總線進行處理，實現客戶端與服務器端的數據交互。

3 結語

本文設計了基于碎片化資源的手機課程交互系統，根據系統用戶類型將系統功能劃分為在線課堂、課程管理、視頻課件和用戶管理四項功能，并根據交互設計思想設計答疑交互，推薦交互和手機客戶端與服務器端交互。構建滿足學生與教師進行實時或者延時互動的答疑板塊，實現師生互動。利用大數據技術將碎片化資源進行整理，根據用戶特征將關聯資源推薦給用戶，實現人機的個性化交互。采用Mate架構設計手機客戶端與服務器端的數據交互，保證客戶端信息與數據庫服務一一對應。