移動學習類軟件的設計與開發

甘泉

【關鍵詞】移動學習類軟件；模擬鋼琴；設計；開發

“移動學習”概念最早可追溯于2000年伯克利分校人機交互研究室啟動的Mobile Education項目，隨著時代不斷發展，“移動學習”的概念也被深化。新時期下人們對移動學習的概念界定為：“個體借助于移動設備來獲取個人知識技能或實現知識建構的信息。”在科學技術發展及大力支撐下，近年來移動學習類的軟件層出不窮。從整體種類上看，主要涵蓋外語學習類軟件、閱讀應用類軟件、移動平臺教學系統、操作技能學習類軟件等。本次研究中探究的“模擬鋼琴”便屬于操作技能學習類軟件，開啟學習模式能提供真實的鋼琴學習模擬環境，讓學習者享受到彈奏樂趣。

圖1 移動學習軟件（仿真古箏）

一、移動學習類軟件的特征分析

關于移動學習類軟件的特征，主要凸顯在三方面。首先，形式的靈活性[1]。利用移動學習類軟件后，能讓學習者在任何地方（如步行中、汽車里、高鐵上、宿舍內）學習，且能突破傳統學習的時間限制，學習者可利用碎片時間等時段來學習，提升學習效率，讓學習變得更為高效靈活。其次，應用的普及性。新時期背景下科技水平不斷提升，移動學習類的軟件設備也更豐富，形式多樣且數量增多，為移動普及化教育奠定了扎實的基礎。最后，滿足個性化需求。傳統的學習中大多以學校、班級為圈定的范圍來開展教學，無法更好地滿足學生個性化需求。利用移動學習軟件后可提供個性化教育及服務，尋求最適合的學習路徑。例如依托于移動學習類軟件，便于用戶定制學習計劃來督促自身學習，還能實現線上溝通。

二、移動學習類軟件設計與開發原則

第一，適合原則。在設計移動性學習軟件時要考慮到學習者的實際業務需求，并合理劃分系統功能。通常可將該功能設計成劃分為表現層、應用層、功能層、數據層等，結合移動學習軟件的用戶感知，確保所設計的軟件適用性較好，能滿足基本的學習需求[2]。第二，開發性原則。移動學習類軟件中搭建出的移動云平臺，有利于為有意愿學習的用戶（及不同類型的教師）提供針對性的服務，因此設計及開發時要強調將該軟件開發成具備多樣性功能的平臺，且讓所有用戶都能實現對學習資料的發布、共享，且經審核后也能及時檢索學習材料，具備一定開發性。第三，人性化設計原則。移動類學習軟件的設計及開發都是圍繞用戶的使用開展，以發揮出最大效用為目標。在設計時注意“以人為本”，考慮到不同學習群體對于移動學習軟件的需求、體系設計標準、未來發展趨勢等，秉承著以用戶為中心的基礎原則，保障能滿足海量用戶的需求，并快速對用戶需求作出響應。第四，多樣性原則。學習類軟件中要提供大量的學習資源確保其多樣性，如仿真項目、視頻、音頻、文本等來兼顧用戶需求。第五，可拓展性原則。學習類軟件的設計及開發要緊扣時代發展脈搏，不斷更新資源，具備良好的可拓展性。

三、移動學習類軟件設計與開發關鍵技術分析

（一）Android系統框架

移動學習類軟件要借助于移動學習客戶端與學習者進行交互，因此學習者對于移動學習客戶端的感知尤其重視。在當前智能手機市場中，Android操作系統占據重要地位，不僅具備良好的平臺開放性，成本低，還能實現個性化APP設定，操作便捷。因此移動學習類軟件在設計、開發上也可基于Android系統的大體框架內。將該系統框架設計成以下四個層級。（1）應用層。該層中，主要包括主屏、應用功能等。以“模擬鋼琴”為例，應用功能包括彈奏、演示等；（2）框架層。該層級中包括了維護Android系統框架順利運行的內容，如管理器、內容提供器、通知管理器、資源管理器、視圖系統、窗口管理器等；（3）運行層；當移動學習類軟件整體系統在運行時，需要由Libc、SGL、SSL等技術層作為支撐[3]。Android運行時需要核心庫、Dalvik虛擬庫加以保障。（4）Lmux內核層。該層級中包括各類驅動，如閃存驅動、音頻驅動、電源管理、WIFI驅動等。上述多個層級共同搭建成為Android系統的框架，來為移動學習軟件開發奠定基礎。

（二）Android應用程序組件

對于移動學習軟件的設計與開發而言，Android應用程序組件是基石所在。Android應用程序組件大多較為零散且互相聯系，其中最主要的包含六個組件。第一，Activities（活動）。該組件屬于移動學習類軟件中Android應用程序的基礎，屬于顯示層，Activity使用Views去構建UI后能顯示信息[4]。第二，Service（服務）。該組件被稱作是隱形的“工人”，主要負責進行數據源的更新、通知觸發、會一直在移動學習軟件系統的后臺持續化運行，以維持其運作。第三，Content（內容）。該組件主要是為移動學習軟件中的共享資源進行存儲，形成管理的數據庫，在應用程序的同時會發揮共享作用。第四，Intent（意圖）。該組件負責簡單地進行移動學習類軟件信息的傳達，整體架構簡單。第五，Broadcast Receiver（廣播接收器），該組件并不主動執行關于移動學習軟件中的任何任務，其本質是接受性的組件，負責對廣播通知進行接受和響應。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學習類軟件的用戶。

（三）Android系統應用開發環境

移動學習類軟件中Android系統的應用開發環境搭建，主要圍繞兩步驟：第一，windows下安裝JDK，安裝后需配置環境變量。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文件夾內是已安裝了ADT插件的eclipse。SDK文件夾的內容較多，例如Add-ons、platforms、tools、AVD Manager.exe、SDK Manager等[5]。啟動SDK Manager.exe下載所需平臺和工具，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docs、extras、platform-tools、samples、sources等[6]。

（四）客戶端架構設計

在移動學習類軟件的客戶端架構設計及開發中，主要圍繞三大模塊，分別為學習模塊、信息模塊、設置模塊。該架構中學習者是客戶端使用的主要用戶對象，在設計客戶端時要迎合用戶的需求，合理設計板塊。（1）學習模塊。該模塊主要的功能是用戶的學習情況管理、學習測評及回收站等。學習管理，即用戶學習的平臺，結合用戶情況提供多樣化的學習資源，并附帶可搜索的功能。學習評估是對用戶學習情況進行的檢驗。（2）信息模塊。主要包含學習資源（如用戶學習的筆記、素材、音視頻等，可利用云儲存法保存便于隨時查看）、學習日程（學習大致計劃安排等）、個人小組（便于小組管理，進行用戶學習監督）、即時信息（信息推送）、系統公告（發布電子公告等內容）等要點。（3）設置模塊，該模塊中用戶可結合自身的情況進行個人基礎信息的設定、修改。

四、模擬鋼琴移動學習類軟件設計及實現

（一）模擬鋼琴界面實現

移動學習軟件“模擬鋼琴”包含兩種不同應用模式，進入后均可在設備下方看到仿真的鋼琴琴鍵（圖2）。可根據不同模式來設計軟件的界面。其一，普通模式。普通模式適用于鋼琴學習愛好者，能展現出該軟件的教育、娛樂、休閑功能。在該模式的界面設計上，包含4個區：（1）控件操作；點擊該界面，會顯示軟件音量調節、播放、鋼琴彈奏錄音等功能，用戶可按需求點擊。（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，但可通過調節顯示。（4）模擬琴鍵，該界面顯示了可滾動的模擬琴鍵，屬于軟件應用最主要的區域，用戶在該區域彈奏。其二，學習模式。該模式常被用于初學鋼琴者，旨在幫助用戶掌握相關的樂理知識。學習模式的界面包含上述控件操作、信息顯示、模擬琴鍵等區域，但全琴鍵視圖被替換為樂譜顯示。點擊后用戶能結合樂譜的指示彈奏鋼琴曲，展現出了“模擬鋼琴”的輔助教學及人機互動功能。

圖2 仿真鋼琴琴鍵

（二）數據采集及存取實現

“模擬鋼琴”中的數據采集、存取也是該軟件設計中不可缺少的部分[7]。針對現有技術的不足，可在“模擬鋼琴”軟件增加鋼琴彈奏指法數據采集專用裝置。音樂夢想北京科技公司于2017年6月申請了鋼琴彈奏指法數據采集裝置專利（申請號：CN201710444705.6），該裝置包括信號發射模塊、信號接收模塊和中央處理模塊；演奏中，通過多個模塊能檢測并記錄哪個手指按下琴鍵、按下了哪個琴鍵及該琴鍵按下了多長時間；形成“指法數據流”。

（三）樂譜動態顯示功能實現

誠如“模擬鋼琴界面實現”這一小節所述，在移動學習類軟件“模擬鋼琴”的學習模式中，樂譜顯示代替了普通模式中的全琴鍵視圖。樂譜在鋼琴學習中占據重要地位，它是作曲家記錄感情、創設形象及表達情緒的重要載體，也是學習者（“模擬鋼琴”用戶）學習后再創作的依據。“模擬鋼琴”軟件中，利用文本控件來設計動態顯示的樂譜，可實現樂譜的“跳動”，每次顯示完兩行樂譜后，會自動滾動出新的樂譜，便于學習者參考樂譜學習鋼琴樂理知識。如圖3，為《孤勇者》的動態樂譜。利用Android API--XmlResourceParser解析XML資源文件，能提取文件中的樂譜信息。學習者在利用“模擬鋼琴”學習時，樂譜動態化顯示有利于更好地激發學習者興趣，學習者可通過進度條控件（Pro-gressBar）來進行進度的隨意把控，實現了自主控制，提升鋼琴的學習效率。

圖3 歌曲《孤勇者》動態樂譜

（四）彈奏模擬鋼琴程序的實現

學習者在使用“模擬鋼琴”軟件時，熟悉鋼琴彈奏技巧是最基本的功能。在利用“模擬鋼琴”這一移動學習類軟件時，學習者可任意選擇普通模式、學習模式等不同模式，均可進行演奏模擬。首先，它能為學習者提供仿真的鋼琴界面，學習者通過觸摸來選擇功能和調節。其次，當用戶用手指觸摸某個模擬的琴鍵后，它會隨之發出對應聲響，當用戶手指離開界面時，聲音便同步停止。該程序主要基于“按鈕觸摸事件監聽器”來實現，當學習者在按下或是抬起琴鍵上的手指后，會直接觸發到監聽器，并發出聲音。為了讓學習者在彈奏模擬的琴鍵時能更具備身臨其境的逼真感，在設計開發程序中還可創設出更真實的視覺效果，利用豐富的樣式來展現。例如發出聲音時琴鍵像是“被按下”，而停止發生時，琴鍵便被彈起恢復原狀，讓學習者使用時更覺得真實有趣。

（五）調節琴鍵顯示區域的實現

因使用“模擬鋼琴”的設備尺寸有限，無法完全顯示出全部的模擬琴鍵。但學習者可通過對全琴鍵視圖用手指左右滑動，縮放等，實現琴鍵的調節，改變琴鍵顯示的區域。同時還可發揮出全鍵盤視圖的作用，便于學習者參考當前顯示的琴鍵屬于哪個區域，從而提升彈奏的質量。例如當學習者發現琴鍵屬于中音區，但所彈奏的鋼琴曲需要在低音區彈奏，那么用戶選擇視圖上的滑塊并向左拖動，在特定的低音區域內停止即可[8]。利用特定程序接口將其連接SeekBar控件的事件監聽器，在學習者作出“滑動”的動作后，會觸發到“模擬鋼琴”軟件中的監聽器組件，并作出相應的輸出。

小結

綜上所述，本次特以模擬鋼琴為例，深入探究移動學習類軟件的設計與開發。在設計及開發過程中要注重框架、應用程序、開發環境、客戶端等要素，結合“模擬鋼琴”的元素及特征，從鋼琴界面、數據采集、樂譜顯示、彈奏、琴鍵顯示調節等方向進行設計，實現該移動學習軟件的順利設計及運用。在信息化、智能化的時代下，諸如“模擬鋼琴”的移動學習類軟件還具備新的發展空間，即此類軟件在課堂的應用、操作技能領域能夠實現擴充，還能介入虛擬現實技術（VR）實現創新，發展前景廣闊。