基于iOS和公有云的移動學習系統設計

王子昱

（蘇州高等職業技術學校，江蘇蘇州 215000)

0 引言

移動學習(Mobile Learning)是一種在移動設備幫助下能夠在任何時間、任何地點發生的學習。移動學習能夠有效地呈現學習內容并且提供教師與學習者之間的雙向交流[1]。相比傳統的學習，移動學習具有以下優點：首先，移動學習讓人們的學習環境更加輕松、自由、平等。其次，移動學習有效地利用了生活中很多碎片化的時間，提高時間的利用率。再次，移動學習可以節約成本，既不用買教材，又無須去學校，就能獲得豐富的學習資源。最后，移動學習可以更加快速更新自己的知識和技能儲備。

近年來，我國在線教育用戶規模不斷擴大。用戶對于個性化、多樣化、國際化的在線教育需求的不斷增長，為在線教育提供了市場需求和消費動力。在線教育用戶中，又有很多用戶使用的是iPhone設備。根據QuestMobile發布的2022中國智能終端市場半年報告，截至2022 年6 月，iPhone 設備的活躍度為21.7%，僅次于華為的25%[2]。這些iPhone 設備用戶中，絕大部分是年輕人，而這部分人群也正是學習需求最高的人群。所以，人們對基于iOS 的移動學習系統的需求日益增加。然而現有的一些移動端學習系統中，由于受到移動設備中的資源量和內存的限制，以及課程質量的參差不齊、技術故障頻繁、平臺運營不穩定、用戶數據泄露和丟失等問題，使用戶的學習效果并不是很理想。基于該情況，本文結合了iOS 和公有云設計了一款移動學習系統。

1 移動學習平臺相關技術

1.1 iOS平臺簡介

iOS 是由蘋果公司開發的移動操作系統。iOS 可以免費更新。最初是設計給iPhone使用的，后來陸續套用到iPod touch、iPad 上。iOS 更新發布后，可以通過無線方式將其下載到iPhone、iPad 或iPod touch。iOS 內置應用有Siri、FaceTime 通話、Safari瀏覽器、App Store、相機等。iOS 系統用戶界面簡潔、直觀、易用、操作流暢，硬件和軟件中的多種安全措施，有助于保護用戶的數據和隱私。

1.2 公有云簡介

公有云通常指第三方提供商為用戶提供的能夠使用的云。公有云一般可通過Internet 使用，可能是免費或成本低廉的。公有云的核心功能是共享資源服務。企業通過自己的基礎設施直接向外部用戶提供服務。外部用戶通過互聯網進行訪問服務，并不擁有云計算資源[3]。用戶可以通過互聯網來獲取云計算服務，公有云中的“服務接入點”負責對接入的用戶進行認證，判斷權限和服務條件等，通過“審查”的用戶，就可以進入公有云平臺并獲取相應的服務了[4]。近年來，國內公有云也得到了飛速的發展，如：阿里云、華為云和騰訊云等。

1.3 Objective-C簡介

Objective-C 是iOS 開發的核心語言，它是一種面向對象的腳本語言，是iOS操作系統的主要語言，它具有強大的功能，能夠支持大型應用程序的開發。Objective-C 實用性大，它使用一個用C編寫的精簡運行時，對應用程序的大小幾乎沒有增加。另外，它還具有靈活性高，程序小等優點。

1.4 MySQL簡介

MySQL(My Structured Query Language) 是一個關系型數據庫管理系統，屬于Oracle公司旗下產品。它具有運行速度快，體積小，可移植性強等特點。而且MySQL是開放源碼的軟件，因此可以大大降低總體擁有成本。它為多種編程語言提供了API。MySQL 能夠運行與多種系統平臺上，如Windows，Linux等。

2 公有云優勢分析

公有云是一種簡單、高效、安全、可靠且處理靈活的計算機服務。可以大幅度降低人力和財力的運營成本。它為人們使用網絡提供了幾乎無限多的可能。現在主流的云服務網站主要有：阿里云(https://www.aliyun.com/)，騰訊云(https://cloud.tencent.com/)，華為云(https://activity.huaweicloud.com/)。

1)訪問速度更快。因為云使用的帶寬可以連接多條線路，網絡自動檢測最快的網速，然后切換到相應的線路傳輸數據。

2)存儲方便、可靠、安全。存儲數據可以在云上完成。即便是硬件出現故障，數據也不會丟失。因為云服務器具有自動調整遷移的能力，一旦遇到故障，將快速移動數據并繼續使用，用戶不用再擔心數據丟失。

3)性價比高。因為它可以隨需應變，按需付費。一般有兩種付費方式：包年和包月或者批量支付。如果需要長期使用的可以選擇包年和包月的方式，如果是一些緊急服務的需求可以選擇批量支付。所以，具有很強的彈性，按照實際需求隨時增減云資源，滿足用戶的業務需求。

4)安全和穩定性高。云服務器支持各種節點的快速重構，即使一個計算機節點異常中斷或者損壞，也可以在短時間內使用其他不同的節點重構視覺系統，不會影響數據的完整性。

5)部署方便速度快。傳統的服務器需要一系列App 配置上架，合適的操作系統和語言安裝，需要投入大量時間和精力，而云服務器可以通過訪問資源在幾分鐘內完成服務器交付。

6)多區域分布：客戶可以選擇所在地附近的云服務，以降低網絡時延、提高訪問速度。華北、華東、華南三大區域足夠滿足國內業務的需求，中國香港、北美、新加坡等地區滿足境外業務需求。服務器覆蓋能力強，無論在國內還是海外，都能滿足相關業務需求。

7)配置靈活。云服務器可根據客戶當前需求配置資源，靈活高效，實現資源效率化。對于普通服務器需要預先對配置的資源進行精確的測量和校準，倘若不匹配，會出現死機甚至服務器崩潰的情況，而云服務器就避免了這種情況的發生。

8) 高安全性:DDoS(Distributed Denial of Service)攻擊往往以高流量的方式影響服務器性能，普通服務器無法承受如此高的流量容量。為了提供高安全性，需要額外的安全軟件和工具。但是效果并不好，因為安全流量不會超過10G，運行時間會有所延遲。云服務器就可以有效防止這類事件的發生。具有極高的帶寬、智能防火墻和高DDoS 防護能力。可以應對各種攻擊，有效保證網站的正常運行。

3 移動學習平臺總統架構

本系統是基于iOS 平臺開發一款移動學習系統。整體系統設計以實用性為主，且擴展性好[5]。整個系統基本采用的是B/S(Browser/Server)網絡結構模式，該模式易于部署與維護，擴展性能好。用戶在客戶端使用移動學習系統，將具體的功能放在服務器上實現。移動學習系統客戶端是使用了Objective-C 語言和Xcode集成開發工具開發的。服務器端主要是部署了騰訊云。騰訊云是騰訊公司旗下的產品，為客戶提供云服務、云數據、云運營等整體服務方案。

移動學習系統設計主要分成四層，分別是客戶端、業務邏輯層、數據層、基礎設施層（如圖1)。把系統劃分成四層結構去實現，為了更好的實現“高內聚，低耦合”，易于控制和分配資源，增強可移植性和重用性。

圖1 移動學習系統總體設計

客戶端是各種移動設備，如iPhone、iPad等。用戶安裝移動學習系統后，可通過這些移動設備進行學習。前端的設計和開發使用了HTML5 和Ajax 來實現。HTML5 的優點在于給站點帶來了更多的多媒體元素，提高用戶體驗度，能跨平臺部署運行[6]。Ajax能夠快速響應用戶的操作，是一種在無須重新加載整個網頁的情況下，能夠更新部分網頁的技術，用戶界面設計整潔、簡單、大方、友好，選用柔和的色調，圖文混排的樣式。

業務邏輯層是對用戶的各種需求進行處理來實現各個功能，首先，接收用戶的請求，然后根據請求進行相關的計算和處理，最后將結果反饋給用戶，這樣用戶就可以通過手機學習相關課程，進行線上的練習和測試，查詢自己學習的情況。

數據層主要包括數據庫，也是整個系統的核心層。在客戶端完成少量的信息處理，而由云端來完成大量的數據分析和處理。系統采用MySQL 數據庫管理系統。使用混合云的部署模式，將私密數據和重要軟件部署存儲在自己的服務器上，將非重要性數據和軟件等內容部署在公有云上，將課程數據和課程資源放在服務器端。

基礎設施層主要包括各種服務器，后臺服務器端采用了SSH(Struts，Spring，Hibernate) 框 架，使 用MySQL 作為數據庫管理系統和Tomcat 作為應用服務器的組合方式來實現。租賃云服務器后，進行遠程桌面連接，輸入已購買的云服務器賬號和密碼，進入云服務器主機后，可以部署相關應用。

4 移動學習平臺需求分析

4.1 客戶端功能需求分析

在iOS系統下啟動程序后，可以進行課程查看，課程學習，在線練習，在線考試，瀏覽學習資訊等操作。移動學習系統主要分成以下六大功能（如圖2所示）。

圖2 移動學習系統客戶端主要功能

1)課程學習功能

2)在線練習功能

用戶學習完成每門課程的相關章節后，可以選擇在線練習，鞏固自己所學的知識，并且在完成例題后，能夠隨即查到試題的答案。同時，系統會收集錯題成集，以此用戶可以進行錯題的重練。

3)在線測試功能

經過一段時間的學習，學生可以對知識的掌握情況進行測試。系統后臺將根據題庫動態生成試卷，并能及時地評定成績。學生也可查看自己的答題情況。

4)學習交流功能

移動學習系統還提供用戶之間的交流平臺，利用網絡的虛擬性，用戶突破時間和空間的局限性，在一種平等、自由的環境下暢所欲言，對學習中遇到的問題或者其他相關問題進行交流，互相之間取長補短，分享經驗。同時，用戶也可向老師進行提問，老師將進行及時的答疑。

5)我的學習情況功能

近期，山東省濟南市中級人民法院披露了一起官司的民事判決書。在這起官司中，原審原告楊某某把裝有羅曼尼康帝、作品一號等多款名莊酒的酒柜置于小區物業地下室，結果地下室一旁的換熱站發生爆管，導致名莊酒被長時間浸泡在80℃高溫的熱水中，遭受損壞。楊某某便把換熱站的管理方濟南熱電公司告上法庭，索賠245.696萬元，并獲得勝訴。

對用戶學習的進度、聽課的情況、練習的情況、測試的成績等進行記錄并對用戶的學習水平進行分析和評估，提出改進的措施和方法。用戶通過查看自己的學習情況，了解自己知識掌握的程度和學習的效果，發現自己的不足，并可結合系統給出的建議及時調整。

6)最新資訊功能

在學習課程的同時也需要了解課程相關的前沿資訊，雖然通過網絡也能查閱相關信息，但是這些信息往往太多太雜，更有些是無效信息。移動學習系統篩選出其中有效資訊供用戶瀏覽，節約了用戶篩選信息的時間，幫助用戶了解課程的前沿動態。

4.2 服務器端功能需求分析

1)用戶登錄注冊功能

系統用戶分為：學生、老師、管理員這三大類。用戶輸入用戶名和密碼進行登錄，服務器端通過查詢數據庫里用戶的信息來進行驗證。系統將自動根據用戶名來驗證用戶的權限。

2)課程查詢功能

用戶通過客戶端輸入想要學習的課程信息，發出查詢請求。服務器端從數據庫中查詢到這門課程及相關資源，將這些數據響應給客戶端。

3)課程管理功能

如果登錄用戶是老師，則可以進行新建課程，更新課程內容，刪除課程等操作。服務器端相應的更新數據庫相關的課程數據。

4)課程資源下載功能

提供課程相關資源的下載，包括：PPT、圖片、PDF、Word、視頻等。用戶可以在客戶端下載需要的資料。

5)考試管理功能

老師將考試題目通過系統上傳到數據庫。當學生考試時，考試試卷是題庫動態生成的，并將數據響應給客戶端。

5 總結與展望

目前，移動學習系統仍存在一些不足的地方需要改進，例如：如何實現移動學習系統跨平臺的使用，如何更好地滿足用戶的需求，系統無法對主觀題進行自動評分等。隨著云計算和人工智能的不斷發展，將為移動學習注入更多新的活力，移動學習系統將更加多元化，為用戶提供更豐富的在線教育服務和產品。