【doc】手机平台上1对1数字学习软件开发技术探析

【doc】手机平台上1对1数字学习软件开发技术探析 手机平台上1对1数字学习软件开发技术探 析 第18卷 2008年第4期 现代教育技术 ModemEducationalTechnology ,,01.18 No.42008 手机平台上1对1数字学习软件开发技术探析 刘磊丁巧荣孟祥增 (山东师范大学传播学院,济南250014) 【摘要】手机将逐渐成为1对1数字学习中使用的一种重要设备,因此,手机平台 上的学习软件开发成为我们面临的重要研 究课题.文章对手机平台上各种软件开发技术作了介绍,并详细论述了手机平台上 1对1数字学习软件类型及其适用的开发技术. 引育 【关键词】1对1数字学习;手机平台;开发技术;FlashLite;J2ME 【中图分类号】G434【文献标识码】B 德斯蒙特?基更博士在对远程教育的研究中总结出一条 规则:"不是技术本身具有适合教学的特性,使得远程教育和 开放大学取得了成功,而是技术比较普遍地被大众拥有."? 基更博士的这条规则和我国台湾中央大学陈德怀教授所倡导 的1对1数字学习的观点有异曲同工之妙.1对1数字学习是 指一个学生在学习过程中至少使用一种计算设备来增强学习 .1对1的数字学习技术旨在通过个人学习辅助设备的普及, 利用个人学习辅助设备实现随时随地的主动学习或合作与协 作学习,在基于采用的研究中跨越数字鸿沟,从而逐步形成 任何人在任何时间,任何地点都可以获取知识的无障碍学习 环境. 具体到祖国内地的发展前景,北京大学的林建祥教授认 为,1对1数字学习技术的研究应该包括三部分:教室内的技 术,虚拟社区,手持设备.这些技术设备共同发展,达到人 手至少一个,支持主动的学习,才体现公平,才能根本改变 教育面貌. 随着移动通信技术的发展和手机性能的增强及普遍使 用,手机已经成为个人化的移动计算终端,这为基于手机的1 对1数字学习提供了有利条件.然而现阶段手机提供的功能 主要是通信,几乎没有一款手机直接提供辅助学习的功能, 只有极少数的手机提供了英汉电子词典的功能.所以,要将 手机作为一种设备应用到1对1数字学习中,还必须开发手 机平台上的各种软件来扩展手机的功能,以满足1对1数字 学习的需要. 一 手机平台上的软件开发技术概述 收稿日期:2007年l1月30日 当前主流的手机操作系统主要有Symbian,Windows Mobile,EmbeddedLinux和BREW.由于手机硬件性能上的 限制,手机平台上的软件开发技术和电脑平台上的软件开发 技术就有所区别.手机操作系统上主流的软件开发技术主要 有J2ME,Symbian,BREW,WindowsMobile和FlashLitc. 其中,BREW技术是基于CDMA手机的开发技术,所以该技 术的通用性不强,考虑到软件的通用性,我们在制作软件时 一 】.EmbeddedLinux上的软件使用跨 般不考虑使用该技术【3 平台的工具Qt和C++语言开发.但一般开发者很难获得它的 SDK,在很大程度上增加了在EmbeddedLinux上开发软件的 难度.Symbian和WindowsMobile虽然用户数量非常多,市 场占有率比较高,但是它是基于特定软件平台的,软件的跨 平台能力较差【4J.而在基于手机的1对1数字学习中,要求学 生可以通过手机进行协作学习,这就要求软件要具有跨平台 能力.在这五种技术中,只有J2ME和FlashLite技术是跨平 台的通用技术.所以,为了能够支持1对1数字学习,在制 作基于手机平台的软件时一般选用这两种技术. J2ME全称为Java2MicroEdition,中文名称为Java2缩微 版,它是SUN公司于1998年推出的针对消费类电子设备的 开发技术.J2ME技术将Java语言与平台无关的特性移植到 小型电子设备上,允许移动无线设备之间共享应用程序,它 是一种主要针对手机,PDA,机顶盒,智能家电等设备的开 发技术.在我国,我们一般称之为KJava应用. FlashLitc技术是Adobe公司推出的一种应用于手机平台 上的开发技术,最新版本是FlashLite2.1.FlashLite并不是 一 种新技术,它实际上是专门为非个人电脑类电子设备推出 的FlashPlayer新版本,它将为手机产品和消费电子产品提供 更加丰富的用户界面和全面的网络浏览能力.FlashLite完全 基于PC机上的Flash,这意味着开发者在PC开发平台 上就可以开发移动设备上的应用程序.FlashLite支持动态 XML数据,允许动态加载和解析外部XML数据.并且Flash Lite还可以利用手机设各所支持的可用解码器动态加载外部 多媒体内容,比如图像,声音,动画和视频等,甚至还可以 支持摄像头应用. J2ME和FlashLite这两种技术不存在孰优孰劣的问题, 它们都有自己的优势和劣势,这种优势和劣势也导致了两者 必将在不同的方面发挥作用.比如FlashLite在兼容性,界面 设计,动画显示,服务器整合,入门门槛方面有着先天的优 势.而J2ME在安全机制,存储能力和网络连接等层面又要 比FlashLite更强,并且由于J2ME是由国际化标准组织JCP 推动的,在国际标准化和厂商支持方面也有着更大的优势. 所以,我们在制作手机平台上的软件时要根据软件的实际需 求来选择合适的开发工具. 二手机平台上1对1数宇学习软件类型及适用的开发技术 陈德怀教授在文献【5中提出目前可用于移动设备上的教 育应用软件可以分为三种主要类型:系统界面程序,具有独 立功能的程序和网络客户端程序. 1系统界面程序 系统界面程序只是为了营造一种学习环境而对手机的系 统界面进行扩展,程序本身并不具备对本机和网络资源的处 理能力,它只能够调用系统的某个功能或者把原来系统的某 些功能集成到一起,比如接收用户的数据输入等.系统界面 程序的开发工作主要是设计出系统的界面,并利用代码将界 面和系统功能连接起来. 在界面设计领域,FlashLite比J2ME具有先天的优势. J2ME的界面设计方法比较复杂,它使用MIDP提供的接口 API来进行界面设计,但是在API中没有专门的函数用来描 述界面,必须通过对Canvas类或者Screen类进行扩展和继承 定义才能实现自定义界面,这些操作都需要开发人员用代码 来实现.而FlashLite技术使用PC平台上的Flash作为开发 工具,Flash允许用户使用画笔等绘图工具来绘制用户界面. 并且FlashLite技术还可以利用手机设备所支持的可用编码 器,动态加载外部多媒体内容,比如图像,声音,视频和SWF 动画,甚至还可以支持摄像头.而且在文字处理方面也具有 很大的优势,它可以在程序运行过程中改变文本的颜色,大 小以及其它属性,从而很容易就能实现文本的动态效果.Flash Lite本身是一种矢量,并且支持矢量格式SVG,所以在 分辨率多样化的手机平台上占有很大的优势.而使用J2ME 技术则需要花很多时间来解决分辨率的适应问题.并且Flash Lite技术也允许开发者在软件中使用ActionScript调用手机上 的应用程序. 因此,一般情况下开发手机平台上的系统界面程序时应 该优先选用FlashLite技术,相对于选用J2ME技术来说,使 用FlashLite技术可以更容易,在更短时间内使用更低的成本 完成同样的内容.同时,在使用FlashLite开发系统界面程序 时,也需要考虑到手机屏幕大小,操作方式和硬件性能的限 制,不能够绘制过于美观和复杂的界面,因为复杂美观的界 面会带来资源和性能的耗费,造成系统程序运行效率下降. 2具有独立功能的程序 具有独立功能的程序是指程序本身能够独立完成一定的 应用功能,这种类型的应用程序是为了使学生能够借助手机 设备进行自主学习而制作的,比如应用在手机平台上的用于 某个小知识点学习的学件,一个电子词典程序.用于开发这 类程序的技术应该具有较强的本机资源处理能力和网络通信 能力,J2ME技术恰好可以满足这种需求.并且使用J2ME技 术开发的代码具有可移植性,部署的灵活性,网络的安全性 以及代码的隐藏性等特点,同时开发效率较高,开发资源丰 富.因此,J2ME技术经常用于手机平台上具有独立功能的程 序和网络应用程序的开发. J2ME为手机设备提供了一组API函数,用于手机设备上 的软件开发,我们把它称为MIDP(MobileInformationDevice Profile).MIDP提供了一个标准的运行环境,允许在终端用 户设备上动态地部署新的应用程序和服务.对于手机平台上 的软件开发来说,它是一个完整的,受支持的基础.具体来 说,J2ME在MIDP的基础上可以实现以下功能. (1)多线程功能 由于手机的硬件处理功能有限,因此对用户操作的响应 可能不很及时,使用多线程就可以解决这个问题.多线程技 术采用了更灵活的资源分配机制,从而使程序的执行速度快, 性能好.使用多线程技术可以在后台执行其它比较繁重的任 务时,前端的用户界面仍能保持对用户的响应.虽然MIDP对 线程的支持非常有限,只支持最简单的多线程方法,但仍然 在很大程度上节省了手机资源,提高了手机平台上应用程序 的运行效率. (2)网络通信功能 J2ME使用通用连接框架(GenericConnectionFramework, GCF)和网络相连.GCF建立在用连接类来管理通信的概念 基础上,每个类用来管理具体某种通信方法.抽象通信类是 所有连接类的基类,它可以依次实现五个接口类中的一种来 定义他们的功能.GCF的这种设计使得GCF变得通用而且易 于扩展,同时也使得编程者用起来尽可能的简单. MIDP2.0基础上的J2ME技术支持HTI'P和I-Iq~PS 协议,从而使手机能以Client/Server方式直接访问Internet的 全部信息.并且还有一些开源项目用来增强J2ME的网络访 问能力,从而使得利用J2ME技术访问Web服务更加容易, 比如kSoap项目. (3)移动数据库功能 移动数据库技术也被称为嵌入式移动数据库系统,它是 指支持移动计算环境的分布式数据库.在基于手机的1对1 数字学习中,嵌入式移动数据库扮演着非常重要的角色.在1 对1数字学习中要实现协作学习,就必须在手机和服务器之 间传输数据,进行数据库同步. 和其它几种开发技术相比,J2ME提供的网络和本机资源 的处理功能应该是比较全面的,能够满足日常手机平台上各 种类型软件开发的需要,并且效率也比较高.除此之外,J2ME 的开发工具和参考资料也比较丰富,更适合刚刚涉足移动开 发领域的开发者入门. 3网络客户端程序 Tatar等人在教学活动中证明了1对1数字学习技术中的 无线特性能促进学习者的合作,从而使学习者都能借助无线 设备进行主动的,生成式,创造性与合作式的学习.因此, 如何利用手机的无线通信功能构建实时或非实时的合作与协 作学习环境是1对1数字学习软件开发研究中的一个重要的主题. 尽管使用了J2ME技术的手机的网络通信能力比较强, 但是由于当前手机本身性能的限制,手机只能作为网络服务 的客户端,而不能作为网络服务的提供者.服务器的角色还 是应该由接入因特网的计算机担当.这里所说的网络客户端 程序是指能够利用手机的无线连接功能接入到协作学习平台 服务器,从而使用户能够和其它接入者一起进行协作学习. 因此,可以采用基于多Agent的网络协作学习系统模型.在 多Agent模型中网络客户端程序主要包含一个用户Agent.用 户Agent负责组织人机交互,代替手机用户通过无线网络同 中间层平台进行交互.同时,用户Agent也提供了数据的本 地存取,这样用户可以在断开网络连接的时候做一些本机处 理工作,然后在网络恢复的时候继续进行交互工作. 服务器端主要为运行在Internet网络上能为移动客户端 Agent和应用服务器之间交互起到连接和支持作用的软件平 台.它主要由无线消息服务器和多个代理Agent组成.无线 消息服务器主要职责是为无线设备和Internet网络之间提供消 息存储和转发.多个代理Agent和客户端的用户Agent共同 承担一个学习任务,分工合作,相互协调完成学习任务.由 于协作学习系统的一个基本要求是:所有页面应该可以在标 准浏览器下阅读,不需要用户特别安装其它插件.更进一步 的要求是可以在多个操作系统平台上使用.所以在服务器端 选用可以跨平台的J2EE技术作为协作学习系统的开发技术. 同时也因为J2EE可以采用多线程Servlet和移动客户端的 J2ME进行无缝交互. 在协作学习系统开发中,Agent软件的开发是最关键的, 同时开发难度也是最大的.为了降低Agent软件的开发难度, 提高Agent软件的开发效率,在开发过程中可以参考引入一 些网络社区或开源组织开发出的一些比较成熟的Agent软件 开发框架,这些Agent软件开发框架主要包括JADE和Jadex. (1)JADE(JavaAgentDevelopmentEnvironment) JADE是一个符合FIPA规范的可互操作的多Agent系统 及其应用程序的开发框架.JADE的目标是在保证符合而全面 的系统服务和Agent程序标准的同时,能够更简便的开发基 于多Agent的软件. JADEAgent开发平台包括了所有用于管理Agent平台的 子系统,并且为每一个Agent提供多线程的运行环境,允许 多个Agent在主机中协作运行.除此之外,JADE还提供了一 些图形化的工具来管理运行中的Agent平台,以实现管理, 调试,监听,控制Agent的状态,以及停止和重启Agent程 序的运行. (2)Jadex Jadex框架是对JADE框架的扩展.JADE系统为多Agent 系统开发构造了良好的平台服务模块,并提供了有效的通信 机制,然而JADE却没有考虑Agent内部结构问题.Jadex系 统建立在JADE平台的基础上,它将经典的BDI模型概念引 入到JADE系统的Agent内部结构设计中,使得Agent的构建 更简单和直观,从建模到实现阶段的转化更便捷. 在Jadex系统中,Agent包含一组信念(Beliefs),一个目 标集(Goals),一个规划库(Plans).其中,信念包含了Agent 所在的当前环境状态的信息,它提供了比面向对象更抽象的, 统一的只是示方法.目标集表示了Agent想要实现的目标, 在Jadex系统中目标表示为带有多个属性的对象,目标的属性 用于指定该规划能处理某给定名字的所有目标.Agent的功能 则主要通过规划实现,Agent程序开发人员需要分别定义规划 头和规划体.其中规划头在Agent定义文件中用YdVIL语言定 义;规划体是用Java语言定义的程序,它描述为实现目标或 处理某事件而采取的一组动作. 无论采用什么开发技术,手机平台上这三种类型的教育 应用软件都是为了满足学习者在不同情景下进行1对1数字 学习的需要.因此,手机平台上教育软件开发者应该深刻理 解1对1数字学习理念,并以此理念为指导,努力使开发的 软件能够满足学习者在不同学习情景之间的无缝转换. 三手机平台上的1对1敦字学习软件产品 随着移动学习理论研究的不断深入和一对一数字学习理 念逐渐被人们接受,一些教育软件厂商也适时推出了一系列 用于手机平台上数字学习的软件产品,这些产品多数以英语 学习为主.其中代表性的软件产品主要有知源软件的产品"英 语随我行"和诺基亚与清华大学联合推出的"行学一族". 1英语随我行 "英语随我行"是由知源软件研发的一系列用手机学英 语的软件产品."英语随我行"产品包括各类内容丰富,权威 的英语课程,主要包括英语单词背诵及讲解,语法练习和听 力练习.并且提供了离线学习,Java在线和WAP三种学习模 式,以满足不同手机用户的需要. 2行学一族 "行学一族"是由诺基亚和清华大学联合推出的一款专 门为手机打造,国内首个支持移动掌上社区的学习软件,它 整合了众多权威教育和出版机构的学习内容,充分发挥了融 合移动通讯和互联网的优势,使边走边学,随时随地学习和 交互学习真正成为了可能. "行学一族"倡导的是共同学习的教育理念,拥有丰富 精彩的学习内容,并以文字,图形和声音呈现.用户还可以 通过手机从互联网上下载最新的学习信息,并通过互动的"行 学社区"向名师求教,接收他们的学习指导,或者与"族人" 沟通,自发组织兴趣小组,一起探讨学习之道.同时"行学 — 族"也支持基于课件的学习方式,从而更符合用户的学习习惯. 四小结 1对1数字学习是一种新的教学理念,有着广阔的前景 和生命力,但要获得继续发展仍然需要广大教师和科研人员 共同关注和研究.手机平台上的1对1数字学习软件开发是 为了将1对1数字学习理念纳入到实际教学应用中的具体实 践.然而,手机平台上的软件开发也是一种新生事物,开发 人员应该首先了解手机平台与PC平台硬件和操作方式上的 差别,并在此基础上进一步了解手机平台上的各种开发技术 的优缺点,尽快完成从PC平台到手机平台的转型.并以1对 1数字学习理念为指导,开发出更多优秀的1对1数字学习软 件,从而更好地为教育教学服务. 参考文献 [1】德斯蒙特?基更.移动学习:下一代学习一在亚洲开放大学 协会第18届年会上的主题[J】.开放教育研 究,2004,(6):22-27. [2】陈德怀.面向"1对1"增强学习技术一科技增强学习的研 究与实践[J].信息技术教育,2006,(2):5-8. [3】孙睿.BREW及其应用开发[J].计算机应用研 究,2004,(1):188—190. 【4】奚煜,袁军,李树广.基于Symbian平台应用的开发模式[J]. 计算机工程,2003,29,(1o):171-172. 【5】陈德怀,梁仁楷.1对1增强学习技术和即时互动反馈科技【J】. 中小学信息技术教育,2007,(2):8.10. AnalysisofTechniquesinDevelopingOne-to?oneTechnology-EnhancedLearningSoftwareonCellphonePlatform LIULeiDINGQiao-rongMENGXiang-zeng fSchoolofCommunication,ShandongNormalUniversity,Jinan250014,China) Abstract:CellphoneswillgraduallybecomeanimportantdeviceusedinOne?to— oneTechnology—EnhancedLearning,therefore,the developmentoflearningsoftwareoncellphoneplatformisbecomeanimportantresearcharea.Thispaperintroducestechnologyin developinglearningsoftwarebasedoncellphoneplatform,anddiscussesindetailthetypesof learningsoftwareoncellphoneplatform, andthetechnologyindeveloping. Keywords:One??to?— oneTEL;CellPhonePlatform;DevelopmentTechniques;FlashLite;J2ME 98