移动学习支持技术应用现状研究

移动学习支持技术应用现状研究

麻晓林

（华南师范大学，广东广州，510631，E-mail：370010218@qq.com）

摘　要：移动学习具有现有网络学习无法比拟的自主性和便捷性，因而受到各界广泛关注，并已有飞速发展，但从目前移动学习的发展来看，技术是阻碍移动学习广泛应用的最大制约。本文综述了目前移动学习应用中涉及的相关技术，并按应用层次不同对各种移动学习技术进行了分类，之后总结了各类技术间的相互关系，反思了本研究的不足。

关键词：移动学习　技术

Research on the Relevant Technology of the Mobile Learning Support

Ma Xiaolin

（South China Normal University，Guangzhou，510631，E-mail：370010218@qq.com）

Abstract：Mobile learning has advantages of autonomy and convenience that network learning can not match.It has attracted the attention by all circles of the society，and has a rapid development.So far，Technology is the largest mobile learning restriction.This paper reviewed the relevant technology of the mobile learning support.According to the application of various level，different mobile learning technologies are classified，then summarizes the relationship between all kinds of technology.Finally，this paper makes a reflection of the research methods and the research itself.

Key Words：mobile learning；supported techology

一、问题的提出

现如今移动学习已不再是理论家们纸上谈兵的话题，它已经默默走进了我们的生活。自2002年我国第一个移动学习研究项目在北大开展，移动学习逐渐受到社会各界广泛关注，各地竞相开展移动学习相关研究，发展迅速。

从移动学习的发展来看，移动学习早期是“知识传递”，相应的应用形式有“课堂即时信息反馈系统”“基于短消息的移动学习服务”和“播客”等，随后又兴起强调“认知建构”的移动学习，相应的研究有“移动环境下基于问题的学习”“移动探究式学习”“参与式模拟的学习体验”等，到了第三代移动学习，人们更注重“情境认知”，典型的应用是“1∶1数字学习”。^［1］由此可以看出移动学习的发展是依赖学习理论和移动技术的，而相对理论，教育研究者技术能力较为薄弱，因而有关移动学习支持技术的研究明显不足，其对移动学习发展的阻滞性就更为明显。任何形式的媒体应用都是建立在技术之上的，如果应用得当，技术的进步能有效改变学生的学习方式、提高学习效果。

二、支持移动学习的技术

移动学习的支持技术主要依赖无线网络技术架设无线网络环境，通过各种系统搭建技术实现移动学习平台，利用各种软件开发技术充实移动学习资源和实现一些简单的功能应用。

（一）无线网络技术

有人把无线网络比作公路，公路上的汽车就是WAP。WAP（Wireless Application Protocol）为无线应用协议，是一项全球性的网络通信协议，支持绝大多数无线网络。WAP定义可通用的平台，把目前Internet网上HTML语言的信息转换成用WML（Wireless Makeup Language）描述的信息，显示在移动设备的显示屏上。^［2］WAP是让我们与世界互动的窗口。

无线局域网和无线广域网能使终端设备摆脱冗繁的网线限制，为移动学习的实现提供必需的物质基础。

根据使用范围的不同，无线网络可分为如下几种：个人域网络（PAN）、无线局域网（WLAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）（In-tel，2006）^［3］。

·无线个人域网络：通过红外或者蓝牙技术实现的笔记本电脑和其它设备之间的连接，红外的有效距离在为0-10米，在传输信号时需要单对单对准传输，蓝牙较之红外，传输局限较小，可以实现10-100米范围内的无线传输。

·无线局域网：主要技术是无线联网技术WiFi（Wireless Fidelity，无线保真），只要在无线路由器的电波覆盖的有效范围内（一般为100米）都可以采用WIFI连接方式进行联网；

·城域网利用的主要传输技术是WiMax（Worldwide Interoperability for Microwave Access），即全球微波互联接入，是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。

2002年起，无线网络逐步在中国大学校园内开始建设，然而大都是以局部无线网络的形式出现，而3G网络使得用户容量、数据吞吐量等系统重要性能指标有大幅度的提升，具有灵活布局、高带宽和无线接入等优势，可以有效突破有线网络节点的限制，实现了多人同时上网的目标。^［4］

（二）系统平台搭建技术

类似于网络学习，移动学习通常需要系统平台来组织学习资源、进行学习管理、整合多种应用。

1.利用多媒体广播电视技术CMMB搭建移动学习网络平台

中国移动多媒体广播（China Mobile Multimedia Broadcasting，简称CMMB），是面向多种移动便携终端（手机、PDA、笔记本电脑、数码相机等）进行广播的一种新的无线广播电视业务形态。该技术应用的一个里程碑事件是北京奥运会期间，人们可以通过CMMB随时随地收看奥运节目。从2009年开始，我国CMMB由试运营转入商业运营。^［5］

CMMB可以以无线方式广播电视节目，但双向交互功能有限，而现有的3G技术可以无缝覆盖有线网络教学区以外地区，弥补有线网络的不足，因此，将两者整合可以改进现有广播教育电视互动性差的现状，如CMMB系统并以TD-SCDMA网络辅助构成的移动学习网络平台开展的移动学习。基于CMMB技术的移动学习形式可以有如下几种：^［6］

·实时教育广播电视的移动学习：可以接收高质量课程电视节目。

·课堂实时互动移动学习：CMMB保证了教学电视画面的清晰以及声音的高保真，实现信息下传，TD-SCDMA实现信息上传，实现实时课堂互动学习。

·教育广播电视点播的移动学习：通过TD-SCDMA网络上传信息点播教育电视节目。

·数字音频教育广播的移动学习：向用户提供数字音频教育广播服务，用户可以自主控制节目的播放进程。

2.利用移动代理服务器技术搭建移动学习管理系统^［7］

移动代理服务器（Mobile Agent Server），是协助企业原有业务系统实现无线应用的接入工具，移动终端通过MAS系统能够以SMS、MMS、GPRS等移动通信方式连接访问企业内部应用系统，完成对数据的移动应用。

虽然MAS的设计并非是出于教育，但其应用迁移到教育当中，可以帮助更好的实现移动学习。已有研究开始尝试利用MAS搭建移动网络学习平台，其主体思路分为校内有线-校内无线-校外无线，具体来说，实现方法为：在校园内部，桌面PC和笔记本电脑以有线的方式接入校园网，访问移动学习管理系统；带有WiFi模块的手持设备以无线的方式通过WLAN无线接入点进入校园网，访问移动学习管理系统；校园外部的移动电话用户首先接入现有的移动通信网络，然后通过部署在校园内部的移动代理服务器（MAS）访问移动学习管理系统。

该系统的实现需要解决多种技术问题：

·用户设备识别

根据用户设备发送的储存在用户设备中的设备描述文件Cookie来识别用户的手持设备类型和用户的偏好设置；当接收到用户的身份识别请求信息时，核对用户信息，用户的身份通过认证后，赋予用户相应的权限。

·手持设备内容自适应

列优先技术将页面内容的布局从多列显示转换成单列显示，以适应内容在小屏幕的手持设备；自适应页面内容组织技术将数据量较大、质量较好的富媒体资源转换成内容一致但数据量较小、内容稍差的资源，通过“移动学习资源管理模块”检索与用户设备特征相适应的学习资源，将资源重新组织后交给“手持设备界面生成”组件生成用户界面，再发送给用户。

（三）移动学习资源开发技术

移动学习资源的开发是移动学习研究的热点之一。开发移动学习资源的技术主要有J2ME，Flash Lite，Symbian，Windows Mobile，BREW等，其中较为常用的是Flash Lite和J2ME。

1.Flash Lite^［8］

Flash lite为Adobe公司出品的一款支持手机播放flash文件的软件，一经推出便很快得到广泛应用。Flash lite门槛低，易学易用，开发效率高，能够缩短开发基于移动设备的各种Flash动画、应用软件等的时间，此外，Flash Lite是一种矢量格式，和屏幕的分辨率无关，能很好地解决在各种移动设备屏幕大小不一、分辨率多种多样的情况下设计制作动画、用户界面的问题。

利用Flash lite开发移动学习资源的关键技术有如下几点：

·目标设备和内容类型

Flash Lite为每种支持的设备相应的内容类型都定义了一套应用程序可以使用的特定功能。并不是所有的内容类型都支持Flash Lite的全部功能，使用Flash Lite的测试功能来测试多个设备和不同的Flash Lite内容类型可以确定应用程序是否使用了所要开发的内容类型不可用的功能。

·图像及动画

图形需尽量简单，少用渐层、半透明等，去除不必要的点和任何隐藏的形状和符号，缩小SWF文件的大小；简化动画，避免平移和alpha淡入淡出，不要同时在两个剪辑中播放音效，音量降低到桌面上正常音量的50%左右。

·速度和内存

帧速率15fps；尽量使用矢量图形；采用MP3或ADPCM格式压缩的音效文件；在文件运行时可以创建更多的对象，例如，复制电影剪辑，每个新对象均使用掉额外的运行时内存，但文件大小并未增加。

2.J2ME^［9］

J2ME即JAVA 2Micro Edition，是Java 2的组成部分，与J2SE、J2EE并称。J2ME是一种高度优化的Java运行环境，应用于大量的消费类电子设备，如蜂窝电话、可视电话、数字机顶盒、汽车导向系统等，同时也广泛被移动通信设备所采用，如移动电话、双向寻呼机、智能卡、个人电脑记事本和掌上电脑等。J2ME技术将Java语言的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。

（四）移动学习中其他常用功能的实现技术

1.Web内容自适应技术

移动终端在硬件、软件条件以及网络连接能力上差异较大，如显示器的大小和分辨率不同、网络稳定性不同等，这些因素制约了Web资源在移动设备上的呈现方式。而Web内容自适应技术可以自动地转换Web资源，以适应不同的移动终端设备，从而实现相同信息内容通过不同的方式进行浏览。

Web内容自适应技术的实现方法主要有两种^［10］：

（1）基于Web内容的自适应页面转换助理

通过“转换助理”对网页进行转换，不改变网页的原有内容，而只改变网页的排版布局，以保持网页各部分的自身语义及它们之间可能存在的逻辑关系，而不使用户对网页内容产生误解。

（2）通用内容自适应系统的体系结构

整个系统的实现可以分为这样几个模块：传输内容分析和理解模块（Website Understanding）、客户端环境特性识别模块（Client Environment Discovery）、自适应决策和转换执行模块（Decision Engine＆Adaptive Modules）。

此外，由欧洲主持的MOBILearn项目团队设计了两种模式来实现上述的自适应性。一种是“基于内容的模式”，即全方位记录学习者在学习系统中的行为后分类，单个学习者的动作被监控到后，如果已有分类则归入这种分类，如果没有则创建一个新的分类。另一种是“合作者的模式”，即将学习者的行为与学习系统中所有与其有相同学习兴趣的学习者的行为历史进行比较。^［11］

2.流媒体技术

流媒体技术是一种传送多媒体数据流的技术。采用流媒体技术的客户端播放器在播放一个多媒体内容之前，预先下载多媒体内容的一部分作为缓存，在将缓存中的这部分内容向用户播放的过程当中，该多媒体内容的剩余部分将在后台系统从服务器继续下载到客户端播放器上。这样就可以实现不必等到整个多媒体内容都下载到客户端播放器上用户也能播放该多媒体内容了。

移动流媒体技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放到网络服务器上，让移动终端用户能够一边下载一边观看，而不需要等到整个多媒体文件下载完成就可以观看。实质上，移动流媒体技术是流媒体技术在无线网络环境下的应用。^［12］

3.播客技术

播客（Podcasting）是一种在互联网上分发数字视频和音频内容的技术。目前有关播客的研究已有很多，但是将播客用于移动学习还是一个较新的领域。

有研究采用播客片段的订阅、下载相结合的方法，解决移动设备在学习材料获取和呈现方面的特殊性。在播客制作过程中，每个数字视频或音频文件被称为一个播客片段，播客服务提供者会在互联网上周期性发布一系列播客节目。每个播客系列包含一个称为种子的描述播客内容的特殊文件，用户可以通过订阅播客种子来自动获取新的播客片段。用户需要安装一种称为“聚合器”的客户端软件来周期性访问播客服务器，检查种子文件并下载新的播客片段。因为博客片段是直接从源服务器分发到客户端，而不需要用户去周期性的访问网站并下载材料，所以播客可以被认为是一种“推”的技术。许多播客站点同时也提供直接下载或流媒体服务，这样新使用者可以下载以前存档的播客片段。用户可以通过便携式设备或者计算机来直接访问播客片段。大部分的播客聚合器可以自动和便携式设备同步。^［13］

4.实时传输技术^［14］

传统的基于短信及WAP网页形式的移动学习内容形式受限，利用文字交流学习居多，虽然可以浏览除文字以外的一些多媒体信息，如图片等，但是基于资源下载的学习方式，做不到学生与教师之间的实时交流，互动性也较差。要使教学达到实时效果，就要保证课件、电子白板及语音、视频等信息的实时传输。

在JAVA中，可通过HTTP、TCP等方式方便地建立网络连接。J2SE中通过Server Socket类实现了TCP连接的服务器套接字，通过其accept（）方法，可以监听到发出连接请求的用户，获取与用户TCP连接的套接字；另一方面，在J2ME中可以通过Connector类的open方法创建一个Socket Connection，即创建一个TCP连接的套接字。利用套接字获取Input Stream流和Output Stream流后，双方便可以进行通信。因为有多个用户，在服务器端要利用向量保存用户的输入输出流。

语音传输方面，因J2ME中对实时流媒体支持不够，不能直接用RTP、RTCP来直接传送语音。可以在服务器端利用Record Thread类及Audio Rec类捕获并录制教师的语音，并且将录制的语音放入HTTP服务器中。在客户方面，利用Http Connection类与服务器建立HTTP连接后，下载里面的音频文件，再利用javax.microedition.media软件包提供的Player类对下载的音频文件进行播放，达到实时语音的目的。

实时图像处理与传输方面，用户在登录时，会将用户屏幕的大小保存到服务器端。在J2ME中，利用Form类或者Canvas类的get Width（）、get Height（）方法可以获取当前屏幕的大小。服务器根据用户屏幕的大小借助于JAVA丰富的图像处理类（Buffered Image、JPEGImage Encoder等）将图像经缩小、编码等处理过后再以像素数组的方式发送给各个客户。在客户端，利用Image类的create Image（）方法，把接收到的像素数组数据为参数，即可构造出要显示的图像。借用此思路既可以减小网络的传输量，还可以减轻客户端的负担。

实时声音处理与传输方面，首先要在服务器端实现实时语音的采集和录制。javax.sound.sampled软件包中提供了一些对音频数据进行处理的类。Audio Rec类利用这些语音处理的类，实现了对音频的采集并录制成wave文件。

5.移动智能代理技术^［15］

根据White，Lange，Chess等的描述，移动代理（Mobile Agent）是一个代替人或其它程序执行某种任务的程序，它在复杂的网络系统中能自主地从一台主机移动到另一台主机，并代表用户完成指定的任务，如检索、过滤和收集信息，甚至可以代表用户进行商业活动。该程序能够选择何时、何地移动。在移动时，该程序可以根据要求挂起其运行，然后转移到网络的其它地方重新开始或继续其执行，最后返回结果和消息。一般移动Agent还具有与其它Agent进行自主地通信的能力，这样用户的任务就可由一组移动代理Agent协作完成。代理事物的执行过程为：生成代理、激活代理、代理执行任务、返回结果、代理自行销毁。

采用移动Agent技术有如下一些优势：节约网络带宽；提供实时的远程交互；增加应用的强壮性；提供平台无关性。

三、支持移动学习的技术概况分析与反思

综上所述，移动学习的开展需要多方面技术的支持，既需要无线网络技术和平台开发技术，搭建移动学习环境，给予基本的物理保障，同时也需要多种应用技术，保障学习应用的实现。各种技术的关系可以用图1表示：

图1　支持移动学习各类技术的关系

在移动学习中，教与学的方式受技术发展制约明显，不同的媒体技术各有优缺点，在现有有线网络的基础上组合应用移动学习系统可以实现优势互补；目前对移动学习技术的研究有不同方面的侧重，从论文数量上看，多集中在“功能实现”方面，这也从一定程度反映出技术应用最大的阻碍在于实现某种特定的教学系统功能、解决某一特定教学问题；移动学习平台的建设多是在已有的网络学习系统平台上接入移动功能部分，因此其应用方式也是是对原有模式的改进，少有突破性创新。

随着技术的飞速发展，移动学习的应用越来越广泛。但很少有技术是生而为教育的，人们多是发现某一技术可以用于某种学习而拿来利用的。教育效果的优劣在于能否用符合学生认知规律的方法进行教学、使学生把他需要的知识内化为他自己的，而不是使用了什么技术、是不是先进的技术。技术的使用类似媒体的使用原则，要求效益最大、代价最小。

四、结束语

本文尽管已对支持移动学习的技术按应用层次进行了梳理、分类，但只是大类区分，不够细致严谨；此外，资料来源的可信度不够，有一部分是来源于互联网（百度百科）；第三，由于技术范围广泛且在不断发展，本文讨论的移动学习相关技术不够全面，多是参考搜索自CNKI的论文；第四，因为资料是整理自论文，所以所述的技术个性强于共性，而且很大一部分是针对手机学习的；第五，未能指出现有状况存在的不足和有效的改进措施。以上将是今后进一步研究的方向。

参考文献

［1］ 余胜泉.从知识传递到认知建构、再到情境认知——三代移动学习的发展与展望［J］.中国电化教育.2007（06）.

［2］ 无线应用通讯协议［DB/OL］.http://baike.baidu.com/view/7319.htm.

［3］ 马小强.无线网络的现状及其对1：1数字学习的支持［J］.中国电化教育.2007（06）.

［4］ 闫灿灿，杨雪，傅健，苏宇.基于TD-SCDMA系统的1∶1数字学习的设计研究——以吉林大学3G校园建设为例［J］.中国电化教育，2010（4）.

［5］ 姜文波，李熠星，何剑辉.移动多媒体广播（CMMB）发展规划［J］.广播与电视技术，2008，（7）：26-27.

［6］ 韩建华.CMMB技术环境下开展的移动学习探析［J］.中国电化教育.2009（10）.

［7］ 周亮，段渭军，杨严严.基于MAS和Moodle的移动学习管理系统与关键技术设计［J］.现代教育技术，2008.11.

［8］ 杨文，正邹霞.Flash Lite：移动学习资源开发的新型技术［J］.现代教育技术.2007（11）.

［9］ j2me［DB/OL］.http://baike.baidu.com/view/7125.htm.

［10］ 蒋玲玲，赵国安.基于内容自适应技术的“移动学习”的研究［J］.中国教育信息化.2008（23）.

［11］ 金玉.从技术角度透视MOBILearn项目移动学习案例［J］.中国信息技术教育，2010（17）.

［12］ 周丽婕.基于移动流媒体技术的移动学习模型设计［J］.软件导刊

［13］ 甘文凝，温植胜.基于播客技术的移动学习在大学外语教学中的应用研究［J］.中国远程教育.2010（5）.

［14］ 丁慧东，周学柳，吴富章，王艳波，金阳，杨逸.基于JAVA技术的实时移动学习系统的研究与实现［J］.现代教育技术2010（4）.

［15］ 邹霞，曹蕾，李理.利用智能代理技术构建移动学习平台［J］.教育信息化.2006（3）.