（教育技术学专业论文）移动环境下学习系统的设计与实现.pdf

摘要 摘要：本课题选择以移动环境下学习系统的设计和实现为研究内容，分别从移动 学习设计所需要的学习理论、教学设计方法和相关技术等角度出发，讨论和构建 移动学习设计的指导框架和结构框架，并根据此框架指导、设计和实现移动环境 下的学习系统，为移动学习和移动学习系统的设计与开发这一研究方向提供了理 论、方法论和实践的指导。 本文通过应用文献研究、内容分析、系统建模等方法，研究了移动学习设计 的理论与方法，并完成了移动学习设计的基本框架，设计和实现了一个移动环境 下的学习系统，主要研究内容如下： l 、关于移动学习设计的基本环节和设计过程。 2 、关于移动环境下学习系统的主要功能。 3 、关于该移动环境下学习系统的实现。 本文的贡献和创新主要体现在以下三个方面： l 、从系统教学设计的视角来研究移动学习的设计。采用系统教学设计方法， 提出了移动环境下学习系统设计的基本环节和设计过程。 2 、运用上述的设计框架构建了一个以活动为中心的移动学习系统的功能模 型，并教育技术的角度来研究移动环境下学习系统的功能问题，指出学习内容的 传输、学习资源的共享、情境感知功能、交互协作功能及与其他形式学习的交替 相融，是目前移动学习系统应具备的主要功能。 3 、从移动通信技术和网络技术的角度研究了相关技术，并针对移动环境下的 学习系统进行了相应开发和实现，采用了基于b s 框架的教学平台和移动终端 a n d r o i d 操作系统相结合的方式。 关键词：移动学习；教学系统设计；移动学习系统；移动学习资源；移动终端操 作系统 分类号：g 4 3 4 j 匕立交通厶堂亟堂僮论毫壁墨! b 篁 a bs t r a c t a b s t r a c t ：t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fm o b i l el e a r n i n gs y s t e mi sc h o s e nf o rt h i s r e s e a r c h a c c o r d i n gt o t h ea s p e c t so ft h el e a r n i n gt h e o r y , t h ei n s t r u c t i o n a ld e s i g n m e t h o d sa n dr e l a t e dm o b i l et e c h n o l o g i e s ，t h ed e s i g nm e t h o d so ft h em o b i l el e a r n i n g s y s t e ma r ee x p l o r e di nt h ep a p e r a n db a s e do nt h e s em e t h o d s ，t h ep a p e ri n s t r u c t st h e d e s i g np r o c e s so ft h em o b i l el e a r n i n gs y s t e mf r a m e w o r ka n dt h es t r u c t u r eo ft h e f r a m e w o r k a n di na c c o r d a n c eo ft h eg u i d a n c eo ft h ed e s i g ns t r u c t u r eo ft h em o b i l e l e a r n i n gs y s t e m ，am o b i l el e a r n i n gs y s t e mi sd e s i g n e da n dd e v e l o p e di n t h i sr e s e a r c h t h i sr e s e a r c hp r o v i d e sam e t h o d o l o g ya n dp r a c t i c a lg u i d a n c e i nt h i sp a p e r , t h er e s e a r c hm e t h o d si n c l u d el i t e r a t u r ea n a l y s i s ，c o n t e n ta n a l y s i s ， s y s t e mm o d e l i n ga n do t h e rr e s e a r c hm e t h o d s t h e m a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h ec o n c l u s i o no ft h eg e n e r a ld e s i g np r o c e s s ，s t r u c t u r ea n dc o n t e n to ft h e m o b i l el e a r n i n gs y s t e m 2 t h ec o n c l u s i o no ft h em a i nf u n c t i o n so ft h em o b i l el e a r n i n gs y s t e m 3 t h ec o n c l u s i o no ft h ed e v e l o p m e n ta n da c h i e v e m e n to ft h em o b i l el e a r n i n g s y s t e m i nt h i sp a p e r , t h ec o n t r i b u t i o n sa n di n n o v a t i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 r e s e a r c h e dt h ed e s i g no fm o b i l el e a r n i n gf r o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h es y s t e m a t i c d e s i g no fi n s t r u c t i o n s y s t e m a t i ci n s t r u c t i o n a ld e s i g nm e t h o d sa r eu s e dt od e s i g na f r a m e w o r kf o rm o b i l el e a r n i n g 2 am o b i l el e a r n i n gs y s t e mi sb u i l tb yu s i n gt h es t a t e d a b o v ed e s i g nm e t h o d s f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fe d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y , t h i sr e s e a r c hs t u d i e st h ef u n c t i o n so f m o b i l el e a r n i n gs y s t e m ，a n dp o i n t so u tt h a tt h ec o n t e n t so ft h et r a n s m i s s i o n ，t h es h a r i n g o fl e a r n i n gr e s o u r c e s ，l e a r n e r so fc o n t e x ta w a r e n e s sa n dc o l l a b o r a t i o na n do t h e rf o r m s o fs t u d i e sa r et h eb a s i cf u n c t i o n so fm o b i l el e a m i n gs y s t e m 3 b a s e do nt h ep o i n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g i e s ，n e t w o r k t e c h n o l o g i e sa n d t h er e l e v a n tt e c h n o l o g i e s ，t h em o b i l el e a r n i n gs y s t e mi sd e v e l o p e da n d r e a l i z e d ，c o m b i n i n gw i t hb sf r a m e w o r ka n dm o b i l el e a r n i n gp l a t f o r ma n da n d r o i d o p e r a t i n gs y s t e m k e y w o r d s ：m o b i l el e a r n i n g ；s y s t e m a t i cd e s i g no fi n s t r u c t i o n ；m o b i l el e a m i n g s y s t e m ；m o b i l el e a r n i n gr e s o u r c e ；m o b i l e t e r m i n a lo p e r a t i n gs y s t e m c i a s s n o ：g 4 3 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者虢问诵签字眺刁年多月，j 7 同 5 2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：勿叩年 7 司锅 多月，7 日 ， 导师签名： 签字嗍枷p 秒 厂1 1 l - 1 致谢 本论文的工作是在我的导师贾卓生老师的悉心指导下完成的，贾卓生老师严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 贾老师对我的关心和指导。 在我读研期间，无论是在选择学位课程、确定论文研究方向等的问题上，还 是在完成实验室的科研项目以及论文成稿的过程中，贾老师都给予了我指导和帮 助，提出了宝贵的建议和意见，在此向贾卓生老师致以真诚的敬意和衷心的感谢。 同时还要感谢魏慧琴老师和指导我们科研项目的唐宏老师，感谢他们对我生 活和科研学术的指导和帮助。感谢教育技术专业的各位老师，感谢他们勤勤恳恳 的教学，增强了我对学术问题的洞察力和理解能力，对实践操作的动手能力。 在撰写论文期间，赵麟同学对项目实现提供了技术参考和支持，潘榕同学对 我论文的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。借此机会， 我还感谢与我一起求学的同学们，是他们的支持、鼓励、陪伴和督促，使我努力 学习，不断追求进步，在此衷心祝愿他们今后一帆风顺。 最后，感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业， 使我有信心继续研究深造以求得更大的进步和发展。 序 近几年来，随着普适计算技术的迅猛发展，移动性逐渐渗入到人们生活的方 方面面。从传统的台式机时代到普适计算时代，计算设备逐渐具备了移动性这一 特点，随着移动设备通信速率的提升和资费的下调，计算性能和存储能力的增强， 移动设备便携、廉价、通信和交互的特点愈加突出。同常生活中的手机、p d a 和掌 上电脑等可以让人们随时随地获取、处理和发送信息，这些移动环境的生成为开 展教育活动和实现随时随地的学习提供了可能。 因此，如何利用移动设备开展教学活动便成为国内外教育界专家学者研究的 热点。移动学习即为在这种背景下兴起的一个概念，移动学习不仅带给学习者全 新的学习感受，还提升了人们对学习的认识，并带来学习的变革。经过十多年的 发展，人们对移动学习的研究已经走过了先期的探索阶段，转入了如何更有效地 使用移动学习进入人们主流学习方式，进而深刻影响人类教育模式及学习方式的7 阶段。 本研究选择以移动环境下学习系统的设计和实现为研究内容，分别从移动学 习设计所需要的学习理论、教学设计方法和相关技术等角度出发，探索和构建了1 移动学习设计的指导框架和结构框架，并根据此设计指导框架和结构框架，指导、 设计和实现了一个移动环境下的学习系统，为移动学习和移动学习系统的设计和 开发这一研究方向提供了理论、方法论和实践的指导。 1 1 研究背景 1 绪论 近几年来，随着无线通信技术的迅猛发展，移动设备的使用开始渗入到人们 生活的方方面面。移动设备通信速率的提升，计算性能和存储能力的增强，以及 和资费的下调，使得移动设备便携、廉价、通信和交互的特点愈加突出。智能手 机、p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 、学习机和掌上电脑等帮助让人们随时随地获 取、处理和发送信息。移动技术的发展与移动环境的生成为开展教育活动和实现 任何时间、任何地点的学习提供了可能，因此，如何利用移动设备开展教学活动 便成为国内外教育界专家学者研究的热点。移动学习( m o b i l el e a r n i n g ) 是在这种 背景下兴起的一个概念，它是一种在移动计算设备帮助下的能够在任何时间任何 地点发生的学习，移动学习所使用的移动计算设备必须能够有效的呈现学习内容 并且提供教师与学习者之间的双向交流【i j 。由这一概念不难看出，移动学习不仅带 给学习者全新的学习感受，还提升了人们对学习的认识，并带来学习的变革。 1 2 国内外研究现状 1 2 1国外研究现状 目前，世界上许多国家都已开展移动学习的研究，移动学习的研究最初始于 美国，1 9 9 4 年卡内基梅隆大学开展了研究项目w i r e l e s sa n d r e w1 2 j ，使得人们在校园 环境中能够自由享受到无线通信技术支持下移动学习所带来的便利性。此后，各 国开始丌展对移动学习的研究，英i 雪k i n g s t o n 大学进行了评价短消息服务应用于教 育教学有效性的实验【3 】。在芬兰赫尔辛基大学，短消息服务被应用于教师培训，初 步的试验结果令人满意，同时他们计划在接下来的研究中把彩信( m m s ) 技术应 用于教育教学，通过移动设备实现数字图像的生成和传送【4 j 。英国伯明翰大学立足 于未来教育的发展方向，针对未来学习者对终身学习的需求，尝试把移动技术和 设备应用于终身学习。此外，将计算空间与物理空问紧密结合的嵌入式集成空l 砌 得到广泛的重视。目前研究小组已经丌发出了针对9 一l l 岁儿童使用的移动学习工 具，试验效果令人满意【5 】【们。挪威奥斯陆大学进行了k n o w m o b i l e 研究项目，该 项目以支持医学专业的学生进行p b l 学习为目的实验表明有必要在使用之前对学 习者进行适当的指导和培训【7 】。芬兰的t a m p e r e 大学针对协作学习开发出了被称为 x t a s k 的移动学习系统，它能够支持台式电脑和p d a 等设备的访问，包含了多项支 持协作学习的功能，如电子邮件、聊天、讨论区和概念地图等。这一系统使用a p a c h e w 曲服务器和m y s q l 数据库，并通过p e r l 和x m l 编程技术来实现，具有良好的扩展 性和易用性【引。 通过结合大量国外移动学习的研究事实，以下五点涵括了国外移动学习目前 的研究现状p j ： l 、移动设备应用于教育的可行性研究，为学习提高交互的效率、促进学习者 协作和协同知识建构。 2 、移动学习资源的开发和支持服务。 3 、解决企业培训中用户在工作中无法解决的问题和促进学习者的课程学习。 4 、短消息服务和w a p 教育站点的建设。 5 、与终身学习、基于问题的学习和协作学习等的结合。 1 2 2国内研究现状 近年来，国内学者也纷纷开展普适计算相关概念和基础技术研究。清华大学 从1 9 9 9 年就开始普适计算研究，徐光佑教授提出普适计算是信息空问与物理空间 的融合，清华大学的人机交互与媒体集成研究所构建的智能化教室s m a r t c l a s s r o o m ，从人机交互和系统支撑软件的角度对普适计算的理论和实践进行深入 讨论【i o 】；电子科技大学也就普适计算概念及其通过嵌入式应用开展专题研究；北 京大学则在改善手持移动设备交互方面进行了探索性的工作【】。2 0 0 6 年3 月2 3f 1 北 京师范大学教育技术学院承担的“手持式网络学习系统在学科教学中的应用研究” 正式获得批准【l 2 。 我国学者针对移动学习的研究主要在包括以下几个方面： 1 、移动学习系统相关技术研究。包括系统的丌发技术、人机交互技术、无线 通信技术等的研究。 2 、针对移动学习终端的学习资源的开发研究。由于无线信息终端设备技术不 同，开发平台各异，使得基于无线信息设备进行程序软件开发相对困难。 3 、移动学习教学模式和学习范式的研究。 4 、移动学习系统的标准化研究。 5 、对移动学习系统的评估方法的研究。 6 、通过移动学习系统来提高已有学习方式的效率和效果。主要研究将移动设 备和系统整合到已有的学习方式中，以提高学生学习的效率、积极性和个性化f 1 3 】。 2 1 3 本文主要工作 1 3 1本文研究目的及意义 基于国内外关于在教育中开展移动学习的研究现状，本选题“移动环境下的 学习系统的设计及实现”从移动学习的理论基础出发，运用教学系统设计的方法 建立移动学习设计的一般过程及结构框架，研究和设计了移动环境下学习系统的 功能模型，开发并实现了该系统。 归纳国内外的研究概况可以看到，目前，国外的移动学习研究已经从最初的 研究项目驱动，向着融入主流学习方式的方向发展，欧洲的研究人员提出将移动 学习融入教育和培训主流的建议，并验证了在校园环境下开展移动学习具有很好 的应用前景，尤其是在学习课程内容管理和时间表信息方面【i3 1 。国内对移动学习 的研究和定位，主要集中在辅助远程学习和w a p 教学平台的设计与开发，而对移 动学习设计的一般过程和移动学习系统的研究尚处于起步阶段。由此可见，当前 对移动学习的研究并不能满足当今数字化时代移动设备广泛应用的需求。因此， 本选题将此作为研究课题具有创新思想和实际意义。 1 3 2本文主要研究内容 本选题具体研究内容如下： 1 、针对移动学习进行相关理论研究，讨论移动学习的学习理论基础、移动学 习设计的方法论基础和移动学习的相关技术。 2 、研究移动学习设计的理论和方法，得出指导设计移动学习的一般过程和结 构框架。 3 、根据上述设计框架，针对移动环境下的学习系统进行深入研究，并构建以 活动为中心的移动学习系统的功能结构模型，针对学习者的在线和离线两种学习 状态实现设计。 4 、对上述模型进行开发与实现。采用基于b s 框架的教学平台和移动终端 a n d r o i d 操作系统相结合的方式来实现系统的功能。 同时在移动学习设计的一般过程中，着重解决以下若干问题： 1 、通过系统教学设计方法来规范移动学习的设计过程。 2 、实现移动学习的学习资源的标准化。 3 、将学习活动和技术角色相互结合。 3 2 相关理论和技术的研究 2 1 移动学习的概述 2 1 1移动学习定义 目前，关于移动学习的定义并没有一个统一的共识。欧洲和美国一般以 m 1 e a r n i n g 或m e d u c a t i o n 来指称；我国一般表述为移动学习或移动教育。 该领域的专家学者各抒己见，从不同的角度去理解和诠释移动学习，可大致 归为四类【1 3 】： 1 、以技术为中心的移动学习定义。在这一观点下，移动学习被看作是使用移 动设备的学习，这些设备必须支持无线技术。 以c l a r kq u i n n 、p a u lh a r r i s 等人的定义为代表，强调了移动学习是通过移动设 备和移动通信技术来进行随时随地的学习。 c l a r kq u i n n 对移动学习作了这样的定义：移动学习是通过i a ( i n t e la r c h i t e c t u r e ) 设备实现的数字化学习，这些i a 设备包括p a l m s 、w i n d o w sc e 设备和数字蜂窝电 话等【1 4 1 。 p a u lh a r r i s 给出的定义是：移动学习是移动计算技术和e l e a r n i n g 的交点，它 能够为学习者带来一种随时随地学习的体验。h a r r i s 又进一步对此作了解释，他认 为移动学习应该能够使学习者通过移动电话或p d a 随时随地享受一个受教育的片 断，用他的原话就是“e n j o ya ne d u c a t i o n a lm o m e n t ”，并且在这个过程中，往往更 多使用的是p d a 设备，虽然笔记本电脑被广泛使用，但它并不符合大多数移动学 习的定义【1 5 j 。 在以上学者的基础上，a l e x z a n d e rd y e 等人在它们的题为( ( m o b i l ee d u c a t i o n a g l a n c ea tt h ef u t u r e ) ) 的文章中对m l e a r n i n g 作了一个较具体的定义：移动学习是 一种在移动计算设备帮助下的能够在任何时间任何地点发生的学习，移动学习所 使用的移动计算设备必须能够有效的呈现学习内容并且提供教师与学习者之间的 双向交流【。 2 、基于与e l e a r n i n g 关系的移动学习定义。这种观点更关注移动学习和 e l e a r n i n g 的关系。 在2 0 0 4 年罗马m l e a r n 大会上，人们对m - l e a r n i n g 年c l e l e a r n i n g 的关系进行了专 门的研讨，认为： 1 、m 1 e a r n i n g 是e 1 e a r n i n g 的子集。 2 、m 1 e a r n i n g 是用来增强学习体验的方式而不仅用来推送课程或辅助远程教 4 育方式。 3 、m 1 e a r n i n g 提供给学习者一种强有力的学习方式，帮助学习者能够以自己 的方式来参与到学习中。 c h a b r a 和f i g u e i r e d o 结合了远程教育的思想，对移动学习作了一个较宽泛的 定义：移动学习就是能够使用任何设备，在任何时间任何地点接受学习【1 6 】。 3 、从增强j 下规教育角度出发的移动学习的定义。 4 、以学习者为中心的移动学习定义。 以c h a b r a 、f i g u e i r e d o 、g r a n zl e h n e r c 和h o l g e rn o s e k a h e l 等人为代表的定义， 强调移动学习的随时随地，而不强调使用何种设备和是否使用通信技术，进而演 变出了定义“移动学习是当学习者不在固定的、预先设定的位置下所发生的任何 类型的学习，或者是当学习者利用移动技术所提供的优势所带来的学习”【1 7 】。 综合以上定义，移动学习的内涵主要表现为：移动学习的教学传输系统是基 于便携式移动设备的传输系统，移动学习强调与情境学习的结合，学习者通过技 术来实现个体间的交互，并依赖于移动通信技术和网络技术来实现教育内容与教 育服务传输。 2 1 2移动学习的发展现状与趋势 目前，我国移动学习的应用领域已全面展开，涉及到中小学领域、大学领域、 职业培训领域、远程教育领域和针对全社会范围的教育等教育领域等综合领域。 从教学模式的特点来划分，第一代移动学习的核心是研究如何构建移动学习系统、 学习环境和学习内容，以便更好地、更便捷地传递知识。第二代移动学习，更多 关注如何利用移动技术所提供的便利性和特点，构建合适的学习模式，规划学习 过程，促进学习者参与和认知内化。目自订研究的移动学习更加关注移动设备的情 境感知和无缝学习空f u j 的设计。 移动学习发展阶段表明，学习设计重点明显地从知识传递到认知建构、再到 “一对一”学习，学习理论也明显地从传输及行为主义范式转向建构性认知范式， 再到情境认知范式【i 引。 2 1 3移动学习的学习理论基础 教师授课时使用的教学策略通常由他们所认同的学习理论决定。从学习理论 的发展历史来看，到现在为止有三种发展成熟的学习理论：行为主义，认知主义 和建构主义。网络的发展为这三种成熟的学习理论提供了更丰富的发展空间。 5 对行为主义者而言，网络向学习者提供大量接触超媒体内容的机会。图片、 动画以及3 d 模型，相比与传统的印刷材料，更加具有多样性。此外，在线评估系 统可以自动评分，并提供及时反馈和更正。 对认知主义者来说，网络学习允许学习者控制学习的进度和顺序，帮助学习 者将新的学习扩展到长期记忆中，学习者可通过同步或异步交互讨论，完善对新 知识的理解。 建构主义者认为学习中的相互影响比被动地接受信息更为重要，强调社会性 的经验，强调“情境 、“协作 、“会话和“意义建构”是学习环境中的四大要 素。 第一代移动学习的学习理论基础是行为主义理论。这一阶段移动学习核心考 虑的是内容设计、内容传递和无线交互，基本上是e l e a r n i n g 早期发展的模仿，从 电脑和互联网的内容设计和传递转移到手持式设备和无线网络的移动学习【1 8 】。 认知主义强调人的认知不是由外界刺激直接给予的，而是由外界刺激和认知 主体内部心理过程相互作用的结果，内部心理过程包括态度、需要、兴趣和爱好 以及原有的认知结构即过去的知识经验。学习过程是每个人根据自己的态度、需 要和兴趣爱好并利用过去的知识经验对当前的外界刺激( 如教学内容) 主动做出 的有选择的信息加工过程。学生不再是外界刺激的被动“接收器 ，而是主动地对 外界刺激所提供信息进行选择性加工的主体。认知主义体现在移动学习设计上就 是强调学习内容分析、学习者分析、学习环境设计和教学策略设计等。 基于认知建构主义理念的第二代移动学习强调在真实的问题情境中，借助社 会交往与周围环境的交互，通过移动设备作为知识处理和加工的认知工具，解决 真实问题，习得技能，学生自我控制学习进程，自我建构学习目标【1 8 】。移动技术 支持的情境学习中，移动设备不再仅仅是传统的内容传递和信息反馈工具，而具 有了新的含义，它们更多的是学习者知识建构的工具，帮助学习者促进知识内化 和社会性建构。目前移动技术支持的情境学习包含多种学习范式：基于问题的学 习( p b l ，p r o b l e m b a s e dl e a r n i n g ) 、基于案例的学习( c b l ，c a s e b a s e dl e a r n i n g ) 、 情境感知学习( c o n t e x t - a w a r el e a r n i n g ) 和情境模拟的体验式学习。 第三代移动学习以情景认知理论为依据，强调移动学习的情景认知，强调“一 对一的学习，强调情景认知范式，以及使用普适计算技术来无缝连接学习者和 学习环境。 2 2 移动学习设计的方法论基础 本文的移动学习设计以行为主义、认知主义和建构主义三大学习理论为基础， 6 以教学系统设计为方法论基础，以移动通信技术和移动设备作为教学传递系统的 基础，以学习者为中心，根据学习者的需求来设计学习体验。 传统的教学过程包括教师、学生和教材，这种观念下的学习内容存在于教材 中，教师的责任是向学生“教”这些内容，教学可以解释为从书中提取内容，灌 输到学生的脑中，灌输的方式是使学生为了考试能够从头脑中检索出这些信息。 在这种教学观的引导下，改进教学就是改进教师( 例如要求教师掌握更多的知识 和掌握更多的教学方法等) 。 现代的教学观则普遍认为教学是一个系统化的过程，其中每个成分( 教师、 学生、资源、环境等) 对有效的学习都至关重要，即现代的教学观提倡采用系统 化方法来设计教学。 教学设计( i d ，i n s t r u c t i o n a ld e s i g n ) 或者教学系统设计( i s d ，i n s t r u c t i o n a l s y s t e md e s i g n ) 是应用系统方法分析研究教学的问题和需求，确定解决它们的教 学策略、教学方法和教学步骤，并对教学结果做出评价的一种计划过程与操作程 序。教学设计理论和方法的基础一般包括学习理论、教学理论、传播理论和系统 科学理论。目前普遍认为，教学设计过程包括：分析、设计、开发、实施和评价 五个核心要素，即所谓的a d d i e ( a n a l y s i s 、d e s i g n 、d e v e l o p m e n t 、i m p l e m e n t a t i o n a n de v a l u a t i o n ) 模式，如图2 1 所示。 迪克与凯罩的教学设计的系统化模型【i9 】是一种用于教学的设计、开发、实施 和评价的系统化方法模型，它建立在a d d l e 模式的基础上，并采用了行为主义、 认知主义和建构主义的思想，综合引用了这三个近代主流的学习理论。 迪克与凯罩系统化模型的设计环节包括：评价需求以确定教学目的、进行教 学分析、分析学生和环境、编写绩效目标、开发评价方案、开发教学策略、开发 和选择教学材料、设计和实施教学的形成性评价、修改教学、以及设计和进行总 结性评价。如图2 2 所示。 采用系统化设计方法的优势有以下几点： 1 、系统化方法从一开始就关心在教学结束的时候，学生要学会什么，能做什 么，如果没有这方面精确的陈述，后面的计划和实施步骤就会失效。 2 、系统化方法的成功建立在各个成分的精细关联上，尤其是教学策略和所期 望的学习结果的相关性上。教学特别针对要教的技能和知识，并为产生这些学习 输出提供了所需要的条件。 3 、系统化方法是一个实践的可重复的过程，所设计的教学经过多次使用和评 估修改后，有效性会得到大大提高。 采用系统化方法可以防止在设计过程中，在需求分析之前就开始为媒体而设 计教学，并能防止传递方式决定教学这种错误的理念。系统化方法保证了分析过 7 程和教学策略是教学有效的关键因素。 。 q 图2 1a d d i e 模式 f i g u r e 2 1a d d l em o d e l 图2 2 迪克与凯里的教学设计的系统化模型 f i g u r e2 - 2t h ed i c ka n dc a r e ys y s t e m sa p p r o a c hm o d e lf o rd e s i g n i n gi n s t r u c t i o n 自2 0 世纪9 0 年代以来，教学设计研究的改革者除了关注学习环境的类型、 建构主义教学设计的一般性指导原则、建构主义与传统教学设计模式的差异等研 究外，还关注建构主义教学设计具体操作的框架，并提出了一些建构主义教学设 计模式。因此，在行为主义、认知主义和建构主义的基础上，采用系统化方法来 规范和设计移动学习，将教学系统设计的思想和方法贯穿运用于移动学习中，可 以更加有效地利用移动环境中的资源，促进学习者有效学习的发生。 2 3 移动学习的相关技术 2 3 1移动学习相关技术综述 移动学习是在数字化学习的基础上发展起来的，是数字化学习的扩展，移动 设备、无线通信技术和移动互联网技术构成了移动学习的基本技术环境。k u k u l s k a h u l m e 和t r a x l e r 认为移动技术适用于自主探究、实地调查类的现场工作和学习情 景【2 0 1 。j o n e s 等人则指出移动技术可以很好地支持非正式学习【2 ，另外，移动技术 与知识管理的结合，也能更好地指导学习者的知识内化，促进问题解决。 移动学习相关技术一般可归为四类：应用协议、服务端技术、通信技术和移 动终端技术。在应用协议方面，有w a p 协议和h t t p 协议。在服务端的开发方面， 系统开发语言有c 、c + + 、j a v a 等，在资源的开发方面，可使用x m l 和f l a s h 技术。无线通信近距离传输可以通过蓝牙( b l u et o o t h ) 、w i f i 、z i g b e e 等技术实 现，远距离传输可通过g s m 、g p r s 和3 g 实现。移动学习相关技术如图2 3 所示。 根据通信距离的远近而划分，无线网络由远及近可划分为w w a n 、w m a n 、 w l a n 和w p a n 四类网络。通信技术和计算机技术的融合成为无线通信技术发展 的趋势，无线网络技术将向着宽带无线和移动宽带的方向发展。目前存在三条技 术路线，这三条技术路线将逐渐融合。第一条是蜂窝移动通信技术的发展演变路 线；第二条是无限局域网络技术的发展，w l a n 技术从w i f i 向着宽带、移动 ( w i m a x ) 的方向发展：第三条是无线个人局域网技术的发展。随着3 g 在我国 的使用，第三代移动通信系统在处理图像、音乐、视频流等服务上，能够支持更 高的传输速度，这些技术的发展将为移动学习的发展提供更为充分的学习环境。 图2 - 3 移动学习相关技术 f i g u r e2 - 3m o b i l et e c h n o l o g i e s 2 3 2移动学习系统的终端设备 移动终端是指支持无线移动通信的没备，常见的手持式移动设备包括 9 m p 3 m p 4 、p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 、学习机、普通手机智能手机等，这 些手持式移动设备自身具有不同的特点，如表2 - 1 所示。 表2 - i 手持式移动设备特点 t a b l e2 1t h ec h a r a c t e r i s t i c so fh a n d - h e l dm o b i l ed e v i c e s 手持式设备 优点缺点 m p 3 m p 4 l 、支持多种格式的音频文件。不支持在线服务。 2 、可呈现通用格式的文本文档和电子 图书。 3 、价格适中。 p d a 1 、具有操作系统。价格较高，不易普及。 2 、支持触摸和笔输入。 3 、显示屏大、分辨率高。 4 、支持无线网络协议。 学习机l 、注重学习资源和教学策略的应用。l 、存储能力有限。 2 、具有个人信息管理的功能。 2 、显示屏分辨率不高。 3 、可与p c 机通讯，高端产品支持无 线通信。 普通手机l 、成本低，覆盖面大。1 、接入互联网的效率低 2 、操作比智能手机简单。下。 3 、可与p c 机通讯，可接入互联网，2 、功能较之智能手机较 可通过w a p 访问教学平台，可呈现资 为低下。 源，基于短消息服务的学习较成熟。 智能手机1 、具备普通手机的全部功能。 l 、价格较高，不易普及。 2 、无线接入互联网的效率高，数据传2 、手机待机时间短。 输能力强。 3 、功能复杂，一些人群 3 、具有开放性的操作系统，多媒体性不容易掌握操怍。 能强大，屏幕大，分辨率高。 4 、信息处理能力强。 由表2 1 可以看出，不同的手持式移动设备具有不同的特点，并且在功能实现 上也各有差异，那么选择合适的移动终端也是在设计过程中需要解决问题。 在一个移动学习系统中，重新开发和设计软硬件一般不具有可行性，一是因 为经济代价过高，而是因为已经存在可以被人们合理利用的设备，因此，可以遵 循一定的原则来综合考虑选择最适合相应教学的终端设备，既可以选择几种设备 l o 交叉使用，也可以选择同种设备的不同类型。 一般来说，选择移动终端设备的原则可基于以下几个方面【1 3 】： 1 、以学习目标和学习活动需求为基本出发点。 不同的学习目标和学习活动需要不同的移动设备，例如，如果是户外的协作 探究学习，可使用具有强大数据处理和通信能力、大屏幕的p d a ；如果是在公交 或地铁中进行英语学习，可使用大屏幕的智能手机或者m p 4 ；如果是野外体验课 程或博物馆的自适应导航，则需要使用带有位置感知功能的移动终端。 2 、依据网络条件选择。 不同的移动设备具有不同的网络连接功能，支持不同的网络协议，如智能手 机既支持近距离传输协议( 蓝牙、w i f i 等) ，也支持远距离传输协议( g p r s 等) ， 而大部分的学习机只支持与p c 联机或红外传输，因此，应根据具体的网络条件来 选择合适的终端设备。 3 、依据用户的需求，综合考虑性能和价格，遵循最小代价原则。 移动终端选择的最小代价原则是尽可能选择低代价、高性能、高效能的终端 设备，另外还可根据不同的移动学习项目的需求，来选择合理的移动设备。 2 3 3移动学习系统的开发技术 移动学习系统的开发可基于以下四种技术： 1 、基于s m s 的移动学习系统的开发【1 3 1 。短消息可用来发送教学管理信息、 课程大纲、交互式测验等信息，开发基于短消息的移动学习系统目前有三种方法： 使用移动运营商的短信网关、使用短信群发器和购买其他公司的短信群发业务。 2 、基于w a p 的移动学习系统的开发。无线应用通信协议( w a p ，w i r e l e s s a p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) ，是一种向移动终端提供互联网内容和增值服务的全球统一的 开放协议标准，w a p 支持多种无线设备、绝大多数的无线网络和大多数的移动终 端操作系统。w a p 协议包括无线数据报( w d p ，w i r e l e s sd a t a g r a mp r o t o c 0 1 ) 、无 线传输层安全( w t l s ，w i r e l e s st r a n s p o r tl a y e rs e c u r i t y ) 、无线事务协议( w t p ， w i r e l e s st r a n s a c t i o np r o t o c 0 1 ) 、无线会话协议( w s l ，w i r e l e s ss e s s i o np r o t o c 0 1 ) 、 无线应用环境( w a e ，w i r e l e s s a p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ) 等多层协议。 在w a p 协议里，最高层无线应用环境层中最重要的协议是无线标记语言 ( w m l ，w i r e l e s sm a r k u pl a n g u a g e ) 。i n t e m e t 上的h t m l 页面不能直接被支持 w a p 协议的手机访问，而需要通过w a p 特定服务器过滤和翻译成w m l 网页后， 才能被手机访问。 基于w m l 的移动学习系统开发只需要与w a p 协议栈最高层的无线应用环境 层( w a e ) 交互，主要基于w m l 开发w a p 网站。 3 、基于c s 的移动学习系统的开发。基于c s 构架的开发可提高移动应用程 序的交互性和减少交互过程中内容的传输量，j 2 m e 是j a v a 的移动版本，针对屏幕、 电池和内存等有限资源都进行了优化和定义。为了解决无线设备多样化的问题， s u n 公司依照各种设备的资源特性将j 2 m e 技术架构逐层细分，使得j 2 m e 能够在 每一类设备的限制下工作，而同时提供最低限度的j a v a 语言功能性。随着j 2 m e 的应用，它为移动互联引入了一种新的模型，即允许移动设备从互联网上下载各 种应用程序，并在设备中创造了可执行程序以便离线运行这些程序。 4 、基于b s 的移动学习系统的开发。b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构即浏览器和 服务器结构。它是随着i n t e m e t 技术的兴起，对c s 结构的一种变化或者改进的结 构。在这种结构下，用户工作界面是通过浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前 端( b r o w s e r ) 实现，但是主要事务逻辑在服务器端( s e r v e r ) 实现，形成所谓三 层结构，大大简化了客户端载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低 了用户的总体成本。 另外，移动学习系统的关键技术一般包含内容呈现技术和内容适应性技术【1 3 】， 目前基于s m s 和w a p 的移动学习系统中的内容呈现技术比较成熟，在基于c s 的移动学习系统和基于b s 的移动学习系统中，内容呈现技术主要是文本、多媒 体和动画等形式，多媒体主要包括了音频、视频和图片等形式，动画主要是f l a s h 等内容。文本和多媒体的呈现一般采用x m l 的内容编辑，表现为服务端进行内容 编辑时难度较小，客户端解析时效率较低。 移动终端设备的不同，决定了对内容格式、大小和呈现需求的不同，使内容 根据移动设备的性能自适应转换，从而适合屏幕大小、移动设备的计算能力、学 习者的个性化学习需求，是移动学习系统开发的另一关键技术。目前研究的方向 主要集中在网页类学习资源在移动设备上的自适应呈现技术的研究，包括设备的 识别、x s l 样式单生成和x s l t 转换模块。 目前已有一些平台如x a l a n 或c o c o o n 等平台帮助开发者建构内容、逻辑和表 示彼此分离的应用程序，使用x s l t 转换x m l 源文件，极大地方便开发者处理文 档和进行内容管理。 总之，移动学习系统的丌发技术随着无线通信技术和自适应技术的发展与成 熟，而逐渐向着丌发语言和技术路线开发的方向发展。 1 2 3 移动学习设计的理论与方法 3 1 移动学习设计的框架 一、移动学习设计的现状 移动学习的设计首先是根据需求驱动，以学习者为中心的设计。学习者中心 设计强调用户的差异性，并认为学习者的学习需要和知识能力结构是