手机移动版数学自动出题训练系统设计,现代教育技术论文

手机移动版数学自动出题训练系统设计,现代教育技术论文口算是小学数学教学中的一个重要组成部分,口算能力的高低在一定程度上对小学生学好数学能够起到重要的作用。传统的口算教学方式方法内容枯燥,难以激发小学生的学习兴趣。口算训练一般由老师或家长出题,再规定学生在一定时间内完成。由于出题形式单一,学生学习口算变成一种强迫性的学习任务,加上出题对于老师与家长来讲也是一项繁重的任务,既要在短时间内出一定数量的口算题,又要确保所出题目的随机性与知识点的全面性,在学生完成口算题之后又要花大量时间进行手工批改,确实让很多家长大伤脑筋。因而本文研究怎样设计开发出一套自动化、高效的口算出题训练系统,以减轻老师与家长的出题工作量,并以趣味性的游戏形式,提高小学生的学习兴趣。随着智能手机、平板电脑的普及以及3G、4G网络的发展,移动学习资源开发已经有了长足的发展。笔者对近三年内移动学习资源开发方面的文献研究表示清楚,大多数移动学习资源是面向成人学习、终身学习而开发,而对儿童教育应用方面的研究较少;针对外语学科单词记忆,综合学科常识性、科普性、实验演示型的教育比拟多,而对于数学学科的教学牵涉较少。课题研究的自动出题训练系统适应于IOS/Android移动系统运行环境,能够实现老师或家长随时随地利用移动设备进行自动化出题,学生随时随地利用移动设备进行快乐学习。一、微型移动学习的含义微型学习是近年来开场关注的一种新型学习形态,所蕴含的micro既有内容的微、小、轻等含义,也意味着微小的学习组块能够通过轻便的学习设备获取和存储,并在轻松的心态中获得学习体验。移动学习是指利用移动、个人数字助理PDA、PocketPC等无线移动通信网络技术以无线移动通信设备获取教育信息、教育资源和教育服务的一种新型学习形式。移动学习具体表现出了学习的移动性,微型学习具体表现出了学习经过的精悍,二者相结合为微型移动学习(mm-learning)。微型移动学习是继数字化学习之后出现的又一种新型的学习形式,是利用微型移动设备(手机、PDA、iPhone等),经过无线通信网络,开展以内容短小精悍为特征的非正式的学习。小学生生性爱玩,学习注意力容易分散,缺乏耐心与坚持,不合适长时间的学习,微型移动学习资源短小精悍的特点,十分合适小学生的学习。无论家长或学生,学习均能够在随时随地情况下进行,其简单、量少、知识点微型化特点,使小学生容易接受与坚持。二、微型移动学习的特点微型移动学习所面对的是一些相对较小的学习单元或时间较短的学习活动,它不仅表如今学习者的地理位置是变化的,学习者与学习内容的获取方式、交互方式也都是变化的。主要有下面几个特点:(1)学习者能够在任何时间、任何地点进行学习;(2)强调在有限的时间内学习相对短小、松懈连接、自包含的知识内容或模块;(3)是一种能够利用移动设备或通信技术进行双向沟通的学习方式;(4)通常以移动终端或网络为载体,如便携式移动设备(如手机、平板、PDA等设备)。三、微型移动学习的研究现在状况微型移动学习的概念最早在2004年由奥地利研究工作组MINE工作室提出,该工作室致力于微型学习和信息环境的研究。2005年在奥地利召开第一届主题为微型学习暨e-learning后的新兴概念、实践和技术年会,迄今已经连续举办了四届。近年来移动学习的研究很多,如美国在K12教育中开展的移动学习研究,挪威奥斯陆大学以支持医学专业学习进行PBL的目的的KNOWMOBILE研究,芬兰坦佩雷理工大学针对协作性学习开发的X-Task移动学习系统等。瑞典Vaxjo大学使用JAVA和XML开创建立的适应于PDA设备的应用程序C-Notes。我们国家对移动学习的研究开场于2002年,北京大学当代教育中心教育实验室承当并开发了三个版本的移动教育平台。CETA移动教育试点网站也为移动学习的实践奠定了技术基础。2018年上海交通大学e-learninglab也开场研究移动学习资源的开发,主要以3gp格式视频为资源载体。北京开放大学报道讲他们现有两门移动学习课程,计划明年开发更多移动课程。四、微型移动学习资源的设计原则1.实用性原则微型移动学习是一种随时随地的学习方式,因而移动资源的开发必须充分考虑资源的实用性进行设计,即在充分考虑学习者的学习环境与学习条件下,怎样帮助学习者有效地解决实际问题、改变学习方式、拓展学习资源、提高学习效率。2.微型化原则由于移动学习设备屏幕相对较小,移动中的学习者处于一种边缘性的投入与非连续的注意状态,微型学习内容应注意短小精悍,力求精练、形式简单化,即知识单元要足够短小以便于学习的随时随地发生(一般每个学习模块时间控制在5~10min)。3.松懈连接性原则由于移动学习通常在注意力分散、时间碎片下发生,因而,微型学习内容不能过于系统完好,松懈性即以知识点为单位将学习内容片段化,各个片段间应相对独立。松懈性原则不仅有利于学习者充分利用零碎的时间进行学习,并且利于其在较短的时间里把握一个相对完好的知识片段。由于一个完好的知识体系通常是由若干有着内在逻辑联络的知识点所构成,因而,我们在将学习内容片段化的同时,也应注意各片段之间的连接性、自包含性。微型移动学习资源知识片段之间的连接性,能够给学习者提供一个完好的知识体系。4.交互性原则交互能够实现教学信息的双向及时流通,不仅能激发学习者的学习兴趣。而且能使移动学习者保持较高的注意力水平。因而,微型移动学习资源的开发应尽可能提高移动学习资源的交互性。由于移动通信设备多为触摸操作,不便于键盘输入,交互设计应尽量避免键盘交互。测试与小游戏是最好的交互方式。5.趣味性原则由于移动学习者注意力容易分散,因而,移动学习资源的设计应注意内容与形式的趣味性。视频、动画与游戏形式较能吸引学习者的注意力。视频容易实现,但数据量相对较大,不利于网络传输;动画生动形象,且声文并茂,能将枯燥或抽象的知识转化为生动活泼的动画;游戏交互性强,能刺激学习者的学习激情。6.通用性原则通用性可包含不同类型移动设备的适应性、使用的方便性与内容的可重用性。移动设备类型的多样化使跨平台开发成为当今移动开发的难题,也是制约移动学习发展的一大瓶颈。移动学习资源应尽量适应多种不同的平台,如IOS/Android等不同移动应用系统。移动资源的使用应随时随地能够方便下载与使用,其安装与操作方式应简单易用,而不必牵涉不同平台之间的转换。由于移动开发的成本较高,重用性可提高资源的利用率。重用性指移动学习资源不仅适用于当下知识点的学习,同时通过适当的参数设置或修改,可以以适用于其他不同知识点或不同学科的学习。五、小学数学口算自动出题训练系统的详细实现1.系统的设计理念(1)内容的微型化、移动化。根据微型移动学习资源的特点与设计原则,本系统以小学基本数学计算加、减、乘、除为主要模块,每个模块又细分为若干细小的知识单元,如按计算结果范围划分:10以内、20以内、50以内100以内;按不进位与有进位计算划分;按计算符号的单一性与混合性划分:如单纯的加、减、乘、除计算,加减混合、加减乘除混合、加减乘除与带括号混合。各单元模块精悍细小、使用操作独立,各知识点由易到难,循序渐进,符合微型移动学习资源松懈性与连接性的设计原则。由于小学生注意力容易分散、难以坚持长时间的学习,每个游戏模块时间大约3~8min,既能够让小学生在其耐心范围内完成知识单元的学习,又可让家长或学生在户外边玩边学习,有效地利用了零碎时间。系统所有内容适应于平板、手机等IOS/Android平台与PC机Windows系统运行。(2)出题的自动化、随机化。本系统可由老师或家长初始化定义出题范围,自动化产生随机的口算题目,题目的随机性充分考虑知识点的全面性与不重复性。如混合运算中,加减乘除每种计算都按预设的题数出现,并随机产生。(3)游戏的趣味性、交互性。根据小学生的心理特点与学习认知规律,小学生生性爱玩,对生动有趣的事物感兴趣。系统的学生端主要采用游戏的形式,把口算题目蕴含在游戏中,让学生边玩游戏边做题,游戏的交互性可对学生的操作进行及时反应,使学生及时纠正错误答案:,并在学生完成一个单元的测试之后对操作的正确率进行统计。(4)系统的通用性。本系统的通用性具体表现出在内容的适应范围广、可重用性高以及多种移动设备的适应性。内容适应于小学1~3年级的加、减、乘、除计算训练,由老师或家长通过设置类型与范围进行出题,把计算题产生于游戏中或通过口答、打印的形式,让学生以玩游戏、口头、书面形式进行口算训练。通过老师/家长端的设置,既能够分不同的计算类型出题,可以以混合运算出题,如加、减、乘、除单一计算、带括号混合计算等;并且能够控制在不同的范围内出题,如结果为10,20,50,或大于等于100等。系统每次出题均由随机算法产生,既保证了每次题目的不同,通过预设的多种组合算法,也确保了题型与出题范围的全面性。这种随机性与全面性是手工出题所不可比较的。系统分别开发了PCWindows版本、Android平板版/手机版、iPad平板电脑、iPhone手机版本,华而不实以Android平板/手机版为主要测试环境,实现了跨平台的通用性。2.系统总体构造介绍如此图1所示,本系统分为老师/家长端用户与学生端用户两部分。老师/家长端主要由老师或家长初始化计算题的出题类型、出题范围、游戏时间、出题总数等参数构成,并可选择设置游戏或打印输出两种不同的方式。学生端用户包括教学演示、口算游戏与自我测评三个模块组成。系统根据微型移动学习资源设计的微型化与松懈连接性原则,对每个知识点进行细分,各知识点相对独立又相互关联,由易入难,循序渐进。(1)老师/家长端用户。如此图2所示,老师/家长端用户可在列表框中选择出题类型,输入出题范围、出题总数和游戏时间,再选择教学演示、设置游戏或打印输出三种不同选项以知足教学需要。第一,教学演示。教学演示部分作为老师端与学生端的共同部分,可用于老师课堂上的演示,可以以用于学生课后的稳固学习。教学演示部分主要是各种计算方式方法的教学演示动画。如进位加竖式计算方式方法、退位减竖式计算方式方法、表内乘法口诀与计算、带括号混合运算的规则、有余数的除法计算等。每种计算方式方法均为小学数学1~2年级各单元知识点的重点内容,每种计算方式方法制作成一个独立的动画演示,可用于老师课堂的讲解,通过动画的形式,化枯燥的知识为生动形象的演示动画,加深了学生对算法的理解。如此图3所示,该图为表内除法平均分的动画演示效果,充分具体表现出了生动性、趣味性的设计原则。第二,设置游戏。此部分一般由家长课后设置计算游戏给学生玩,让学生边玩游戏边做口算题,让口算题训练寓教于乐中。老师或家长可根据学生学习需求与时间限制,选择出题类型、出题范围、游戏时间与出题总数设置生成游戏。在游戏端还能够选择不同主题的游戏,各游戏主要以当下网络比拟热门的游戏主题,如熊出没、愤怒的小鸟、切水果、QQ农场等。游戏采用内容与框架分离的方式方法进行设计,内容根据老师/家长端的设置而变化,同一个游戏框架能够应用于不同的知识点,游戏的每次运行都会自动更新题目内容,充分具体表现出了系统设计的实用性与通用性原则。第三,打印输出。打印输出充分考虑了系统的实用性原则,根据对一、二年级的数学老师课堂教学与家长课后辅导进行需求调查,一般老师在课前10min会出10~20道口算题给学生训练,课后天天也会出50道口算题给学生作为练习作业。有时候老师比拟忙没时间出题,这个出题的任务就会交给家长,让家长在家出题给学生完成。本出题系统正是为了减轻老师与家长的任务而开发。老师在课堂上能够根据当天所学的知识点,按类型、题数随机生成计算题,通过打印或口头提问的形式,让学生完成。人工出题工作量大,需要考虑知识点的全面性、出题的随机性与不重复性,利用本系统自动化出题,整合了各种因素的算法,简单设置便可自动化生成。如此图4所示为打印输出效果,按随机出题可变换题目,按打印可直接打印输出,按重新设置可返回设置端口。(2)学生端用户。如此图5所示,学生端用户由教学演示、口算游戏、自我测评三个模块组成。学生通过注册用户登录系统,通过学习获得积分,系统具有保存用户学习进度的功能。第一,教学演示部分与老师端一样。第二,口算游戏。本系统的口算游戏符合移动资源设计的趣味性、交互性与简单性原则。根据诸多家长反映,大多数小学生对计算机游戏很容易上瘾,很多学生沉溺于网络游戏而不能自拔。课题针对了游戏的特点与小学生的心理特征,研究怎样将游戏对学生的吸引力转化为学生学习的动力。本系统当前已经开发了10种游戏,利用问卷形式向我市某小学1~2年级抽取5个班级学生进行调查,统计出小学生以为最喜欢玩的10种游戏主题,系统模拟这10种游戏并进行改编,进而开发出能吸引小学生学习主动性的口算游戏。如此图6所示,游戏的交互性具体表现出在,当学生选择了正确答案:时,对应的熊大或熊二会往上跳起并翻跟斗;中选择了错误答案:时,熊大、熊二保持原状,光头强将帽子往上甩出,正确与错误的操作均有不同的声音反应。当完成一关的练习后,进入下一关游戏交互形式则会发生改变,每一关游戏结束,系统会自动统计出当下答对的题目、答错的题目与正确率,并将学生做错的题目添加到易错题库中,在下一次出题时重新生成。选取题只要两个答案:也是具体表现出了简单化的设计原则。第三,自我测评模块。当学生进行一段时间的口算游戏后,可通过自我测评模块检验自个。如此图7所示,测评模块以类似于书面做题方式直接输入答案:,按提交按钮,系统会自动对每道题进行批改,及时给出正确或错误的反应,使学生在最短的时间内订正答案:,及时稳固学习,按重新出题按钮能够重新出题。该模块可对学生阶段学习效果进行检验,比游戏模块愈加简便、节约时间。六、总结与瞻望利用Flash进行移动开发,具有跨平台、技术门槛低、简单易用、生动形象与强交互功能等特点。然而,移动开发的触屏输入与PC开发的鼠标输入不同,移动开发必须用TOUCH类事件;另外,由于移动设备内存的限制,CPU与GPU性能较低,因此要将图像与渲染优化,对于矢量图形要进行平滑处理,减少矢量图形的控制点,简化复杂途径可大大提高游戏的平均帧速率。在移动设备GPU形式下不支持的有Flex框架、滤镜、PixelBender的混合及填充、各种混合形式(BlendMode),不建议在GPU形式下播放视频。ActionScript脚本优化:ENTER_FRAME性能优于Timer;使用单一的Listener来控制游戏中所有的对象;去除加载的Swf时用UnloadAndStop(),强迫内存的释放;利用MouseEnabled和MouseChildren属性禁用无用的鼠标交互。利用微型移动学习资源实现小学数学口算训练系统,有效地解决了老师与家长的任务,其移动化的特点有利于学习可随时随地发生而不受时空限制,其微型化的特点有利于学生以小知识单元为单位进行片断化的学习,充分利用业余与零碎的时间进行学习。根据不同选题在一定范围内自动化、批量地生成口算题。学生端采用游戏形式,有利于培养学生的学习兴趣与主动性,强化了