移动学习系统建构与应用研究论文.pdf

2 student no.：1052009004 class no.：b0520091 research on m-learning system architecture and application author：sun yixia mentor：prof.jiang hong major ：educational technology field ：m-learning degree：master date ：16/01/2008 shanghai jiao tong university january,2008 3 移动学习系统建构与应用研究移动学习系统建构与应用研究 摘摘 要要 随着多媒体技术、 网络技术和信息技术的发展， 下一代的 “移动学习” 将再次引发学习的革命。本文从理论和实践两方面对移动学习作了深入 研究和探讨。 理论部分阐述了从远程教学到移动学习的发展历程， 给出了移动学习 的定义、内涵与外延，对比说明了移动学习的特点与优势。对比国内外 移动学习发展状况提供了著名的研究案例。其次剖析了移动学习的主要 理论与技术支持，给出了移动学习的网络逻辑建构和学习系统的网络建 构。重点深入研究移动学习对学习环境所带来的变革。从物理环境、知 识环境、心理环境三个角度进行深入剖析。介绍了三种移动学习模式。 第一次提出了在设计移动学习课程时应采取的设计原则。 实践部分展示了笔者开发的基于 wap 的移动学习系统。描述了移动 学习系统的开发环境。介绍了移动学习系统的学生模块、教师模块和管 理员模块。给出了各模块的逻辑架构、部分重点代码以及最后的实物效 果截图。最后笔者对移动学习进行了初步市场分析。阐述了 wap 市场的 价值链结构。分析了 wap 网站的发展瓶颈与解决方案。提出了移动学习 在学校的应用模式以及企业和培训机构中移动学习的应用拓展。 关键字：m-learning，学习环境，系统建构，wap 4 research on m-learning system architecture and application abstract as multi-media, network and information technologies developed fast, the next generation “m-learning”will cause the education revolution again.this thesis lucubrates both on theory and practice about m-learning. the theory part expatiates the developing course of education from distant learning to m-learning.it provides the definition of m-learning and its advantages by comparinging with e-learning. this part makes a deep research on the application cases both in china and abroad to provide suggestions for china. it takes apart the main theory and technology to support m-learning and establishes a logistic architecture with network architecture. m-learning brings great changes to physical, sciential and psychological environment. the thesis introduces three model of m-learning. it gives the principles for m-learning educational design for the first time. the practice part displays the m-learning system based on wap, including students, teachers and administrators module. each module has a logistic structure, part of the scripts on main function and the picture of the real visualized system. then, the thesis analizes the marketing size on m-learning and customers. it establishes the basic structure of m-learning value chain. the obstacles and solutions are proposed as well. finally, the auther suggests the application model in formal education system like schools or universities, and informal system like enterprises and training centers. key words: m-learning, learning environment, system architecture, wap 5 目录目录 第一章第一章 移动学习概述移动学习概述.1 1.1 技术对学习方式的变革.1 1.1.1 学习的革命 .3 1.1.2 远程学习到数字化学习 .4 1.1.3 数字化学习到移动学习 .5 1.2 移动学习的定义.6 1.2.1 移动学习的定义综述 .6 1.2.2 移动学习的内涵与外延 .6 1.2.3 移动学习的特点与优势 .7 1.3 国内外移动学习现状对比分析.10 1.3.1 国外移动学习应用范例研究 .10 1.3.2 国内移动学习应用现状 .14 1.4 本章小结.16 第二章第二章 移动学习的理论基础与关键技术移动学习的理论基础与关键技术.17 2.1 移动学习的支持理论.17 2.1.1 情境认知理论 .17 2.1.2 建构主义理论 .18 2.2 移动学习的技术实现.19 2.2.1 移动通讯技术演进 .19 2.2.2 移动学习中的无线通信技术 .20 2.2.3 移动学习中的硬件技术 .21 2.2.4 移动学习中的软件技术 .23 2.3 移动学习网络建构.26 2.3.1 网络服务逻辑建构 .26 2.3.2 移动学习系统网络建构 .27 2.4 本章小结.28 第三章第三章 移动学习学习模式与系统设计移动学习学习模式与系统设计.29 3.1 移动学习对学习环境的改变.29 3.1.1 移动学习对物理环境的改变 .29 3.1.2 移动学习对知识环境的变化互联网新知识拼客 .30 3.1.3 移动学习对心理环境的改变 .30 3.2 移动学习对教与学关系的变革.31 3.2.1 师生关系的转变教师与学生的集合不局限于学校环境 .32 3.2.2 以学生为中心的学习模式 .33 3.3 移动学习的学习模式.33 3.3.1 基于互动短信的学习模式 .33 6 3.3.2 浏览 wap 网站的学习模式.34 3.3.3 基于校园无线 internet 的移动学习.35 3.4 移动学习系统设计原则.36 3.4.1 探索式与协作式相结合 .36 3.4.2 m-learning 课程设计原则.36 3.5 本章小结.39 第四章第四章 基于基于 wap 的移动学习系统开发的移动学习系统开发 .40 4.1 系统开发工具.40 4.1.1 开发工具的选定 .40 4.1.2 开发语言 .41 4.2 系统开发环境.45 4.2.1 服务器端 .45 4.2.2 客户端 .45 4.2.3 数据库 .46 4.3 移动学习系统的功能模块设计.47 4.3.1 学生空间的功能模块设计 .47 4.3.2 教师空间的功能模块设计 .48 4.3.3 管理员空间的功能模块设计 .49 4.4 基于wap的移动学习系统实现.50 4.4.1 用户登录 .50 4.4.2 移动课程模块的实现 .52 4.4.3 移动论坛模块的实现 .54 4.5 本章小结.56 第五章第五章 移动学习市场前景移动学习市场前景.57 5.1 移动学习市场分析.57 5.1.1 wap 市场发展分析.57 5.1.2 wap 业务价值链结构.58 5.1.3 数码移动产品分析 .59 5.1.4 移动学习学习者分析 .60 5.2 wap 网站发展瓶颈与解决方案.61 5.2.1 消费者认知度低 .61 5.2.2 服务差强人意.62 5.2.3 资费是关键.62 5.2.4 瓶颈终将被克服.63 5.3 移动学习的应用模式.64 5.3.1 移动学习在学校教育中的应用 .64 5.3.2 移动学习在企业教育中的应用 .65 5.3.3 移动学习在培训机构中的应用 .67 7 5.4 本章小结.67 参考文献参考文献.68 8 图表目录 图 1 英国移动学习分布图 .11 图 2 176220 分辨率下的金山词霸界面 .22 图 3 qvga、2.8 英寸分辨率下的学习软件界面.22 图 4 wap 网络结构与内容传输过程.24 图 5 网络服务逻辑建构 .26 图 6 移动学习网络建构 .27 图 7 e-learning 有线学习环境.29 图 8 m-learning 有线学习环境.29 图 9 传统的教学环境 .31 图 10 m-learning 教学环境 .32 图 11 wml 与 html 标记语言间的转换.42 图 12 学生模块逻辑图 .47 图 13 学生工作室 .47 图 14 教师模块逻辑图 .48 图 15 教师工作室 .49 图 16 管理员模块逻辑图 .50 图 17 管理员工作室 .50 图 18 登录页面.51 图 19 成绩查询与统计分析 .52 图 20 某课程测试成绩柱状统计图.53 图 21 讨论社区.54 图 22 中国 wap 市场规模及预测.57 图 23 中国 wap 用户规模及预测.58 图 24 wap 业务价值链结构图.59 图 25 已拥有的数码产品 .60 图 26 对学习手机的看法 .61 图 27 移动学习应用模式 .65 表 1 移动学习的特点与优势 .9 表 2 几种典型的固定宽带无线接入的技术特征.20 表 3 几种分辨率的 dpi 值.23 表 4 wap 开发平台工具.40 表 5 wap 模拟器 .41 表 6 iis 添加 mime 类型.45 1 引言 一、 研究意义研究意义 1m-learning 对于提高国民素质，实施科教兴国战略，进行创新型国家建设有着重要意义。 坚持走中国特色自主创新道路 为建设创新型国家而努力奋斗中提出：“信息科技将进 一步成为推动经济增长和知识传播应用进程的重要引擎， 当今时代， 谁在知识和科技创新方 面占据优势，谁就能够在发展上掌握主动。” 关于学历后教育、终身教育、自由学习，由于国家推行的学习型国家和学习型城市相匹配， 也是通过手机的普及来弥补和填平知识沟及信息沟， 对于提高全民的知识素养和文化素养都具有 积极意义。 教育部高教司试点项目：移动教育理论与实践。 2m-learning 是数字内容产业的重要组成部分。 数字内容产业具备发展知识经济与数字经济的双重指针意义， 是促进传统产业升级转型为高 附加值产业，并提升一个国家的整体产业竞争力的重要的基础，能带动整个产业链的发展，内容 产业的产值将会在整个国民经济中发挥重要的乘数作用。 信息内容产业是一个典型的智能产业， 符合当前可持续发展的战略要求。 网络化和数字化的 充分发展，媒介技术的高度发达，使得信息内容对媒介载体的作用变得越来越重要，更加彰显出 媒体内容的缺乏。 3新媒体的发展与应用使m-learning成为可能。 马歇尔麦克鲁汉(mmcluhan)在媒体通讯，人体的延伸一书中提到，媒体是人体的延 伸。所以，移动通讯设备作为教学媒体，它的应用面积和使用频度将会超过以前的教学媒体。 4m-learning 具有巨大的市场潜力。 随着 3g 时代的到来以及手机增值业务的迅猛发展，m-learning 作为一种内容服务，拥有庞大的 潜在市场和经济价值。 二、 研究内容二、 研究内容 1给出移动学习的准确定义、内涵与外延。对比分析国内外移动学习的现状与研究案例，找出 差距与不足。 2探索移动学习的理论与技术实现。通过对比传统学习、其他数字学习的特点和差异，说明 m-learning 的优势和对学习环境的变革。 3探索构建 m-learning 环境下的学习模式，解析“课堂移动设备软硬件学习者”三者之间 的联动关系。从而提出移动学习课程设计应遵循的原则。 4设计并实现 m-learning 系统开发与学习资源数据库建设。 2 5. 移动学习的市场潜力与应用模式。 三、论文结构 第一章是研究概述。 阐述了从远程教学到数字化学习， 再从数字化学习到移动学习的发展历 程，给出了移动学习的定义，内涵与外延，通过对比数字化学习的特点说明了移动学的特点与优 势。对比国内外移动学习发展状况提供了著名的研究案例。 第二章介绍了移动学习的主要理论与技术支持。包括建构主义理论、情境认知理论、无线通 信理论等。 阐述了移动学习的硬件需求与软件技术。 最后给出了移动学习的网络逻辑建构和学习 系统的网络建构。 第三章是论文的重点章节， 是笔者在前人的基础上深入研究移动学习对学习环境所带来的变 革。从物理环境、知识环境、心理环境三个角度进行深入剖析。第一次提出了在设计移动学习课 程时应采取设计原则。 第四章也是论文的重点章节，给出了笔者开发的移动学习系统。包括学生模块、教师模块和 管理员模块。给出了各模块的逻辑架构、部分重点代码以及最后的实物效果截图。该系统的创新 部分在于：（1）页面设计的美观。（2）课程部分加入了学生成绩的查询与统计分析功能，使学 生和老师对学习效果一目了然，便于即时调整学习计划与进度。(3)通讯录与讨论社区。为学生 和教师提供最即时的交流平台，可以进行资源共享，疑难解答，充分体现移动的优越性。 第五章对 wap 网站与移动学习的市场进行了初步的分析。对 wap 的市场规模、用户的市 场规模、移动数码产品和移动学习的学习者给出了数据分析，阐述了 wap 市场的价值链结构。 分析了 wap 网站的发展瓶颈并给出了解决方案。 3 第一章 移动学习概述 1.1 技术对学习方式的变革 1.1.1 学习的革命 创新型国家的建设， 需要大量具有各种专业知识的创新型人才， 而科技的进步， 知识的爆炸， 首先要求变革学习理念与学习方式，才有利于培养德才兼备的创新人才。因此,学习方式的变革 对创新人才的培养具有重要的现实意义。 随着计算机的多媒体技术和网络技术的发展，信息技术对教育产生深远影响，教学方法、教 学手段及教学信息传播过程发生了重大变革。 现代信息技术在教育领域的深入运用将进一步促进 教育的改革和发展，信息化教育中信息技术的应用不再是简单地实现信息处理、存储和呈现，而 是充分利用现代信息技术的“智能”营造和优化教育教学活动环境，拓展活动空间，提供全新的 学习方式，改革教学结构，深化教育改革，促进教育发展。 目前我国的远程教育方式主要采用网络教育的平台,学员每个星期或每个月都要抽出一段时 间在电脑前进入自己所在的学院学习学校提供的网络课程,这对那些能够方便上网的人来说的确 很方便,但是在经济条件等各方面还很落后的中国,想要使每一位学员都能够达到这个条件还要经 过一段很长的路。相比于电脑的普及率来说,手机的普及率要高的多,手机在中国的普及程度十分 惊人,已经达 2.96 亿用户,在大学,手机的普及率更高,几乎达到了 100%。 所以在远程教育中实施以 无线网络为依托,移动设备为终端的学习模式会更加有利于教育的普及化、公平化。 随着无线网络技术发展的成熟,特别是 3g 技术的普及,它提供了图像、音乐、视频流等多种 媒体形式,提供了包括网页浏览、电视会议、电子商务等多种信息服务。同时手机话费也明显降 低,而类似于网络电视、可视电话等原来公众无法享受到的业务,也将不再局限于少数人使用。电 子商务(e-commerce)正逐渐向移动商务(m-commerce)的方向发展,学习也会紧跟着商务的步伐,从 远程学习（d-learning）到数字化学习（也称为电子学习 e-learning），并向移动学习(m-learning) 的方向迈进。1 4 1.1.2 远程学习到数字化学习 根据世界著名远程教育专家德斯蒙德 基更 （desmond keegan)90 年代的定义,远程教育有五 个要素：1.教师与学生的地理位置相互分离。2.受到某个教育机构的指导和影响。3.应用各种通 信媒体来传播教育内容。4.提供学生与教师的双向通信交流。5.对学生的教学很少集体进行,没有 或基本没有学习团体。远程教育的最大特点是“远程”和“交互”。 远程教育自 19 世纪在英国诞生以来，已经历了三个阶段：第一阶段以文字、印刷教材为主 要传播媒体，以邮政作为主要传播手段（如函授教育)；第二阶段以广播、电视、电话等为主并 辅以文字教材的多种媒体组合,以广播电视作为主要传播手段（如电视大学)。这两个阶段的远程 教育对教育的普及与发展曾起到了相当大的作用， 但由于缺乏适当的通信手段， 学生与教师的交 流基本上是单向的，反馈也是滞后的。 数字化学习源于上个世纪 70-80 年代电子技术的革命性发展， 它开创了基于卫星和视频会议 系统技术的远程教育系统。 数字化学习在中国被认为是远程教育的第三阶段， 我国教育部将远程 教育的第三阶段称之为现代远程教育。 以计算机多媒体和网络作为主要技术手段： 以数字化信息 作为主要传播媒体，以因特网作为主要传播手段（如网络学校)，真正实现了“师生双向通信交 流”。 数字化教育以因特网为依托，以因特网的www（信息浏览）技术为主,辅之以e-mail（电子邮 件)、ftp（文件传输）、bbs（电子公告栏)、网上聊天等技术，同时充分利用计算机多媒体技 术，实现远程教育的“远程”与“交互”教学。 因特网在中国的普及比发达国家晚一些,因此数字化学习在中国也仍属起步阶段，目前国内 的北京大学、 清华大学、 上海交通大学等数十所高校已开办了网络学院或在因特网的网站上向社 会提供自己的教育资源，北京101中学、深圳中学、成都七中等中学也开办了网校，还有不少教 育机构或社会办学机构也在积极开办网上教育站点。数字化学习在我国的发展正方兴未艾。 2 5 1.1.3 数字化学习到移动学习 数字化学习在最近十年迅猛发展。柯莉丝(collis)在其著名的电子远程学习:远程教育的未 来一书中指出，在 1995 年，万维网开始启用并成为远程学习的新的“杀手工具”。芯片的升 级提速是这一领域所有各类发展的共同特征， 越来越快的运行速率使得电话网系统可以传输数据 和音像信息， 促进了电子通信产业的飞速发展， 而这一切又为信息技术在远程学习中的广泛应用 开辟了诱人的前景。进一步的发展是宽频带技术的引进，用技术术语来定义，就是通过光纤、电 缆或铜接头，每秒能传输二百万以上字节的数据。电子通信革命的主要教学应用在以下方面: ? 卫星电视 ? 视频会议系统 ? 计算机万维网 在 1999 年下半年， 世界人口已达到 60 亿。 几乎在同一时刻， 诺基亚(nokia)和爱立信(erisson) 公司都宣布， 到 2002 年全世界移动电话的数量将达到 10 亿部。 移动电话和计算机通信技术的发 展和应用的扩张惊人地迅猛。随着在 1995 年至 2000 年间技术的发展，如蓝牙(bluetooth)、wap 和 kprs 等，将播音与电话联接，并能无线连接因特网，将多媒体带给移动电话。以这