李 楠

(福州軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計算機系，福建 福州 350108)

英語學(xué)習(xí)是一個循序漸進(jìn)的過程，許多大學(xué)生因此在英語學(xué)習(xí)方面耗費了大量的時間和精力，甚至影響了其他課程的學(xué)習(xí).移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)和移動終端設(shè)備的快速發(fā)展，促使智能手機、平板電腦、電子書等移動終端設(shè)備成為許多學(xué)生的理想學(xué)習(xí)工具，如何有效利用這些新興的移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動設(shè)備優(yōu)化英語學(xué)習(xí)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生、教師、學(xué)習(xí)內(nèi)容和支撐技術(shù)之間的相互作用、相互依存、相互聯(lián)系等雙向互動，幫助學(xué)生高效利用碎片時間進(jìn)行英語學(xué)習(xí)成為當(dāng)前移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下移動微學(xué)習(xí)技術(shù)研究的熱點問題.

微學(xué)習(xí)(Microlearning)也稱為碎片化學(xué)習(xí)，與系統(tǒng)化課程學(xué)習(xí)的主要區(qū)別在于其不受時間、空間、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式的限制，是數(shù)字化學(xué)習(xí)和移動學(xué)習(xí)發(fā)展融合的新產(chǎn)物，是奧地利學(xué)者林德納于2004年提出的一種基于微學(xué)習(xí)內(nèi)容和微學(xué)習(xí)媒體的個性化移動學(xué)習(xí)模式，強調(diào)通過發(fā)布/訂閱技術(shù)為學(xué)習(xí)者自動推送個性化的學(xué)習(xí)資源與服務(wù)[1].智能手機、平板電腦等微型移動終端設(shè)備的廣泛使用為微學(xué)習(xí)服務(wù)的應(yīng)用與發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，高速移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的完善為進(jìn)行移動微學(xué)習(xí)活動提供了可能性，這使得學(xué)習(xí)者能夠在動態(tài)生活環(huán)境中利用碎片時間進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)成為現(xiàn)實[2].HTML5作為新一代的Web開發(fā)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它不僅可以開發(fā)功能更豐富、界面更友好的跨平臺Web應(yīng)用系統(tǒng)，而且對視頻、音頻、動畫、矢量圖形等多媒體具有很好的支持，使得多媒體文件的在線播放不再依賴于Flash Player或Silverlight等第三方插件.對于開發(fā)者來說，只需編寫一個統(tǒng)一的Web應(yīng)用程序即可在普通計算機、平板電腦、智能手機等不同的終端設(shè)備上運行，徹底解決了以往需要針對不同的終端設(shè)備或操作系統(tǒng)平臺開發(fā)不同的Web應(yīng)用程序的問題，大大降低了Web系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的成本；對于用戶來說，HTML5技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已得到了Microsoft IE、Mozilla Firefox、Google Chrome等Web瀏覽器的支持，這使得用戶無需安裝任何多媒體播放插件即可在線流暢地觀看視音頻，同時也省去了因Web瀏覽器更新導(dǎo)致的插件同步更新升級問題.此外，HTML5技術(shù)具有本地離線存儲支持、安全且易于實現(xiàn)的跨文檔消息通信、高并發(fā)訪問能力等特點，非常適用于移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā).本文在分析移動英語微學(xué)習(xí)需求與特點的基礎(chǔ)上，研究移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā).

1 移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要是為幫助在校大學(xué)生和英語愛好者利用碎片時間進(jìn)行英語學(xué)習(xí)而開發(fā)的一款綜合英語微學(xué)習(xí)服務(wù)平臺，支持詞匯識記、英文閱讀、聽力練習(xí)、口語交流、作文批閱、知識管理等服務(wù)，包含用戶層、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)管理層，其體系架構(gòu)如圖1所示.

圖1 移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)的體系架構(gòu)

用戶層主要是由安裝有支持HTML5的Web瀏覽器且可以通過無線網(wǎng)絡(luò)或移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接到應(yīng)用服務(wù)層的移動終端設(shè)備構(gòu)成，是英語學(xué)習(xí)者利用系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)的可視化交互界面.應(yīng)用服務(wù)層主要是為學(xué)習(xí)者提供相關(guān)應(yīng)用服務(wù)，如用戶注冊與身份認(rèn)證、學(xué)習(xí)資源管理、個性化資源推薦、個人知識管理等，是系統(tǒng)功能的核心實現(xiàn)模塊.數(shù)據(jù)管理層主要為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲與自動備份、通過從指定Web站點抓取數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新等功能，以保證系統(tǒng)資源的不斷更新及數(shù)據(jù)的高容災(zāi)性.

1.2 系統(tǒng)功能

圖2 移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主要功能

如圖2所示，移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要包括平臺首頁、學(xué)習(xí)服務(wù)和個人空間三大功能模塊，其交互方式主要有文字識別、語音交互、手寫輸入和移動設(shè)備上的觸摸交互等[3].

(1)平臺首頁.平臺首頁是用戶了解和應(yīng)用系統(tǒng)資源與服務(wù)的入口，主要提供用戶注冊與身份認(rèn)證、平臺概述、內(nèi)容版塊、意見反饋等服務(wù).用戶注冊和身份認(rèn)證一方面是為了保證用戶的合法性，保證系統(tǒng)服務(wù)使用與數(shù)據(jù)的安全性，使其免遭惡意應(yīng)用程序的攻擊；另一方面，其也是用戶創(chuàng)建和編輯個人空間內(nèi)容、利用個人空間進(jìn)行個人資源管理和學(xué)習(xí)互動的基礎(chǔ).平臺概述主要是為用戶介紹本系統(tǒng)的開發(fā)理念與目標(biāo)、用戶個人敏感信息保密原則、系統(tǒng)功能與使用方法等，讓用戶對系統(tǒng)有一個全面的認(rèn)識之后自愿注冊使用系統(tǒng)相關(guān)資源與服務(wù).同時，用戶可以在首頁的內(nèi)容版塊看到各個服務(wù)模塊的最新資源，告知用戶系統(tǒng)資源的豐富性和時效性.由于每個學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)特征各不相同，而且系統(tǒng)功能與設(shè)計的完善需要得到不同類型學(xué)習(xí)者的建議，用戶可以通過平臺首頁的意見反饋功能向系統(tǒng)運營者提交關(guān)于系統(tǒng)修改的意見.

(2)學(xué)習(xí)服務(wù).學(xué)習(xí)服務(wù)模塊是本系統(tǒng)的核心功能模塊，主要是為學(xué)習(xí)者提供聽、說、讀、寫四項基本英語能力的學(xué)習(xí)服務(wù).根據(jù)英語學(xué)習(xí)者的具體學(xué)習(xí)目標(biāo)，如通過四六級、考研、考博、IELTS、GRE、新托福等英語考試，將學(xué)習(xí)資源進(jìn)行分類，以便學(xué)習(xí)者針對各類英語考試的具體要求有針對性地進(jìn)行學(xué)習(xí).詞匯學(xué)習(xí)和閱讀理解能力的提升是英語學(xué)習(xí)的重要部分，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)偏好自定義詞匯學(xué)習(xí)和篇章閱讀的分類方式，如按照學(xué)習(xí)難度、掌握程度、內(nèi)容場景等進(jìn)行分類，在呈現(xiàn)某一個詞匯的同時給出該詞匯的讀音、過去式、現(xiàn)在分詞、同義詞、近義詞、經(jīng)典例句等，在英文篇章的后面提供文中所出現(xiàn)的生詞、長難句、經(jīng)典句型等，讓學(xué)習(xí)者在進(jìn)行閱讀理解練習(xí)的同時掌握相關(guān)的詞匯和例句，以便其在口語和寫作中使用準(zhǔn)確的英文表達(dá).學(xué)習(xí)者可以在聽力練習(xí)部分選聽各類題材的英文篇章、聽力練習(xí)題目等，也可以在作文批閱模塊上傳自己撰寫的英文作文、請求網(wǎng)絡(luò)上其他英語學(xué)習(xí)者進(jìn)行批改.口語互動可以幫助在線學(xué)習(xí)者進(jìn)行實時英文交流，促使學(xué)習(xí)者在日常學(xué)習(xí)交流過程中主動使用英文，創(chuàng)建有效提高英文口語表達(dá)能力的網(wǎng)絡(luò)英文交流環(huán)境.閱讀篇章和聽力材料需要不定時地進(jìn)行更新，其資料不僅來源于學(xué)習(xí)者共享和推薦、系統(tǒng)運營方收集整理，而且來源于利用數(shù)據(jù)抓取技術(shù)從指定的英文Web站點抓取的數(shù)據(jù).

(3)個人空間.個人空間主要提供個人資料展示、資源共享與推薦、個人知識管理、在線互動等服務(wù)，支持學(xué)習(xí)者開展個性化學(xué)習(xí)和進(jìn)行知識管理.個人資料主要包括用戶名、個人頭像、微博地址、E-Mail、QQ、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)偏好等，系統(tǒng)將根據(jù)用戶的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)偏好自動推送最近更新的學(xué)習(xí)資源.用戶在使用相關(guān)學(xué)習(xí)資源的同時，可對資源的質(zhì)量進(jìn)行評價和打分，并將優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源推薦給當(dāng)前在線的其他學(xué)習(xí)者.學(xué)習(xí)者可以通過資源共享功能上傳自己收集的優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源供平臺發(fā)布使用，而且系統(tǒng)會將學(xué)習(xí)者已經(jīng)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容自動添加到知識管理區(qū)域，供學(xué)習(xí)者快速回顧和復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容.當(dāng)多個學(xué)習(xí)者在針對同一個篇章進(jìn)行閱讀或同一個聽力材料進(jìn)行練習(xí)時，可以針對其當(dāng)前的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行在線交流互動，通過相互交流激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、解決其在學(xué)習(xí)過程中可能遇到的困難和孤獨感等問題[4].

2 移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)開發(fā)

2.1 AppCan開發(fā)平臺

Hybrid(混合模式)移動應(yīng)用程序可直接使用操作系統(tǒng)提供的圖形API和用戶界面服務(wù)，大多數(shù)頁面由瀏覽器的渲染引擎來執(zhí)行，兼具本地移動應(yīng)用程序(Native App)良好的用戶交互體驗和移動Web應(yīng)用程序跨平臺開發(fā)的優(yōu)勢，在各類移動設(shè)備上的運行可獲得高交互性和出色的圖形用戶界面.Hybrid移動應(yīng)用程序的開發(fā)可同時使用網(wǎng)頁編程語言和程序設(shè)計語言，無需針對每一種移動操作系統(tǒng)編寫應(yīng)用程序，只要使用HTML、CSS和JavaScript完成應(yīng)用程序的開發(fā)即可在多個終端設(shè)備上使用，開發(fā)成本較低.支持Hybrid開發(fā)模式的移動應(yīng)用開發(fā)框架有PhoneGap、AppCan、Rexsee等，雖然PhoneGap是比較早的一種跨平臺移動應(yīng)用開發(fā)框架，但由于其主要是針對本地移動應(yīng)用程序的開發(fā)，對Hybrid開發(fā)模式的支持較弱；AppCan是國內(nèi)開發(fā)的一款支持Hybrid模式跨平臺移動應(yīng)用程序開發(fā)的平臺，支持開發(fā)者使用HTML5、CSS和JavaScript等Web編程技術(shù)快速開發(fā)跨平臺移動Web應(yīng)用，同時能夠通過JavaScript調(diào)用移動平臺本地的功能、界面組件等，而且支持多窗口機制以及Sina、騰訊、百度等開放平臺的對接，開發(fā)者可以像開發(fā)網(wǎng)頁一樣通過頁面鏈接的方式靈活地開發(fā)大型移動應(yīng)用程序；Rexsee目前主要支持Andriod平臺上的移動應(yīng)用開發(fā)，暫不支持其他移動操作系統(tǒng)平臺.因此，移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)采用免費的AppCan框架來實現(xiàn)，以實現(xiàn)系統(tǒng)的快速、低成本開發(fā)和維護(hù).

2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

(1)網(wǎng)頁數(shù)據(jù)抓取.網(wǎng)頁數(shù)據(jù)抓取是將非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)信息從大量網(wǎng)頁中摘取出來，并將其保存到結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的過程，這些數(shù)據(jù)以文本、圖形圖像、文件等形式存在.HttpURLConnection和URL是抽象類URLConnection的兩個直接子類，用來實現(xiàn)應(yīng)用程序與Web系統(tǒng)服務(wù)端URL資源的連接，每個HttpURLConnection實例都可生成一個連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器的HTTP請求，連接成功后即可采用BufferedReader從輸入流中讀取數(shù)據(jù)，最后將所讀取的數(shù)據(jù)保存為指定格式的數(shù)據(jù)，其核心代碼如下：

public void captureHtml(String strURL)throws Exception {

URL url = new URL(strURL);

HttpURLConnection httpConn = (HttpURLConnection) url.openConnection();

InputStreamReader input = new InputStreamReader(httpConn.getInputStream()， "utf-8");

BufferedReader bufReader = new BufferedReader(input);

String line = "";

StringBuilder contentBuf = new StringBuilder();

while ((line = bufReader.readLine()) != null) {

contentBuf.append(line);

}

String result= contentBuf.toString();

}

(2)個性化學(xué)習(xí)資源推送.個性化學(xué)習(xí)資源推送是將利用信息推薦方法所獲取的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源自動推送到特定用戶終端，使得用戶能夠很方便地獲得適合自己學(xué)習(xí)需求的學(xué)習(xí)資源.常用的推薦算法包括協(xié)同過濾推薦方法、基于內(nèi)容的推薦方法等.協(xié)同過濾推薦方法是將與目標(biāo)用戶興趣相似的其他用戶感興趣的內(nèi)容推薦給該用戶，主要考慮其他用戶對內(nèi)容的評分情況，而忽略用戶的性別、年齡、學(xué)習(xí)背景、地理位置等因素[5].基于內(nèi)容的推薦方法根據(jù)用戶的歷史信息(如關(guān)注、轉(zhuǎn)載、分享、收藏的歷史數(shù)據(jù))計算目標(biāo)用戶的偏好，根據(jù)計算所得到的信息內(nèi)容與用戶偏好之間的相似度將最相似的數(shù)據(jù)信息推薦給目標(biāo)用戶，適用于英語文本類信息的個性化推薦[6].Roberrson S等提出了一種更新用戶偏好數(shù)據(jù)的自適應(yīng)方法，該方法將與用戶偏好特征相似度高的信息推薦給用戶的同時，也使用相似度高的用戶偏好數(shù)據(jù)更新用戶偏好記錄，從而實現(xiàn)用戶偏好的動態(tài)更新[7].由于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和基礎(chǔ)能力是隨著時間動態(tài)變化的，利用基于內(nèi)容的自適應(yīng)推薦方法可依據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)實際情況動態(tài)更新用戶偏好數(shù)據(jù)，從而為移動英語學(xué)習(xí)者提供更準(zhǔn)確的個性化數(shù)字英語學(xué)習(xí)資源.Apache kafka是一個開源消息發(fā)布/訂閱開發(fā)框架，具有高吞吐量、高穩(wěn)定性、支持大數(shù)據(jù)文件等特點，通過Node.js可利用JavaScript技術(shù)完成自動推送個性化學(xué)習(xí)資源到目標(biāo)用戶的移動終端設(shè)備.

(3)即時消息通信.常用的即時消息通信協(xié)議主要有SIP協(xié)議和XMPP協(xié)議，SIP協(xié)議是應(yīng)用層的控制協(xié)議，主要用來創(chuàng)建、修改和終止視音頻通信或文本消息傳輸?shù)?，對客戶端的要求較多，不適用于跨平臺移動應(yīng)用程序的開發(fā).XMPP協(xié)議是一種基于XML流的即時通訊協(xié)議，可實現(xiàn)不同操作系統(tǒng)和Web瀏覽器之間的多用戶消息傳輸與數(shù)據(jù)傳輸，具有開放性、靈活性、易擴展性、安全穩(wěn)定性等特點，幾乎支持所有的移動終端設(shè)備，適用于移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)中口語互動和在線互動功能的實現(xiàn)[8].在線實時語音通信的實現(xiàn)包含在線錄音和錄音數(shù)據(jù)發(fā)送與播放兩大步驟，首先將用戶的語音信息錄制成數(shù)據(jù)文件，然后以發(fā)送文件的方式將語音數(shù)據(jù)發(fā)送到接收方，接收方收到發(fā)送方所發(fā)送的語音數(shù)據(jù)之后對其進(jìn)行解碼，并以在線播放音頻文件的形式讀取語音信息.

(4)內(nèi)容對象緩存技術(shù).由于用戶可能頻繁訪問移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的某些功能或某個數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，為減輕客戶端操作對服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的負(fù)載，可采用對象緩存技術(shù)減少讀寫數(shù)據(jù)的次數(shù)，提高數(shù)據(jù)訪問的速度，保證系統(tǒng)的高并發(fā)性和穩(wěn)定性.HTML5引入了客戶端數(shù)據(jù)存儲機制，如Web Storage(含localStorage或sessionStorage)和Web SQL Database，利用它們可以方便地在本地保存和備份用戶數(shù)據(jù)，而無需連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器.LocalStorage和SessionStorage都是以鍵值對或簡單對象的形式存儲少量用戶數(shù)據(jù)，其區(qū)別在于前者保存的數(shù)據(jù)可跨瀏覽器會話保持、后者保存的數(shù)據(jù)在瀏覽器會話結(jié)束時即被清除；輕型關(guān)系數(shù)據(jù)庫Web SQL Database主要用于處理大量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，支持通過事務(wù)對數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建、插入、更新、刪除與查詢等操作，可跨瀏覽器保持會話[9].為此，口語互動、在線互動、意見反饋等功能采用Web SQL Database存儲通信記錄、離線文件、用戶設(shè)置等用戶數(shù)據(jù)，避免用戶頻繁訪問服務(wù)器和下載重復(fù)數(shù)據(jù).

3 系統(tǒng)分析與應(yīng)用

移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)充分利用快速發(fā)展的LTE、3G、WiFi、WLAN等高速無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)為英語學(xué)習(xí)者提供移動學(xué)習(xí)服務(wù)，系統(tǒng)設(shè)計有效融合了移動學(xué)習(xí)模式、數(shù)字學(xué)習(xí)資源共享、社交學(xué)習(xí)理論等優(yōu)勢，系統(tǒng)實現(xiàn)采用基于Hybird混合模式的移動應(yīng)用程序開發(fā)方法、HTML5技術(shù)等，能夠為英語學(xué)習(xí)者的聽、說、讀、寫四項基本技能的提升提供豐富的學(xué)習(xí)資源和全面的學(xué)習(xí)服務(wù).由于采用AppCan移動應(yīng)用開發(fā)平臺，系統(tǒng)開發(fā)效率高、成本低，完成一次開發(fā)之后便可在Android、iOS、Windows Phone等不同的操作系統(tǒng)平臺上運行.

移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)不僅可應(yīng)用于在校大學(xué)生的四六級考試學(xué)習(xí)、考研與考博英語學(xué)習(xí)等，而且可為IELTS、GRE、新托福等英語學(xué)習(xí)者提供數(shù)字學(xué)習(xí)資源和移動學(xué)習(xí)服務(wù).同時，系統(tǒng)采用HTML5的客戶端數(shù)據(jù)存儲機制實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)的本地緩存功能，用戶無需頻繁訪問服務(wù)器上的同一個資源或服務(wù)，大大減輕了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)和服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫的壓力，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到有效保障，同時也減少了用戶移動數(shù)據(jù)流量的消耗，使得移動英語學(xué)習(xí)者能夠在耗費較少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的情況下利用自己的碎片時間隨時隨地方便地進(jìn)行英語學(xué)習(xí)和分享[10].

4 結(jié)束語

本文主要對移動英語微學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計和技術(shù)實現(xiàn)進(jìn)行了分析，其應(yīng)用可以解決學(xué)習(xí)者利用碎片時間進(jìn)行英語學(xué)習(xí)的問題，在提升學(xué)習(xí)效果的同時減少學(xué)習(xí)者因英語學(xué)習(xí)而浪費大量的時間和精力.然而，由于本系統(tǒng)面向的服務(wù)對象比較復(fù)雜，學(xué)習(xí)能力基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)特征各異，數(shù)字資源的建設(shè)和個性化學(xué)習(xí)服務(wù)功能需要在系統(tǒng)應(yīng)用過程中進(jìn)一步完善，以不斷提高系統(tǒng)的實用性和有效性.

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