基于移动流媒体技术的移动学习系统的研究与设计

谢淑丽



基于移动流媒体技术的移动学习系统的研究与设计

谢淑丽

(漳州职业技术学院 计算机工程系，福建 漳州 363000)

本文对移动学习及移动流媒体技术的发展现状进行研究，并对移动流媒体环境下的移动学习模型进行探索，完成对移动学习系统的体系结构及主要模块功能的设计，最后对移动学习的发展前景进行了展望。

移动学习；移动流媒体；流媒体；移动终端

近年来，随着计算机技术、网络通信技术和移动计算技术的快速发展，尤其伴随着3G网络技术的发展与成熟，以及无线电话和无线通讯终端设备功能的日益强大，移动学习作为一种新型的学习模式引起了人们的广泛关注，并成为教育技术及相关领域研究的新热点。所谓移动学习(Mobile Learning，简称M-Learning)，是利用移动通信设备借助现有的无线通信网络技术来获取教育信息、教育资源和教育服务的一种新型学习形式。这里，移动通信设备包括手机、个人数字助理PDA、笔记本电脑等具有无线通信功能的便携式设备。移动学习具有学习便捷性、教学个性化、交互丰富性、情境相关性、可携带性等特点。它不仅带来了一个以“低碳阅读”为显著标识的电纸书等电子书刊、电子书包的新时代，更带来了“教育无处不在，内容时刻更新”的学习新境地。当前，如何合理地借助移动通信技术及其开发成果来设计一个实用的有特色的适合移动学习的学习系统，为学习者创设一个真正意义上的“随时、随地、在任何情况下学习任何内容”的学习平台，是一个亟待研究的问题。

1 移动学习的发展现状、模式和特点

1.1 移动学习的发展现状

移动学习是一种非正式的学习方式，属于泛在学习。它将是人们未来生活不可或缺而又极富潜力的全新学习模式。互联网技术、移动通信技术的发展和手机、PDA等大众化便携移动设备的逐渐普及为移动学习创造了成熟的发展环境。

第三代移动通信技术（3G）是无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多媒体信息，提供网页浏览、视频会议、网络教育、电子商务等多种信息服务。同时通信技术的发展带给了移动终端更大的发展空间。目前3G智能手机设备的CPU主频已经高达1G以上，并且具有蓝牙、Wi-Fi、RFID、GPS、CMMB电视接收、集群对讲和高达1200万像素的摄像头等，功能非常强大；此外智能手机为用户提供了足够的屏幕尺寸和带宽，而且因为具有开放性的操作系统，可以安装更多的应用程序，从而使智能手机的功能可以得到无限的扩充，为软件安装运行和内容服务提供了足够的资源。像3G智能手机这样的移动终端设备非常符合泛在学习对终端设备的分散性、多样性、连通性和简单性四个方面的要求。

据中国信息产业部统计显示，2010年已达6.35亿，手机普及率近50% ，而且中国互联网网民数近两亿。据深圳山脊公司对大学生、中学生及学生家长、部分都市白领的调查数据，对学习型手机持喜欢态度的超过调查总人数的1/3，而选择一般的人占到了43%以上，持不喜欢态度的人不到总数的1/5。可见，基于手机等移动终端的学习方式已经被广泛接受，并作为一种新的学习方式悄然融入人们的日常学习中。

1.2 移动学习的模式

目前国内外移动学习主要有两种模式：一种是基于MMS 短信服务的模式。这种模式借助短信服务，学生与老师之间互相交流讨论，学习者可以随意自主地发送信息，进行学习；另一种是基于WAP的网站服务的模式。这种模式下，学生可以通过手机内嵌的浏览器，访问服务器站点上的教学资源，进行学习。

1.3 移动学习的特点

与其他形式的学习相比较，移动学习具有以下特点：

（1）灵活性

手机、PDA等便携式移动终端突破了有线连接所带来的束缚，可以不受时间、空间的限制来进行语音、视频、图像等信息的交流，从而为学习者创造灵活的学习条件。

（2）高效性

移动教育使学习者摆脱固定时间、固定地点的束缚，学习者可以随时获取网上的学习信息，进行学习交流。同时在移动学习中学习者可以利用自己的零碎时间(例如乘车、等车的时间)进行学习，从而提高学习效率。

（3）个性化

在现代社会中，传统的固定学习很难满足学习者学习的需要。而移动学习可以根据学习者的特点和要求进行专有的、个性化的教育服务，更好地实现自主服务。学习者可以根据自己的需要选择学习的时间、地点及学习内容，还可以自定步调，自主决定学习进度，从而实现个性化学习。

（4）广泛性

随着3G等移动通讯技术的发展和应用，各种移动设备将会越来越普及，这将会极大的拓宽受教育的范围，促进学习型社会、终身教育的发展。

2 移动流媒体技术简介及系统组成

2.1 移动流媒体技术简介

移动流媒体技术是网络音、视频技术和移动通信技术发展到一定阶段的产物，它是在固定网络流媒体的基础上，融合移动网络通信技术之后所产生的新的流媒体技术。它作为流媒体在无线设备终端上的一种运用，包含了流媒体的一般特点和性能，即以流媒体的形式进行多媒体数据的传输。客户端只需预先下载多媒体内容的一部分放置于缓存。当客户端浏览器在播放缓存中的这部分内容的同时，该媒体内容的剩余部分将在后台系统从服务器继续下载送到客户端播放器上。这样用户可以不必等到整个多媒体内容全都下载到本地终端，就能播放该多媒体内容了。这种“边下载边播放”的流技术大大缩短了下载等待的时间，也降低了对存储空间的需求。

移动流媒体业务类型根据数据内容的播放方式可以分为三种：①流媒体点播。终端用户可以通过门户网站，发现由内容提供商提供的流媒体内容中自己感兴趣的内容，有选择地进行播放。②流媒体直播。终端用户接收实时的流媒体信号。③下载播放。终端用户将流媒体内容下载并存储到本地终端中，然后可以选在任意时间进行播放。

2.2 移动流媒体技术的系统组成及功能

移动流媒体业务系统如图1所示，通常由移动流媒体门户网站、移动终端、传送网及后台流媒体业务系统几个部分组成。

其中门户网站主要用来实现用户认证并为用户提供个性化的内容发现，以及内容搜索功能；用户通过移动终端实现内容发现的功能后，通过终端上的流媒体播放器实现流媒体内容的再现；国际互联网和移动通信网构成传送网，负责完成流媒体服务信息的传输，既包括了控制命令信息，也包括数据内容信息；流媒体内容创建子系统、流媒体播放子系统（包括流媒体服务器）和后台管理子系统等共同构成了移动流媒体的后台业务系统，分别负责流媒体信息的编码、创建和生成，以及媒体流的传输、用户管理、计费及综合管理等。

从业务使用的角度出发，一个移动流媒体系统应该向用户提供内容发现和业务使用两大功能。流媒体内容发现是指用户使用支持流媒体业务的手机或其他移动终端，访问流媒体业务平台门户网站，通过页面浏览、分类查找或直接搜索等功能发现流媒体内容的过程；流媒体业务的使用则是指用户发现指定流媒体内容后进一步使用流媒体业务的过程，包括流媒体内容的在线播放、流媒体内容下载播放以及收看实时流媒体广播服务等，此外还必须具备与其他服务或应用的接口能力。

图1 移动流媒体系统组成

3 基于移动流媒体技术的移动学习系统的设计

3.1 系统的设计思想

一个优秀的移动学习系统是在移动学习的理论基础和原则的支持下，发挥移动终端设备的特性，使用合理的移动流媒体开发技术，设计出具有移动学习特色的功能，为学习者打造一个良好的实用而有效的移动学习平台。

在移动学习系统中应该创设好的学习情境，能够激发学习者的兴趣；提供丰富的学习资源；提供资源搜索的功能；满足学习者在线学习和离线学习等多种学习模式；界面设计要友好、简明、美观；导航设计要快速、准确、简洁；尤其要注重交互设计，达到学生与资源、学生与学生、学生与老师、学生与流媒体之间的及时有效的交互。

尽管如前所述，手机等终端设备的性能已有很大提升，但考虑到手机等终端设备的存储空间相对文件量较大的多媒体资源——图片、音频、视频等还是很有限。另一方面，移动学习需求中最重要的就是系统与学习者的互动，这样才能达到好的学习体验与效果。因此本学习系统各模块功能的实现主要采用客户端/服务器的形式进行连接。由于手机的硬件设备运算能力有限，为了客户端软件能更加流畅的运行，采用“瘦”客户端的方式来设计，即把大量的运算处理逻辑都放在服务器端，客户端只负责最终的数据显示和与用户的交互行为。

3.2 系统的体系结构设计

本系统的体系结构如图2所示，主要分为四层：移动终端应用层、网络层、业务逻辑层、数据服务层。移动终端应用层是用户和系统交互的界面，学生、教师或者管理员通过带有WAP2.0浏览器的手机或者PDA等移动终端来访问服务器，并进行与服务器的数据通信。网络层主要指数据通信的通道，用户通过移动终端发出的无线信号，然后通过移动通信网传到WAP网关处，然后经过WAP网关的优化再进入有线网络。

业务逻辑层主要封装学习系统的业务服务。它负责分析处理来自应用层的服务请求，然后根据请求调用相应的数据库数据信息，并将结果反馈给应用层。本系统的业务逻辑层包括用户验证、学生空间、教师空间、管理员空间四大模块。

数据服务层主要是由作业信息管理数据库、学习资料管理数据库、新闻资料管理数据库等多个数据库组成。主要负责存储和提供数据，并建立了一定的数据保护和安全机制。

图2 移动学习系统的体系结构

3.3 业务逻辑层各模块的主要功能设计

本系统的业务逻辑层包括四大模块，分别是用户验证模块、学生空间模块、教师空间模块和管理员空间模块，它们各有特定的功能。

3.3.1 用户验证模块的功能设计

用户验证模块如图3所示，主要功能是提供给用户进行登录，选择用户类型，然后验证。若是学生则进入学生空间，享用学生空间里提供的功能；若是教师则进入教师空间，享用教师空间里提供的功能；若是管理员则进入管理员空间，享用管理员空间里提供的功能。

图3 用户验证模块功能

3.3.2 学生空间模块的功能设计

学生可以通过两种方式和系统进行交互。一种是通过移动终端(手机、PDA等)进行移动学习。一种是通过连接互联网的计算机或笔记本等进行在线学习或离线学习。系统设计时要求学生在一个时间段内只能选择一门课程进行学习。

学生空间功能模块如图4所示，有以下功能：

（1）注册登录。学生注册登录系统，查看和修改自己的注册信息及注消。

（2）系统帮助。学生空间的使用说明。

（3）课程定制。学生选择想要学习的课程，设定和修改学习方式（学习的频度和强度）和学习模式。

（4）教务信息。查看由管理员发布的各类教务通知。

（5）自主学习。系统会根据学生的实际学习情况，选择发送适合该生学习的新知识点、供复习用的旧知识点，或者是测试题等，供学生自主学习。

（6）课堂讨论。与学习本门课程的其他所有同学进行讨论交流。

（7）疑难解答。随时向其它同学或者是授课教师直接请教问题。

（8）课程测试。对前面学习过的知识，或者学过的某一章的知识进行测试，查缺补漏。

图4 学生空间模块功能

3.3.3 教师空间模块的功能设计

教师空间的功能模块如图5所示，有以下功能：

（1）注册登录。教师注册登录系统，查看和修改自己的注册信息。

（2）系统帮助。教师空间的使用说明。

（3）开设新课。教师向管理员提出开设新课程申请。

（4）课程管理。浏览已开设的课程、发布和维护课程信息库（课程章节知识点的添加、修改、删除操作）、发布和维护课程试题库（课程试题的添加、修改、删除操作）。

（5）教务信息。查看由管理员发布的各类教务通知。

（6）学生指导。浏览学生学习记录，浏览学生测试记录，对学生进行个别指导或分组指导。

（7）课堂讨论。浏览学生的讨论内容，参加讨论，给学生适度的引导和指导。

（8）疑难解答。解答学生的疑难问题。

图5 教师空间模块功能

3.3.4 管理员空间模块的功能设计

管理员空间模块功能如图6所示，有以下功能：

（1）系统设置。为保证系统的顺利运行和发展，管理员需要设置一些基本参数，如串口通信的基本参数等。

（2）系统帮助。管理员空间的使用说明。

（3）用户管理。管理员根据需求对用户信息库进行添加、修改、删除操作。

（4）开课管理。管理员负责审批教师的开课申请。

（5）教务管理。管理员在平台上发布各种教务信息。

图6 管理员空间模块功能

4 结束语

移动学习是教育技术发展的前沿，是学习的未来，它必将为人类建立终身学习体系，促进教育的规模化和人性化作出贡献。但也必须指出，移动学习并不能、也不会取代其它教育形式。它没有改变学习的本质，只是改变了学习的实现方式，使得学习的方式向“随时、随地、在任何情况下学习任何内容”的理想目标迈出了一大步。移动学习系统也不能完全取代传统的E-Learning系统，他们的差别源于技术。随着技术的日益推进，移动学习系统和E-Learning系统的发展趋势必然是走向融合。

移动学习系统的设计与实现是一项非常复杂的工作，到目前为止，还没有出现完整的、专门用于移动学习的、商业化的移动学习系统。由于本系统的设计的定位是建立校园环境内的移动学习系统，因此在系统的服务对象、功能设计上有一定的局限性。但相信随着众多学者对移动学习实践的不断开展和相关技术的不断进步，移动学习系统必将像E-Learning系统的发展一样，成为广泛普及的重要学习平台。

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The Research and Design of M-Learning System Based on M-Streaming Media Technology

XIE Shu-li

(Department of Computer Engineering, Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou 363000,China)

This paper firstly conducts a study of the development of M-learning and M-Streaming Media Technology, then has an analysis of the M-learning model at the background of M-Streaming Media Technology to completing the design of the architecture and the main functional modules of M-learning system. Finally, it gives a future prospect of the development of M-learning .

M-Learning; M-Streaming Media Technology; Streaming Media; Mobile Terminal

（责任编辑：季平）

2011－02－06

谢淑丽（1978－），女，福建龙岩人，讲师，硕士。

TN 929.5

A

1673-1417（2011）01-0006-07