基于Android的移动教学系统的设计与实现

朱佳雯

（西安航空职业技术学院陕西西安710089）

计算机和网络相关技术的诞生和发展，改变了人类的生产、生活方式[1-3]。其中，由计算机技术孵化而来的移动终端设备及其相关技术，为传统的教育与教学活动带来了新的活力。其能够有效改善传统教学内容和教学时间死板等问题，促进学生自主和个性化学习[4-6]。近年来，针对主流学科（英语、语文等）的移动教学系统已层出不穷，其内容和形式已能够基本满足学生对个性化学习的需求[7-8]。然而，针对辅助学科，诸如思政、体育等学科的移动教学系统仍极为匮乏，不利于学生的全面发展[9-10]。

针对上述问题，文中基于开源且成熟的Android技术，采用C/S架构，设计并开发了一套移动（思政）教学系统。该系统专用于思政课程的教学，具有注册登录、通知公告、课程信息发布、提问和解答、教学资源展示以及放映等功能。经过测试，系统运行良好，能够满足学生对思政学习个性化与零散化的需求，具有一定的实用价值。

1 相关技术和理论分析

1.1 Android平台架构

Android操作系统的一般架构（四层），如图1所示[11-12]。可以看到，从最底层到最顶层，该操作系统包含了Linux核心层（提供进程管理、网络安全、系统安全等服务）、运行环境层（提供Dalvik虚拟机与各种C、C++编写的库文件）、应用程序框架层（为应用程序运行提供服务、功能接口和API框架）以及程序层（提供各种基于Java开发的应用程序），各层均为其上一层提供相应的服务。

1.2 Android平台开发技术

图1 Android平台架构示意图

文中教学系统实质为基于Android平台设计并开发的一款应用程序，离不开Android平台开发技术的支持。一般而言，Android平台开发技术囊括了Service（由Context实例进行唤醒并启动，提供后台服务支持，如背景音乐播放和文件后台下载）、Activity（提供可视化界面供用户查看并操作，由Activity基类集成而来）、Content Provider（由Content Resolver调用，提供标准接口实现程序间的数据通信及共享）、Broadcast Receiver（提供广播服务，发送设置完成、电池已充满等广播信息供应用程序监听）及Intent（连接了上述各组件，实现各组件的联合调用和信息传递）共5大组件[13]。

1.3 Java EE技术

本系统主要用到的Java技术包括Struts2技术、Spring技术和 Hibernate技术[14-15]。其中，Struts2技术架构囊括了拦截器、用户实现、核心控制器以及业务控制器等组件，满足J2EE技术标准；Spring技术用于管理业务逻辑代码（服务器端），主要包括了Bean工厂、会话管理、资源管理、综合事务管理、AOP拦截器等内容，具有测试方便、接口少、数据访问一致等特点；Hibernate技术实质为开源关系映射框架（面向对象），用于连接数据库与应用程序，提供数据库配置、SQL查询、Java类及数据表映射等功能。

1.4 C/S架构

C/S架构指的是，软件体系的客户机/服务器结构。具体而言，将部分任务转移到客户端进行处理，从而减小服务器的负荷，平衡资源并保证数据的一致性和完整性，如图2所示[16]。从图中易知，C/S架构分为客户端（用户使用）、TCP/IP网络以及服务器端（后台），具有服务器端压力小、存储数据及管理过程透明等优点。

图2 C/S架构简单示意图

2 系统需求分析

文中移动教学系统的设计初衷是为学生提供一个自主个性化学习和利用零散时间学习的平台，该平台同时能够加强教师与学生之间的交流与互动，并能辅助教师教学与管理。因此，该系统必须满足如下需求：

1）教学理论的准确性和完整性。该思政教学系统的核心为思政课程的教学，应当重点把握思政课程的理论完整性与准确性。并提供教师与学生的交流互动平台，为学生学习提供方向，及时解答学生学习中所遇到的问题。

2）教学功能的完整性。该系统应包含传统教学完整的过程和逻辑，需要具备选课、课程信息查看、提问、答疑等功能。

3）教学资源的整合性。该思政系统需要将各种教学资源（视频、音频、习题等）进行有机整合，使学生能自主选择需要学习的内容，满足不同学生对思政学习的差异化需求。

4）交互功能的易用性。由于该移动思政系统是基于移动设备进行开发的，屏幕尺寸有限。因此，需要特别注重交互功能的简洁易用，方便学生“随时随地”进行学习。

5）非功能性需求，包括安全性、可靠性、可扩展性、可维护性、健壮性等需求。

3 系统设计

3.1 系统架构设计

文中基于Android技术进行开发的教学系统采用的是C/S架构，包含客户端软件（基于Java语言在Eclipse平台设计并开发）和服务器端（包含了基于SQlite语言的数据库），分别实现用户在客户端的操作及服务器对用户操作的处理（管理、更新并修改用户信息、学习资源等系统内容）。

3.2 系统功能模块设计

本系统的功能模块设计，可见图3所示。易知，该系统包含了注册登录（注册和登录）、通知公告（选课和查看通知信息）、课程信息、Q&A（添加问题与回答）、教学资源、作业（查看和提交作业）以及考试（考试预约与监管）共7大模块。

图3 系统架构设计示意图

各模块所含有的具体功能可描述为：

注册登录模块，主要负责实现学生新用户的注册（包括用户名、邮箱、密码等个人信息的输入）和已注册用户的登录功能。新用户经审核通过后即可进行登录操作，验证成功即可进入Android教学系统。

通知公告模块，主要负责实现教学动态的发布和学生按需选课的功能。值得注意的是，该模块还整合了移动终端平台与网络教学平台，能够实现双平台的消息互通及同步更新，从而使教师、学生能够及时了解课程最新动态。此外，教学动态发布功能中还提供了历史动态消息的浏览（10条）。

课程信息模块，主要负责实现所选课程信息的查看功能，方便学生了解已选课程的相关教学计划和进度安排，从而根据自身情况灵活调整学习与复习工作。

教学资源模块，主要负责实现教学材料（音频、视频、课件等）的展示和点播功能，从而为学生提供个性化的学习方式。此外，该模块还具有较高的可扩展性，能够进行定期维护与更新。

Q&A模块，主要负责实现学生和教师的互动功能，包括学生提问与教师解答，方便教师了解学生的学习进度及学习过程中所遇到的问题。

作业模块，主要负责实现学生查看并提交作业的功能。学生在查看并完成教师布置的作业后，可将作业进行提交供教师批改；老师可根据作业完成情况，对共性问题进行讲解。

考试模块，主要负责实现考试预约和监管功能。学生可根据自身情况对思政考试时间进行预约，预约成功后，可及时查看考试时间和地点。此外，该模块还具备网上模拟考试功能，帮助学生提前熟悉考试题型。

3.3 数据库设计

本文移动教学系统的数据实体为：班级（包含班级编号、名称、专业编号、班级人数等）、学生（包含学生学号、姓名、班级编号等）、教师（包含教师编号、姓名、学历、院系编号、职位等）和课程（课程编号、名称、授课教师编号、教室编号等）。因此，本系统的主要数据表分别为班级、学生、教师和课程信息表。其中，学生与教师信息表见表1和2所示。

4 系统实现和测试反馈

选用Windows 7操作系统作为本文移动教学系统的开发系统，选用Eclipse作为系统软件的开发平台，选用Java语言作为软件开发的编程语言。硬件部分（电脑）配置为：Core i7-4790处理器，32 GB内存和2 TB硬盘。

表1 学生信息表

表2 教师信息表

本文重点介绍登录注册、教学资源及作业模块的界面实现过程与结果。

4.1 登录注册模块界面

本文移动教学系统的使用用户分别为系统管理员、教师和学生。其中，教师用户由系统管理员分配，与教师编号一一对应；学生用户必须先进行注册操作，经管理员审核方可进入系统，其用户名一般应为学生的学号。其登录界面，可见图4所示。

图4 登录注册模块界面实现图

注册成功后，学生用户依次输入学号和密码，经后台服务器验证成功后即可进入系统。此外，在登录与注册过程中，还应进行网络状态的检查。相应的部分实现代码如下所示：

4.2 教学资源模块界面

教学资源模块的界面实现，如图5所示。学生可在“课件”选项下根据自身情况通过点击“开始学习”按钮对各课件（马克思主义课程中的课件主要为pdf和视频的形式）进行学习，从而做到及时复习与提前预习。此外，视频课件的学习具备历史记录功能，下次打开视频课件会自动恢复到上次学习中断的地方。相应的部分代码实现，如下所示：

图5 教学资源模块界面实现图

4.3 作业模块界面

作业模块的实现界面，可见图6所示。学生可在该界面下通过点击“查看”按钮查看各次作业的相关信息（包括未完成和已完成作业）；通过点击“开始作业”按钮，学生可进入作业界面完成作业，并可借助提交功能将作业提交给教师，等待教师的批改（此时系统会提示“已交作业”）。教师批改期间，学生同样可以点击“查看”按钮查看作业的信息，从而实时关注教师作业批改的情况。此外，在作业模块界面也提供了考试模块的入口。

4.4 测试反馈

本文对开发的移动教学系统进行了广泛性的应用测试，从而验证该系统的有效性、功能完整性和实用性。经过广大学生与教师的信息反馈，发现83%的学生学习质量获得了较大幅度的提升，76%的学生认为该系统提高了对思政课程的兴趣及学习时间的投入。由此表明，该系统能够有效满足学生利用零散时间个性化学习课程的需求，有效地促进学生对课程的学习，强化相关知识的掌握。此外，该系统还加强了师生之间的交流，方便了教师根据学生掌握情况进行针对性地教学和辅导。

图6 作业模块界面实现图

5 结束语

针对传统思政教学内容和时间死板的问题，基于开源的Android技术，本文采用C/S架构，设计并开发了一套移动教学系统。该系统专用于课程的教学，具有注册登录、通知公告、课程信息发布、提问和解答、教学资源展示等功能。经过广大师生的实际测试，该系统运行良好，功能正常，能够满足学生对学习个性化和零散化的需求，有效促进了学生对思政课程的学习，具有较高的实用价值。