基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台开发

　　中图分类号： TN87?34； TP311 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）11?0033?04

　　Development of enlightenment education online learning platform

　　based on intelligent mobile device

　　LIU Zhuo1， ZHANG Genshan2

　　（1. Academic Affairs Office， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China；

　　2. School of Literature and Media Transmission， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

　　Abstract： Since the previously?designed enlightenment education online learning platform has poor portability， and the children can′t follow up the learning progress， an enlightenment education online learning platform based on intelligent mobile device was developed on Android platform. The Java language and Eclipse software are used to set up the development environment. The correction cipher text is written in communication protocol for the platform client and server platform to alleviate the adverse effect of network instability of intelligent mobile device on platform login function. The static page attribute table of IP multimedia file is established to enhance the exhibition function of the enlightenment education courseware. The applicable content search and curriculum list update of the curriculum application function were developed. The experimental results show that the learning platform has the advantages of high throughput， low CPU utilization and high security， and can solve the related login problem at the client caused by network instability.

　　Keywords： enlightenment education； online learning platform； intelligent mobile device development； Android system

　　0 引 言

　　就我??目前就业压力大、儿童教育缺失等社会现象，家长们越来越重视启蒙教育，渴望从婴幼儿时期就为孩子培养出一个良好的道德素质与学习习惯。启蒙教育分为三个阶段：第一阶段进行婴幼儿的感知训练，提升孩子对事物的敏感性，增强整体智力水平；第二阶段进行记忆力训练，训练方式包括背诵课文、寻找玩具等；第三阶段进行理解力和想象力的训练，逐渐加强孩子看待事物的健康思维，提高创造能力。

　　在以往，启蒙教育都是教师对孩子进行面对面教学，这种教学形式价格高，教学时间与地点固定，经常因为各种原因导致孩子无法跟上教学进度[1]，在线学习平台有效解决了这种情况，孩子可以在家长的陪同下随时随地接受启蒙教育，而且学费便宜，可反复学习。日本最先开发出有关启蒙教育的在线学习平台，使用B/S结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式）[2]，平台内部设置了孩子、家长和管理员三种登录身份，管理员对启蒙教育课程进行设置，家长对课程进行挑选，孩子根据课程内容实现感官互动。这种在线学习平台的功能比较完善，启蒙教育效果明显，但需要使用平台专属的电子设施以及有线网络，孩子只能在家里或者教室进行学习。

　　随着智能移动设备的普及，启蒙教育在线学习平台开始向移动学习的方向发展，使其只需要一部智能移动设备以及用户信息就能实现孩子启蒙教育。 　　1 基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台

　　开发

　　1.1 开发环境

　　基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台依附安卓系统[3]进行开发。安卓系统的开发语言以Java为主，其功能强大、语言简练，在谷歌技术提供的软件开发工具包的支持下，Java能够在计算机上进行智能移动设备的程序编写与运行，采用Windows 7操作系统和Oracle 10g数据库进行底层支持[4]，建立基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台的开发环境，其过程为：

　　（1） 下载一个Eclipse软件，Eclipse是Java的集成开发平台，其中含有Java插件集[5]，能够建立Java开发平台。利用Eclipse软件下载基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台底层开发环境并安装；

　　（2） 打开开发环境界面，选择“扩展工具”，使用“扩展工具”在网络上自动搜索安卓系统开发插件并下载、安装；

　　（3） 重新打开开发环境界面，将新下载的安卓系统开发插件详情填入“谷歌技术支持”选项，赋予安卓系统一个环境变量值[6]，环境变量值指向的是安卓系统开发插件。

　　1.2 平台登录功能开发

　　在智能移动设备上使用启蒙教育在线学习平台时，平台的任何功能均建立在用户（一般指家长）能够正常登录的前提下，登录过程为：

　　（1） 家长在智能移动设备上点击启蒙教育在线学习客户端，客户端通过互联网向启蒙教育在线学习平台的服务器传达登录请求；

　　（2） 家长填写登录账号与密码；

　　（3） 服务器检测账号是否存在，密码是否匹配，将检测结果回传到客户端；

　　（4） 将检测结果显示在客户端上，如果账号存在且密码匹配，家长可以开始使用平台的其他功能。

　　智能移动设备的互联网连接形式不如传统以太网连接稳定，在网络拥堵或者移动信号不强的区域，智能移动设备中的客户端经常发生网络延迟过长或者断网、网络流量反复发送等现象[7]，导致服务器由于自身私密性而无法识别用户是否已经成功登录，进而产生账号连接无效或无法登录的情况，为用户造成一定困扰。为了杜绝这种情况，在开发启蒙教育在线学习平台登录功能时，应该在客户端与服务器之间的通信协议内写入修正密文，其中含有用户的账号、密码、常用登录地址、历史登录时间和历史在线时长等用户信息，并为用户安卓系统设置惟一的辨认标识符号，当用户无法正常登录时，通过验证辨认标识符号、核对用户信息完成用户身份识别，解决平台登录问题，如图1所示。

　　家长的每个登录操作都会在启蒙教育在线平台服务器上留下痕迹并生成密文，密文存储有效时间为8 min，用户在8 min内如果因为网络问题而进行重复登录操作，服务器就用这个密文对用户信息进行验证，如果用户没能在8 min内完成验证且登录客户端，密文失效，需要重新登录。

　　1.3 启蒙教育课件展示功能开发

　　当家长成功登录到基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台，启蒙教育课件将以静态网页的形式进行展示，安卓系统的WebView软件框架[8]为静态页面提供加载程序，同时实现多媒体展示。多个独立的HTML（HyperText Markup Language，超文本标记语言）利用安卓系统的IP多媒体文件组合成启蒙教育课件，IP多媒体文件中加载的是静态页面数据，包括启蒙教育课件的内容提炼、题目以及字符等。

　　图2为启蒙教育课件展示流程图，智能移动设备展示启蒙教育课件时，需要从IP多媒体文件中提取全部的静态页面数据，并标记页面序列，从第一个静态页面开始依次展示课件内容[9]。如果用户中途给出快进、快退等页面控制指令，智能移动设备在页面序列中直接提取相应内容进行展示。由于IP多媒体文件是在计算机上直接通过Java开发的，而智能移动设备的多媒体分辨率要比计算机低，因此需要重新建立静态页面属性，表1是新的IP多媒体文件静态页面属性表。

　　1.4 启蒙教育课程申请功能开发

　　基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台的课程申请功能是指家长根据孩子的特点自由选择启蒙教育课程，课程申请在经过管理员审批后方能进行学习。启蒙教育课程申请分为可申请内容搜索与课程列表更新两种，功能流程如图3，图4所示，家长通过可申请内容搜索功能得到启蒙教育课程名称与身份标识，将课程添加到账户收藏中。智能移动设备从平台客户端向服务器发送课程申请请求，安排课程列表更新顺序，获取新的用户课程列表。

　　2 实验结果与分析

　　实验对基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台进行白盒测试，白盒测试也称结构测试或者逻辑测试，是指将待测对象当成一个开放式的盒子，盒子内部结构可以被清晰地看到。在启蒙教育在线学习平台运行的同时分析客户端与服务器的性能与功能。选择两台相同的国产新型安卓系统手机，清空手机内所有数据与软件，安装基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台客户端，访问分辨率为640×800的启蒙教育课件，两台手机分别进行平台的性能测试与功能测试。

　　2.1 性能测试

　　图5是基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台的吞吐量，平台对吞吐量的定义是：随着用户在平台客户端在线人数的不断增多，服务器处理用户控制指令得到的正确数目。

　　由图5可知，在控制指令数量为100个时，白盒测试给出的平台吞吐量为10千万字节；控制指令数量为300个时，吞吐量为90千万字节；控制指令数量为700个时，吞吐量为135千万字节。一般来讲，1个控制指令的数据字节在0.08千万字节～0.35千万字节之间，通过数据换算可以得出，基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台的吞吐量很大。

　　图6是白盒测试中平台CPU使用率曲线，由于平台客户端的CPU使用率受安卓手机硬件的影响更为强烈，因此采用平台服务器CPU使用率代替智能移?由璞傅?CPU使用率，令测试结果更加具有代表性。控制指令数量每2 s增加100个，比较紧密，测试结果是在多次连续白盒测试的情况下得到的平均值。可以看出，平台的CPU使用率曲线上升比较缓慢，不存在突然暴增的情况，当控制指令数量达到最高值700时，服务器CPU使用率仅为52%。一般认为低于75%的CPU使用率都能带动在线学习平台实现正常运作，展示出基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台优异的负载调节性能。 　　2.2 功能测试

　　基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台拥有在线登录、课件展示、课程申请等功能，受到智能移动设备网络不稳定的状态限制，平台安全性成为保证上述功能实现的前提。将安卓手机放于一个电磁干扰强烈的金属半密闭空间中，模拟平台网络不稳定的通信状况，在此条件下多次登录平台客户端，观察登录状态。随后，在已经成功登录客户端后的8 min之内，再次进行登录，同时输入错误密文，观察登录状态，白盒测试用例如表2，表3所示。测试结果表明，基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台的安全性优异，能够解决由智能移动设备网络不稳定导致的客户端登录问题。

　　论

　　为了开发基于智能移动设备的启蒙教育在线学习平台，本文在智能移动设备中使用率最高的安卓系统上建立开发环境，对在线登录、课件展示以及课程申请三项主要功能进行开发，采用白盒测试方法对在线平台的性能与功能进行测试，验证了平台在吞吐量、负载调节性能、安全性等方面具有较强的优势。

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