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基于Android的移动协作学习应用的设计与开发
摘要
随着无线和移动技术的发展，移动设备迅速成为足以运行个人电脑的设备。通过手机进行学习正在成为一种全新的教育方法，它有自己独特的方式和提供随时随地的学习机会。作为移动学习应用的一种，移动协作学习(MCL)已经得到了广泛的应用，并且在教育环境中具有更多的重要性。本文介绍了设计和开发一个有效的MCL环境的理论和技术基础，并描述了一种面向移动技术的学习应用的新方法。最后将利用Android操作系统设计和构建所提出的原型，并对该类系统提出建设性意见。
关键词；移动学习；移动协作学习；可用性测试；可用性因素
- 介绍
移动设备的使用已经稳步增长，成为最常见的消费设备之一。移动设备的功能已经从单纯的拨号设备扩展到个人数字助理，而且它们比笔记本电脑更便宜，所以我们可以随身携带和使用它们。这些技术也一直在改变教育环境和学院/大学的课程，因为新的技术提出了不同的学习技能。现在的移动应用更加灵活，可以通过采用基于网络的界面整合现有的服务。一些有吸引力的学习工具已经被设计和开发出来，并与诸如运动传感器、摄像头、全球定位系统、Wi-Fi、蓝牙等新兴技术相结合。在未来，许多有吸引力的工具和技术将不断被整合，以创造一个有效的学习环境。
协作学习是基于这样一种理念，即学习是一种自然的社会行为，学习者之间相互交流。从小学到大学，协作学习在所有教育环境中越来越重要。随着无线技术的发展，移动设备正在进入我们教育学习的各个层面。由于移动技术非常适合参与协作式学习环境，因此它已经成为一种主要的交流方式。移动协作学习(MCL)的概念与课堂学习完全不同。这种学习的教学方法提供了许多可能性，例如为在相同或不同组织中工作的人群提供机会，让他们使用移动设备参与完成特定目标。
因此，通过移动设备进行协作学习的需求作为一种重要的教育内容不断增加。在开发教育对象的MCL时，面临着知识共享、请求修改内容、完全访问企业数据仓库(EDW)、提供大型丰富的多媒体内容、选择技术组件设计适当的架构和适应应用协议等重大研究挑战。在本文中，我们提出了一个概念性的原型，包括提供大型丰富的多媒体内容的通信协议，知识共享过程的改进，为所有用户提供方便的访问，以及内容修改设施的遏制。本文的另一个贡献是指出了可用性问题，这些问题是必须考虑的，以使该应用程序容易获得简洁的信息，并通过MCL进行快速反馈。
- 相关研究
有多项研究都集中在MCL的应用上。关于无线移动技术上的协作学习的设计和开发有多种分类。基本上这些方法都集中在如何支持移动设备，如何使用无线通信技术，以及如何使数字内容提供用户所需的信息。我们介绍了相关发表文章的几个突出特点，这些文章对我们的工作有很大的帮助。D. Digenti, [4], 关注协作学习的实践--在二十一世纪，协作学习是一种重要的组织能力。她还提到了协作学习循环，以建立、提高或转移学习能力。X.Su等人[2]提出了移动协作系统中多媒体内容生成的四层框架原型。他们所提出的框架提供了对用户、设备和会话管理技能的支持。该研究为移动协作系统的多媒体内容生成、表示和交付提供了一个新颖的框架。然而，该框架并没有完全阐述，缺乏对许多组件的整合。
V. Zanev和R.Clark，[3]提出了开发用于无线课程管理系统的原型的程序，重点是登录和认证、无线课程表、无线日历和无线测试。此外，这些作者通过解释教师如何通过使用HTML界面与学生进行交互来描述课程内容。F.Lahner和H.Nosekabel[5]实现了一个可以支持电子学习内容在计算机上显示的程序，系统结构为用户提供了通过手机获取相同内容的便利。J.Barbosa等人[6]提出了一个名为Grefe的本科生课程参考原型，它采用了移动和泛在计算的方式。作者声称，他们的方法将改善学术和学习活动。该原型基于存储学习过程信息的用户档案，并使用定位系统，因此它可以识别用户的物理位置，并通过通用架构支持学习程序。然而，所提出的原型并没有提供移动协作学习，而是提出了一个在线学习过程的通用理念。
A. Druin等人[7]讨论了他们正在进行的参与式设计项目的原型，该项目与代际设计小组一起创建移动应用并整合到iPhone和ipod touch平台。R.Gafni，[17]研究了移动学习系统的特点所导致的质量问题；提出了一些衡量其质量的指标以及对设计者和开发者的一些实际意义。C.Bouras等[8]介绍了INVITE架构，并讨论了用户需求，以满足协作虚拟环境下的电子学习需求。虽然它并没有导致任何实体原型的存在；但它可以显示设计MCL所需的技术和标准。最后，K. B. Lee和R. A. Grice[13]提到了移动设备的可用性测试方法。他们介绍了可用性测试的一般理论背景，描述了几种评估方法，并展示了如何适合正在设计的移动产品。对R.Salman的研究做了延伸[19]提出，一个简单的移动互联网应用于课程安排将在未来的发展中获得成功。
- 移动协作学习环境
协作学习是各种教育方法的总称，涉及学生或学生和教师共同的智力努力。协作学习代表着大学课堂上典型的以教师或讲座为中心的环境的重大转变。为了培养合作学习能力，一般提出以下循环作为路线图。图1显示了协作学习周期的各个阶段[4]：
- 协作能力评估
- 创造跨越边界的技能
- 实践合作学习
- 捕捉和传播学习成果
- 创新价值
- 加强相互依存性
协作主要是指与他人或他人协作。在实践中，协作学习已经意味着学生以对子或小组的形式来实现共同的学习目标。要做好协作学习，基本上我们会要求制作平行学习小组，它的建立是为了在每个组织的正常、等级结构之外，开辟新的沟通渠道，并与之平行。平行学习小组应该由来自不同部门和职能的不同人员组成。
今天，毫无疑问，我们正在成为一个更加移动的社会。移动技术能够支持无处不在，移动是保持联系的 '首选 '设备。移动学习被定义为所有 '手中的知识'，利用移动通信，可以包括利用移动设备进行以下任何一种学习[21]：
- 提供教育/学习
- 促进交流/合作
- 进行评估/评价
- 提供获得业绩支持/知识的机会
任何类型的移动设备都可以快速、便捷地提供和支持这些功能。在传统的协作学习环境中，知识和材料的共享和收集是主要的困难。然而，利用移动设备和通信技术，将不同年龄、文化和国家背景的人平行地组织起来，并不存在太大的困难。
此外，具有移动性的协作学习系统应该包括更多的及时获取必要的内容和信息，减少学习任务中的认知负荷，增加与不同用户和其他信息系统的横向交互。移动设备正在成为提高协作学习绩效的必要工具之一。因此，要想成功开发移动设备的协作学习，就要考虑许多硬件和软件组件与用户的结合，以促进知识的有效传递。通常，在MCL的实施过程中，应该涉及到一些项目，一般来说，会考虑以下项目。
- 移动学习设备
在移动学习环境中，根据信息与通信技术（ICT），移动设备按硬件大小的类型（笔记本、平板电脑、PDA、手机或智能手机）和无线通信技术的类型（GSM、CDMA、WiFi、IEEE 802.11、蓝牙等）进行分类。
B. 中间件结构
移动学习系统的设计应支持使用多种语言、平台和技术的移动学习应用。在学习系统中，中间件结构应支持学生学习工作的基本框架。同时系统的开发也应能在地理上分布的泛在环境中的不同类型的设备和通信厂商中使用。许多不同类型的媒体和流媒体文件将被运行的学习方法来处理文盲，教育计划和其他服务。为了实现一个系统，它将需要一个面向用户的设计方法，以正确支持教育目标，知道可用性问题，并知道一个适当的无线通信协议，适合在移动设备的学习模式。为了构建这些中间件，大学或机构需要找到能够支持学生学习方法的同事，并设计一个能够支持稳定的通信环境的协议来运行应用程序。
C. 学习应用
移动学习应用是一款针对移动设备的软件产品。如果要在学生个人的移动设备上访问讲座，应从其组织网站或其他地方下载所需的应用程序。该应用程序为学习者提供了一个很好的基于移动的平台，让他们可以使用学习系统，并开发出在工作中有用的模板。
一旦完全下载完毕，必须将其安装到他们的移动设备中。应用程序会在移动屏幕上显示一个进程图标，表示当前正在访问该主题或课程的小组成员。同时学习应用还应当包含支持音频和视频文件的媒体播放器，打开讲授质料不克不及间断。初始显示应包含学生已注册的课程的标题和抽象。
要想成为一个成功的MCL学习应用，在运行工具的基本上应包含以下选项：可视化的协作过程、讨论过程、访问用户，还应当包含其他移动学习选项，如课堂讲授、测试、交互式测验、成绩等。此外，为了塑造对文化敏感的学习体验，该应用还需要面向多媒体的网络环境。最后，精心设计一个学习应用，将开发的学习应用与中间件架构配置的支持相结合是非常重要的。
D. 其他因素
大多数情况下，移动学习材料可以从能够支持各种数字教育内容的服务提供商那里获得。学习资料会被放置在服务器的数据库中，以便在用户提出要求时，可以方便地保存或检索数据或文件，因此，在服务器端设计和开发学习数据库会考虑很多因素。因此，在服务器端设计和开发学习数据库要考虑很多因素。此外，我们还应该考虑到移动设备本身在硬件上具有一些弱点，如CPU使用率低、内存小、电池寿命短等。而且在通信和网络中使用，也会使很多其他的安全相关问题。
- MCL应用的设计问题
设计和开发MCL应用原型的一个极具挑战性的任务是认识当前的局限性，了解用户的需求，从而学习如何反映和满足应用和架构的功能要求。MCL应用是移动学习系统的一部分，它可能与一般的电子学习系统存在同样的问题。在这一部分，我们将回顾现有的问题，并尝试从移动通信和MCL应用两个角度来寻找设计的关注点。
A. 寻找问题
如上所述，移动性是MCL过程中最大的优势。但是由于移动硬件的限制和运营商网络环境的影响，仍然存在一些独特的问题[17]。移动设备造成的问题如下：
- 移动设备具有技术上的限制，如内存小、电池寿命短、计算和计算能力有限等。
- 设备种类繁多，具有不同的特性，因此应用必须适应所有的设备。
- 设备的使用因为体积小而不方便：屏幕小、键盘小。
- 当移动设备丢失时，由于可能存在未经授权的访问，会出现安全问题。
另外，当通过无线网络为广大观众使用学习系统时，网络会引起其他问题，如下：
- 有限的带宽，直接影响视频剪辑的显示。
- 缓慢或不稳定的连接稳定性和传输延迟，影响学习的连续性。
- 不同的标准和协议，有些开销大，降低了性能水平。
- 安全性、隐私性和保密性的问题会出现。
- 运营成本高，特别是当用户是低预算的学生时。
成功的移动应用在安装和开发新的MCL时往往会考虑上述限制。然而，各种概念性的协作学习应用的提出并没有提出一个涵盖这些问题的整体解决方案。本文中设计一个新的MCL与以往其他形式的学习应用之间存在着微小的差异。
B. 搜索技巧
我们发现，对于在网络上设置和实施新的MCL的开发者来说，有以下五个准则：
- 保持简短和简单。这是适用于所有类型的学习内容和移动学习内容的重要规则。
- 低信息密度。不要试图重复学习模块的长度和信息密度。
- 包含协作的元素。当使用混合课程的一部分时，可以使用移动设备来促进同行、专家、导师等之间的互动。
- 方便访问多媒体。这一点很重要，因为可视化的演示比其他的要好得多。
- 易于与第3种应用集成。移动设备的计算和显示能力，结合其工具，进入搜索和信息数据库，游戏和模拟。
此外，由于移动设备的屏幕较小，输入模式受到限制，因此对新型用户界面的认识也是至关重要的。大多数关于移动学习设计的文献都倾向于简单的映射学习情境和目标。然而，协同学习活动则不同，因为他们已经转向了学生的协作能力。因此，在设计一个新的MCL应用之前，我们建议适当的中间件架构，提供基于四层协议的良好组织。它将使我们明确地识别功能和
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