基于高校无线网络的移动学习系统构建

2013-09-18华传强

湖南邮电职业技术学院学报 2013年4期

华传强

（扬州市职业大学，江苏扬州 225009）

移动学习 (M-Learning)是数字化学习的最新发展，是电子学习 (E-Learning)之后出现的新型学习模式，它基于移动通信技术以及无线网技术，为学生提供随时随地、个性化和自主式学习。

随着无线网络技术的发展，特别是校园无线网络的全面覆盖，使移动学习这种新型的学习模式在高校得到了快速发展。通过校园无线网络，学生可以随时随地利用智能手机等移动终端接入校园网及Internet，从而方便、快捷地实现学习资源和教学信息的共享。校园无线网与移动学习系统的有效融合丰富了学生的学习模式和文化生活，促进了高校教学、科研以及管理水平的进一步发展。

1 校园无线网络构建

1.1 校园无线网络构建必要性

随着高校数字化校园建设的进一步深入，信息化规模逐步扩大，各高校都建起了完善的校园网络，校园网由此成为了高校学生获取学习资源和教学信息的主要途径之一。目前，很大一部分高校校园网的主体是有线局域网；但随着办学规模不断扩大，学生数量成几何增长，节点难以扩展、建设费用高、覆盖范围小等校园有线网络的不足之处逐渐显现出来。

无线网络是现阶段高校数字化校园建设的重点工作，弥补了校园有线网络的不足，它是有线网络的补充和延伸，能够与高校主干网络实现最大程度的兼容，共同搭建一个无处不在的高校校园网络。

校园无线网络的构建主要采用无线局域网技术(WirelessLocalAreaNetwork)，简称 (WLAN)。同有线局域网相比，无线局域网具有花钱少、建设周期短、覆盖范围大、传输速度快、组网灵活、易拓展、便于管理等优点，很好地解决了有线局域网所存在的问题。

1.2 校园无线网络构建方案

1.2.1 校园无线网络的拓扑结构

在现有高校有线局域网基础上，利用了无线局域网标准IEEE802.11，实现了有线网络的延伸和拓展，将校园网延伸到校园各个角落，实现在校园内所有方位都能够快速访问校园网及Internet，解决了各高校普遍存在的网络信息点不足问题，使得学生真正实现了随时随地高效使用校园网和Internet，满足了学生自主学习和交流互动的需要。

采用以无线接入点AP(AccessPoint)为中心的网络体系结构进行构建高校无线网络，通过AP转接实现所有基站的通信，最终实现与现有高校有线网络的无缝链接；根据学校的实际情况和网络需求灵活设置无线接入点，运用多种覆盖方式实现信号范围最大化，从而达到整个校园无线网络的全面覆盖。学生在学校的任何一个角落都可以利用智能手机等移动终端设备通过无线接入点接入到校园网，并通过认证快速连接到Internet。

校园无线网络的拓扑结构可以参照图1所示的无线局域网结构方案[1]。

图1 校园无线网络的拓扑结构图

1.2.2 校园无线网络的技术标准

无线局域网技术标准主要有IEEE802.11、蓝牙、HomeRF三种。目前被广泛应用的是IEEE 802.11，它拥有802.11a/b/g三个标准。IEEE 802.11b采用2.4GHz频段，其传输速率仅为11Mbps，在过去几年这种标准非常流行；IEEE 802.11a采用5GHz频段，传输速率最高可达54Mbps，使得音视频以及大文件的传输变得非常轻松；而IEEE802.11g则是一种混合标准，它既能适应IEEE802.11b标准，又符合IEEE 802.11a标准，采用2.4GHz频段，传输速率达到54Mbps[2]。通过比较发现，IEEE802.11g在传输距离和传输速率上都占有很大优势，因此高校可采用IEEE802.11g标准来建设校园无线网。

1.2.3 校园无线网络的组成

高校校园无线网络主要由无线接入点 (AP)和无线网卡所组成，通过现有有线局域网以及路由器、交换机等网络互联设备所构成的主干网，利用配有无线网卡的台式机、笔记本电脑以及智能手机等终端设备通过无线接入点 (AP)实现连接和网络漫游。

无线接入点 (AP)是指用于无线网络的无线hub，是无线网络的核心。它是智能手机等移动终端进入有线以太网的接入点，负责在无线网络和有线网络之间收发、缓冲数据，还可以利用其所带的接入点客户端模式与其他AP进行无线连接，从而延伸无线网的覆盖范围。无线接入点性能的好坏以及位置的放置，直接影响了无线网络信号的强弱。

无线网卡是指不通过有线连接，利用无线信号进行连接的网卡，是移动终端与无线网络连接的接口，是高频、宽带的无线组网设备；其目前主要有适用于笔记本电脑的PCMCIA无线网卡、台式机的PCI无线网卡以及外接USB无线网卡等几类产品。

2 基于校园无线网络的移动学习系统构建

2.1 基于校园无线网络的移动学习模式

移动学习是指利用无线移动通信网络技术以及无线移动通信设备 (如移动电话、个人数字助理PDA、PocketPC等)获取教育信息、教育资源和教育服务的一种新型学习形式[3]。移动学习是移动计算技术在数字化学习中应用的产物，具有独特的灵活性、便捷性、学习个性化、交互及时性以及情境相关性等特点，为学生提供了一种“随时、随地、随意”的新型学习模式。

移动学习有基于短消息的学习、基于连接浏览的学习以及基于校园无线网络的学习三种学习模式[4]。

基于短消息的移动学习模式主要是指利用短消息实现学生之间、学生与网络服务器之间的文本以及图像信息的传送。通过手机等相关设备，学生首先将消息发送到网络服务器，服务器对短消息进行分析，转变为数据请求，并完成数据处理，最后把处理结果返还给学生。这种学习模式，由于难以进行实时连接的数据通信，因此不能浏览学习网站，更无法传输、显示多媒体学习资源，常被用于教学信息、课程安排以及通知公告等内容的及时发布。

基于连接浏览方式的移动学习模式是学生利用手机等移动设备，通过网关连接Internet，访问学习资源服务器，实现对学习资源的检索、学习以及交互；该模式适合学生开展自主-协作学习。

基于校园无线网络的移动学习模式是以校园有线局域网为核心，将各种无线学习区域连接在一起，实现覆盖整个校园的移动学习。由于局限于校园内使用，且采用了非常成熟的无线局域网技术，所以基于校园无线网络的移动学习模式具有较高的传输速率，不仅可以传送文本、图像等静态学习资源，还可以传送多媒体音视频等动态学习资源，能够为学生提供更加灵活便捷的学习方式，提高了学习效率。

2.2 基于校园无线网络的移动学习系统结构

基于校园无线网络的移动学习系统的体系结构可分为三个层次：表示层、业务逻辑层和数据服务层，如图2所示[5]。

图2 移动学习系统体系结构

表示层作为用户与系统的交互界面，位于客户端，主要负责人机会话处理，实现用户与业务逻辑层之间的数据通信，为各类用户提供与之相对应的交互界面，主要包括管理员界面、教师界面和学生界面。表示层涉及移动设备和学习内容的适配，移动学习内容需要具备良好的适配性，使其能够在各种不同型号、屏幕大小的移动设备上正常显示，以便于学生更好的展开学习。

业务逻辑层是系统的核心，位于服务器端，负责提供系统的业务服务；它包括接受表示层用户的应用请求以及对该请求进行逻辑判断和业务处理两个方面的工作。业务逻辑层是移动学习系统的功能模块以及相应的标准接口。

数据服务层是整个系统的数据库，位于服务器端，主要用于提供数据来源。数据服务层的数据库主要包括用户、教务、学习资源三类数据库。用户数据库用于存储教师的基本信息、教学过程信息、学生的基本信息、学习过程以及绩效信息；教务数据库用于存储教务管理信息、教学动态更新以及课程信息等；学习资源库用来存储各类学习资源、师生互动即提问与答疑等信息。

3 基于校园无线网络的移动学习平台构建

3.1 移动学习平台功能模块设计

在模块划分上，移动学习系统按用户的不同主要分为：学生模块、教师模块和管理员模块。按照业务逻辑划分可以细分为：教务管理模块、课程管理模块、课程学习模块、课程测评模块、作业提交模块、教学资源管理模块、用户信息管理模块以及课程信息管理模块等。

3.2 移动学习平台学习资源设计

建设移动学习资源库是有效开展移动学习的基础，在建设过程中应充分考虑移动学习的特点，如移动学习的环境比较复杂、学生不可能长时间集中注意力以及使用的终端设备的屏幕较小、存储容量小、带宽窄等特性；移动学习资源库要能够提供形式多样、内容丰富的学习资源，如文本、图像、动画、微视频等，便于学习者能够根据自己的兴趣和获取知识的需要自主选择合适的学习资源，激发学习兴趣，提高学习效率。

移动学习课程提供的教学资源主要分三大类：一是课程的教学说明文件，如课程介绍、课程大纲、实验大纲、授课计划、考核方式及教案等；二是课程相关的学习资源，如多媒体课件、文本、微视频等；三是课程辅导资料，如各知识单元的重点难点分析、案例分析、试题分析以及答疑分析等。