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1、 UDC： 004 中文图书分类号： TP391 学校代码 ： 10005 学号：S201307121 密级：公开 北京 工业 大学 硕士 专业 学位 论文 ( 全 日 制 ） 题 目：基于 Android 的移动学习系统的设计与实现 英 文 题 目 ： THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF MOBILE LEARNING SYSTEM BASEDON THE ANDROID 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研 宄成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发 表或撰写过的研宄成果，
2、也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均 已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 签名： 祝光明 日期： 2016 年 06 月 15 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留 送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的论文在解密后应遵守此规定） I 摘 要 摘要 目前在线教育领域发展迅猛，市场上出现了大量的在线教育产品。但是这些 产品 有一个共同的缺点就是只针对学生的习题
3、练习，没有把课堂和课下学习紧密 结合起来。 因此，需要一款充分利用教育资源服务云平台的资源，将教师的在线 备课与学生的线 下学习紧密结合的产品。并真正运用到大中小学学校中，使学生 在任何时间任何地点 都能自主学习。作为当前主流的手机操作系统， Android 占 据着相当大的市场份额而 且在继续增长。而且有着开源和免费的优势，因此开发 出一款基于 Android 系统的学 习软件在未来的市场上必定有广阔的应用前景。 本文的主要研宄成果如下： (1) 对移动学习系统进行总体设 计。通过与 9 月 1 号网教育资源服务云平 台的 资源进行整合，结合平台的教师备课系统对移动学习系统的需求进行探讨。
4、对主要功 能导学案学习、在线作业需求进行详细分析，然后根据需求确定系统的 总体架构。采 用基于 Andrmd 平台开发，通过 Web 服务器获取所需要的学习资 源和相关信息的 B/S+C/S 架构。 (2) 设计基于 MongoDB 的负载均衡分布式数据集群。针对数据库的高并 发、 高可扩展性需求，本文基于 MongoDB 自动分片的原理，设计并搭建了 MongoDB 的负 载均衡分布式数据集群系统，大大提升了系统性能。 (3) 实现移动学习系统。系统在客户端主要实现导学案学习、在线作业、 自主练习、通知公告、错题本、收藏夹等功能。服务器端基于 9 月 1 号网备课系 统平 台对导学案资源数据
5、进行打包。然后根据测试式样书，对系统的功能进行全 面的测试 以及利用百度移动云测试对移动学习系统的兼容性进行测试。经过测试， 系统稳定性 能够得到保障，能够满足目前用户的需求。 关键词 ：移动学习； Android;导学案； MongoDB;分布式数据集群 Abstract Abstract At present, the online education is developing rapidly, there is a lot of online education products in the market. But these products have a common drawb
6、ack is only for students to practice exercises, not the classroom and class learning closely together. Therefore, the need for a full use of educational resources service cloud platform resources, the teachers online lesson preparation and students learning under the line closely combined products.
7、And the real application to large and medium-sized schools, so that students can learn at any time and any place. As the current mainstream mobile phone operating system, Android occupy a large share of the market and continue to grow. And has the advantage of open source and free, so the developmen
8、t of a Android based system of learning software in the future market will have a broad application prospects . The main research results of this paper are as follows: (1) The overall design of mobile learning system. Through the integration with the resources of the education resource service cloud
9、 platform in September 1st, the requirement of mobile learning system is discussed in combination with the platform of teacher preparation system. The main function of guiding case learning, online homework needs a detailed analysis, and then the overall framework of the system is determined accordi
10、ng to the demand. Based on the Android platform development, through the Web server to obtain the necessary learning resources and related information of the B/S+C/S architecture. (2) Design of load balancing distributed data clustering based on MongoDB. High concurrency and scalability requirements
11、 for databases. In this paper, based on the principle of MongoDB automatic slicing, design and build a MongoDB load balancing distributed data cluster system, greatly enhance the system performance. (3) Realization of mobile learning system. In the client, the system is mainly to achieve the guiding
12、 case learning, online homework, independent practice, announcement, the wrong, favorites, etc. function. The server terminal in September 1st net platform preparation system of the guiding case resource data package. Then, according to the test case, the function of the system is tested, and the co
13、mpatibility of the mobile learning system is tested with the Baidu mobile -HI- -IV- 北 京 工 业 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文 the system stability can be guaranteed, to meet the needs of the current user. Keywor ds:Mobile Learning, Android,Guided LearningPlan,MongoDB Distributed Cluster 顯 . I Abstract. Ill 目录
14、 . 5 第 1 章绪论 . 1 1.1 研宄背景和意义 . 1 1.1.1 研宄背景 . 1 1.1.2 研宄意义 . 1 1.2 研宄现状 . 2 1.2.1 国外研宄现状 . 2 1.2.2 国内研宄现状 . 2 1.3 研宄内容 . 3 1.4 本文的组织结构 . 4 第 2 章相关技术与相关理论 . 5 2.1 Android 平台简介 . 5 2.1.1 Android 概述 . 5 2.1.2 Android 系统架构 . 6 2.2 Volley 网络框架简介 . 7 2.2.1 Volley 概述 . 7 2.2.2 Volley 网络架构 . 7 2.3 JSON 数据格式
15、 . 9 2.3.1 JSON 简介 . 9 2.3.2 JSON 数据解析 . 9 2.4MongoDB 简介 . 9 2.5 本章小结 . 10 第 3 章基于 Andrmd 的移动学习系统总体设计 . 11 3.1 移动学习系统总体需求 . 11 3.1.1 功能性需求 . 11 3.1.2 非功能性需求 . 15 3.2 移动学习系统的总体架构 . 16 3.3 基于 MongoDB 负载均衡的分布式数据集群设计 . 17 3.3.1 MongoDB 的数据复制机制 . 17 北 京 工 业 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文 3.3.2 基于 MongoDB 的分布式数据
16、集群优势 . 17 3.3.3 MongoDB 分布式数据集群设计 . 19 3.4 基于 Android 的移动学习系统总体设计 . 21 3.4.1 客户端总体设计 . 21 3.4.2 服务器端总体设计 . 23 3.5 本章小结 . 27 第 4 章基于 Andrmd 移动学习系统的详细设计和实现 . 29 4.1 系统开发环境的搭建 . 29 4.1.1 系统运行环境 . 29 4.1.2 服务器端开发环境 . 30 4.1.3 Android 客户端开发环境 . 30 4.2 移动学习系统客户端关键模块详细设计和实现 . 31 4.2.1 最新学习任务模块的详细设计和实现 . 32
17、 4.2.2 导学案学习模块的详细设计和实现 . 34 4.2.3 在线作业模块的详细设计和实现 . 39 4.2.4 个人中心模块的详细设计和实现 . 43 4.3 移动学习系统服务器端详细设计和实现 . 44 4.3.1 导学案数据打包的详细设计和实现 . 44 4.3.2 服务器端接口的实现 . 48 4.4 难点及解决方案 . 49 4.4.1 高并发访问的性能提升 . 49 4.4.2 资源文档转换机制实现 . 49 4.5 本章小结 . 50 第 5 章系统测试 . 51 5.1 测试环境 . 51 5.2 测试内容 . 51 5.2.1 导学案模块测试 . 51 5.2.2 在线
18、作业模块测试 . 52 5.2.3 个人中心模块测试 . 54 5.2.4 系统兼容性测试 . 54 5.3 测试结果 . 56 5.4 本章小结 . 56 组仑 . 57 参考文献 .59 目 录 攻读硕士学位期间所发表的学术论文 . 63 酬 . 65 第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.1 研究背景和意义 1.1.1 研究背景 随着中国移动、中国联通、中国电信这三大移动网络通信运营商陆续获得工 信部 发放的第四代移动通信业务牌照 (即 4G 牌照），标志着我国开始正式进入 移动 4G 时 代。当今不同品牌的 4G 手机大量推出，加速推进了移动互联网时代 的到来，目前教育 行业深受
19、互联网技术的影响，同样迎来了新的发展机遇 2。与 此同时，学习者已经不 能满足于陈旧、机械化的学习模式，因此，利用移动互联 网技术和移动设备相联合的 一种新型学习模式越来越受到人们的关注，移动学习 的出现，打破了传统课堂的限制， 学习者可以进行自主的学习，能将不连续、碎 片化的时间整合起来，提高学习者的学 习效率 3。 在将来的学习中，一种可以摆脱时空约束的学习模式是学习者们非常需要的， 学 习者可以随时随地进行知识信息的获取，移动学习是实现这一方式最有效的途 径 4_5。 移动学习的快速发展使学生的学习手段更加丰富，学习的时间、地点选 择上更加自由， 只要学习者手持移动终端设备，例如手机、平
20、板电脑等，都可以 在任何地方进行学习 6。 随着当今移动互联网时代的迅猛发展以及全球智能手机市场的疯狂增长势 头，国 内智能手机的市场出现全民覆盖的现象。而其中 Android 系统的智能手机 使用量更是 与日俱增 7。 Android 是 Google 公司在 2007 年推出的基于 Linux 平台和 JAVA 平台的移 动操作系统，目前许多手机、平板电脑等智能移动终端设备都是搭载的 Andrmd 操作系 统 。经过这么些年的快速发展， Andrmd 已成为目前移动智能终端操作 系统的龙头老 大，截止 2015 年该系统的手机市场占有率已经达到 84.7%，并且 还在以非常高的速度持 续增
21、长9_1()。 1.1.2 研究意义 在线教育的兴起让学习手段丰富起来，本文通过设计和实现了基于 Andrmd 的移 动学习系统，打破传统学习模式，学生不仅可以在课堂上学习知识，也可以 在课下的 任何时候任何地点进行学习，同时系统整合 9 月 1 号网教育资源服务云 北 京 工 业 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文 平台的资源，丰富客户端学习素材，学生利用客户端学习的过程中同时记录学习 过程 和学习情况，及时反馈学情，加强师生交流，提高了教师的教学质量和学生 的学习效 率 11。 1.2 研究现状 1.2.1 国外研究现状 很多国家很早就展开了在线教育的研究和实践。移动学习在 2
22、0 世纪 90 年初 欧美 国家最先兴起，国外将移动学习作为将来在线教育的重点作为研究。国外移 动学习研 宄的主要集中地在欧洲和北美的部分经济发达国家，在移动学习方面的 研宄这些国家 开始时间早，研究范围广泛，研究的内容也非常深切 12。 海外许多国度目前都在陆续开展既彼此联系又互相独立的 M-Leammg 的研 宄项 目。 2000 年美国教育部设计并启动了 “Mobile Education” 的研宄项目，该 项目设立 于加州大学伯克利分校的人机交互研究室，该项目让全球范围内各界人 士对移动学习 引起了普遍存眷 13。 由 欧 洲多 个 国家互 助 进行 的 M-Leammg 项 目 ，重
23、 点 是为了 解 决全 国 教育 资 源 分 布不均匀问题，该项 目 通过简洁的技术手段向大多数的学习者提 供 信息和 学 习经验 ， 并且为其提供终身学 习 机会。该项目历 时 3 年，项目在产品和服 务 设 计 方面都十分 吸 引 人 ， 能 够 引发 学 习者 的 学习 兴 趣和 学 习积 极 性 。 项 目 的学 习 主 要 以 活 动的 形 式展开 ， 活动的内容包括提高 书 写和计算能力等，为没有机会接受 正 规教育的人提供便利 的 学 习机会 14。根据移 动 学习项目（ M-Leammg 项目） 计 划的研宄 目 标，英 国 Ultralab 通过分 析 15-23 岁左右的部
24、分欧洲青少年的学 习 特 点，根据这些学习者的学习行 为 习 惯， 研 发和建立 基 于 WAP 的教 育 站点，该 教 育站 点 为这些青 少 年的移动 学 习提供 方 便。为了能够激发他 们 的学习兴趣，研 宄 人员在选取学习内容 比 较有侧重点，那些 能 够贴近学习者生活和 工 作的主题会 成 为研宄人员的主要素 材 ，而且这些素材同时也 是 非 常 时尚 和 流行 的 15_16。 1.2.2 国内研究现状 移动学习项目的研宄在我国起步较晚，我国从 21 世纪才开始陆续对移动学 习进 行研宄，北京大学 2002 年开展了教育部高教司部门的试验性名为 “ 移动教 育的理论与 实践 ” 的
25、项目，该项目由该校的现代教育技术中心的移动教育实验室 承担，项目从 2002 年 1 月开始， 2005 年 12 月份项目完成验收，持续的时间为 4 年。基于手机短信的教育 平台以及移动手机 app 的研发和移动数据库的研宄是该 第 1 章 绪 论 项目目前的主要研宄方向 17。 目前国内在线教育市场是一块大蛋糕，行业竞争也是比较激烈，百度、阿里 巴巴、 腾讯等互联网巨头都在该领域占据自己的一席之地。 2014 年 1 月百度推 出视频直播平 台度学堂，将传统的课堂搬出了教室，移到了网上，该平台不仅涉 及中小学的知识视 频课程，还涉及大学里面的资格证书的学习视频，让学习者可 以随时上网进行视
26、频课 程的学习，合理安排自己的时间 18。同年 9 月也推出教育 学习 APP 作业帮，是一款主 要面向全国中小学生的移动学习 app，主要的功能有 拍照搜题、语音搜题、同步练习、 老师答疑、求助学霸。 app 强大的沟通功能扩 大了学生的学习圈，体验一种互动学习 的乐趣，能够及时发现自己的知识薄弱点， 提高学习效率和学习成绩 19。 虽然我国对移动学习研宄的时间很短，但是在当今移动互联网时代大环境的 推动 下还是取得很大的进步，越来越多的创业公司踏入这个行业，都在为我国教 育的信息 化建设作出自己的一份力，我国移动学习的前景还是非常乐观的 2Q。 1.3 研究内容 本课题主要基于 9 月 1
27、 号教育资源服务云平台设计并实现了基于 Andrmd 的 移 动学习系统，利用教育资源云平台将教师和学生连接起来，实现了学生在手机 上进行 导学案的学习、做作业等功能，从而激发学生的学习兴趣同时也提高了学 生的学习效 率，并在解决学生高并发访问学习资源上设计和实现了 MongoDB 分 布式数据集群， 提高系统的性能。 主要内容包括以下几个方面： (1) 对移动学习系统实现过程中的几个关键技术进行调研：首先对 Andrmd 平 台进行简要概述并分析其系统架构，然后对系统网络框架进行调研并分析目前 主流的 Volley 网络框架，最后简单介绍 MongoDB 然后将其与传统数据库 MySql 进
28、行分析对 比。 (2) 基于研宄 MongoDB 自动分片的原理，对 MongoDB 的负载均衡分布式 数 据集群系统进行设计并搭建分布式集群系统对系统性能进行提升。 (3) 设计并实现基于 Andrmd 的移动学习系统，包括用户登录、导学案学 习、 在线做作业、查看通知公告、查看教育新闻、错题本收藏夹练习等功能模块 并对功能 和性能进行全面的测试。 北 京 工 业 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文 1.4 本文的组织结构 本论文主要是设计与实现基于 Andrmd 的移动学习系统，主要从以下五章来 介绍。 第 1 章：绪论章节，概括阐述了移动学习的研宄背景与意义，对国内外移动 学习 的研宄现状进行整理和分析，同时还介绍了本文的具体工作和组织结构，为 读者展示 清晰的文章脉络。 第 2 章：相关技术