基于QR Code的移动学习系统设计研究

【摘要】以移动信息技术环境与QR Code相结合，设计移动学习平台。运用二维码易读取的特性，并结合移动学习过程数据分析结果来达到跟踪使用者学习进度与成效的目的。平台包含前端和后台移动学习子系统二部份，其中前端子系统集成了浏览、登陆、信息上传、QR Code编/译码等功能，后台子系统主要包含移动学习管理系统。

【关键词】QR Code；移动学习；合作学习；学习历程档案

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097（2011）04―0140―05

一 引言

移动技术及数字化学习的广泛应用推动了移动学习的发展。2000年，英国伯明翰大学的移动学习研究专家Sharples就指出，先进的移动技术正使得E-Learning向M-Learning转变。[1]因此移动学习比数字学习更进一步，可以不受计算机环境限制，应用便捷的移动学习工具与无线网络，做到随时随地的学习。

有鉴于QR Code二维码在移动商务中的应用，开放移动联盟（Open Mobile Alliance，OMA）于2005年5月制定了标准规范，以加速二维码应用与普及。国内2009年12月10日铁道部在全国发售印刷二维码的新型列车票据。本文运用移动学习结合QR Code技术来构建移动学习平台，达到低成本且实时的合作学习目的，进而提升使用者的学习成效。

二 QR Code移动学习的基本相关理论

1 QR Code

QR Code最早应用在手机上的国家是日本。根据2007年5月 OMA 提出的二维码应用共通标准规范第3.2版，二维码目前在移动商务应用可大致分为四类，包括：

（1）自动化文字输入：储存个人信息，如地址、电话号码、日程计划等，进行名片、行程数据等快速交换。

（2）数字内容下载：储存数字内容并进行下载。

（3）网址快速链接：使用手册、产品规格、报章杂志、广告宣传等数据附加二维码，以提供用户进行网址快速连接、电话快速拨号等。

（4）身份识别与商务交易：手机上显示二维码数据，作为交易身份鉴别依据或交易凭证，如入场券、会员身份确认、手机付款等应用。[2]

QR Code的特点就在于使信息得以更加便利的共享，包括文字、图片等都能够更快捷的传递给用户。因此二维码产业机制具有相当大的潜力，特别是目前计算机通讯硬件设备均已成熟，只需提供更多的服务来满足使用者需求，同时带动了计算机、通讯、金融、物流、教育等相关行业的发展与变革。这正是本研究将二维码导入于移动学习的诱因。

2 移动学习

国内外很早就开始了对移动学习方面的研究。M-Learning 不只是数字化，还具有“移动”的特性，因此移动学习比数字学习更进一步，可以做到随时随地的学习，不受到桌面计算机环境限制，轻便的移动学习设备与无线网络环境提供了一种真正信息唾手可得的机会。[3]Kynaslahti[4]则认为移动学习应该具有方便性、权宜性、即时性三种意义。移动学习有三个必须的要素：移动学习设备、通讯基础设施、学习活动模式。[5]由此可知，移动学习设备必须具有轻薄短小、易用性、符合需求的功能等条件。如果实施的移动学习设备是学生个人本身就已经拥有或容易取得的通讯设备，则能够更即时引入移动学习概念于教学活动之中。真实的任务情境有利于促进学习者知识的迁移, 把学习交流中抽象的知识与实际的学习生活相联系, 运用到学习生活中去。[6]

3 合作学习

合作学习是一种普遍受到教育学者肯定，并能实际运用到课程中的教学模式，许多中外学者对合作学习提出了自己的见解。提出合作学习是一种学习情境，学生在不同小组中一起学习，彼此间互相合作，资源交互，分享发现的成果，评价并修正彼此间观点。[7]合作学习的基本定义为结构化的学习环境，在此情境下的不同小组具有共同的学习目标，促进自身与成员间学习动机，增进教材的了解与记忆。合作学习作为一种教学策略来讲，就是通过教师将学生妥善异构分组，在学习过程中教师扮演协助者角色；由教师的协助，学生相互扶持，进行学习活动。而小组为了共同目标一起合作努力，以完成个人与团体学习目标，进而从中取得知识技能。在沟通交流中，他人的见解被自己吸收，自己的知识被他人激发，在观点的碰撞中促进进一步的反思，重新组织自己的知识结构，整个过程充满了对知识的探究、重组和创造，充分发挥着成员的本质力量，实现个体的最大化成长。[8]整合种种理论后归纳出：“合作学习是在学习的过程中，教师采用异构分组，让能力高、中、低的学生在合作学习情境中彼此进行沟通学习。小组成员互相依赖、合作、相互讨论与寻求答案。通过小组间的互动、社交技巧等方法，使小组的学习与运作更有效能。在合作学习的情境中，增进个人的自信与创造思考能力，营造出小组成员休戚与共的生命共同体”。[9]

4 学习历程档案

学习历程档案最早被广泛应用在艺术上，有效地记录学习者的作品集。直到上世纪80年代末期，才开始正式且有系统地应用在教育领域上。“学习历程档案”一词在学校中的最早应用，是从学生的作文档案开始。[10]学习历程档案可以定义为：学习者在学习阶段所有学习记录；其目的地在于让学习者能够根据学习历程自我省思、改进与观摩他人，并将个人学习历程内记录的所有数据，提供给教师或家长以了解学习者的学习进度与成效。学习平台就能够得以分析学习者学习历程，从而达到反馈的功能。

三 计算机硬件移动学习平台学

本计算机硬件移动学习平台功能架构如图1所示包含前端移动学习子系统、后台移动学习子系统与数据库三部分。

1 前端移动学习子系统

主要是让用户的移动设备可以通过此子系统提供的功能达到有效率移动学习目的。此子系统包含浏览、登陆、信息上传、QR Code编/解码的功能，如下：

（1）浏览：提供移动设备配合3G或Wi-Fi进行浏览在手机或服务器端所的信息。学习者获取信息的方式与操作一般计算机设备大致相同，不会产生距离感；

（2）登陆：确认使用者的身份，记录学习历程文件。有效掌握学习者的学习经历，以便有针对性的开展教学活动；

（3）信息上传：使用户以移动设备配合3G或Wi-Fi进行信息的上传。学习者对于对已获取的信息进行反馈，获取有效数据资源以外还有利于对学习过程展开评价；

（4）QR Code编/解码：如用户根据特定教材产生对应的二维码需求，可通过此模块产生二维码。如使用者的手机没有内置二维码译码程序，也可以使用此模块对二维码进行解码。

2 后台移动学习子系统

后台移动学习子系统设计的目标主要是让学习者可以便捷、有效率的移动学习，其包含了二维码制作系统、二维码识别软件，与后台移动学习管理系统3部份，分述如下：

（1）QR Code二维码制作系统制

主要提供将一串文字制作成对应的二维码。设计功能如下：

1）二维码产生：产生所输入文字对应的二维码，最多可输入7,089个字符。

2）输出至剪贴薄：将所产生之二维码输出至剪贴薄，供用户使用。

3）调整二维码角度：将所产生的二维码根据所选角度作旋转处理。

4）二维码打印：打印所产生的二维码，且打印机不受限制，无额外的硬件需求。

（2）QR Code二维码识别辨软件

将二维码解译成对应的文字，以供后续操作，此软件可以使尚未内建QR Code译码程序的手机使用此软件来解译二维码。设计功能如下：

1）二维码识别：只需要30万像素以上读取工具即可识别读取资料，这对于降低教学硬件设备成本投入有较大帮助；

2）辨识度高：二维码识别采用先进的容错算法，在部分污损的情况下，仍然可以解读出完整的原始信息。学生使用过程中不可避免的会产生损耗问题，在此二维码颇具优势；

3）操作简便：识别软件操作简便，大幅简化操作繁琐的过程，容易上手。学习者无需再针对设备进行培训，能够将教学目标充分聚焦在学习内容上；

4）360o辨识：可识别任何角度的二维码。使用技术门槛较低，有利于各种层次的学习者使用；

5）简化输入：可储存二维码信息，免去输入信息的繁琐操作。

（3）后台移动学习管理系统

此系统主要功能为内部模块与数据库之间的存取操作，其包含了如图2所示的4个模块：

此模块主要提供符合共享元件参照模型（SCORM）标准的教材；包含格式制作、格式转换两种功能，并将用户所提供的教材元件整合至系统的教材元件数据库内。格式制作：将教材制作符合SCORM标准。其中本系统的学习教材使用9个目类来著录教学资源。格式转换：当使用者提供教材信息，通过本系统转换成设计符合SCORM标准的元数据，再将使用者的教材信息转换成符合内部教材格式的教材元件。其中9个项目分别为：一般、生命周期、元-元数据、技术、教育、版权、关联性、注释、分类。如图3所示：

2）学习模块

学习模块提供的功能主要是能让个人或群组用户的学习都通过此模块来完成。通过此模块个人用户或群组用户可以将所取得的二维码的相关数据、教材等，通过3G或Wi-Fi连上计算机硬件移动学习平台后记录并储存于数据库中，为个人或群组用户提供日后重复学习的便捷功能以及了解目前学习状况等。也可以及时获取群组合作学习时组员所欲分享的信息。功能包含：提供个人学习功能；用户通过学习模块将学习过程储存于数据库；根据教材分类单元，通过学习模块来整理学习信息Title反馈给用户；用户通过学习模块反馈的学习信息来了解自己的学习成果。如图4所示：

3）传输模块

通过此模块可以将信息、QR code或教材下载（上传）从（至）数据库中，如图5（a）所示；此外用户间可通过此模块直接分享数据、教材，提高分享率以及简化处理流程，如图5（b）所示。设计功能如下：

4）数据库管理模块

利用此模块设置用户权限以维护与使用服务器数据库，设计的功能：权限管理；教材元件数据库、学习历程文件数据库与用户基本数据库的维护；开放一般用户可以增加、修改、删除与查询基本数据；群体数据的设置、维护。如图6所示：

四 数据库设计

1 教材元件数据库

主要储存经教材编辑模块所设计出符合SCORM标准的教材元件，教材元件数据库可供评价学习模块之用。学习模块则根据学习者情况，在教材组件资料库获取教材元件提供学习者对应教材。此数据库由存放教材内容整合而成，设计包含下列10种表单：资料表、SCORM一般数据表、SCORM生命周期资料表、SCORM元-元数据数据表、SCORM技术资料表、SCORM教育资料表、SCORM版权资料表、SCORM关联性数据表、SCORM 注释资料表、SCORM分类资料表。

2 学习历程文件数据库

用户使用该系统学习功能的历程数据，自动储存于用户学习历程文件数据库。完整的记录用户学习过程，使学习者依据与此自我评价、修正并提升学习成效，并提供学习记录给教学者。重要字段：个人化资料：记录学习者程度、教材偏好、已阅读过的课程信息；浏览教材时间：提供教材阅读时间，教学者以此判断是否重新编辑教材；浏览教材路径包括记录学习者学习路径，以便教学者得出最佳学习路径；浏览文章次数，获取学习者对文章偏好程度，以便于提供新知识给学习者；下载纪录；上传纪录；编辑教材纪录。

3 用户基本数据库

记录用户的基本数据。包含：

（1）编号：用户流水号（唯一识别码、学号）登陆使用；

（2）姓名：记录用户姓名；

（3）密码：记录用户密码，登陆时输入；

（4）性别：记录用户性别；

（5）登陆时间：记录用户登陆时间；

（6）离线时间：记录用户离线时间；

（7）注册时间：记录用户注册时间；

（8）电子信箱：记录用户电子信箱，通过此方式获取相关信息；

（9）手机号码：记录用户手机号码，用户忘记密码时，可通过此方式进行密码修复；

（10）权限：一般使用者为1；管理员为0。

五 案例讨论：计算机硬件教学

如图7，分为以下11个计算机硬件教学单元：①显示器；②主板；③中央处理器；④内存；⑤扩展卡，如：显示卡、网卡；⑥电源供应器；⑦光驱；⑧硬盘；⑨键盘；⑩鼠标；相关问题。

1 研究目标

“计算机硬件教学平台”以计算机硬件中的11个单元作为教学平台的主要内容。教学对象：大一学生。课时数：八节课。

（1）教学目标：通过观察，说出计算机硬件的名称与型号；利用手机与二维码移动学习网站，获取计算机硬件的性能及组装流程；区别计算机硬件各部件兼容性的不同；将收集的资料进行整理、筛选，并制作成小组报告发表；利用手机简报、摄像功能与同学共同分享讨论学习心得。

（2）教学准备工具：

a.具备三十万画素以上的相机，以及具有二维条形码读取功能的智能型手机；

b.计算机硬件数据的二维码标示；

c.搜集计算机硬件数据，并整理制作成网页材料；

d.学生交互、讨论与分享网站；

e.手机操作教学简报；

f.课程流程讲解简报。

2 教学流程的六个步骤：

（1）教师课堂讲授来认识计算机各硬件基本功能与构造；

（2）学习使用移动设备和移动学习平台，学生练习拍摄、译码、传输数据等；

（3）实际观察计算机硬设备，根据提供的教材，使用手机拍摄设备上的二维码，链接学习网站获取计算机硬件的功能及组装流程；

（4）学生将搜集到的计算机硬件及组装的数据进行整理分类，将符合小组主题的数据储存并制成标题文件放置于网页上，方便今后的下载与分享，并由学生轮流向全部同学进行报告；

（5）小组互相评价，参照资料内容（70%）、报告流畅度（30%）评价分数，教师将各个小组互评表的分数平均后，占总成绩的60%，其余的40%分数为教师评分；

（6）教师补充讲解各小组内容，并进行讲评。

六 结论及未来研究

移动学习一直是学习领域所研究的一个方向，本研究主要是利用无线网络环境结合QR Code二维码技术来创设移动学习平台，提供用户操作的便捷性以及提高学习成效，并以问卷的方式来评价教学的效果与二维码使用效能。本研究在教学内容方面仍有可扩展的空间，目前只针对计算机硬件方面组织教学，未来可以寻求形式更为多元化的教材加入补充。

参考文献

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[10] Frazier, D.M. & Paulson,F.L.How portfolio motivate reluctant writers[M]. Better Student Portfolios, 1992, 85(10): 792-794.

Research of Mobile Learning Platform Based on QR Code

――Discussion of Computer Hardware Teaching

ZHANG Hao-feng XING Hai-feng ZHU Yuan-pei

(College of Physics and Information Engineering, Henan Normal University, Xinxiang,Henan 453007, China)

Abstract: A mobile learning platform based on QR code is provided. The design concept is using QR code owing the property of feasible access to achieve the mobile learning. In addition, the teachers can analyze the portfolio of a user to understand and improve the learning effectiveness of the user. The platform contains client-side and server-side subsystems. The functions of login, browsing, information upload and QR code encode/decode are containing in the client-side subsystem. The server-side subsystem mainly contains the mobile learning management system. The features of the platform are carrying out the mobile learning for users by mobile devices and promoting the learning effectiveness by the personalized and collaborative learning for users.

Keywords: QR code; mobile learning; collaborative learning; learning portfolio

基金项目：本文得到河南省软科学项目“基于网络的学习设计平台和案例的研究与开发”（编号：072400420190）的资助。

收稿日期：2011年2月25日