安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系 羅青青 陳又佳

基于物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系 羅青青 陳又佳

針對傳統(tǒng)的教學(xué)監(jiān)控存在的問題，設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)中的ZigBee技術(shù)進(jìn)行硬件設(shè)計，并對系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計，系統(tǒng)實現(xiàn)了更有效、全面監(jiān)控教學(xué)，并實現(xiàn)了將學(xué)生每次上課的出勤情況及時反饋給學(xué)生家長的功能。

物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)監(jiān)控；ZigBee

近年來，隨著教育模式不斷擴大，高等教育的教學(xué)質(zhì)量越來越重要，為了保證教學(xué)達(dá)到預(yù)期的目的，就需要對教學(xué)的全過程進(jìn)行檢查、評價和反饋。目前，很多高校的課堂教學(xué)質(zhì)量仍然停留在手工統(tǒng)計數(shù)據(jù)和手工計算分析監(jiān)控課堂教學(xué)的層次上，因此要投入大量的人力物力，且學(xué)生家長因沒有及時得到學(xué)生的出勤情況而不能及時監(jiān)督學(xué)生［1-3］。

上述這些缺點的存在，表明傳統(tǒng)的教學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)已不能有效監(jiān)控教學(xué)，物聯(lián)網(wǎng)具有全面感知、可靠傳遞、智能處理等特點，為實現(xiàn)教學(xué)監(jiān)控提供了可能。本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠更全面、有效反映教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，以便教學(xué)監(jiān)管部門監(jiān)控、調(diào)節(jié)教學(xué)，并且及時反饋給學(xué)生家長每次課學(xué)生的出勤情況。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計方案

該系統(tǒng)的功能包括課堂教學(xué)監(jiān)控、學(xué)生考勤監(jiān)控和教學(xué)反饋。課堂教學(xué)監(jiān)控包括對教師上課圖像采集和聲音采集。學(xué)生考勤監(jiān)控包括：利用RFID技術(shù)進(jìn)行學(xué)生的身份識別，以便實現(xiàn)快速上課考勤。教學(xué)反饋包括學(xué)校對教師教學(xué)評價和對學(xué)生上課情況評價，利用云服務(wù)器將教師上傳的備課資料及課堂教學(xué)監(jiān)控信息進(jìn)行處理，學(xué)校對教師進(jìn)行教學(xué)評價，并將學(xué)生考勤結(jié)果通過移動通信方式將信息發(fā)送給曠課學(xué)生的家長手機。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)是由監(jiān)控模塊、網(wǎng)關(guān)、云服務(wù)器和信息處理模塊構(gòu)成。監(jiān)控模塊為無線傳感網(wǎng)絡(luò)，包括課堂教學(xué)監(jiān)控模塊和學(xué)生考勤監(jiān)控模塊。

學(xué)生考勤監(jiān)控模塊、課堂教學(xué)監(jiān)控模塊與網(wǎng)關(guān)間通信均采用ZigBee的無線通信方式［4，5］。信息處理模塊通過Internet訪問云服務(wù)器。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

課堂教學(xué)監(jiān)控模塊是由圖像采集模塊和聲音采集模塊構(gòu)成；圖像采集模塊是由攝像頭和攝像控制模塊構(gòu)成；聲音采集模塊是由麥克風(fēng)和錄音模塊構(gòu)成。攝像頭與攝像控制模塊電連接。

學(xué)生考勤監(jiān)控模塊是由RFID閱讀器、顯示器模塊、控制模塊及發(fā)聲模塊構(gòu)成。顯示器模塊與控制模塊電連接，RFID閱讀器與控制模塊電連接，發(fā)聲模塊與控制模塊電連接。

信息處理模塊是由教學(xué)評價終端及學(xué)生考勤終端構(gòu)成。學(xué)生考勤終端含GSM/GPRS模塊，學(xué)生考勤終端和家長手機終端間通過移動通信方式通信。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

當(dāng)教師通過教師機登錄云服務(wù)器輸入授課教師姓名、課程名稱及章節(jié)時，學(xué)生通過刷卡進(jìn)入到教室上課，RFID閱讀器讀取卡信息，控制模塊控制顯示器模塊顯示學(xué)生學(xué)號、姓名及刷卡時間，控制模塊保存考勤信息，發(fā)聲模塊模擬人聲報出學(xué)生姓名。課堂教學(xué)監(jiān)控模塊對教師上課情況進(jìn)行監(jiān)控，麥克風(fēng)放大教師聲音，圖像采集模塊采集教師上課期間的視頻信息，并且錄音模塊對教師上課內(nèi)容進(jìn)行錄音。

學(xué)生考勤監(jiān)控模塊及課堂教學(xué)監(jiān)控模塊將采集的信息以ZigBee的無線通信形式發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過WLAN將數(shù)據(jù)發(fā)送至云服務(wù)器。云服務(wù)器已提前存儲了學(xué)生請假信息、課程表及教師上傳的課件、課程教案等備課資料。云服務(wù)器將學(xué)生考勤監(jiān)控信息及學(xué)生的請假信息進(jìn)行處理，學(xué)生考勤終端可通過Internet訪問云服務(wù)器，學(xué)生考勤終端可通過移動通信方式將信息發(fā)送給曠課學(xué)生的家長手機。云服務(wù)器將課堂教學(xué)監(jiān)控信息及教師上傳的備課資料進(jìn)行處理，教學(xué)評價終端可通過Internet形式訪問云服務(wù)器。

4.結(jié)論

針對很多高校的課堂教學(xué)質(zhì)量還停留在手工統(tǒng)計數(shù)據(jù)、手工計算分析監(jiān)控課堂教學(xué)的層次上，本文設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集監(jiān)控信息，實現(xiàn)了更有效、全面監(jiān)控教學(xué)，并實現(xiàn)了將學(xué)生每次上課的出勤情況及時反饋給學(xué)生家長的功能。

［1］Martin Trow.Problems in the Transition from Elite to Mass Higher Education［C］.Conference on Future Structures of Post-Secondary Education，2006，（06）：21-25.

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［5］汪濤，謝志軍.基于WSN的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.無線電通信技術(shù)，2015（02）.

羅青青（1987-），女，2012年安徽師范大學(xué)光學(xué)碩士畢業(yè)，安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。

安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項目“基于物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)的研究”階段性成果（項目編號：2015KYZ05）；安徽省省級質(zhì)量工程重點項目：高職高專物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究（2013YXM417）；安徽省特色專業(yè)項目（2015tszy070）；安徽省專業(yè)綜合改革試點項目（2015zy118）；高校人文社會科學(xué)研究重點項目“安徽省高職高專院校自主招生的問題與對策研究”（編號：SK2016A0536）。