汪萍,余成發(fā),張鵬
基于物聯(lián)網(wǎng)手機APP模式的智能化虛擬課堂平臺設計
汪萍,余成發(fā),張鵬
本文秉承“知行合一”的原則,針對高校數(shù)字教育信息智能化、移動化的教學管理服務需求,從校園APP的基本概念入手,從研究背景、設計思路、功能板塊等方面,通過真實有效的數(shù)據(jù)調(diào)研分析和科學的研究來探討滿足廣大師生課堂學習管理需求的APP框架設計,更好地為師生提供高效便捷的信息化服務。
物聯(lián)網(wǎng);APP;虛擬課堂
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展,移動網(wǎng)絡應用環(huán)境的日趨成熟,智能手機已成為人們?nèi)粘I钪械谋夭豢缮俚脑??;ヂ?lián)網(wǎng)技術引領了4G網(wǎng)絡時代的到來,使用者可以從隨身攜帶的手機中獲取海量的信息,并體驗到更多的內(nèi)容。2014年,在教育部和相關部門聯(lián)合印發(fā)的《構(gòu)建利用信息化手段擴大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面有效機制的實施方案》中,為未來6年的中國教育信息化繪制了一幅清晰的藍圖,即未來高校90%以上師生將擁有實名網(wǎng)絡學習空間,開放性大學100%的師生將擁有實名網(wǎng)絡學習空間。
當前高職課堂呈現(xiàn)出非常明顯的問題:傳統(tǒng)課堂是知識課堂和技能課堂的組合,“知識課堂”即學生在課堂中學習理論知識,“技能課堂”是到實訓室學習技能操作?!爸R+技能”的教學模式最大的問題在于,分割了知識與技能傳授和學習的完整性,導致教師的理論教授和學生的生產(chǎn)型實踐嚴重脫節(jié)。
移動終端(mobileterminal)和互聯(lián)網(wǎng)(Internet)這兩個革命性平臺,加速了信息化進程,也改變了當今每個人的基本生活方式。物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動網(wǎng)絡技術、大數(shù)據(jù)分析、智能技術的快速發(fā)展,使課堂再也不能僅限于知識與技能的單邊、脫節(jié)的傳授,而應是使用智能化手段,實現(xiàn)“教學過程與生產(chǎn)過程”的無縫融合,實現(xiàn)物理課堂與虛擬課堂的完美對接。重構(gòu)課堂環(huán)境,打破時間和空間的限制,創(chuàng)建適合現(xiàn)代高職學生學習和教師教授的新型智能化環(huán)境是解決上述問題的關鍵。
教育主管部門呼吁教育數(shù)字化、智能化,而數(shù)字化、智能化教育的基本單位就是智能化課堂。構(gòu)建一個智能化的虛擬教學環(huán)境,讓教學管理趨于人性化、智能化和數(shù)字化,成為連接物理課堂與虛擬課堂的平臺,是高職教育信息化發(fā)展到一定階段的必然趨勢和選擇。
這個平臺應在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下搭建,借助物聯(lián)網(wǎng)技術,建立后臺數(shù)據(jù)庫,通過手機APP終端實現(xiàn)互動,通過大數(shù)據(jù)分析并監(jiān)控學生入口及流量。將手機終端分成兩大塊,分別是教師端APP和學生端APP,首次登錄時,教師用工號登錄,學生用學號登錄。
智能化虛擬課堂主要包括硬件和軟件兩方面的技術。硬件方面技術包括網(wǎng)絡架構(gòu)及互聯(lián)技術;軟件方面技術主要指各主體間的信息傳輸、控制及信息推理等技術。
(一)網(wǎng)絡架構(gòu)設計
物聯(lián)網(wǎng)的感知層是指數(shù)據(jù)的采集,主要由計算機終端、讀寫器、RFID和手機終端組成,它有采集學生及教師的信息、傳輸生產(chǎn)一線的操作視頻、實時采集課堂環(huán)境參數(shù)等功能;網(wǎng)絡層是將采集到的數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)存儲服務器中;應用層則通過智能化虛擬課堂平臺的管理軟件來處理數(shù)據(jù),將反饋信息和預警信息等推送到不同客戶端,最終實現(xiàn)智能化管理與監(jiān)控。
(二)軟件功能設計
在新生入學或老生報到時,借助RFID技術進行學生詳細信息的錄入,以便進行日??记诓僮?。它能解決教學管理工作中煩瑣的統(tǒng)計匯總工作問題。教學過程中的教學資源,也可以通過此平臺實現(xiàn)真正的立體化,學生可以通過資源共享、虛擬課堂等欄目觀看生產(chǎn)一線的操作視頻和動畫仿真演示或?qū)W習理論知識等內(nèi)容,通過手機APP終端實現(xiàn)師生交流與交互。
課后,學生可通過手機APP終端實時地對本節(jié)課教師的上課質(zhì)量進行評價,及時反饋教學效果。它解決了傳統(tǒng)教學質(zhì)量評價體系中,一學期集中組織學生網(wǎng)絡評教一次呈現(xiàn)出的反饋教學不及時問題,且需要大量的工作人員組織安排。借助物聯(lián)網(wǎng)技術的教學質(zhì)量評價體系,具有操作方便、反饋及時等優(yōu)點。在聽課環(huán)節(jié),學校領導或督導人員也可以通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)直接完成聽課、檢查等工作,這方便了每學期都要開展的期初、期中教學檢查等工作,能真實地反映教師每一節(jié)課的教學情況。
(三)智能化虛擬課堂軟件功能
第一、信息收集模塊。教師、學生、教務處管理員等均以不同身份登錄系統(tǒng),且分別有不同的權限。領導、督導或其他教師可以通過網(wǎng)絡方式聽課,了解教學情況;學生實時評教能夠及時反映教學管理、教師當前教學中存在的問題;學生可以借助手機APP或計算機及時對教學內(nèi)容進行評價,實時反饋教師的教學信息;教務處可以對多數(shù)學生反映的問題進行統(tǒng)計,與教師就存在的問題進行溝通,并幫助其及時整改;課堂考勤則利用RFID技術實現(xiàn),并上傳至服務器,這樣就減輕了教學管理人員的工作量。
第二,資源共享模塊。教師可以利用平臺(課程共享資源庫)組織教學,學生利用豐富的資源進行360度立體學習,還可以突破時間和空間的限制,在課前、課中、課后進行全程知識、技能學習,同時憑借交互平臺來實時組織討論、測驗,系統(tǒng)地根據(jù)學生的學習情況自動給出學習情況診斷,并在教師的幫助下,規(guī)劃下一步學習方案。
第三,教學檢查模塊。領導、督導通過手機APP平臺聽課、學生借助平臺進行信息反饋、測評,對教師的教學水平進行綜合評價,并通過與質(zhì)量標準配套的評價表對教師的教學工作做全面、實時的評價。
第四,信息反饋模塊。通過手機APP對課堂信息進行采集、分析和處理,實現(xiàn)課堂信息的自動推送,根據(jù)不同用戶的需求,將課堂信息發(fā)送給不同用戶。例如,輔導員可以實時了解學生的出勤情況與課上的表現(xiàn);教務處可以檢查每天的教學運行情況;各系也可以通過系統(tǒng)后臺核查學生的學習狀態(tài)等信息;督導可以了解教師的教學情況和學生的學習反饋等。
圖1 虛擬課堂平臺功能模塊
平臺功能模塊如圖。師生可以在此信息交互共享平臺上進行各種學習交流,實現(xiàn)互動教學、課堂討論、學習資源共享等。功能模塊可以分為互動教學、資源共享、學生考勤和實時教學反饋等。教師端APP可以完成虛擬課堂的搭建,學生可以加入進來,類似于微信的群聊或公眾賬號,在其中可以實現(xiàn)智能化虛擬課堂的設計、課件的共享、學生的考勤和日常的管理等;學生端APP可以與教師同學進行實時互動,在虛擬課堂中可以實現(xiàn)臨時組隊即團隊合作和作業(yè)上交、資料上傳或下載、課前報道、課后實時評課等。還可以進行學習資料、學習經(jīng)驗或精神情感等這三個方面的交流與互動。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的成熟,手機APP應用的普及,本項目將對學生使用智能手機APP的行為進行分析,借助學生對智能手機的依賴與迷戀因素,基于物聯(lián)網(wǎng)探索虛擬課堂平臺的設計與搭建。該平臺通過手機APP終端可以實現(xiàn)對課堂的全面數(shù)字化管理,建立虛擬班級,師生可以進行各種交流。在課堂中學生可以利用智能傳感器搭建項目,提高思考問題的專注力、發(fā)現(xiàn)問題的思考力、構(gòu)思的創(chuàng)新想象力、解決問題的創(chuàng)造力。教師可以通過圖片、視頻設計等進行課堂導入,在輕松愉悅的教學氛圍中完成教學任務。學生可以利用團隊協(xié)作的方式來進行學習與創(chuàng)作,使得利用物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教育的課堂內(nèi)充滿激情和興致,解決傳統(tǒng)課堂形式單一,教學方式陳舊,學生學習興趣不濃,教師授課吃力,課堂效果不好等問題。
本設計基于物聯(lián)網(wǎng)手機APP的虛擬課堂平臺分為前臺和后臺兩部分,前臺設計為虛擬課堂手機APP客戶端,后臺設計為教務管理網(wǎng)站服務器端。
(一)前臺虛擬課堂手機APP客戶端的主要功能
手機APP客戶端的用戶設定為學生和教師,用戶需要下載虛擬課堂apk安裝包進行安裝,然后進行賬戶注冊與登錄。學生與教師的角色設定決定了其所使用的系統(tǒng)功能的不同。學生注冊賬戶并登錄系統(tǒng)后,可以查看課件、評價所學課程、課堂討論、查看所學課程;教師登錄系統(tǒng)后,可以選擇所教課程,上傳課件、查看課程評價、參與課堂討論、查看所教課程及課件。手機APP客戶端主要功能有:
1.教師端手機APP。
(1)用戶登錄:教師需要在后臺通過管理員審查后注冊賬戶,輸入用戶名密碼即可登錄系統(tǒng)。
(2)選擇課程:教師通過選擇課程確定自己所教授課程。
(3)上傳課件:教師確定所教授課程后,選擇與課程有關的課件并確認上傳。
(4)查詢課程:通過手機APP登錄后的所有用戶均模糊查詢所有系統(tǒng)中已有的課程及其課件。
(5)課堂討論:學生就課程內(nèi)容進行討論和留言提問后,由教師進行分析和解答。
(6)查看所教授課程:教師可以在個人中心查看自己所教授課程與課件,并進行管理。
2.學生端手機APP。
(1)用戶注冊與登錄:學生用戶在首次使用系統(tǒng)時,需要注冊用戶,然后登錄系統(tǒng)。
(2)選擇課程:學生可以在課程列表頁面選擇任意已有課程學習。
(3)查詢課程:通過手機APP登錄后的所有用戶均模糊查詢所有系統(tǒng)中已有的課程及其課件。
(4)課程討論:學生在完成某一課程后,進行討論和留言提問。
(5)查看所學課程:學生可以在個人中心查看自己已經(jīng)學過或正在學習的課程,并進行管理。
(6)課程評論:學生在完成某一課程后,對課程和教師進行評論。
(二)后臺教務管理系統(tǒng)服務器端的主要功能
系統(tǒng)后臺服務器端的用戶設定為管理員(教務管理員、督導組老師等),管理員通過教務管理網(wǎng)站登錄系統(tǒng)后,可以進行用戶管理、課程管理、查看課程評價、課件管理、實時查課、在線聽課。
1.用戶管理:權限設定為管理員可使用,管理員登錄系統(tǒng)后可以添加、更改教師或管理員賬戶,刪除任意用戶。
2.課程管理:權限設定為管理員可使用,確定課程分類,添加課程,刪除課程。
3.查看課程評價:權限設定為管理員可使用,查看學生對課程的課程評價反饋,并作出處理。
4.課件管理:權限設定為管理員可使用,查看課件內(nèi)容,并可刪除任意不符合規(guī)定的課件。
5.實時查課:權限設定為管理員(校領導)可使用,管理員可以打開任意教室(真實教室)的監(jiān)控設備,以第三人稱視角,查看課堂的實時情況。
6.在線聽課:權限設定為管理員(督導組老師)可使用,管理員可以第一人稱視角,進入任意教室(3D虛擬教室)體驗虛擬課堂,并實時聽課和評估。
(三)系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)
本設計的實現(xiàn),需要使用物聯(lián)網(wǎng)相關技術,通過無線網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)將智能手機,電腦PC,服務器,監(jiān)控器和投影儀等設備相連接,進行信息收集與反饋,實現(xiàn)虛擬課堂的管理與監(jiān)控。網(wǎng)絡構(gòu)架如下圖所示。
圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)架圖
利用物聯(lián)網(wǎng)技術以及移動物聯(lián)技術開發(fā)的智能化虛擬課堂實現(xiàn)了物理課堂與虛擬課堂平臺的互聯(lián),打破了時間與空間的限制,實現(xiàn)了移動實時交互教學、評教、交流和互動,方便學生隨時隨地進行學習,有利于提升他們的學習興趣和積極性,是教育領域的一項大膽嘗試。為了驗證本項目的可行性,經(jīng)過學院審批,該平臺已在安徽新聞出版職業(yè)技術學院廣告媒體開發(fā)專
業(yè)的廣告音效設計課程中進行了初步測試。測試結(jié)果表明,學生非常喜歡這種新穎的學習互動模式,學習效率有效提升。同時,它解決了當前傳統(tǒng)課堂中學生不聽課只是低頭玩手機的現(xiàn)狀,讓手機成為課堂的必需品,有效地輔助了教學活動,讓學生學習興趣濃厚,課堂活躍,資源能實時共享,學習交流不受限,提升了教師的授課效果,這不失為一種教育教學創(chuàng)新改革的好辦法,值得各高校研究與推廣。
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責任編輯:郭一鶴
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1671-6531(2017)04-0058-04
*安徽省教育廳省級質(zhì)量工程項目“基于物聯(lián)網(wǎng)手機APP模式的虛擬課堂平臺設計與搭建”(2015jyxm642);安徽省高等學校自然科學研究項目“基于物聯(lián)網(wǎng)的手機APP智能化校園管理平臺的設計與實現(xiàn)”(KJ2016A317)
汪萍/安徽新聞出版職業(yè)技術學院講師(安徽合肥230601)。