摘? 要：隨著教育信息化的不斷推進，智慧校園正在成為校園新的發(fā)展趨勢。學生考勤管理是建設智慧校園過程必須解決的普遍存在而又重要的課題。目前，不管是傳統(tǒng)的還是利用現代智能設備、技術設計的考勤方式都或多或少地存在一些問題。綜合考慮成本和效率，提出了一種將校園一卡通、智能電子設備和選座機器與管理系統(tǒng)相結合的方式全方位地進行學生考勤，有效的避免了學生缺勤，特別是虛假考勤的現象，提高了高校對學生的管理效率，從而有效地降低了學生在教學時段出現的一系列安全問題。

關鍵詞：教育信息化;學生考勤;智慧課堂;物聯網

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）09-0001-05

0? 引? 言

2010年7月，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確了國家的教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略：到2020年將基本建成覆蓋城鄉(xiāng)各級各類學校教育信息化體系，使教育往智能化、服務化、個性化和開放化等方向發(fā)展[1]。近年來興起的依托于物聯網技術的智慧校園正在逐步取代數字校園，成為現今校園信息化發(fā)展的趨勢。它通過整合物聯網、虛擬化和云計算等技術，構建出一個集科研、教學、生活、管理于一體的智能教育、學習和生活環(huán)境。教學是智慧校園建設中的一個重要組成部分，而課堂考勤作為教學中的一個重要環(huán)節(jié)，一直是學校亟待解決的難題。近年來，高校學生的安全問題日益凸顯，安全事故頻頻發(fā)生，而這些事故有相當一部分是發(fā)生在教學時段。安全問題無小事，學校除了運用行政手段加強安全教育外，確保學生的到課率也是一個重要舉措[2]。為了提高到課率，各大高校屢出奇招，其中最常規(guī)的手段是考勤。單單考勤方式也是五花八門，與時俱進，但或多或少都存在一些問題。

0.1? 人工點名

人工點名是最傳統(tǒng)也是目前最常用的考勤方式，通常是由任課老師、輔導員或者班干部輔以紙質點名表完成這項工作。但是人工點名方式存在的問題如下[3]：

（1）效率低下，老師需抽出一部分原屬于上課的時間用于點名。

（2）可靠性低，無法有效地避免學生代簽到的情況。

（3）缺勤信息匯總不及時，輔導員、家長、學校無法及時掌握缺勤學生的情況。

（4）缺勤信息記錄格式不統(tǒng)一，可利用率低。

0.2? 校園一卡通刷卡

輔以課堂管理系統(tǒng)，一卡通刷卡考勤方式解決了人工點名中缺勤信息記錄格式不統(tǒng)一的情況，也能夠將考勤信息及時傳送到相關人員手中，及時對問題做出應對[4]。但是，一卡通刷卡簽到最大的問題是無法解決代簽到的問題?？记跀祿恼鎸嵭?、可靠性較差。

0.3? 固定座位

教師沿用中小學時期的做法，給學生安排固定座位，可以較準確地獲知當堂課缺勤人員情況，但是大學教育是相對中小學時期而言較為自由的教育，長期固定座位的做法不利于學生間的自由選擇和交流。

0.4? 移動設備考勤

隨著智能機的廣泛應用，GPS定位技術發(fā)展已經非常成熟。移動設備考勤[5]方式借助移動設備的GPS定位功能，教師一鍵啟動中心設備，即可把考勤圈定在一個較小范圍內，通常是一棟教學樓或者一間小教室中，學生必須手持移動設備在中心范圍內才能正常簽到，否則系統(tǒng)后臺將把該生信息顯示為缺席。移動設備考勤方式極大地改進了簽到方式，提高了考勤效率。但是，隨著經濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，學生同時擁有兩部以上移動設備的比例不小，仍然無法很好地解決代簽到的問題。

0.5? 指紋考勤

指紋識別是生物識別技術的一種，它利用人體固有的生理特性進行個人身份的鑒定，由于每個人的生物特征的唯一性和穩(wěn)定性，相較于前面三種考勤方式，具有如下優(yōu)點：

（1）不會遺忘或者丟失。

（2）防偽性能較高，不容易偽造或盜用。

（3）隨時隨地可用。

但是，不易偽造不代表不能偽造，隨著技術的不斷發(fā)展，市面上出現了越來越多的自制的可攜帶指紋。復制的指紋雖然識別率不高，但仍然是可以用的。指紋的個體唯一性特征遭遇前所未有的挑戰(zhàn)。因此，指紋考勤仍然無法很好的解決學生的代簽到問題。

0.6? 虹膜考勤

虹膜識別技術也是生物識別技術的一種，具有和指紋識別考勤同樣的優(yōu)勢，甚至在相同情況下有更好的識別效果，但是，虹膜識別考勤較顯著的問題是成本較高，考勤機器體型較大。

以上各種考勤方式對比如表1所示。

1? 考勤管理設計

近年來，校園一卡通和智能手機已成為現代學生校園生活必帶的隨身物品，綜合考慮考勤成本和效率，本文采用校園一卡通結合移動設備的方式進行考勤管理設計，既不會給教師的教和學生的學帶來額外的沉重負擔，又能有效地解決現今普遍存在的虛假簽到現象。整體架構圖如圖1所示。

圖1中的智能手機、便攜式電腦和平板電腦等移動設備用于學生登錄考勤管理系統(tǒng)后在線選擇課程、教室和座位，已經選好座位的學生在上課之前到達教室用自己的一卡通到打卡機進行打卡確認后即可就座準備上課，尚未在線選擇座位的同學仍然可以在上課之前就近選擇一臺選座機進行教室、課程和座位的選擇和確認后準備上課。教師登錄考勤管理系統(tǒng)可以查看本次課程的實到人數，系統(tǒng)界面顯示的座位列表即為現場學生的實際座位表，一旦有刷卡代簽，人卻未實際到場的情況出現時，教師通過對比即可一眼看出，有效地避免了學生拿卡和手機代簽到現象的發(fā)生。具體流程如圖2所示。

2? 功能設計

校園一卡通是學生在學校生活中不可或缺、出行必備的物品，集個人身份、消費、簽到、安全等功能于一體。所以，本文設計的考勤方式不會給學生帶來額外的負擔。另外，手機和校園一卡通一樣已經成為學生出門必帶的物品。充分利用了現有的資源進行考勤，不僅降低了考勤成本，也提高了考勤效率。

2.1? 選座系統(tǒng)

由圖1和圖2可看出，本文設計的選座包含兩種方式：先選座后就座和先就座后確認座位。

2.1.1? 先選座后就座

學生通過智能手機等移動設備注冊通過后登錄系統(tǒng)在線選擇本時段所上課程、教師和所在教室的位置。系統(tǒng)中如果位置已被占用顯示為灰色，座位空閑則顯示為綠色。學生只能選擇顏色為綠色的座位。已選擇座位且已經到所在教室就座的學生姓名在系統(tǒng)中將顯示為綠色，已選座但未到所選位置就座或者未選座位的學生在系統(tǒng)中相應的姓名將顯示為紅色。

2.1.2? 先就座后確認座位

設計采用的設計思路為：感知層由HC-SR501和Arduino Uno組成的人體紅外感應模塊檢測座位上是否有人;連接層通過Internet進行數據的傳輸和交換;應用層即為本文所設計的考勤管理系統(tǒng)，如圖3所示。

HC-SR501是根據人體發(fā)出的特定波長10μm左右的紅外線（人體都有恒定的體溫，一般在37攝氏度，所以會發(fā)出這樣的紅外線）工作的。早期的解決辦法大都采用紅外線屏障傳感器輔助攝像頭的模式，主要工作原理是利用前方物體的反射確定是否有人。但是，這種方法存在缺陷，如果使用者提前離開或者用一個可以替代自身的障礙物放置在傳感器前面，傳感器并不能識別出前方到底是人還是物。所以，并不能達到解決虛假簽到的效果。本文在設計中采用的HC-SR501將判定規(guī)則聚焦于人而不是物，它比傳統(tǒng)的紅外屏障傳感器加攝像頭的感應模式更有優(yōu)勢，具體表現在：

（1）不需要攝像頭，降低了成本。

（2）解決了使用者在座位上放置其他物體代替本人的問題。

2.1.3? 選座機選座

學生課前若未通過移動設備選座或者忘記攜帶移動設備時還可以通過教學樓門口放置的選座機進行座位的選擇。參照航空公司航班座位選擇系統(tǒng)，本文設計的選座管理系統(tǒng)采用全景化的座位分布顯示，按座位實際布局在界面上直接顯示特定區(qū)域的座位狀態(tài)，空閑座位顯示為白色，其他不可選的座位都采用灰色顯示，學生可直觀、方便地點選座位，或轉到其他區(qū)域、樓層、教室的座位平面圖。

系統(tǒng)采用區(qū)域像素點坐標的定位方式，根據用戶所點擊位置的坐標，對應到相應的座位區(qū)域，從而可以定位各種形狀的座位布局，且不受座位方向的限制。具體如圖4所示。

另外，選座系統(tǒng)上實時座位使用情況數據需通過網絡與整個考勤管理系統(tǒng)連接，移動設備、Web和選座機器端同時運行，更好地為學生和教師提供便捷服務。

2.2? 移動設備簽到

微信小程序（Mini Program），是一種不需要下載安裝即可使用的應用，它實現了應用“觸手可及”的夢想，用戶掃一掃或者搜一下即可打開應用。也體現了“用完即走”的理念，用戶不用關心是否安裝太多應用的問題。應用將無處不在，隨時可用，但又無需安裝卸載。對于開發(fā)者而言，小程序開發(fā)門檻相對較低，難度不及APP，能夠滿足簡單的基礎應用。

待學生完成選座、刷卡確認，在選定位置就座后，課堂正式開始前，教師和學生同時搜索打開微信小程序端的考勤管理系統(tǒng)，利用LBS（Location Based Service）一鍵簽到功能。教師在上課時發(fā)布LBS簽到，設置簽到的范圍米數及簽到的時間范圍，學生在時間范圍內在指定的地點打開微信小程序簽到即為正常簽到，否則記為曠課、請假、遲到等狀態(tài)。使用界面如圖5、圖6和圖7所示。

所有的這些考勤記錄將保存到系統(tǒng)中作為教師、教務處、學校學生工作處實時監(jiān)測數據，管理用戶可以根據需要查看缺勤人員，及時了解并掌握他們的動態(tài)，對一些突發(fā)情況也能準確地做出應對。

3? 關鍵問題與技術難點

3.1? 關鍵問題

3.1.1? 響應時間

以一個有20000名師生的大學為例，同一個上課時間段有50%的學生需要選座位，總計為10000個訪問量，根據調查表明，課前十分鐘是集中訪問的高峰期，針對未通過移動設備選座的學生而設計的選座機器的響應時間問題是一個較大的挑戰(zhàn)。平均每一個學生在選座機器前面選擇教室所在區(qū)域、樓棟、教室編號、座位編號的操作時間若為1分鐘，那么，在上課前的高峰期，即課前十分鐘，一臺機器在10分鐘內只能完成10個學生的選座操作，勢必會造成較為嚴重的排隊現象，效率低下，所以，為了解決擁擠的問題，學校在使用上應大力宣傳引導學生自行通過網絡，不管是移動端或是Web端進行在線選座，選座機器只是為了方便網絡或者移動設備出現問題的情況而做的輔助準備。

3.1.2? 并發(fā)問題

引導學生、教師通過網絡方式在線選座和考勤后，問題就轉移到并發(fā)上了。所謂并發(fā)指的是在同一時刻與服務器進行了交互的在線用戶數量。并發(fā)用戶數量的統(tǒng)計的方法目前還沒有準確的公式，因為不同系統(tǒng)會有不同的并發(fā)特點。例如：OA系統(tǒng)統(tǒng)計并發(fā)用戶數量的經驗公式為使用系統(tǒng)用戶數量×（5%～20%）。對于這個公式沒有必要拘泥于計算的結果，因為，為了保證系統(tǒng)的擴展空間，測試時的并發(fā)用戶數量要稍微大一些，除非是要測試系統(tǒng)能承載的最大并發(fā)用戶數量。根據上面公式測算，在選擇座位的高峰時間段（課前十分鐘）假設會有2000人同時選座，系統(tǒng)要做的并發(fā)用戶數測試量為2000×20%=400人即可，這個可以通過軟件性能測試工具LoadRunner實現性能的模擬。

3.2? 技術難點與解決方案

3.2.1? 選座機

不管采用何種選座方式都必須事先對學校里所有可用的教室進行座位的編排和設計。大學不同于中小學，教室根據不同的專業(yè)有不同的設計思路，自然座位也會有不同的設置，如何對這些教室進行資料收集、分類和繪制是前期設計要進行的比較重要和繁瑣的工作。工作雖然繁瑣，但技術含量較低，在較短時間內就可以完成。

3.2.2? 數據傳送

實現對信息的采集只是第一步，如何將采集的數據及時有效地傳輸出去是第二關鍵步驟。本文選擇由HC-05和Arduino Uno搭建的藍牙通信網絡進行信息的傳輸，向下分別連接上面提到的人體紅外感應模塊和RFID讀卡模塊，向上協(xié)同以太網將底層采集的數據實時傳輸至后端數據庫，并將信息即時顯示在微信選座界面和Web選座界面實現信息由獲取到利用的連接。

4? 結? 論

考勤是課堂教學過程中重要的一部分，是教師期末評定成績的重要依據之一，是學生工作管理部門掌握學生學習情況、了解學生動態(tài)的重要手段。通過有效結合校園學生卡、移動設備、RFID和物聯網等技術，四位一體對學生進行多方位考勤，有效避免了學生無故曠課、遲到、早退等不良學習習慣的養(yǎng)成，迫使學生在教學時間段到教室去學習。只有保證了足夠的學習時間，學生才能有所收獲，才能學有所成。

參考文獻：

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作者簡介：鄭銀環(huán)（1984-），女，漢族，福建漳州人，就職于計算機科學與工程系，碩士，副教授，主要研究方向：高等學校教育、數據挖掘。