刁秀麗 田雨豐 宋正國(guó) 楊帆

摘 ?要： 為了提高教與學(xué)的效率，開(kāi)發(fā)了輔助教學(xué)的智能管理系統(tǒng)及移動(dòng)教育APP，文章詳細(xì)描述了該系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。系統(tǒng)基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過(guò)程、學(xué)生成績(jī)、作業(yè)提交及考勤情況等管理模塊，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的智能管理，極大地簡(jiǎn)化了日常教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的智能化和自動(dòng)化管理。

關(guān)鍵詞： 學(xué)習(xí)資源推薦; 教育APP; 智能教學(xué); 智能考勤

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C ? ? 文章編號(hào)：1006-8228（2020）01-109-04

Abstract： In order to improve the efficiency of teaching and learning， the intelligent management system and mobile education App for teaching assistant has been developed. In this paper， the function design of the system is described in detail. Using the mobile network， the system realizes management modules of teaching process， student achievement， homework submission and attendance checking， which realizes the intelligent management of teaching process， greatly simplifies the daily teaching activities， and realizes the intelligent and automatic management of teaching.

Key words： learning resource recommendation; educational App; intelligent teaching; intelligent attendance checking

0 前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展，網(wǎng)上教育與管理已成為現(xiàn)代教育與教學(xué)的研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，教師與學(xué)生之間關(guān)于學(xué)習(xí)信息的直接交流平臺(tái)還很少，一般是通過(guò)第三方社交軟件或網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行問(wèn)題交流、資料傳輸、任務(wù)布置，這不適應(yīng)于當(dāng)前移動(dòng)教育與智慧教育的發(fā)展。

隨著移動(dòng)應(yīng)用市場(chǎng)和移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展，APP也已逐漸融入人們的日常生活中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前市場(chǎng)上存在的校園APP數(shù)量已高達(dá)600多款，功能涉及到生活服務(wù)、校園資訊、交友互動(dòng)、信息查詢等方方面面。

然而，現(xiàn)有的校園APP普遍存在功能單一、水平良莠不齊、缺乏科學(xué)管理、不能滿足個(gè)性化需求等問(wèn)題，缺少特色突出的校園APP。為了適應(yīng)當(dāng)前教育教學(xué)的需要，充分發(fā)揮以校園教與學(xué)為主題的APP真正作用，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)集教與學(xué)管理于一體的智能管理系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生。

目前，高等學(xué)校的教與學(xué)過(guò)程大致存在以下問(wèn)題。

⑴ 教師和學(xué)生缺少必要的交流溝通，教師不能獲得學(xué)生對(duì)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題和學(xué)生對(duì)上課氣氛、進(jìn)度等的合適評(píng)級(jí)，所以無(wú)法及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，這樣會(huì)影響教學(xué)效率。

⑵ 日常作業(yè)的收發(fā)不及時(shí)，每次作業(yè)布置與提交都存在延期情況，且學(xué)生無(wú)法對(duì)作業(yè)情況得到準(zhǔn)確、及時(shí)的反饋。

⑶ 教師為了對(duì)教學(xué)進(jìn)行管理，考勤是必須環(huán)節(jié)，然而，教師每次上課考勤都會(huì)浪費(fèi)許多時(shí)間，且仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)學(xué)生準(zhǔn)時(shí)上課。

⑷ 教學(xué)過(guò)程的評(píng)價(jià)方法單一，而且教師統(tǒng)計(jì)學(xué)生成績(jī)復(fù)雜，且困難。日常成績(jī)、作業(yè)成績(jī)、考試成績(jī)分別記錄，進(jìn)行加權(quán)計(jì)算總成績(jī)時(shí)也成為了教師教學(xué)的一種負(fù)擔(dān)。

為了解決以上問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了“愛(ài)課”智能教與學(xué)管理系統(tǒng)。為了增加師生之間的交流與溝通，設(shè)計(jì)課后討論專(zhuān)區(qū)，教師可以看到學(xué)生對(duì)于這門(mén)課程的評(píng)價(jià)與反饋，方便教師及時(shí)正確的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。設(shè)計(jì)了上傳下載課件的功能，學(xué)生可以通過(guò)APP自主下載課件，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。通過(guò)線上提交作業(yè)，教師通過(guò)線上打分并且評(píng)價(jià)，這樣極大的節(jié)省時(shí)間。為了避免考勤浪費(fèi)時(shí)間，系統(tǒng)采取利用人臉識(shí)別的方法進(jìn)行簽到，利用語(yǔ)音功能自動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)名或者對(duì)缺勤情況利用相應(yīng)人工智能算法進(jìn)行隨機(jī)提問(wèn)以此來(lái)提高課堂效率。利用智能APP進(jìn)行上課打分、作業(yè)打分和考試打分，并將成績(jī)鏈接到學(xué)生相關(guān)的教學(xué)信息庫(kù)，有利于對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 系統(tǒng)功能

“愛(ài)課”教與學(xué)系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)課程學(xué)習(xí)、資源推薦以及學(xué)生成績(jī)、作業(yè)、考勤情況等信息進(jìn)行智能管理，并利用人臉識(shí)別、位置定位等技術(shù)實(shí)現(xiàn)學(xué)生考勤的一款移動(dòng)APP（如圖1、圖2所示）。借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教師互動(dòng)和教學(xué)內(nèi)容的管理，同時(shí)，也可以讓教師能夠更加智能的對(duì)學(xué)生情況進(jìn)行管理，“愛(ài)課”具有以下功能。

⑴ 系統(tǒng)功能齊全。對(duì)于教師和學(xué)生而言，可以在同一個(gè)APP內(nèi)實(shí)現(xiàn)個(gè)人信息管理、課程管理、成績(jī)管理以及日常生活服務(wù)等功能，避免在不同APP之間來(lái)回切換所帶來(lái)的時(shí)間耗費(fèi);教學(xué)管理系統(tǒng)不僅保證了程序運(yùn)行流暢，更方便其對(duì)內(nèi)容做及時(shí)更新，以及后期的數(shù)據(jù)安全維護(hù)工作?！皭?ài)課”系統(tǒng)所具備的學(xué)生考勤、任務(wù)發(fā)布、資料共享、學(xué)習(xí)簽到、成績(jī)查詢、生活服務(wù)等一系列豐富多樣的功能，如圖3所示。

⑵ 系統(tǒng)平臺(tái)提供及時(shí)有效的反饋信息。在系統(tǒng)平臺(tái)上，師生互動(dòng)時(shí)有助于提高學(xué)生主動(dòng)性的學(xué)習(xí)環(huán)境，及時(shí)有效的反饋信息能夠幫助學(xué)生調(diào)整原有知識(shí)并建構(gòu)新知識(shí)，避免傳統(tǒng)課堂教學(xué)中的“以教師為中心”，導(dǎo)致的學(xué)生主觀能動(dòng)性喪失，“愛(ài)課”系統(tǒng)的課程評(píng)論區(qū)為師生交流互動(dòng)搭建了一個(gè)良好的平臺(tái)，“我的消息”模塊使教師和學(xué)生能夠第一時(shí)間收到反饋。

⑶ 針對(duì)不同學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)資源推薦。根據(jù)教學(xué)應(yīng)該著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，“愛(ài)課”系統(tǒng)為學(xué)生推薦符合其現(xiàn)階段知識(shí)儲(chǔ)備與認(rèn)知能力的知識(shí)，同時(shí)又具有一定難度的學(xué)習(xí)資源，以此調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達(dá)到下一發(fā)展階段的水平，進(jìn)而形成一種良性循環(huán)。通過(guò)“愛(ài)課”教與學(xué)系統(tǒng)，教師可以針對(duì)不同類(lèi)型和認(rèn)知能力的學(xué)生布置不同難度的任務(wù)，學(xué)生也可以根據(jù)個(gè)人現(xiàn)有水平選擇適合自己的課程及下載相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料。

2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

“愛(ài)課”教與學(xué)管理系統(tǒng)，是利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生信息進(jìn)行智能管理，用戶模塊包括教師和學(xué)生用戶，其功能如圖4所示。系統(tǒng)功能包括教學(xué)系統(tǒng)、個(gè)人管理系統(tǒng)、系統(tǒng)維護(hù)管理和個(gè)人信息管理等模塊，如圖5所示。

教師登錄系統(tǒng)后可以發(fā)布課程，進(jìn)入個(gè)人課程頁(yè)面可以進(jìn)行本節(jié)課的課堂點(diǎn)名，管理和查看所教班級(jí)學(xué)生的出勤信息，參考出勤情況給出學(xué)生成績(jī)。教師模塊可以上傳教學(xué)資源，以供學(xué)生下載，并根據(jù)課程進(jìn)度作業(yè)布置。

教師課程模塊：教師可以發(fā)布課程，模塊中包含本課程的相關(guān)教與學(xué)管理功能，如上課點(diǎn)名、布置作業(yè)、上傳課件、成績(jī)?cè)龈?、考勤情況和刷臉考勤等。

課程資源：資源是對(duì)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)的一種表現(xiàn)。課程學(xué)習(xí)資源以文本和電子數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)知識(shí)內(nèi)容，其主要形式有視頻、音頻、課件、圖像、案例、試卷等。這些類(lèi)型的資源可以包含一個(gè)或多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

在人臉識(shí)別技術(shù)開(kāi)發(fā)上，利用webRTC技術(shù)和face++提供的人臉識(shí)別接口實(shí)現(xiàn)。通過(guò)攝像頭進(jìn)行人臉追蹤和檢測(cè)，對(duì)視頻中出現(xiàn)的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)截圖，然后利用Canvas繪圖技術(shù)以及face++提供的人臉信息將人臉邊框描繪出來(lái)，將影像實(shí)時(shí)繪制到屏幕，再利用face++接口來(lái)保存和訓(xùn)練，然后將圖像信息上傳與先前數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行比對(duì)，最后將識(shí)別率符合的信息返回，實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別打卡。

考勤模塊：上課考勤有順序點(diǎn)名和隨機(jī)點(diǎn)名兩種方式，順序點(diǎn)名就是按照學(xué)號(hào)的順序依次進(jìn)行點(diǎn)名;隨機(jī)點(diǎn)名就是隨機(jī)抽取一個(gè)數(shù)據(jù)。點(diǎn)名以語(yǔ)音播報(bào)的形式將文字轉(zhuǎn)換語(yǔ)音輸出，減輕了教師的上課負(fù)擔(dān)。教師可以進(jìn)行考勤評(píng)定，記錄考勤情況和上課表現(xiàn)，有已到、未到、遲到、請(qǐng)假和回答獎(jiǎng)勵(lì)幾個(gè)選項(xiàng)，數(shù)據(jù)會(huì)同步在考勤表中，實(shí)現(xiàn)與課堂點(diǎn)名情況的數(shù)據(jù)同步，便于統(tǒng)計(jì)學(xué)生的平時(shí)成績(jī)。

在語(yǔ)音點(diǎn)名技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，利用Webspeech接口實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音合成技術(shù)。Webspeech是web提供的語(yǔ)音接口，可以實(shí)現(xiàn)將指定內(nèi)容用語(yǔ)音形式播出，通過(guò)設(shè)定聲音模式，通過(guò)自動(dòng)加載和點(diǎn)擊播放兩種形式實(shí)現(xiàn)對(duì)人名的實(shí)時(shí)語(yǔ)音播放，以實(shí)現(xiàn)上課考勤。

作業(yè)模塊：當(dāng)教師點(diǎn)擊“布置作業(yè)”后，會(huì)彈出一個(gè)發(fā)布作業(yè)的對(duì)話框，根據(jù)提示進(jìn)行作業(yè)布置，設(shè)置作業(yè)的開(kāi)始時(shí)間與截止時(shí)間。

課件模塊：教師點(diǎn)擊“上傳課件”，可以上傳本地相關(guān)教學(xué)資源文檔。

成績(jī)統(tǒng)計(jì)模塊：教師可以根據(jù)實(shí)際情況，更改選修這門(mén)課的學(xué)生成績(jī)，進(jìn)行學(xué)生成績(jī)管理。

學(xué)生用戶提交身份信息進(jìn)行注冊(cè)，在進(jìn)行登錄后可以查看并下載教師用戶上傳的教學(xué)資源，可以對(duì)課程評(píng)論進(jìn)行回復(fù)或評(píng)論和查看作業(yè)、提交作業(yè)、添加學(xué)習(xí)計(jì)劃或者提醒任務(wù)，并且設(shè)置完成時(shí)間，可以查看本課程的相關(guān)成績(jī)。

學(xué)生課程模塊：學(xué)生隨意選擇一門(mén)課點(diǎn)擊進(jìn)去，學(xué)生可以了解課程的有關(guān)信息和課件下載等。在詳情欄展示了該門(mén)課的詳細(xì)信息，比如授課教師、開(kāi)課時(shí)間、學(xué)分、學(xué)時(shí)等。評(píng)論欄和問(wèn)答欄為學(xué)生之間的交流提供學(xué)習(xí)平臺(tái)，學(xué)生之間可以進(jìn)行互動(dòng)交流、問(wèn)答或進(jìn)行課程評(píng)價(jià)。

資源推薦：為了實(shí)現(xiàn)因材施教，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，系統(tǒng)平臺(tái)在個(gè)性化推薦技術(shù)理論指導(dǎo)下，根據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)記錄的學(xué)生行為大數(shù)據(jù)中的行為模式、學(xué)習(xí)者屬性等特征，進(jìn)行學(xué)習(xí)資源推送。同時(shí)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和知識(shí)內(nèi)容的掌握狀態(tài)數(shù)據(jù)，優(yōu)化學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)路徑，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)資源自下而上的進(jìn)行推薦，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率。

任務(wù)模塊：為了規(guī)劃自己的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生可以在此模塊添加任務(wù)，并設(shè)置任務(wù)完成時(shí)間;也可以進(jìn)行任務(wù)列表管理，刪除已完成的任務(wù)，讓學(xué)習(xí)變得更有計(jì)劃、更高效。

個(gè)人模塊：學(xué)生可以對(duì)自己的作業(yè)、所學(xué)科目的成績(jī)以及自己參加討論的回復(fù)等內(nèi)容進(jìn)行管理。

周邊模塊：為了方便學(xué)生的日常生活和娛樂(lè)，此模塊可以推薦周?chē)拿朗澈途皡^(qū)，并進(jìn)行路線規(guī)劃，查看相關(guān)地點(diǎn)的信息等。系統(tǒng)通過(guò)高德地圖提供的路線規(guī)劃地圖，地點(diǎn)搜索、自動(dòng)尋路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)尋路，通過(guò)對(duì)周?chē)P(guān)鍵詞搜索，將周?chē)闲畔?biāo)點(diǎn)，然后通過(guò)web將目標(biāo)點(diǎn)的圖片和相關(guān)信息顯示出來(lái)。

3 結(jié)束語(yǔ)

“愛(ài)課”智能教與學(xué)管理系統(tǒng)APP實(shí)現(xiàn)了個(gè)人信息管理、課程管理、學(xué)習(xí)資源推薦、成績(jī)管理以及日常生活服務(wù)等功能，并在學(xué)生考勤、任務(wù)發(fā)布、資料共享、學(xué)習(xí)簽到、成績(jī)查詢、生活服務(wù)等一系列功能等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的智能性和自動(dòng)化管理。

目前，移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)的提升以及人工智能和大數(shù)據(jù)分析等新興技術(shù)的發(fā)展教育類(lèi)APP提出了更高的要求，在教學(xué)資源方面提供數(shù)量巨大的課程資源，并將資源進(jìn)行碎片化管理。在學(xué)習(xí)者信息管理方面，增加學(xué)生大數(shù)據(jù)處理功能，分析學(xué)習(xí)者特點(diǎn)，構(gòu)建學(xué)習(xí)者動(dòng)態(tài)模型，從而實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)教育APP系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)。

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