王振亞

摘 ?要： 為實(shí)現(xiàn)高校體育課程的智能化管理，采用面向服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，構(gòu)建包括用戶端、客戶端、應(yīng)用端等5個(gè)方面的體育課程管理系統(tǒng)。在應(yīng)用端通過(guò)教師排課模塊和學(xué)生選課模塊實(shí)現(xiàn)排課和選課，教師采用互動(dòng)交流模塊中在線論壇查看帖子和發(fā)布帖子的方式，同學(xué)生交流體育課程信息，并在線輔導(dǎo)學(xué)生;通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)端中基于物聯(lián)網(wǎng)體育課程信息管理模型，結(jié)合信息感知功能整合分析體育課程管理信息資源，將整合結(jié)果經(jīng)過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳送給體育課程管理公共信息服務(wù)器，使信息數(shù)據(jù)有效性共享，并將該數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳送給體育信息查詢平臺(tái)，為教師和學(xué)生提供查詢依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可全面呈現(xiàn)出體育課程項(xiàng)目、時(shí)間、學(xué)分等教師排課內(nèi)容，有效監(jiān)測(cè)學(xué)生選課情況，分析體育課程數(shù)據(jù)的查全率和查準(zhǔn)率都高于95%。

關(guān)鍵詞： 課程管理系統(tǒng); 體育課程; 物聯(lián)網(wǎng); 排課; 選課; 在線輔導(dǎo)

中圖分類號(hào)： TN02?34; TP393 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2020）07?0086?04

Design of physical education curriculum management system based on Internet of Things

WANG Zhenya

（China Pharmaceutical University， Nanjing 211198， China）

Abstract： In order to realize the physical education curriculum intelligent management in universities， the service?oriented Internet of Things （IOT） architecture is adopted to construct a physical education curriculum management system which includes the user terminal， the client terminal， the application terminal， etc. In the application terminal， the course scheduling and selection are carried out by the teachers′ course scheduling module and the students′ course selection module respectively. The teachers use online forum in the interactive communication module to view and publish the posts， exchange information of the physical education curriculum with students and tutor the students online. In combination with the information perception function， the information resources of physical education curriculum management are integrated and analyzed by infrastructure and the IOT?based physical education curriculum information management model in the service terminal. The integrated results are transmitted to the public information server of physical education curriculum management by IOT to implement the validity sharing of information data， and then the data are transmitted to the physical education information inquiry platform by IOT to provide inquiry basis for the teachers and students. The experimental results show that the system can fully present the scheduling contents， such as the item， duration and credit of the physical education curriculum， effectively monitor the information on students′ course selection， and analyze the recall ratio and precision ratio of the physical education curriculum data， which are all above 95%.

Keywords： curriculum management system; physical education curriculum; IOT; course scheduling; course selection; online tutorship

0 ?引 ?言

體育的本質(zhì)作用是強(qiáng)身健體，派生作用是教育。近年來(lái)各高校規(guī)模漸漸擴(kuò)大，高校內(nèi)的各個(gè)專業(yè)、班級(jí)的學(xué)生數(shù)量都在增加，與學(xué)生選課相關(guān)的信息量也在增加[1?3]。由于現(xiàn)有教學(xué)模式智能化欠缺，因此，整個(gè)體育課程的選擇過(guò)程都要靠復(fù)雜的人工操作完成，造成工作量大、效率低、易出錯(cuò)，且存在重復(fù)工作的現(xiàn)象。

傳統(tǒng)體育網(wǎng)絡(luò)課程管理系統(tǒng)多以靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和靜態(tài)資源方式構(gòu)建，但基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下體育課程管理系統(tǒng)，則是直接面對(duì)實(shí)際體育課程教學(xué)，并實(shí)現(xiàn)課堂實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。將物聯(lián)網(wǎng)概念應(yīng)用在體育課程管理領(lǐng)域中，可賦予該領(lǐng)域更多的“智能”元素，完成體育課程數(shù)據(jù)的相互交換以及協(xié)作。基于物聯(lián)網(wǎng)的體育課程管理系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)體育教育的智能化管理具有重要應(yīng)用價(jià)值[4?6]。本文依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以高校體育課程的智能化管理作為研究載體，設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的體育課程管理系統(tǒng)[7]，為實(shí)現(xiàn)運(yùn)用先進(jìn)信息化手段輔助體育教學(xué)提供了一種新的嘗試。

1 ?體育課程管理系統(tǒng)框架

以體育課程智能化管理為目標(biāo)，采用面向服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的體育課程管理系統(tǒng)架構(gòu)。該架構(gòu)包括用戶端、客戶端、應(yīng)用支撐端、應(yīng)用端、基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)端，基于物聯(lián)網(wǎng)的體育課程管理系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

在圖1中可知，基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)端管理體育課程信息資源，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將信息反饋給應(yīng)用端，應(yīng)用端依據(jù)信息完成體育課程排課、選課、信息交流，同時(shí)應(yīng)用支撐端為應(yīng)用端提供支撐服務(wù)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將應(yīng)用端的體育課程管理結(jié)果通過(guò)客戶端的PC瀏覽器、手機(jī)瀏覽器等交互界面反饋給用戶端的教師和學(xué)生，為教師和學(xué)生合理的排課、選課提供服務(wù)。

系統(tǒng)用戶端為學(xué)生和教師。學(xué)生和教師通常使用PC瀏覽器、手機(jī)瀏覽器、平板瀏覽器或者觸摸屏作為客戶端，瀏覽和設(shè)置系統(tǒng)中的體育課程。該系統(tǒng)內(nèi)在的應(yīng)用支撐端包含事務(wù)處理、Internet、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)絡(luò)間協(xié)議、XML交換以及數(shù)據(jù)引擎，聚合這些信息資源，通過(guò)統(tǒng)一的訪問(wèn)入口[8?9]，提供一個(gè)支持信息訪問(wèn)、傳遞以及協(xié)作的集成化環(huán)境，使師生可以瀏覽體育課程管理方面相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，依據(jù)該關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)處理體育課程管理的相關(guān)內(nèi)容。應(yīng)用端包含教師排課模塊、學(xué)生選課模塊、學(xué)生基本信息設(shè)置模塊、互動(dòng)交流模塊四部分。基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)要從設(shè)施和服務(wù)兩個(gè)方面看，基礎(chǔ)服務(wù)包括體育課程管理方面的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)同步、基礎(chǔ)管理和數(shù)據(jù)備份;基礎(chǔ)設(shè)施包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、查詢平臺(tái)、信息管理，其中，信息管理部分通過(guò)基于物聯(lián)網(wǎng)體育課程信息管理模型管理信息，并將信息傳送給服務(wù)器。為了更好地理解基于物聯(lián)網(wǎng)的體育課程管理系統(tǒng)架構(gòu)中應(yīng)用端功能，以下對(duì)應(yīng)用端包含的四個(gè)模塊進(jìn)行具體分析。

1.1 ?教師排課模塊

教師排課模塊用于實(shí)現(xiàn)教師的課程排課，其主要功能包括添加、刪除、修改。當(dāng)教師完成一項(xiàng)體育課程信息的錄入后，可通過(guò)“添加”完成下一項(xiàng)體育課程信息的錄入;當(dāng)錄入錯(cuò)誤時(shí)可通過(guò)“刪除”或“修改”操作錯(cuò)誤信息。體育課程的編排總體來(lái)說(shuō)是一個(gè)時(shí)間、教師、學(xué)生三者的組合規(guī)劃問(wèn)題。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，體育課程編排不能在時(shí)間、教師和學(xué)生三個(gè)方面出現(xiàn)沖突，比如，一名學(xué)生不能在同一時(shí)間段內(nèi)上兩節(jié)課;同一名教師不能同時(shí)上兩節(jié)課;每個(gè)學(xué)生每周的上課課時(shí)不超過(guò)2 h。

1.2 ?學(xué)生選課模塊

學(xué)生選課模塊管理學(xué)生選擇體育課程的情況，其主要功能包含刪除、統(tǒng)計(jì)學(xué)生選課信息。當(dāng)學(xué)生不想?yún)⒓右堰x擇的體育課程時(shí)，通過(guò)“刪除”功能刪除已選擇課程。由于某些高校要求每個(gè)學(xué)生體育課程學(xué)分達(dá)到6學(xué)分，因此，學(xué)生需要選擇多項(xiàng)時(shí)間不沖突的體育課程，通過(guò)“統(tǒng)計(jì)學(xué)生選課信息”功能查看已選擇的課程信息。該模塊完成選修課程的管理[10]，同時(shí)也可統(tǒng)計(jì)選修課報(bào)名人數(shù)，當(dāng)體育課程名額已滿時(shí)，需結(jié)合學(xué)生選課時(shí)間的先后決定選修此體育課程的學(xué)生人數(shù)。

1.3 ?學(xué)生基本信息設(shè)置模塊

學(xué)生基本信息設(shè)置模塊主要負(fù)責(zé)管理所有在校注冊(cè)學(xué)生的個(gè)人信息，主要功能包括添加、刪除、修改、查找學(xué)生信息。當(dāng)學(xué)生錄入完成一項(xiàng)信息后可以通過(guò)“添加”進(jìn)行下一項(xiàng)信息的錄入;當(dāng)學(xué)生錄入了錯(cuò)誤的信息后，可以通過(guò)“刪除”或“修改”對(duì)錯(cuò)誤的信息實(shí)行下一步處理;當(dāng)學(xué)生完成了全部信息的錄入以后，要通過(guò)“查找學(xué)生信息”來(lái)對(duì)之前錄入的信息進(jìn)一步核查。每個(gè)學(xué)生都有屬于自己的學(xué)號(hào)，管理員添加新生后，該新生可直接登錄體育課程管理系統(tǒng)瀏覽個(gè)人信息。

1.4 ?互動(dòng)交流模塊

互動(dòng)交流模塊實(shí)現(xiàn)教師、學(xué)生以及管理員間信息的交互，交流主要以在線論壇帖子的形式實(shí)現(xiàn)。學(xué)生和教師可以發(fā)布或查看帖子，管理員除了管理學(xué)生用戶和教師用戶，還可以管理教師或?qū)W生發(fā)布的帖子。因此，互動(dòng)交流模塊不僅包含用戶管理數(shù)據(jù)表，還包含帖子管理數(shù)據(jù)表。用戶管理數(shù)據(jù)表主要針對(duì)用戶姓名、性別、年級(jí)、學(xué)號(hào)等信息實(shí)行管理，獲取數(shù)據(jù);帖子管理數(shù)據(jù)表主要針對(duì)用戶發(fā)表帖子的標(biāo)題、內(nèi)容、發(fā)表日期、發(fā)表人姓名、性別、年級(jí)、學(xué)號(hào)等信息實(shí)行管理獲取數(shù)據(jù)[11]。

互動(dòng)交流模塊如圖2所示，在線論壇狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖3所示。

教師通過(guò)在線論壇查看帖子和發(fā)布帖子的方式，與學(xué)生實(shí)行關(guān)于課程反饋方面的溝通交流，提高體育課程信息管理的交互性。同時(shí)，教師通過(guò)論壇方式在線輔導(dǎo)學(xué)生，該在線輔導(dǎo)主要包含在線論壇、在線答疑以及發(fā)布公告三個(gè)方面。在線論壇通常包括發(fā)表新主題和在線查閱論壇。所有登錄體育課程管理系統(tǒng)的教師和學(xué)生都可以進(jìn)入論壇;在線答疑是教師針對(duì)學(xué)生在論壇中提出的疑問(wèn)進(jìn)行解答，實(shí)現(xiàn)與學(xué)生一對(duì)一多次交流;發(fā)布公告通常指面向全體師生公布作業(yè)及課程安排等內(nèi)容。

點(diǎn)擊圖3中的[在線論壇]，會(huì)出現(xiàn)論壇列表頁(yè)面，在該頁(yè)面內(nèi)點(diǎn)擊[發(fā)表新主題]，出現(xiàn)發(fā)表主題頁(yè)面，在該頁(yè)面內(nèi)輸入主題內(nèi)容，輸入完成后點(diǎn)擊[提交]，系統(tǒng)自動(dòng)驗(yàn)證主題內(nèi)容。如果信息出現(xiàn)錯(cuò)誤，則需返回上級(jí)重新發(fā)表主題內(nèi)容;如果驗(yàn)證成功，則會(huì)出現(xiàn)需要填寫論壇詳細(xì)內(nèi)容的頁(yè)面，輸入論壇內(nèi)容，點(diǎn)擊[提交]，完成論壇信息發(fā)表。

2 ?體育課程分析與系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)

2.1 ?系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

使用體育課程管理系統(tǒng)除了能快速準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)分析體育課程成績(jī)，還可以通過(guò)學(xué)生不同體育項(xiàng)目成績(jī)合理安排體育課程表，在滿足學(xué)生個(gè)人興趣愛(ài)好和身體素質(zhì)的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生參加體育課程活動(dòng)的積極性。體育課程分析與管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

體育課程管理系統(tǒng)首先對(duì)學(xué)生和教師錄入的基本信息進(jìn)行管理;每隔一段時(shí)間維護(hù)一次學(xué)生和教師錄入的基本信息;系統(tǒng)針對(duì)教師排好的課程和學(xué)生選好的課程信息構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù);學(xué)生系統(tǒng)查詢自己新分派的班級(jí)和體育項(xiàng)目成績(jī);系統(tǒng)將體育課程質(zhì)量分析結(jié)果反饋給體育教師，為教師制定教學(xué)計(jì)劃提供分析依據(jù)。

2.2 ?基于物聯(lián)網(wǎng)的體育課程信息管理

物聯(lián)網(wǎng)具有感知性，利用物聯(lián)網(wǎng)的感知性可提高體育課程管理信息采集效率，并通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多方面相互聯(lián)系的模式應(yīng)用[12]。對(duì)采集到的體育課程管理信息實(shí)行自動(dòng)化分析，為了提高該自動(dòng)化分析的準(zhǔn)確性，需要做好體育課程管理信息的智能化管控，并做好實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)?；谖锫?lián)網(wǎng)體育課程信息管理模型圖如圖5所示。

在體育課程管理信息采集基礎(chǔ)上，處理已經(jīng)完成記錄的體育課程管理信息[13]，并在多單位協(xié)同監(jiān)管過(guò)程中實(shí)現(xiàn)感知層和網(wǎng)絡(luò)層的有效性應(yīng)用。首先，將不同體育項(xiàng)目活動(dòng)的學(xué)生選課人數(shù)統(tǒng)計(jì)后發(fā)送給體育課程管理信息感知功能，使用該感知功能對(duì)體育課程管理信息資源有效性進(jìn)行整合和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自身活動(dòng)的全面分析[14]，將分析所得結(jié)果傳遞給物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)又將該數(shù)據(jù)結(jié)果傳遞給體育課程管理公共信息服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)下體育課程管理信息數(shù)據(jù)的有效性共享，并將體育課程管理信息數(shù)據(jù)傳送至體育信息查詢平臺(tái)，教師和學(xué)生可以通過(guò)查詢平臺(tái)查詢成績(jī)和班級(jí)排課狀態(tài)[15]。

3 ?仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)安排在2018年4月份，測(cè)試北京某高校中的大三計(jì)算機(jī)專業(yè)體育教師和300名學(xué)生，采用本文系統(tǒng)完成體育課程的排課和選課。實(shí)驗(yàn)測(cè)試在該高校中的機(jī)房電腦中完成，該電腦的操作系統(tǒng)是Fedora 13 Linux，通過(guò)程序調(diào)試工具 GDB 7.0.1測(cè)試本文系統(tǒng)對(duì)教師和學(xué)生的排課和選課監(jiān)測(cè)結(jié)果。

3.1 ?體育課程排課分析

本文系統(tǒng)主要提供學(xué)校公共體育課所開(kāi)設(shè)的課程項(xiàng)目、時(shí)間、學(xué)分等內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)個(gè)人情況選擇體育課程，且每種體育課程總報(bào)名人數(shù)為200人，體育教師的課程排課情況如圖6所示。

由圖6可知，體育教師使用本文系統(tǒng)設(shè)置了籃球課、乒乓球課、足球課、花樣游泳課、羽毛球課、自由搏擊課等10項(xiàng)體育課程，課程時(shí)間分別安排在08：30—10：30，09：00—11：00，09：30—11：30，13：30—15：30，14：30—16：30五個(gè)時(shí)間段，每周學(xué)時(shí)為2 h，每項(xiàng)體育課程學(xué)分均為2學(xué)分，每種體育課程總報(bào)名人數(shù)為200人，籃球課程剩余名額最多為142，說(shuō)明選擇籃球課程的學(xué)生數(shù)量最少，選擇足球課程的學(xué)生數(shù)量次之，選擇乒乓球課、花樣游泳課、羽毛球課、健美操課、網(wǎng)球課、跆拳道課的學(xué)生數(shù)量最多。

3.2 ?學(xué)生選課監(jiān)測(cè)分析

使用本文系統(tǒng)監(jiān)測(cè)同一時(shí)刻每一項(xiàng)體育課程學(xué)生選課數(shù)量，結(jié)果如圖7所示。

圖7呈現(xiàn)出本文系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到學(xué)生的選課情況是：羽毛球、網(wǎng)球、跆拳道、健身操、乒乓球、花樣游泳最受學(xué)生歡迎，200個(gè)選課名額都已滿額;其次，是自由搏擊和太極拳較受學(xué)生歡迎，已經(jīng)有170個(gè)學(xué)生和142個(gè)學(xué)生分別選擇了自由搏擊課程和太極拳課程;籃球和足球的選課人數(shù)最少，分別為58人和80人。可見(jiàn)，高校學(xué)生對(duì)于體育的偏好內(nèi)容由傳統(tǒng)單一的籃球和足球，向跆拳道、健美操、花樣游泳等新潮運(yùn)動(dòng)內(nèi)容變化。

3.3 ?課程信息分析

統(tǒng)計(jì)表1數(shù)據(jù)得出，本文系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)高校的10種體育課程排課數(shù)據(jù)和選課數(shù)據(jù)的查全率和查準(zhǔn)率都高于95%，分析性能優(yōu)。

4 ?結(jié) ?論

本文設(shè)計(jì)了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的體育課程管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)體育課程的智慧化管理，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1） 系統(tǒng)在應(yīng)用端通過(guò)教師排課、學(xué)生選課、互動(dòng)交流等模塊實(shí)現(xiàn)教師排課、學(xué)生選課、教師與學(xué)生溝通交流，實(shí)現(xiàn)體育課程的智慧化管理。

2） 該系統(tǒng)通過(guò)功能結(jié)構(gòu)中的管理功能、維護(hù)功能等實(shí)現(xiàn)高校體育課程信息的管理與信息維護(hù)，且可準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)分析體育課程成績(jī)，依據(jù)成績(jī)合理安排體育課程表，增強(qiáng)學(xué)生參加體育課程活動(dòng)的積極性。

3） 系統(tǒng)在基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)端內(nèi)構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的體育課程信息管理模型，實(shí)現(xiàn)體育課程信息的感知、傳輸、共享以及查詢。

4） 教師通過(guò)互動(dòng)交流模塊中的在線論壇查看帖子和發(fā)布帖子的方式，與學(xué)生實(shí)行關(guān)于課程反饋方面的溝通交流，提高體育課程信息管理的交互性。

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