基于二維碼的課室管理服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

方梓丞

（華南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣州　510631）

基于二維碼的課室管理服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

方梓丞

（華南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣州510631）

0　引言

二維碼作為一種全新的信息存儲(chǔ)、傳遞和識(shí)別技術(shù)，自20世紀(jì)八十年代誕生后就受到了人們的關(guān)注，已廣泛應(yīng)用在商業(yè)信息化（物流管理、質(zhì)量監(jiān)控、產(chǎn)品防偽、身份驗(yàn)證）、移動(dòng)營銷（廣告互動(dòng)、廣告監(jiān)測、數(shù)據(jù)庫營銷）、移動(dòng)商務(wù)（移動(dòng)安全、移動(dòng)支付、電子票務(wù)、移動(dòng)社交、打折優(yōu)惠）、教育信息化［1-4］（教學(xué)應(yīng)用、課室管理、數(shù)學(xué)化圖書館、校園安全管理、檔案信息管理、儀器設(shè)備管理）等各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展前景十分廣闊。

華南師范大學(xué)（以下簡稱“華師”）第一課室大樓的信息管理系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行十幾年，為教育信息化做出了很大貢獻(xiàn)。但是，該系統(tǒng)在使用過程中存在以下問題：除了教務(wù)處排課系統(tǒng)中的正規(guī)上課課室安排外，臨時(shí)借用課室的手續(xù)麻煩而且借用數(shù)據(jù)沒有電子化；查詢課室得到的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；學(xué)委上課前排隊(duì)借到IC卡后才能啟動(dòng)課室的多媒體系統(tǒng)。由筆者主持的省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目 “基于二維碼應(yīng)用的課室管理服務(wù)系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了課室查詢、課室智能借用、臨時(shí)借用課室網(wǎng)上預(yù)約和審批等功能，有效地解決了以上問題。

1　二維碼技術(shù)

條碼技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，極大地提高了數(shù)據(jù)采集和信息處理的速度，提高了工作效率，并為管理的科學(xué)化和現(xiàn)代化做出了重大貢獻(xiàn)。

二維碼（two-dimension codes），又稱二維條碼，是在一維條碼的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出的一種具有可讀性的條碼。二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面 （二維）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的，其中黑色表示二進(jìn)制的 “1”，白色表示二進(jìn)制的“0”。QR碼全稱為快速響應(yīng)矩陣碼 （Quick Response Code），是被廣泛使用的一種二維碼，解碼速度快。QR碼的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中位置探測圖形、位置探測圖形分隔符、定位圖形用于對(duì)二維碼的定位。對(duì)每個(gè)QR碼來說，位置都是固定存在的，只是大小規(guī)格會(huì)有所差異。對(duì)于校正圖形，只要規(guī)格確定，校正圖形的數(shù)量和位置也就確定了。格式信息表示該二維碼的糾錯(cuò)級(jí)別，分為L、M、Q、H四種級(jí)別。版本信息即二維碼的規(guī)格，QR碼符號(hào)共有40種規(guī)格的矩陣，從21×21（版本1），到177×177（版本40），每一版本符號(hào)比前一版本每邊增加4個(gè)模塊。數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼字是實(shí)際保存的二維碼信息和糾錯(cuò)碼字 （用于修正二維碼損壞帶來的錯(cuò)誤）。

圖1　QR碼的基本結(jié)構(gòu)

二維碼以矩陣形式表達(dá)，可以在縱橫兩個(gè)方向存儲(chǔ)信息，存儲(chǔ)的信息量是一維條碼的幾十倍，可以表示英文、數(shù)字、漢字、圖片、網(wǎng)絡(luò)鏈接、位置信息、電子名片、Wi-Fi賬號(hào)、電子郵件等。二維碼具有以下優(yōu)點(diǎn)：①高密度編碼，信息容量大；②編碼范圍廣；③容錯(cuò)能力強(qiáng)，具有糾錯(cuò)功能；④譯碼可靠性高；⑤可引入加密措施，保密性、防偽性好；⑥成本低，易制作，持久耐用?？梢酝ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)上的二維碼生成工具生成二維碼，保存或打印后即可使用。用戶只需把普通智能手機(jī)的攝像頭作為掃描器，安裝相應(yīng)的解碼軟件，就可以掃描二維碼并獲取其中的信息。通過掃描二維碼獲取信息的速度是鍵盤輸入速度的5倍，且出錯(cuò)率低。微信、UC瀏覽器等手機(jī)應(yīng)用程序都內(nèi)置了二維碼掃描模塊。雖然二維碼不是專門針對(duì)手機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但是二維碼與手機(jī)結(jié)合的應(yīng)用前景非常廣闊。隨著智能手機(jī)的不斷普及，針對(duì)二維碼的應(yīng)用也越來越多，用戶可通過掃描二維碼進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，二維碼已經(jīng)成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的重要入口。

2　基于二維碼的課室管理服務(wù)系統(tǒng)

華南師范大學(xué)第一課室大樓的信息管理系統(tǒng)在使用過程中存在多媒體課室的借用手續(xù)麻煩、課室臨時(shí)借用數(shù)據(jù)沒有完全數(shù)字化帶來的課室管理上的不便以及用戶無法準(zhǔn)確及時(shí)獲取課室信息等問題。由筆者主持的省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目 “基于二維碼應(yīng)用的課室管理服務(wù)系統(tǒng)”嘗試解決以上問題。

（1）利用二維碼實(shí)現(xiàn)多媒體課室的智能借用

目前上課使用多媒體設(shè)備需要學(xué)委到課室大樓一樓排隊(duì)借到IC卡后才能啟動(dòng)課室的多媒體系統(tǒng)。由于借課室的人數(shù)較多，學(xué)委往往需要花很長的時(shí)間排隊(duì)，教師到了課室后也往往不能立刻使用相關(guān)設(shè)備。在本項(xiàng)目中，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中存儲(chǔ)了該時(shí)段該課室的上課老師和學(xué)委的信息，用手機(jī)客戶端掃描二維碼后，如果系統(tǒng)檢測到該用戶的信息與該時(shí)段該課室的任課老師或者學(xué)委的信息相匹配，將發(fā)一個(gè)信號(hào)到多媒體教學(xué)大樓中央控制系統(tǒng)開啟該課室的設(shè)備。

（2）實(shí)現(xiàn)多媒體課室數(shù)據(jù)的全面數(shù)字化

華南師范大學(xué)除了教務(wù)處排課系統(tǒng)中的正規(guī)上課課室安排外，其他臨時(shí)借用課室的數(shù)據(jù)一直都是手寫的，不利于對(duì)課室使用情況的管理，而且會(huì)導(dǎo)致自習(xí)的學(xué)生查詢空課室時(shí)難以得到準(zhǔn)確的信息，自習(xí)期間因?yàn)檎n室被借用而被迫更換自習(xí)地點(diǎn)的情況時(shí)有發(fā)生。若將臨時(shí)借用課室的信息錄入系統(tǒng)中，不但方便對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行管理，還能方便同學(xué)們查詢課室使用情況，自習(xí)不受打擾。

目前班級(jí)或社團(tuán)借用課室舉行活動(dòng)，需要填寫表格，請(qǐng)相關(guān)教師簽字，到學(xué)院蓋章，然后到教務(wù)處登記和申請(qǐng)，最后再到第一課室大樓辦理課室借用手續(xù)，流程十分繁瑣。本項(xiàng)目采用網(wǎng)上申請(qǐng)的方式借用課室，學(xué)生登錄賬號(hào)，填寫相關(guān)借用課室信息，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和教務(wù)處在管理端進(jìn)行審批后即可借用，簡化了借用流程（見圖2），實(shí)現(xiàn)了多媒體課室數(shù)據(jù)的全面數(shù)字化，解決了查詢結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。

（3）實(shí)現(xiàn)手機(jī)客戶端和二維碼查看課室的使用情況和活動(dòng)預(yù)告

①掃描課室大樓門口的二維碼，可以一覽全部課室的使用情況，方便同學(xué)們查找空閑的課室進(jìn)行自習(xí)。

②學(xué)生可通過掃描二維碼獲得各種講座和活動(dòng)的舉行時(shí)間和地點(diǎn)，與以往只能通過QQ群、郵件等被動(dòng)方式獲取講座和活動(dòng)信息相比更為簡便快捷。

③每間課室都有唯一的二維碼，學(xué)生能將該課室多媒體設(shè)備故障的情況上傳到服務(wù)器，方便課室管理員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。

網(wǎng)站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）網(wǎng)站登錄

本系統(tǒng)的登錄賬號(hào)綁定華師教務(wù)系統(tǒng)賬號(hào)，采用華師教務(wù)處SDK，登錄賬號(hào)直接和教務(wù)系統(tǒng)賬號(hào)掛鉤，不需要另外注冊(cè)和驗(yàn)證個(gè)人信息，確保使用者是華師師生。

（2）查詢課室功能

①空課室查詢

學(xué)生選擇所要查詢的時(shí)間，包括第幾周、星期幾和第幾節(jié)課，系統(tǒng)自動(dòng)顯示該時(shí)段的空課室，即該時(shí)段課表中沒有安排上課而且又沒被臨時(shí)預(yù)約的課室。查詢到的空課室可以用于自習(xí)或預(yù)約。

②課室使用情況查詢

選擇課室編號(hào)，可查看所選課室的課表、預(yù)約情況等信息，方便用戶了解當(dāng)前課室的使用情況和進(jìn)行課室預(yù)約。

（3）預(yù)約課室功能

①需要臨時(shí)借用課室的用戶輸入借用時(shí)間、課室座位數(shù)等條件，查詢符合條件的空課室。

②根據(jù)顯示的空課室，勾選所需課室，單擊“預(yù)約選定課室”按鈕，在彈出界面中，如實(shí)填寫借用單位、用途、聯(lián)系人姓名、聯(lián)系人電話等信息，然后單擊“提交”即可完成網(wǎng)上課室預(yù)約申請(qǐng)。

③先由學(xué)院（部門）主管領(lǐng)導(dǎo)網(wǎng)上審批，審批通過的再由教務(wù)處網(wǎng)上審批，已經(jīng)審批通過的預(yù)約課室數(shù)據(jù)自動(dòng)保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。

④查詢預(yù)約審批結(jié)果

用戶可以查詢預(yù)約課室的審批結(jié)果。若預(yù)約已審批通過，用戶可直接使用課室，無需另外提交紙質(zhì)申請(qǐng)表，實(shí)現(xiàn)了無紙化辦公，提高了工作效率。

⑤取消預(yù)約

由于課室資源有限，為保證課室有效使用，如果在課室審批前臨時(shí)取消活動(dòng)不需要借用課室的，請(qǐng)單擊“取消預(yù)約”，以釋放該課室；如果該課室已經(jīng)審批通過，則需借用人本人到教務(wù)處辦理取消預(yù)約手續(xù)。

（4）課室智能借用功能

本系統(tǒng)通過API接口連接到課室大樓中央控制系統(tǒng)，可以為有權(quán)限的用戶遠(yuǎn)程開啟相應(yīng)課室的多媒體系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)課室的智能借用。

后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中存儲(chǔ)了課表中該時(shí)段該課室的上課老師和學(xué)委的信息，以及臨時(shí)預(yù)約該課室的信息，用手機(jī)客戶端掃描該課室的二維碼后，如果系統(tǒng)檢測到該用戶的手機(jī)號(hào)碼與該時(shí)段該課室的任課老師、學(xué)委或者臨時(shí)預(yù)約該課室的聯(lián)系人的手機(jī)號(hào)碼相匹配，則該用戶有啟動(dòng)課室多媒體設(shè)備的權(quán)限，系統(tǒng)將發(fā)信號(hào)到課室大樓中央控制系統(tǒng)，以啟動(dòng)該課室的多媒體設(shè)備。

（5）后臺(tái)維護(hù)功能

①本系統(tǒng)的用戶為華師的教師和學(xué)生，登錄賬號(hào)由華師教務(wù)系統(tǒng)獲得。

②在每學(xué)期學(xué)生選課結(jié)束后，把教務(wù)系統(tǒng)中的課表信息導(dǎo)入到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，保證課表信息的完整性和正確性。

③課表中每門課程的教師和學(xué)委上網(wǎng)登記自己的信息，包括姓名、編號(hào)、手機(jī)號(hào)碼等，自動(dòng)保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，方便上課的課室智能借用。

網(wǎng)站系統(tǒng)基于ThinkPHP開源框架進(jìn)行開發(fā)，網(wǎng)站運(yùn)行在Apache服務(wù)器上。使用PHP搭建自己的MVC框架。前端框架采用HTML+CSS+JavaScript的方法搭建，后臺(tái)采用PHP語言編寫，數(shù)據(jù)庫使用MySQL。

MVC是軟件工程中的一種軟件架構(gòu)模式，把軟件系統(tǒng)分為三個(gè)基本部分：模型（Model）、視圖（View）和控制器（Controller）。Model（模型）是應(yīng)用程序中用于處理應(yīng)用程序數(shù)據(jù)邏輯的部分，模型對(duì)象負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)庫中存取數(shù)據(jù)。View（視圖）是應(yīng)用程序中處理數(shù)據(jù)顯示的部分，是依據(jù)模型數(shù)據(jù)創(chuàng)建的。Controller（控制器）是應(yīng)用程序中處理用戶交互的部分，負(fù)責(zé)從視圖讀取數(shù)據(jù)，控制用戶輸入，并向模型發(fā)送數(shù)據(jù)。MVC模式的目的是實(shí)現(xiàn)一種動(dòng)態(tài)的程序設(shè)計(jì)，使后續(xù)對(duì)程序的修改和擴(kuò)展簡化，并且使程序某一部分的重復(fù)利用成為可能。

（1）數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用開源的MySQL數(shù)據(jù)庫，包括用戶、課室、課程和借用等幾個(gè)數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表E-R圖如圖3至圖7所示。

圖3　用戶E-R圖

圖4　課室E-R圖

圖5　課程E-R圖

圖6　借用E-R圖

圖7　數(shù)據(jù)表用戶、課室、課程和借用之間的E-R圖

后臺(tái)連接數(shù)據(jù)庫核心代碼：

（2）二維碼應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

二維碼的自動(dòng)生成是調(diào)用Google 的API 在線生成的，以下是核心生成代碼：

二維碼在線生成并打印出來后就可以張貼供用戶使用了。

①查詢空課室的二維碼

查詢空課室的二維碼主要張貼在課室大樓各個(gè)入口處和每層樓的樓梯口處。用戶掃描二維碼可查詢某時(shí)段的所有空課室，方便選擇自習(xí)的課室，同時(shí)也可以選擇課室進(jìn)行預(yù)約。查詢空課室并不需要登錄賬號(hào)，預(yù)約借用課室功能只有華師的師生登錄賬號(hào)后才能使用。

②查詢課室使用情況的二維碼

查詢課室使用情況的二維碼一般張貼在每間課室的門口和講臺(tái)處。每間課室都有自己的二維碼，掃描二維碼可查看該課室的使用情況。根據(jù)查詢結(jié)果用戶可決定是否在該課室自習(xí)，是否對(duì)該課室進(jìn)行預(yù)約（需要登錄賬號(hào)）。另外還可以對(duì)該課室進(jìn)行智能借用，用戶登錄賬號(hào)后，如果系統(tǒng)檢測到該用戶是該課室該時(shí)段的任課老師、學(xué)委或者臨時(shí)預(yù)約該課室的聯(lián)系人，則該用戶有開啟課室大門并啟動(dòng)多媒體設(shè)備的權(quán)限。

3　結(jié)語

本項(xiàng)目的立項(xiàng)和系統(tǒng)開發(fā)得到了華師教務(wù)處和負(fù)責(zé)教學(xué)大樓課室管理的教育信息技術(shù)中心的大力支持。本系統(tǒng)目前已進(jìn)入試運(yùn)行階段。用戶可利用本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)課室查詢、課室智能借用、臨時(shí)借用課室網(wǎng)上預(yù)約和審批等功能。解決了以往存在的一系列問題：臨時(shí)借用課室手續(xù)麻煩而且借用數(shù)據(jù)沒有保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫；查詢空課室得到的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；要學(xué)委上課前排隊(duì)借到IC卡后才能啟動(dòng)課室的多媒體系統(tǒng)。

為方便用戶使用，本項(xiàng)目的下一步工作是開發(fā)一個(gè)App客戶端，客戶端的功能實(shí)現(xiàn)主要依托在網(wǎng)站的功能實(shí)現(xiàn)上，而不是另外再實(shí)現(xiàn)一套完整的功能，這樣可以加快項(xiàng)目開發(fā)速度，增加代碼重用率和減小應(yīng)用的規(guī)模。

［1］唐燕.手機(jī)二維碼在校園信息化中的應(yīng)用［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（6）：168-170.

［2］汪琪.淺議二維碼技術(shù)在高校信息化建設(shè)中的應(yīng)用［J］.湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào)（人文社會(huì)科學(xué)版），2012（7）：173-174.

［3］朱天元.智能手機(jī)二維碼技術(shù)如何推動(dòng)校園信息化發(fā)展探討［J］.無線互聯(lián)科技，2014（1）：43-44.

［4］林超.手機(jī)二維碼在多媒體教室設(shè)備管理中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2014（10）：55-57.

Two-Dimension Codes；Management of Classroom；Classroom Borrowing；Classroom Reservation

A Classroom-Management Service System Based on Two-Dimension Codes

FANG Zi-cheng
（School of Computer Science，South China Normal University，Guangzhou 510631）

1007-1423（2015）22-0077-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.22.019

方梓丞（1993-），男，廣東汕頭人，本科，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫應(yīng)用、數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)管理

2015-07-23

2015-07-31

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，二維碼技術(shù)的應(yīng)用逐漸滲透到人們生活中的方方面面。針對(duì)華南師范大學(xué)多媒體課室管理中存在的問題，設(shè)計(jì)并開發(fā)一個(gè)基于二維碼的課室管理服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)課室查詢、課室智能借用、課室預(yù)約等功能，極大地提高課室管理效率。

二維碼；課室管理；課室智能借用；課室預(yù)約

廣東省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目“基于二維碼應(yīng)用的課室管理服務(wù)系統(tǒng)”（No.2014119）

The application of two-dimension codes is becoming more and more common with the flourish of the internet.This design is aimed at solving various problems in the management of multi-media classroom in SCNU，which includes a two-dimension-code based management system and can greatly improve the efficiency in classroom queries，borrowing and reservations.