基于單片機的智能課堂管理助手

李延炎 孟艷君

【摘要】智能課堂管理助手是針對當前大學課堂管理的兩個弊端而提出的解決方案。首先它實現(xiàn)了對課堂小區(qū)域手機信號的屏蔽，杜絕手機對學生上課的干擾；其次學生可以通過它進行刷卡來完成老師點名功能，同時它還能隨機的選出課堂上要回答問題的同學，調(diào)動學生課堂的積極性；再次它具有和課堂范圍內(nèi)學生手機進行藍牙配對的功能，能夠有效調(diào)節(jié)課堂氛圍。

【關(guān)鍵詞】信號屏蔽；射頻處理；無線藍牙

在當前的大學課堂教學中，存在著兩個弊端。一個是教師對課堂和學生的管理還處于一個非智能化的階段，比較常見的一種方式是課堂上教師對照學生名單進行口頭點名，這種點名過程常常持續(xù)幾分鐘，特別影響課堂效率。另一個是課堂上學生玩手機的現(xiàn)象嚴重，非常影響學生上課的專注度。為了提高學生的學習效率，學校采取了很多措施，但都收效甚微。為改變這種現(xiàn)狀，筆者提出了一個教師課堂智能助手系統(tǒng)，智能課堂助手是一款連接老師和學生的便攜式移動設(shè)備，它連接老師、學生、課堂三位一體，使課堂學生聽課效率最大化，使老師授課效率最大化，使課堂學習氣氛最優(yōu)化。智能課堂管理助手利用數(shù)字信號的無線傳輸、手機藍牙、單片機C語言編程控制，實現(xiàn)課堂的小區(qū)域信號屏蔽，杜絕課堂手機對學生的干擾，也可以自主隨機的選出課堂上要回答問題的同學，從而提醒老師及時調(diào)整授課方式，共同提高上課效率。該設(shè)備智能化的控制，解決了傳統(tǒng)課堂老師繁重的考勤工作，同時也給課堂增添了更多的輕松氛圍。智能課堂管理助手主要由以下幾部分構(gòu)成。

一、手機信號屏蔽模塊

隨著通信行業(yè)的高速發(fā)展，手機已經(jīng)成為人們必不可少的交流工具，同時手機也成為影響學生課堂專注力的不利工具。通過對無線信號的屏蔽，能有效的屏蔽學生課間的手機上網(wǎng)數(shù)據(jù)流量的信號，從而可以幫助學生克服手機游戲等的誘惑，輔助學生擺脫手機的影響，專心投入在課堂上。

信號屏蔽模塊主要是為了產(chǎn)生相應(yīng)頻率的數(shù)字信號（干擾信號），占用手機通信的相關(guān)頻帶，使手機無法進行數(shù)據(jù)通信。該部分主要利用LC震蕩電路來產(chǎn)生相應(yīng)頻率的噪聲波，干擾手機通信。原理如圖1所示，鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生一個鋸齒波，由鋸齒波控制壓控振蕩器，使之生成工作頻段的掃頻信號，每一個掃頻周期，等于在工作頻段中的每一個頻點加一個寬脈沖和一個窄脈沖，破壞了覆蓋區(qū)內(nèi)手機與基站的數(shù)據(jù)交換，手機得不到基站數(shù)據(jù)，只能顯示無信號，也就無法進行通信。

二、數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊如圖2所示，這部分主要完成兩個功能，上課刷卡和隨機點名。1.刷卡模塊。學生上課時需要進行刷卡，顯示屏會顯示出未到人數(shù)及名單，由此可以完成日常的考勤工作，避免傳統(tǒng)教學管理過程中繁瑣的點名等環(huán)節(jié)。這部分主要有射頻模塊、學生卡和天線組成。其中射頻模塊是刷卡部分的關(guān)鍵，通過射頻與學生卡進行數(shù)據(jù)通信，由天線產(chǎn)生磁通量，為卡片提供電源，在讀寫設(shè)備和卡片之間傳送信息。

2.隨機點名。為了調(diào)節(jié)課堂氣氛，加強學生的課堂聽課效果，可以自主隨機的選出課堂上要回答問題的學生，隨機點名不但可以提高學生的課堂集中力，還增加了課堂的樂趣。這部分由單片機作為核心芯片，主要模塊包括顯示屏、按鍵和語音提示。當按下按鍵時，在單片機內(nèi)部產(chǎn)生一個兩位的隨機數(shù)，隨機數(shù)代表不同學生的學號。不同時刻按下按鍵，產(chǎn)生的隨機數(shù)不同，各數(shù)值為等概出現(xiàn)，并且數(shù)值會在液晶上進行顯示，同時語音提示系統(tǒng)播報該數(shù)值。

三、無線藍牙模塊

在課間休息時，打開無線藍牙模塊，可以在教室范圍內(nèi)自主的進行藍牙配對，并且自動連接，等待手機等移動終端進行音樂的播放。被選擇到的終端主人需要在下次課上向教師提出一個專業(yè)問題。這個功能不僅可以消除學生課堂上的疲勞感，還能有效的調(diào)動學生思考問題的能力。

四、語音功放模塊

語音功放模塊的作用是將教師上課聲音進行采集，并經(jīng)過硬件電路運放進行聲音信號放大，經(jīng)過外置微型小功率喇叭輸出音頻，實現(xiàn)對老師授課時的話音進行放大，使教師的授課更加便捷。它包含前置放大級、音調(diào)控制級和功率放大級三部分。前置放大器的作用是使話筒的輸出阻抗和前置放大器的輸入阻抗相匹配，使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。音調(diào)控制電路可以補償信號中所欠缺的頻率分量，改善音質(zhì)，提高放音效果。

五、總結(jié)

隨著科技的快速發(fā)展，隨著人們對孩子教育重視的程度越來越高，傳統(tǒng)的課堂管理模式已經(jīng)無法滿足目前的需求，智能課堂管理助手初步的解決了傳統(tǒng)課堂的一些弊端。該系統(tǒng)通過LC震蕩電路產(chǎn)生相應(yīng)頻率的噪聲波，占用手機通信的的相關(guān)頻帶，達到干擾手機通信的目的，從而避免學生上課沉迷于手機。通過刷卡模塊可以完成對學生的考勤，節(jié)省了課堂點名的時間，提高課堂效率。隨機點名功能可以有效的調(diào)動學生積極性，活躍課堂氣氛。該系統(tǒng)還存在一些不足，在功能完備上還有待提高。在今后的研究中，將進一步深化通信技術(shù)和單片機技術(shù)的有機結(jié)合，使其在教學工作中發(fā)揮作用。

參考文獻

[1] 張傳璽，楊昭穎，彭忠洋，朱琳.基于Android平臺的教師課堂智能智能助手系統(tǒng)[J].中國教育信息化，2014（17）：56-59頁

[2] 趙軍輝.射頻識別技術(shù)與應(yīng)用.機械工業(yè)出版社.2008