基于App Inventor的GPS課堂點名應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

賀甘芹+盧國慶

摘 要：為了幫助教師統(tǒng)計學(xué)生的出勤情況，節(jié)約課堂點名時間，文章運用GPS定位技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了基于App Inventor的GPS課堂點名應(yīng)用，通過收集教師與學(xué)生的位置坐標(biāo)信息，計算每個學(xué)生與教師間的距離，實現(xiàn)了移動端自動化點名。

關(guān)鍵詞：App Inventor；Android GPS定位技術(shù)；課堂點名應(yīng)用；計算距離

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-8454（2016）08-0087-03

隨著我國高等教育規(guī)模的擴大，在校大學(xué)生的整體素質(zhì)呈現(xiàn)下滑趨勢，逃課現(xiàn)象普遍存在，嚴(yán)重影響著高等學(xué)府的學(xué)習(xí)氛圍以及學(xué)生自身素質(zhì)與專業(yè)水平。課堂點名作為高校課堂教學(xué)管理的有效手段，雖然是緩解這一問題的有效途徑，但對人數(shù)較多的課堂，逐一點名卻占據(jù)了一部分有效的教學(xué)時間。那么，如何實現(xiàn)精準(zhǔn)、迅速、同步的課堂點名，成為高校教師面臨的棘手問題[1]。部分學(xué)者研究通過短信貓[2]接收學(xué)生短信，或者通過指紋鑒別技術(shù)[3]采集到課學(xué)生的指紋等，達(dá)到課堂點名的目的，這些課堂點名方式均占據(jù)部分教學(xué)時間，不是真正意義上的自動化點名。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)，如果每個學(xué)生走進(jìn)教室之后就將自己的GPS坐標(biāo)共享給教師，教師就可以輕松確定學(xué)生的出勤情況了?；贏pp Inventor的GPS課堂點名應(yīng)用，節(jié)約了有效的教學(xué)時間，減少了對正常教學(xué)秩序的干擾，具有很強的實用性。

一、相關(guān)概念

1.App Inventor平臺簡介

App Inventor是一款由谷歌公司開發(fā)的可視化的編程工具，用于開發(fā)Android平臺的移動應(yīng)用。利用基于Web的圖形化用戶界面生成器，可以設(shè)計應(yīng)用的用戶界面，然后像“玩拼圖”一樣，將“塊語言”拼在一起，來定義應(yīng)用的行為。App Inventor具有操作簡單、開發(fā)環(huán)境搭建容易、應(yīng)用開發(fā)過程方便、開發(fā)周期短等特點[4]。

2.Android GPS定位技術(shù)

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）是一個由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以保證任意時刻、在地球上任意地點都可以同時觀測到四顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點的經(jīng)緯度與高度，實現(xiàn)導(dǎo)航、定位等功能。目前，移動設(shè)備都內(nèi)置了GPS模塊，在網(wǎng)絡(luò)連接建立后，移動設(shè)備利用Android GPS定位技術(shù)，主要通過GPS模塊接收衛(wèi)星發(fā)送的位置信息，同時對定位數(shù)據(jù)（包括經(jīng)緯度、時間等）進(jìn)行解析，最終實現(xiàn)用戶手機的導(dǎo)航、定位等相關(guān)應(yīng)用。App Inventor作為基于面向?qū)ο蟮木幊唐脚_，提供了定位服務(wù)的API，可以獲取用戶當(dāng)前的位置信息，實現(xiàn)移動設(shè)備的實時定位。

二、應(yīng)用分析

傳統(tǒng)課堂點名是教師打印出學(xué)生名單，按照名單上的信息逐一確認(rèn)，這種點名方式不僅耗費太多課堂時間，而且無法分辨出是否有人幫忙答到[5]。隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，各類移動設(shè)備（智能手機、iPad等）迅速普及，對于在校大學(xué)生而言，智能手機已經(jīng)成了他們時刻隨身攜帶的學(xué)習(xí)生活必備品，利用智能手機確定學(xué)生的出勤情況，比傳統(tǒng)點名方式簡單有效?；贏pp Inventor的GPS課堂點名應(yīng)用是利用手機GPS定位技術(shù)，在App Inventor圖形化編程環(huán)境下設(shè)計并實現(xiàn)的系統(tǒng)。因為本應(yīng)用需要采集教師與學(xué)生的位置信息并計算二者間距離，根據(jù)距離值判定學(xué)生出勤情況，所以本應(yīng)用需要同時具備學(xué)生端和教師端兩部分。學(xué)生端完成教師與學(xué)生之間的距離計算并共享距離信息，教師端完成教師位置信息共享和到勤學(xué)生位置信息的獲取，通過教師和學(xué)生位置距離的計算和比較，實現(xiàn)課堂點名的自動化。

三、應(yīng)用設(shè)計與實現(xiàn)

基于上述分析，基于App Inventor的GPS課堂點名應(yīng)用由學(xué)生端和教師端兩部分構(gòu)成，以下分別從組件設(shè)計和邏輯設(shè)計介紹學(xué)生端和教師端應(yīng)用的設(shè)計與實現(xiàn)。

1.學(xué)生端的設(shè)計與實現(xiàn)

（1）學(xué)生端的組件設(shè)計

App Inventor是一個可視化、可拖拽的在線編程工具，應(yīng)用所有組件和塊結(jié)構(gòu)都是從組件工具欄和“塊”所在“抽屜”直接用鼠標(biāo)拖拽到界面中的。

組件設(shè)計是應(yīng)用程序界面的接口，對組件的設(shè)計也是對用戶界面的設(shè)計。應(yīng)用的組件由可視組件和非可視組件組成：課堂點名應(yīng)用的可視組件包括一個文本框，用來獲取學(xué)生的姓名；一個標(biāo)簽，用來顯示學(xué)生的地理位置和時間信息；三個按鈕，分別用來記錄學(xué)生位置信息、獲取教師位置坐標(biāo)并與學(xué)生的位置坐標(biāo)計算二者間距離、以及共享學(xué)生與教師之間的距離信息；一個垂直布局，用來安置可視組件；一個水平布局，用來安置三個按鈕。非可視組件包括一個位置傳感器，用來獲取當(dāng)前位置信息；一個計時器，用來獲取當(dāng)前時間信息；一個網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫，用來存儲教師的位置信息和學(xué)生與教師之間的距離信息等。

對學(xué)生端的組件進(jìn)行如下設(shè)置：文本輸入框的提示為“請輸入你的名字”；標(biāo)簽的文本為“我的位置”，字號為30；按鈕的文本為“定位”、“計算距離”和“共享”，字號為24；垂直布局的水平對齊和垂直對齊為居中，高度和寬度為充滿；設(shè)置水平布局的水平對齊和垂直對齊為居中，高度為自動，寬度為充滿；網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器地址為http：//tinyWebdb.17coding.net。

（2）學(xué)生端的邏輯設(shè)計

在學(xué)生端組件設(shè)計完成后，需要為每個組件添加相應(yīng)的行為。

首先，顯示學(xué)生當(dāng)前的位置。當(dāng)定位按鈕被點擊時，首先要用到兩個全局變量x1，y1，變量x1表示學(xué)生位置坐標(biāo)的緯度，y1表示學(xué)生位置坐標(biāo)中的經(jīng)度，將調(diào)用位置傳感器獲取到的當(dāng)前位置的經(jīng)緯度分別賦值給x1，y1。一般從位置傳感器獲取讀數(shù)時需要幾秒鐘的時間，但如果GPS衛(wèi)星信號受到屏蔽或者設(shè)備并未開啟GPS設(shè)置，會一直沒有讀數(shù)。然后調(diào)用計時器獲取當(dāng)前時間，并設(shè)置日期時間格式為“yyyy/MM/dd＼nahh：mm：ss”，再獲取變量x1，y1的值，將位置信息和時間信息合并文本后顯示在標(biāo)簽中。

其次，計算學(xué)生與教師之間的距離。地球是一個近乎標(biāo)準(zhǔn)的橢球體，它的赤道半徑為6378.140千米，極半徑為 6356.755千米，平均半徑6371.004千米。假設(shè)地球是一個完美的球體，它的半徑就是地球的平均半徑，記為R。如果以0度經(jīng)線為基準(zhǔn)，那么根據(jù)地球表面任意兩點的經(jīng)緯度就可以計算出這兩點間的地表距離（這里忽略地球表面地形對計算帶來的誤差，僅僅是理論上的估算值）。假設(shè)兩點都在北半球，第一點A的經(jīng)緯度為（x1，y1），第二點B的經(jīng)緯度為（x2，y2）。根據(jù)三角推導(dǎo)，可以得到計算兩點距離d的如下公式：

這個公式中，R和d單位是相同的，如果是采用6371.004千米作為半徑，那么d就是千米為單位，如果要使用其他單位，比如米，還需要做單位換算1千米=1000米。

當(dāng)計算按鈕被點擊時，分別調(diào)用網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫獲取教師位置信息的經(jīng)度和緯度，根據(jù)獲取到的數(shù)值的標(biāo)簽判斷，標(biāo)簽為teacherx就將其數(shù)值賦值給變量x2，表示教師的緯度，標(biāo)簽為teachery就將其數(shù)值賦值給變量y2，表示教師的經(jīng)度。根據(jù)上述公式計算教師與學(xué)生之間的距離，并將距離值加上單位設(shè)置為標(biāo)簽文本。

在計算距離過程中，除了涉及全局變量x1，y1之外，還需要x2，y2，p，d，A，B這幾個局部變量。定義變量x2表示教師位置坐標(biāo)中的緯度，y2表示教師位置坐標(biāo)中的經(jīng)度，變量d表示學(xué)生和教師之間的距離值，p、A、B分別是為方便公式計算使用的三個變量，其中p=■（π取3.1415926），A=（y2-y1）*P，B=（x2-x1）*p。從網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)與本地數(shù)據(jù)計算兩點間的距離的邏輯設(shè)計代碼如見圖1。

最后，共享學(xué)生與教師的距離信息。點擊共享按鈕后，先判斷文本輸入框內(nèi)的文本是否為空。如果為空，則在標(biāo)簽文本中提示“請輸入你的姓名”，否則調(diào)用網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫，以文本輸入框內(nèi)輸入的學(xué)生姓名為標(biāo)簽，變量d和計時器調(diào)用的當(dāng)前時間的合并文本為存儲值保存起來。變量d表示的距離單位為米，當(dāng)前日期時間格式為“yyyy/MM/dd ahh：mm：ss”。調(diào)用網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫保存數(shù)值時，保存成功后提示“共享成功”。

2.教師端的設(shè)計與實現(xiàn)

（1）教師端的組件設(shè)計

教師端包含下列可視化組件：一個標(biāo)簽，用以顯示教師的位置信息；三個按鈕，分別用來定位教師的坐標(biāo)、掃描學(xué)生的坐標(biāo)顯示在列表中、以及清空列表；一個列表顯示框，用以顯示每個學(xué)生的到課信息；一個水平布局，用來安置三個按鈕。非可視組件包括如下：一個位置傳感器，用來獲取當(dāng)前位置信息；一個網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫，用來存儲教師的位置坐標(biāo)和學(xué)生與教師之間的距離。

對教師端組件的屬性進(jìn)行如下設(shè)置，screen1的水平對齊為居左，垂直對齊為居上，允許滾動為真；標(biāo)簽的文本為“我的位置”，字號為24；按鈕的文本為“定位”、“掃描”和“清空”，字號為18；水平布局的水平對齊和垂直對齊為居中，高度為自動，寬度為充滿；最后設(shè)置網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器地址。

（2）教師端的邏輯設(shè)計

教師端組件設(shè)計完成后，需為組件添加如下行為：

第一，顯示教師位置信息。當(dāng)定位按鈕被點擊時，調(diào)用位置傳感器獲取當(dāng)前位置的經(jīng)緯度，將其分別賦值給變量x2，y2，并以teacherx、teachery為教師的經(jīng)緯度標(biāo)簽，x2，y2為教師的經(jīng)緯度存儲值保存到網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫，并將變量x2，y2所表示經(jīng)緯度的合并文本設(shè)置為標(biāo)簽文本。

在教師端中，也使用網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫保存數(shù)值成功時，提示“共享成功”；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫發(fā)生Web服務(wù)故障時，提示錯誤信息。教師端的定位、共享和顯示教師位置信息的邏輯設(shè)計代碼如圖2所示。

第二，掃描學(xué)生與教師之間的距離。當(dāng)掃描按鈕被點擊后，以學(xué)生姓名為標(biāo)簽，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫獲取每個學(xué)生與教師之間的距離值，成功獲取到距離值后，設(shè)全局變量list為空列表，將每個標(biāo)簽和距離值的合并文本添加到列表中第一個列表項的位置，設(shè)置列表顯示框的元素為變量list，列表顯示框的字號為22等。

四、問題分析與優(yōu)化

1.應(yīng)用存在的問題

筆者在課堂點名應(yīng)用測試階段發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

（1）手機定位提示，影響用戶體驗

當(dāng)?shù)谝淮未蜷_應(yīng)用時，會出現(xiàn)詢問“某應(yīng)用正在嘗試通過網(wǎng)絡(luò)或者衛(wèi)星對您的手機定位，接受還是拒絕”的消息，點擊允許后應(yīng)用才能調(diào)用系統(tǒng)的GPS功能；如果學(xué)生點擊拒絕，課堂點名應(yīng)用就不能統(tǒng)計該學(xué)生的位置信息。

（2）應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，面臨覆蓋可能

課堂點名應(yīng)用所用的網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器是公用的，可能發(fā)生應(yīng)用數(shù)據(jù)被別的應(yīng)用數(shù)據(jù)覆蓋的情況。學(xué)生端和教師端相關(guān)的數(shù)據(jù)都應(yīng)該同時存儲在本地微數(shù)據(jù)庫中，在應(yīng)用關(guān)閉或卸載之后，數(shù)據(jù)不會隨之丟失。

2.應(yīng)用優(yōu)化

（1）學(xué)生端的優(yōu)化

在學(xué)生端應(yīng)用上，為了防止替代他人作弊共享位置信息的行為，應(yīng)用程序應(yīng)該只允許學(xué)生輸入一次姓名。同時，程序還應(yīng)該將獲取到的位置信息存儲在本地微數(shù)據(jù)庫中，從本地微數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)共享至網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫，防止學(xué)生關(guān)閉應(yīng)用后丟失數(shù)據(jù)還需要重新獲取數(shù)據(jù)。

（2）教師端的優(yōu)化

在教師端應(yīng)用上，應(yīng)該將從網(wǎng)絡(luò)微數(shù)據(jù)庫中獲得的學(xué)生距離信息存儲在列表中，并將列表存儲在微數(shù)據(jù)庫中，在應(yīng)用打開后，直接從微數(shù)據(jù)庫中獲得數(shù)據(jù)，顯示在列表顯示框中，防止教師關(guān)閉應(yīng)用后丟失數(shù)據(jù)還需要重新獲取數(shù)據(jù)。在顯示學(xué)生的位置信息時，應(yīng)再做一次判斷，若某個學(xué)生的距離值在某個范圍內(nèi)且時間在當(dāng)前某時間段范圍內(nèi)，就判斷他出勤，否則判斷為曠課。教師端應(yīng)用還需繼續(xù)完善，例如添加一項將學(xué)生的歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出為文件的功能，供教師查閱和統(tǒng)計學(xué)生出勤的情況。

目前，本應(yīng)用的開發(fā)階段已經(jīng)基本完成，正處于應(yīng)用測試階段。在測試階段，我們重點搜集用戶的反饋信息并進(jìn)行調(diào)整和完善代碼。同時，如何解決用戶體驗和數(shù)據(jù)庫存儲的限制等問題，將是下一階段的研究重點。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：魯利瑞）