基于iOS 平臺的智慧課堂管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉學(xué)楓++范圣強

摘要：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，高校教學(xué)信息化的建設(shè)也在不斷地進步。但是對于課堂教學(xué)的管理來說，現(xiàn)有的教學(xué)模式仍然存在教學(xué)效率低下的問題。該文將闡述如何設(shè)計和實現(xiàn)一套能使課堂教學(xué)向數(shù)字化、無紙化、智能化和綜合化方向發(fā)展的基于iOS平臺的智慧課堂管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用MVVM設(shè)計模式，利用WebServe協(xié)議和Core Data技術(shù)，實現(xiàn)在線考試、教學(xué)資源管理、考勤簽到等功能，極大地提高了課堂教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：iOS；在線考試；課堂教學(xué)；簽到

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）17-0066-03

盡管當前已經(jīng)存在許多方便課堂管理的軟件，且這些軟件都在一定程度上發(fā)揮著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，但課堂教學(xué)在模式上仍然是分離的。譬如，在考試時，教師需要事先在電腦上編輯試卷然后打印，學(xué)生答題后的試卷需要大量的人力進行批改、登記分數(shù)從而得到學(xué)生的平均分數(shù)、成績排名等統(tǒng)計數(shù)據(jù)；在分發(fā)教學(xué)資源時，往往需要教師或者班級管理人員事先打印多份教學(xué)資源進行分發(fā)或者通過QQ、微信等群組分發(fā)；而進行簽到時，則需要教師事先準備花名冊。諸如此類的教學(xué)活動，不但需要耗費教師大量的精力，造成紙張資源的浪費，與當前互聯(lián)網(wǎng)時代所要求的電子化的趨勢格格不入，而且在這種教學(xué)模式下，各種課堂活動相對分散，完成不同的活動需要不同的前期準備。種種這般工作都大大地降低了課堂教學(xué)的效率。

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于iOS平臺的集中化處理課前、課中和課后各個階段的所有教學(xué)活動的系統(tǒng)，旨在為教師提供一個一體化的課堂管理軟件，同時增加教師與學(xué)生之間的教學(xué)互動，提高課堂教學(xué)效率。

1 智慧課堂系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能需求

本系統(tǒng)的用戶主要分為教師和學(xué)生，因此系統(tǒng)的功能需求是從教師和學(xué)生兩個角色中分析。對于教師而言，系統(tǒng)要求具備試卷編輯和管理、分數(shù)統(tǒng)計和分析、幻燈片演示、課程資源管理以及學(xué)生簽到等功能。而于學(xué)生而言，系統(tǒng)則具備測試、課程資源下載功能。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

由系統(tǒng)功能需求的結(jié)果出發(fā)，基于iOS平臺的智慧課堂按功能設(shè)計劃分為三大功能模塊：考試模塊、教學(xué)資源管理模塊和簽到模塊。其中教學(xué)資源管理模塊中的幻燈片演示，將通過蘋果公司的AirPlay技術(shù)實現(xiàn)多屏互動，從而使教師的移動范圍從講臺擴大到整個課室中，增強與學(xué)生之間的互動。系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

同時，為了在更大程度上為教師和學(xué)生提供便利性，在本系統(tǒng)的設(shè)計中將不需要進行用戶管理，由教師所持有的iOS平臺下的移動設(shè)備作為唯一標識并在該移動設(shè)備上搭建服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)三大功能模塊。同時，考慮到學(xué)生所持有的設(shè)備各不相同，要求學(xué)生統(tǒng)一使用iOS平臺的設(shè)備是不現(xiàn)實的，為此需要對學(xué)生的功能需求進行跨平臺設(shè)計，采用Web技術(shù)實現(xiàn)學(xué)生的功能需求。即是說，學(xué)生通過Web輸入教師從本系統(tǒng)發(fā)布的試卷或教學(xué)資源而生成的獨一的網(wǎng)絡(luò)地址，來進行在線答題或資源下載等操作。

2 智慧課堂系統(tǒng)具體實現(xiàn)及關(guān)鍵技術(shù)

智慧課堂系統(tǒng)是基于Swift語言開發(fā)的，通過ReactiveCocoa實現(xiàn)了MVVM設(shè)計模式，采用Core Data技術(shù)搭建本地數(shù)據(jù)庫，同時根據(jù)GCDWebServer網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將移動設(shè)備作為一個小型移動服務(wù)器。而學(xué)生的功能需求設(shè)計框架則采用HTML+CSS+JavaScript的方法呈現(xiàn)。

2.1 MVVM設(shè)計模式

MVVM設(shè)計模式，又稱Model-View-ViewModel模式，是微軟WPF和Silverlight架構(gòu)師John Gossman于2005年提出的[1]。該設(shè)計模式與經(jīng)典的MVC模式一樣，將數(shù)據(jù)層，業(yè)務(wù)邏輯層以及表現(xiàn)層區(qū)分開來，但MVVM相比MVC來說，由于MVVM重新對數(shù)據(jù)進行了再封裝，僅提供簡單有效的和數(shù)據(jù)交互的接口，降低了直接的耦合，從而提高了軟件的可測試性[2]。同時，在iOS平臺上，MVVM設(shè)計模式結(jié)合ReactiveCocoa庫將會使得系統(tǒng)的開發(fā)事半功倍[3]。

2.2 數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是基于Core Data框架搭建的。Core Data是一個模型層的技術(shù)，能建立代表程序狀態(tài)的模型層，而且它不僅是一個加載、保存數(shù)據(jù)的框架，還能和內(nèi)存中的數(shù)據(jù)很好的共事[4]。Core Data對象圖如圖2所示，系統(tǒng)的E-R圖如圖3所示。

連接數(shù)據(jù)庫核心代碼如下：

2.3 服務(wù)器實現(xiàn)

學(xué)生的需求功能由于跨平臺的考慮以及所有的課堂行為都需要教師實時的發(fā)布，所以部署在網(wǎng)頁端，而沒有獨立開發(fā)APP。直接把教師所使用的設(shè)備作為服務(wù)器發(fā)布服務(wù)，而不需要另外租借服務(wù)器。GCDWebServer是一個iOS上比較流行的、輕量級、基于GCD的服務(wù)器框架，該框架擁有設(shè)計良好的API，不依賴任何第三方庫，同時基于GCD事件驅(qū)動，滿足高性能和高并發(fā)要求。

2.4 PPT逐頁播放

在iOS上一直沒有逐頁播放PPT的API，只能通過UIWebView或者QuickLook框架將PPT展示成一張長圖片，長圖片的方式只能用來預(yù)覽，不方便教師進行課堂展示、進行筆跡標注等。研究UIWebView源碼后發(fā)現(xiàn)可以內(nèi)嵌JavaScript代碼的方式進行逐頁截取，關(guān)鍵代碼如下：

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)的三大模塊能夠基本滿足課堂教學(xué)的各個階段，課前可以制作試卷、上傳或下載課堂教學(xué)資源；課中可以通過多屏互動演示幻燈片；課后還可以進行簽到考勤和成績統(tǒng)計分析。本系統(tǒng)下一步將對各個功能模塊進行優(yōu)化和擴充需求，增加課堂實時反饋系統(tǒng)、簡化試卷的編輯等。

參考文獻：

[1] John Gossman Introduction to Model/View/ViewModel pattern for building WPF apps.[EB/OL] https：//blogs.msdn.microsoft.com/johngossman/2005/10/08/introduction-to-modelviewviewmodel-pattern-for-building-wpf-apps/ 2005.10

[2] 劉立. MVVM模式分析與應(yīng)用[J]. 微型電腦應(yīng)用，2012（12）：57-60.

[3] Ash Furrow Model-View-ViewModel for iOS[EB/OL] http：//www.teehanlax.com/blog/model-view-viewmodel-for-ios/ .

[4] Daniel Eggert Core Data Overview[EB/OL] https：//www.objc.io/issues/4-core-data/core-data-overview/ .