基于物聯(lián)網(wǎng)手機(jī)APP模式的智能化虛擬課堂平臺設(shè)計

汪萍，余成發(fā)，張鵬

基于物聯(lián)網(wǎng)手機(jī)APP模式的智能化虛擬課堂平臺設(shè)計

汪萍，余成發(fā)，張鵬

本文秉承“知行合一”的原則，針對高校數(shù)字教育信息智能化、移動化的教學(xué)管理服務(wù)需求，從校園APP的基本概念入手，從研究背景、設(shè)計思路、功能板塊等方面，通過真實有效的數(shù)據(jù)調(diào)研分析和科學(xué)的研究來探討滿足廣大師生課堂學(xué)習(xí)管理需求的APP框架設(shè)計，更好地為師生提供高效便捷的信息化服務(wù)。

物聯(lián)網(wǎng)；APP；虛擬課堂

一、設(shè)置高職院校智能化虛擬課堂的背景與必要性

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境的日趨成熟，智能手機(jī)已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋夭豢缮俚脑??；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)引領(lǐng)了4G網(wǎng)絡(luò)時代的到來，使用者可以從隨身攜帶的手機(jī)中獲取海量的信息，并體驗到更多的內(nèi)容。2014年，在教育部和相關(guān)部門聯(lián)合印發(fā)的《構(gòu)建利用信息化手段擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面有效機(jī)制的實施方案》中，為未來6年的中國教育信息化繪制了一幅清晰的藍(lán)圖，即未來高校90%以上師生將擁有實名網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，開放性大學(xué)100%的師生將擁有實名網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間。

當(dāng)前高職課堂呈現(xiàn)出非常明顯的問題：傳統(tǒng)課堂是知識課堂和技能課堂的組合，“知識課堂”即學(xué)生在課堂中學(xué)習(xí)理論知識，“技能課堂”是到實訓(xùn)室學(xué)習(xí)技能操作?！爸R+技能”的教學(xué)模式最大的問題在于，分割了知識與技能傳授和學(xué)習(xí)的完整性，導(dǎo)致教師的理論教授和學(xué)生的生產(chǎn)型實踐嚴(yán)重脫節(jié)。

移動終端(mobileterminal)和互聯(lián)網(wǎng)(Internet)這兩個革命性平臺，加速了信息化進(jìn)程，也改變了當(dāng)今每個人的基本生活方式。物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析、智能技術(shù)的快速發(fā)展，使課堂再也不能僅限于知識與技能的單邊、脫節(jié)的傳授，而應(yīng)是使用智能化手段，實現(xiàn)“教學(xué)過程與生產(chǎn)過程”的無縫融合，實現(xiàn)物理課堂與虛擬課堂的完美對接。重構(gòu)課堂環(huán)境，打破時間和空間的限制，創(chuàng)建適合現(xiàn)代高職學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教授的新型智能化環(huán)境是解決上述問題的關(guān)鍵。

教育主管部門呼吁教育數(shù)字化、智能化，而數(shù)字化、智能化教育的基本單位就是智能化課堂。構(gòu)建一個智能化的虛擬教學(xué)環(huán)境，讓教學(xué)管理趨于人性化、智能化和數(shù)字化，成為連接物理課堂與虛擬課堂的平臺，是高職教育信息化發(fā)展到一定階段的必然趨勢和選擇。

二、智能化虛擬課堂設(shè)計思路

這個平臺應(yīng)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下搭建，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立后臺數(shù)據(jù)庫，通過手機(jī)APP終端實現(xiàn)互動，通過大數(shù)據(jù)分析并監(jiān)控學(xué)生入口及流量。將手機(jī)終端分成兩大塊，分別是教師端APP和學(xué)生端APP，首次登錄時，教師用工號登錄，學(xué)生用學(xué)號登錄。

智能化虛擬課堂主要包括硬件和軟件兩方面的技術(shù)。硬件方面技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及互聯(lián)技術(shù)；軟件方面技術(shù)主要指各主體間的信息傳輸、控制及信息推理等技術(shù)。

（一）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)的感知層是指數(shù)據(jù)的采集，主要由計算機(jī)終端、讀寫器、RFID和手機(jī)終端組成，它有采集學(xué)生及教師的信息、傳輸生產(chǎn)一線的操作視頻、實時采集課堂環(huán)境參數(shù)等功能；網(wǎng)絡(luò)層是將采集到的數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器中；應(yīng)用層則通過智能化虛擬課堂平臺的管理軟件來處理數(shù)據(jù)，將反饋信息和預(yù)警信息等推送到不同客戶端，最終實現(xiàn)智能化管理與監(jiān)控。

（二）軟件功能設(shè)計

在新生入學(xué)或老生報到時，借助RFID技術(shù)進(jìn)行學(xué)生詳細(xì)信息的錄入，以便進(jìn)行日常考勤操作。它能解決教學(xué)管理工作中煩瑣的統(tǒng)計匯總工作問題。教學(xué)過程中的教學(xué)資源，也可以通過此平臺實現(xiàn)真正的立體化，學(xué)生可以通過資源共享、虛擬課堂等欄目觀看生產(chǎn)一線的操作視頻和動畫仿真演示或?qū)W習(xí)理論知識等內(nèi)容，通過手機(jī)APP終端實現(xiàn)師生交流與交互。

課后，學(xué)生可通過手機(jī)APP終端實時地對本節(jié)課教師的上課質(zhì)量進(jìn)行評價，及時反饋教學(xué)效果。它解決了傳統(tǒng)教學(xué)質(zhì)量評價體系中，一學(xué)期集中組織學(xué)生網(wǎng)絡(luò)評教一次呈現(xiàn)出的反饋教學(xué)不及時問題，且需要大量的工作人員組織安排。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量評價體系，具有操作方便、反饋及時等優(yōu)點。在聽課環(huán)節(jié)，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)或督導(dǎo)人員也可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)直接完成聽課、檢查等工作，這方便了每學(xué)期都要開展的期初、期中教學(xué)檢查等工作，能真實地反映教師每一節(jié)課的教學(xué)情況。

（三）智能化虛擬課堂軟件功能

第一、信息收集模塊。教師、學(xué)生、教務(wù)處管理員等均以不同身份登錄系統(tǒng)，且分別有不同的權(quán)限。領(lǐng)導(dǎo)、督導(dǎo)或其他教師可以通過網(wǎng)絡(luò)方式聽課，了解教學(xué)情況；學(xué)生實時評教能夠及時反映教學(xué)管理、教師當(dāng)前教學(xué)中存在的問題；學(xué)生可以借助手機(jī)APP或計算機(jī)及時對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行評價，實時反饋教師的教學(xué)信息；教務(wù)處可以對多數(shù)學(xué)生反映的問題進(jìn)行統(tǒng)計，與教師就存在的問題進(jìn)行溝通，并幫助其及時整改；課堂考勤則利用RFID技術(shù)實現(xiàn)，并上傳至服務(wù)器，這樣就減輕了教學(xué)管理人員的工作量。

第二，資源共享模塊。教師可以利用平臺（課程共享資源庫）組織教學(xué)，學(xué)生利用豐富的資源進(jìn)行360度立體學(xué)習(xí)，還可以突破時間和空間的限制，在課前、課中、課后進(jìn)行全程知識、技能學(xué)習(xí)，同時憑借交互平臺來實時組織討論、測驗，系統(tǒng)地根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況自動給出學(xué)習(xí)情況診斷，并在教師的幫助下，規(guī)劃下一步學(xué)習(xí)方案。

第三，教學(xué)檢查模塊。領(lǐng)導(dǎo)、督導(dǎo)通過手機(jī)APP平臺聽課、學(xué)生借助平臺進(jìn)行信息反饋、測評，對教師的教學(xué)水平進(jìn)行綜合評價，并通過與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)配套的評價表對教師的教學(xué)工作做全面、實時的評價。

第四，信息反饋模塊。通過手機(jī)APP對課堂信息進(jìn)行采集、分析和處理，實現(xiàn)課堂信息的自動推送，根據(jù)不同用戶的需求，將課堂信息發(fā)送給不同用戶。例如，輔導(dǎo)員可以實時了解學(xué)生的出勤情況與課上的表現(xiàn)；教務(wù)處可以檢查每天的教學(xué)運行情況；各系也可以通過系統(tǒng)后臺核查學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)等信息；督導(dǎo)可以了解教師的教學(xué)情況和學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋等。

三、虛擬課堂的手機(jī)APP模塊設(shè)計

圖1 虛擬課堂平臺功能模塊

平臺功能模塊如圖。師生可以在此信息交互共享平臺上進(jìn)行各種學(xué)習(xí)交流，實現(xiàn)互動教學(xué)、課堂討論、學(xué)習(xí)資源共享等。功能模塊可以分為互動教學(xué)、資源共享、學(xué)生考勤和實時教學(xué)反饋等。教師端APP可以完成虛擬課堂的搭建，學(xué)生可以加入進(jìn)來，類似于微信的群聊或公眾賬號，在其中可以實現(xiàn)智能化虛擬課堂的設(shè)計、課件的共享、學(xué)生的考勤和日常的管理等；學(xué)生端APP可以與教師同學(xué)進(jìn)行實時互動，在虛擬課堂中可以實現(xiàn)臨時組隊即團(tuán)隊合作和作業(yè)上交、資料上傳或下載、課前報道、課后實時評課等。還可以進(jìn)行學(xué)習(xí)資料、學(xué)習(xí)經(jīng)驗或精神情感等這三個方面的交流與互動。

四、總體方案

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，手機(jī)APP應(yīng)用的普及，本項目將對學(xué)生使用智能手機(jī)APP的行為進(jìn)行分析，借助學(xué)生對智能手機(jī)的依賴與迷戀因素，基于物聯(lián)網(wǎng)探索虛擬課堂平臺的設(shè)計與搭建。該平臺通過手機(jī)APP終端可以實現(xiàn)對課堂的全面數(shù)字化管理，建立虛擬班級，師生可以進(jìn)行各種交流。在課堂中學(xué)生可以利用智能傳感器搭建項目，提高思考問題的專注力、發(fā)現(xiàn)問題的思考力、構(gòu)思的創(chuàng)新想象力、解決問題的創(chuàng)造力。教師可以通過圖片、視頻設(shè)計等進(jìn)行課堂導(dǎo)入，在輕松愉悅的教學(xué)氛圍中完成教學(xué)任務(wù)。學(xué)生可以利用團(tuán)隊協(xié)作的方式來進(jìn)行學(xué)習(xí)與創(chuàng)作，使得利用物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教育的課堂內(nèi)充滿激情和興致，解決傳統(tǒng)課堂形式單一，教學(xué)方式陳舊，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，教師授課吃力，課堂效果不好等問題。

本設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)手機(jī)APP的虛擬課堂平臺分為前臺和后臺兩部分，前臺設(shè)計為虛擬課堂手機(jī)APP客戶端，后臺設(shè)計為教務(wù)管理網(wǎng)站服務(wù)器端。

（一）前臺虛擬課堂手機(jī)APP客戶端的主要功能

手機(jī)APP客戶端的用戶設(shè)定為學(xué)生和教師，用戶需要下載虛擬課堂apk安裝包進(jìn)行安裝，然后進(jìn)行賬戶注冊與登錄。學(xué)生與教師的角色設(shè)定決定了其所使用的系統(tǒng)功能的不同。學(xué)生注冊賬戶并登錄系統(tǒng)后，可以查看課件、評價所學(xué)課程、課堂討論、查看所學(xué)課程；教師登錄系統(tǒng)后，可以選擇所教課程，上傳課件、查看課程評價、參與課堂討論、查看所教課程及課件。手機(jī)APP客戶端主要功能有：

1.教師端手機(jī)APP。

（1）用戶登錄：教師需要在后臺通過管理員審查后注冊賬戶，輸入用戶名密碼即可登錄系統(tǒng)。

（2）選擇課程：教師通過選擇課程確定自己所教授課程。

（3）上傳課件：教師確定所教授課程后，選擇與課程有關(guān)的課件并確認(rèn)上傳。

（4）查詢課程：通過手機(jī)APP登錄后的所有用戶均模糊查詢所有系統(tǒng)中已有的課程及其課件。

（5）課堂討論：學(xué)生就課程內(nèi)容進(jìn)行討論和留言提問后，由教師進(jìn)行分析和解答。

（6）查看所教授課程：教師可以在個人中心查看自己所教授課程與課件，并進(jìn)行管理。

2.學(xué)生端手機(jī)APP。

（1）用戶注冊與登錄：學(xué)生用戶在首次使用系統(tǒng)時，需要注冊用戶，然后登錄系統(tǒng)。

（2）選擇課程：學(xué)生可以在課程列表頁面選擇任意已有課程學(xué)習(xí)。

（3）查詢課程：通過手機(jī)APP登錄后的所有用戶均模糊查詢所有系統(tǒng)中已有的課程及其課件。

（4）課程討論：學(xué)生在完成某一課程后，進(jìn)行討論和留言提問。

（5）查看所學(xué)課程：學(xué)生可以在個人中心查看自己已經(jīng)學(xué)過或正在學(xué)習(xí)的課程，并進(jìn)行管理。

（6）課程評論：學(xué)生在完成某一課程后，對課程和教師進(jìn)行評論。

（二）后臺教務(wù)管理系統(tǒng)服務(wù)器端的主要功能

系統(tǒng)后臺服務(wù)器端的用戶設(shè)定為管理員（教務(wù)管理員、督導(dǎo)組老師等），管理員通過教務(wù)管理網(wǎng)站登錄系統(tǒng)后，可以進(jìn)行用戶管理、課程管理、查看課程評價、課件管理、實時查課、在線聽課。

1.用戶管理：權(quán)限設(shè)定為管理員可使用，管理員登錄系統(tǒng)后可以添加、更改教師或管理員賬戶，刪除任意用戶。

2.課程管理：權(quán)限設(shè)定為管理員可使用，確定課程分類，添加課程，刪除課程。

3.查看課程評價：權(quán)限設(shè)定為管理員可使用，查看學(xué)生對課程的課程評價反饋，并作出處理。

4.課件管理：權(quán)限設(shè)定為管理員可使用，查看課件內(nèi)容，并可刪除任意不符合規(guī)定的課件。

5.實時查課：權(quán)限設(shè)定為管理員（校領(lǐng)導(dǎo)）可使用，管理員可以打開任意教室（真實教室）的監(jiān)控設(shè)備，以第三人稱視角，查看課堂的實時情況。

6.在線聽課：權(quán)限設(shè)定為管理員（督導(dǎo)組老師）可使用，管理員可以第一人稱視角，進(jìn)入任意教室（3D虛擬教室）體驗虛擬課堂，并實時聽課和評估。

（三）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本設(shè)計的實現(xiàn)，需要使用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，通過無線網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)將智能手機(jī)，電腦PC，服務(wù)器，監(jiān)控器和投影儀等設(shè)備相連接，進(jìn)行信息收集與反饋，實現(xiàn)虛擬課堂的管理與監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如下圖所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及移動物聯(lián)技術(shù)開發(fā)的智能化虛擬課堂實現(xiàn)了物理課堂與虛擬課堂平臺的互聯(lián)，打破了時間與空間的限制，實現(xiàn)了移動實時交互教學(xué)、評教、交流和互動，方便學(xué)生隨時隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，有利于提升他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，是教育領(lǐng)域的一項大膽嘗試。為了驗證本項目的可行性，經(jīng)過學(xué)院審批，該平臺已在安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣告媒體開發(fā)專

業(yè)的廣告音效設(shè)計課程中進(jìn)行了初步測試。測試結(jié)果表明，學(xué)生非常喜歡這種新穎的學(xué)習(xí)互動模式，學(xué)習(xí)效率有效提升。同時，它解決了當(dāng)前傳統(tǒng)課堂中學(xué)生不聽課只是低頭玩手機(jī)的現(xiàn)狀，讓手機(jī)成為課堂的必需品，有效地輔助了教學(xué)活動，讓學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，課堂活躍，資源能實時共享，學(xué)習(xí)交流不受限，提升了教師的授課效果，這不失為一種教育教學(xué)創(chuàng)新改革的好辦法，值得各高校研究與推廣。

[1]王賀元.論虛擬課堂的教學(xué)特點與教學(xué)方法[J].現(xiàn)代大學(xué)教育,2003(3).

[2]張麗霞，商蕾杰.虛擬課堂學(xué)習(xí)支架的類型及功能[J].中國電化教育,2011(4).

[3]華欣，趙春喜，崔立新，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在信息化建設(shè)中的應(yīng)用[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2012(6).

責(zé)任編輯：郭一鶴

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1671-6531（2017）04-0058-04

*安徽省教育廳省級質(zhì)量工程項目“基于物聯(lián)網(wǎng)手機(jī)APP模式的虛擬課堂平臺設(shè)計與搭建”（2015jyxm642）；安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究項目“基于物聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)APP智能化校園管理平臺的設(shè)計與實現(xiàn)”（KJ2016A317）

汪萍/安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師（安徽合肥230601）。