基于.net技術(shù)的高校智慧教室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

駱方舟

(黎明職業(yè)大學(xué) 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)部，福建 泉州 362000)

高校管理中各類信息較多，教師、學(xué)生、教務(wù)、后勤等，都是高校中的重要信息資源。要想做好管理工作，就需要對(duì)各方面的信息了然于胸。因此，智慧校園中，大數(shù)據(jù)、信息共享特征明顯。教室管理作為高校中的重要管理內(nèi)容，在智慧校園浪潮的帶動(dòng)下，教室管理也應(yīng)實(shí)現(xiàn)信息化，實(shí)現(xiàn)智慧化。文章對(duì)智慧教室管理系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。研究時(shí)主要基于.net技術(shù)。該系統(tǒng)由服務(wù)端、移動(dòng)端兩個(gè)平臺(tái)構(gòu)成。服務(wù)端主要包括HTML5、AOP編程等相關(guān)技術(shù)[1]，實(shí)現(xiàn)了表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層的分離。客戶端主要包括學(xué)生客戶端、教師客戶端。兩種客戶端主要基于手機(jī)客戶端，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的Android、iOS分布進(jìn)行了設(shè)置，以滿足師生手機(jī)端的需求[6-7]。

1 高校智慧教室管理系統(tǒng)功能需求分析

智慧教室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)各教室信息的收集，分析所獲取信息，從中挖掘出有效的信息提高課堂教學(xué)管理效率。在進(jìn)行智慧教室管理開發(fā)時(shí)需要考慮如下問題：

(1)兼容性問題。智慧教室管理系統(tǒng)包含軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，因此，在設(shè)備選擇時(shí)需要考慮到設(shè)備與軟件兼容性問題。

(2)自動(dòng)控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)連接。教室中包含門、窗、投影儀、臺(tái)式電腦以及教學(xué)工具等，需要對(duì)這些工具添加自動(dòng)控制技術(shù)，此外需要增加無線連接功能。

(3)配置物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的集成控制。

教室管理中，涉及到的管理內(nèi)容包括教室、設(shè)備、教師、學(xué)生、教學(xué)、課堂、考勤、監(jiān)控等，因此，以上內(nèi)容也是智慧教室管理系統(tǒng)的主要功能模塊。圖1為系統(tǒng)總體用例圖[8]。如下是功能模塊分析。

1)學(xué)生管理。該功能模塊主要實(shí)現(xiàn)了信息、課程、論壇、考勤、成績(jī)等相關(guān)內(nèi)容的管理。學(xué)生信息管理包含的功能為學(xué)生信息添加、學(xué)生信息修改、學(xué)生信息查看以及學(xué)生信息刪除；學(xué)生論壇管理包含的功能為論壇信息添加、查看、修改；考勤管理包含的功能有學(xué)生考勤添加、學(xué)生考勤查看；學(xué)生成績(jī)管理包含的功能有學(xué)生成績(jī)錄入、成績(jī)修改以及成績(jī)查看；課程管理主要實(shí)現(xiàn)了課程信息添加、課程信息修改、課程信息查看。

2)教室管理。教室管理包含的功能為教室信息管理和教室設(shè)備信息管理。教室信息管理包含功能為教室信息添加、教室信息修改、教室信息查看及教室信息刪除；設(shè)備信息管理主要實(shí)現(xiàn)了設(shè)備信息添加、查看、設(shè)備信息刪除以及設(shè)備信息修改。

圖1 高校智慧教室管理系統(tǒng)總體用例圖

3)教師管理。教師管理主要是對(duì)課程、學(xué)生成績(jī)、教材、學(xué)生考勤、學(xué)生等內(nèi)容進(jìn)行管理。課程管理中包含的功能有課程添加、課程修改、課程查看以及課程刪除；成績(jī)管理中包含的功能有成績(jī)錄入、成績(jī)修改以及成績(jī)查看；教材管理中包含的功能有教材添加、教材修改以及教材查看；考勤管理包含的功能有考勤添加、考勤查看；學(xué)生管理主要實(shí)現(xiàn)了學(xué)生信息添加、修改、查看等。

4)設(shè)備管理。設(shè)備管理主要有信息管理、使用管理、維護(hù)管理等。設(shè)備信息管理包含的功能有設(shè)備信息添加、修改、查看以及設(shè)備信息刪除；設(shè)備使用管理包含的功能有設(shè)備使用添加、設(shè)備使用維護(hù)、設(shè)備使用查看。

5)教學(xué)管理。教學(xué)管理主要有教材管理、教案管理、考試管理以及排課管理。

6)考勤管理。包含的功能有考勤信息添加、考勤信息查看。

7)監(jiān)控管理。監(jiān)控管理中包含的功能有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)備份、監(jiān)控查看。

2 高校智慧教室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧教室管理系統(tǒng)開發(fā)按照視圖層、控制層、數(shù)據(jù)層以及設(shè)備層進(jìn)行開發(fā)。圖2為系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖2 系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

從圖2可知，系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)包含視圖層、控制層、數(shù)據(jù)層以及設(shè)備管理層，具體內(nèi)容如下所述：

(1)視圖層。視圖層中主要包括了系統(tǒng)各個(gè)功能模塊。通過無線傳感器將獲取的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，存儲(chǔ)由服務(wù)器中相應(yīng)的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并將處理結(jié)果展示在界面中。

(2)控制層?？刂茖又饕菢I(yè)務(wù)邏輯處理，該層中包含管理服務(wù)、教學(xué)服務(wù)、學(xué)生信息、教室信息管理等。系統(tǒng)使用C#語言編程完成業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)。

(3)數(shù)據(jù)層。為降低系統(tǒng)開發(fā)成本，本系統(tǒng)使用MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)具有開源、性能優(yōu)異等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在系統(tǒng)開發(fā)中[9]。系統(tǒng)使用.net技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)開發(fā)。

4)設(shè)備層。在智慧教室管理系統(tǒng)中包含大量設(shè)備。比如投影儀、溫度傳感器、存儲(chǔ)器等，需要將這些設(shè)備進(jìn)行管理。

教室管理中需要進(jìn)行傳感器設(shè)計(jì)。本文傳感器所使用的傳輸技術(shù)為ZigBee技術(shù)。該傳輸是一種低功耗的多跳路無線傳輸技術(shù)。智慧教室無線傳輸設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示。

圖3 智慧教室無線傳輸設(shè)計(jì)

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧教室管理系統(tǒng)中,核心功能模塊是數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。通過傳感器將教室環(huán)境信息、設(shè)備信息、人員信息、位置信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸并存儲(chǔ)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)交換使用分布式方案進(jìn)行。如圖4所示。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)分類分為三類：

(1)無線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。該層中主要傳輸傳感器獲取信息，按照無線傳感器傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸。

(2)無線數(shù)據(jù)傳輸。

(3)數(shù)據(jù)路由。將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)集中傳輸給相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心。

圖4 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3 系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

高校智慧教室管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

在智慧教室管理系統(tǒng)中，主要包括學(xué)生管理、教師管理、設(shè)備管理、教學(xué)管理、教師管理、考勤管理、監(jiān)控管理等七大功能模塊。不同功能模塊負(fù)責(zé)管理的內(nèi)容不同，如學(xué)生管理主要實(shí)現(xiàn)了學(xué)生信息、學(xué)生考勤、課程等的管理；教師管理主要實(shí)現(xiàn)了學(xué)生成績(jī)、教材管理、學(xué)生考勤等的管理；教學(xué)管理中包含的功能有教材管理、教案管理、考試管理、排課管理；考勤管理中包含的功能考勤信息、考勤查看和考勤查看；監(jiān)控管理中包含的功能有監(jiān)控備份、監(jiān)控查看。七大功能模塊共同作用，將跟教室管理相關(guān)的內(nèi)容有機(jī)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了智慧化、智能化管理，有效提高了教室管理水平。

圖6 教室管理類圖7設(shè)備管理類圖

2.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

高校智慧教室管理系統(tǒng)中主要包括了七大功能模塊。由于文章篇幅有限，筆者在進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)時(shí)主要以教室管理、設(shè)備管理兩個(gè)功能模塊為例進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其他功能模塊的設(shè)計(jì)類同，只在此為功能設(shè)計(jì)作出參考。

2.4.1 教室管理

使用C/S技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)教室管理功能需求分析可知，教室管理中包含的功能有教室信息管理和教室設(shè)備管理。在教室管理中包含的方法有：Classroom_insert()用于教室信息添加、Classroom_delete()教室信息刪除、Classroom_update()教室信息修改、Classroom_select()教室信息查看。教室設(shè)備管理中包含的方法有：equipment_info()設(shè)備信息管理、equipment_update()設(shè)備信息修改、equipment_delete()設(shè)備信息刪除，還包含Serial_port串口管理類。教室管理類圖如圖6所示。

2.4.2 設(shè)備管理

設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)了設(shè)備信息管理、使用管理、維護(hù)管理等。設(shè)備管理類如圖7所示。在設(shè)備管理類中包含的類有：equipment、equipmentDALL、equipmentBLL以及Serial_port類。在Serial_port類中包含的方法有:Serial_port_insert()串口添加、Serial_port_update()串口修改、Serial_port_delete()串口刪除、Serial_port_select()串口信息查看。

2.5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

高校智慧教室管理系統(tǒng)涉及到的管理內(nèi)容較多，如學(xué)生、教師、教室、考勤等，這些信息是巨大的。這些信息關(guān)系著高校師生信息安全，因此，需要設(shè)計(jì)出專門的數(shù)據(jù)庫(kù)，保證以上信息的安全。這些信息需要存儲(chǔ)為此本文使用開源數(shù)據(jù)庫(kù)MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息存儲(chǔ)。下面列舉部分關(guān)鍵信息表。

(1)學(xué)生信息表

學(xué)生信息表用于存儲(chǔ)學(xué)生信息。該表中包含的字段有：學(xué)生編號(hào)、學(xué)生姓名、性別、身份證、專業(yè)、班級(jí)、入學(xué)年份、院系、電話、學(xué)分、家庭地址、父母電話等。學(xué)生信息表如表1所示。

表1 學(xué)生信息表

(2)教室信息表

教室信息表用于存儲(chǔ)教室信息。包含的字段有：教室編號(hào)、大小、地址、設(shè)備ID、教室用途、教室建設(shè)時(shí)間、時(shí)間使用狀態(tài)、教室管理員等。教室信息表詳情如表2所示。

表2 教室信息表

3 高校智慧教室管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

高校智慧教室管理系統(tǒng)使用C#語言進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)使用MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù)器為SQLServer2012，服務(wù)器為IIS8.0。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境如表3所示。

表3 智慧教室開發(fā)環(huán)境

由于高校智慧教室管理系統(tǒng)中包含的功能多，本章只對(duì)設(shè)備管理進(jìn)行說明。設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)界面如圖8所示。在設(shè)備管理界面中，用戶需要輸入相應(yīng)的信息選擇查詢，在界面中顯示相應(yīng)的查詢信息。

圖8 設(shè)備管理界面

如下為設(shè)備管理核心代碼：

4 結(jié)語

根據(jù)當(dāng)前高校教室管理進(jìn)行高校智慧教室管理系統(tǒng)開發(fā)。系統(tǒng)使用.net技術(shù)進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將教室信息獲取，最終開發(fā)出智慧教室管理系統(tǒng)。為學(xué)生課堂學(xué)習(xí)提供了指導(dǎo)作用。