教與學(xué)智能管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用研究

刁秀麗 田雨豐 宋正國 楊帆

摘 ?要： 為了提高教與學(xué)的效率，開發(fā)了輔助教學(xué)的智能管理系統(tǒng)及移動教育APP，文章詳細描述了該系統(tǒng)的功能設(shè)計。系統(tǒng)基于移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了教學(xué)過程、學(xué)生成績、作業(yè)提交及考勤情況等管理模塊，實現(xiàn)教學(xué)過程的智能管理，極大地簡化了日常教學(xué)活動，實現(xiàn)了教學(xué)的智能化和自動化管理。

關(guān)鍵詞： 學(xué)習(xí)資源推薦; 教育APP; 智能教學(xué); 智能考勤

中圖分類號：G434 ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：C ? ? 文章編號：1006-8228（2020）01-109-04

Abstract： In order to improve the efficiency of teaching and learning， the intelligent management system and mobile education App for teaching assistant has been developed. In this paper， the function design of the system is described in detail. Using the mobile network， the system realizes management modules of teaching process， student achievement， homework submission and attendance checking， which realizes the intelligent management of teaching process， greatly simplifies the daily teaching activities， and realizes the intelligent and automatic management of teaching.

Key words： learning resource recommendation; educational App; intelligent teaching; intelligent attendance checking

0 前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動設(shè)備的發(fā)展，網(wǎng)上教育與管理已成為現(xiàn)代教育與教學(xué)的研究熱點與發(fā)展趨勢，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，教師與學(xué)生之間關(guān)于學(xué)習(xí)信息的直接交流平臺還很少，一般是通過第三方社交軟件或網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺進行問題交流、資料傳輸、任務(wù)布置，這不適應(yīng)于當(dāng)前移動教育與智慧教育的發(fā)展。

隨著移動應(yīng)用市場和移動設(shè)備的發(fā)展，APP也已逐漸融入人們的日常生活中。據(jù)統(tǒng)計，目前市場上存在的校園APP數(shù)量已高達600多款，功能涉及到生活服務(wù)、校園資訊、交友互動、信息查詢等方方面面。

然而，現(xiàn)有的校園APP普遍存在功能單一、水平良莠不齊、缺乏科學(xué)管理、不能滿足個性化需求等問題，缺少特色突出的校園APP。為了適應(yīng)當(dāng)前教育教學(xué)的需要，充分發(fā)揮以校園教與學(xué)為主題的APP真正作用，設(shè)計與開發(fā)集教與學(xué)管理于一體的智能管理系統(tǒng)就應(yīng)運而生。

目前，高等學(xué)校的教與學(xué)過程大致存在以下問題。

⑴ 教師和學(xué)生缺少必要的交流溝通，教師不能獲得學(xué)生對教學(xué)過程中存在的問題和學(xué)生對上課氣氛、進度等的合適評級，所以無法及時進行調(diào)整，這樣會影響教學(xué)效率。

⑵ 日常作業(yè)的收發(fā)不及時，每次作業(yè)布置與提交都存在延期情況，且學(xué)生無法對作業(yè)情況得到準(zhǔn)確、及時的反饋。

⑶ 教師為了對教學(xué)進行管理，考勤是必須環(huán)節(jié)，然而，教師每次上課考勤都會浪費許多時間，且仍無法實現(xiàn)學(xué)生準(zhǔn)時上課。

⑷ 教學(xué)過程的評價方法單一，而且教師統(tǒng)計學(xué)生成績復(fù)雜，且困難。日常成績、作業(yè)成績、考試成績分別記錄，進行加權(quán)計算總成績時也成為了教師教學(xué)的一種負(fù)擔(dān)。

為了解決以上問題，我們設(shè)計了“愛課”智能教與學(xué)管理系統(tǒng)。為了增加師生之間的交流與溝通，設(shè)計課后討論專區(qū)，教師可以看到學(xué)生對于這門課程的評價與反饋，方便教師及時正確的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。設(shè)計了上傳下載課件的功能，學(xué)生可以通過APP自主下載課件，進行自主學(xué)習(xí)。通過線上提交作業(yè)，教師通過線上打分并且評價，這樣極大的節(jié)省時間。為了避免考勤浪費時間，系統(tǒng)采取利用人臉識別的方法進行簽到，利用語音功能自動進行點名或者對缺勤情況利用相應(yīng)人工智能算法進行隨機提問以此來提高課堂效率。利用智能APP進行上課打分、作業(yè)打分和考試打分，并將成績鏈接到學(xué)生相關(guān)的教學(xué)信息庫，有利于對學(xué)生的學(xué)習(xí)進行綜合評價。

1 系統(tǒng)功能

“愛課”教與學(xué)系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)對課程學(xué)習(xí)、資源推薦以及學(xué)生成績、作業(yè)、考勤情況等信息進行智能管理，并利用人臉識別、位置定位等技術(shù)實現(xiàn)學(xué)生考勤的一款移動APP（如圖1、圖2所示）。借助網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)學(xué)生與教師互動和教學(xué)內(nèi)容的管理，同時，也可以讓教師能夠更加智能的對學(xué)生情況進行管理，“愛課”具有以下功能。

⑴ 系統(tǒng)功能齊全。對于教師和學(xué)生而言，可以在同一個APP內(nèi)實現(xiàn)個人信息管理、課程管理、成績管理以及日常生活服務(wù)等功能，避免在不同APP之間來回切換所帶來的時間耗費;教學(xué)管理系統(tǒng)不僅保證了程序運行流暢，更方便其對內(nèi)容做及時更新，以及后期的數(shù)據(jù)安全維護工作。“愛課”系統(tǒng)所具備的學(xué)生考勤、任務(wù)發(fā)布、資料共享、學(xué)習(xí)簽到、成績查詢、生活服務(wù)等一系列豐富多樣的功能，如圖3所示。

⑵ 系統(tǒng)平臺提供及時有效的反饋信息。在系統(tǒng)平臺上，師生互動時有助于提高學(xué)生主動性的學(xué)習(xí)環(huán)境，及時有效的反饋信息能夠幫助學(xué)生調(diào)整原有知識并建構(gòu)新知識，避免傳統(tǒng)課堂教學(xué)中的“以教師為中心”，導(dǎo)致的學(xué)生主觀能動性喪失，“愛課”系統(tǒng)的課程評論區(qū)為師生交流互動搭建了一個良好的平臺，“我的消息”模塊使教師和學(xué)生能夠第一時間收到反饋。

⑶ 針對不同學(xué)習(xí)者進行學(xué)習(xí)資源推薦。根據(jù)教學(xué)應(yīng)該著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，“愛課”系統(tǒng)為學(xué)生推薦符合其現(xiàn)階段知識儲備與認(rèn)知能力的知識，同時又具有一定難度的學(xué)習(xí)資源，以此調(diào)動學(xué)習(xí)者積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達到下一發(fā)展階段的水平，進而形成一種良性循環(huán)。通過“愛課”教與學(xué)系統(tǒng)，教師可以針對不同類型和認(rèn)知能力的學(xué)生布置不同難度的任務(wù)，學(xué)生也可以根據(jù)個人現(xiàn)有水平選擇適合自己的課程及下載相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料。

2 系統(tǒng)模塊設(shè)計

“愛課”教與學(xué)管理系統(tǒng)，是利用網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)對學(xué)生信息進行智能管理，用戶模塊包括教師和學(xué)生用戶，其功能如圖4所示。系統(tǒng)功能包括教學(xué)系統(tǒng)、個人管理系統(tǒng)、系統(tǒng)維護管理和個人信息管理等模塊，如圖5所示。

教師登錄系統(tǒng)后可以發(fā)布課程，進入個人課程頁面可以進行本節(jié)課的課堂點名，管理和查看所教班級學(xué)生的出勤信息，參考出勤情況給出學(xué)生成績。教師模塊可以上傳教學(xué)資源，以供學(xué)生下載，并根據(jù)課程進度作業(yè)布置。

教師課程模塊：教師可以發(fā)布課程，模塊中包含本課程的相關(guān)教與學(xué)管理功能，如上課點名、布置作業(yè)、上傳課件、成績增改、考勤情況和刷臉考勤等。

課程資源：資源是對學(xué)科的知識點的一種表現(xiàn)。課程學(xué)習(xí)資源以文本和電子數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)知識內(nèi)容，其主要形式有視頻、音頻、課件、圖像、案例、試卷等。這些類型的資源可以包含一個或多個知識點。

在人臉識別技術(shù)開發(fā)上，利用webRTC技術(shù)和face++提供的人臉識別接口實現(xiàn)。通過攝像頭進行人臉追蹤和檢測，對視頻中出現(xiàn)的圖像進行實時截圖，然后利用Canvas繪圖技術(shù)以及face++提供的人臉信息將人臉邊框描繪出來，將影像實時繪制到屏幕，再利用face++接口來保存和訓(xùn)練，然后將圖像信息上傳與先前數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，最后將識別率符合的信息返回，實現(xiàn)人臉識別打卡。

考勤模塊：上課考勤有順序點名和隨機點名兩種方式，順序點名就是按照學(xué)號的順序依次進行點名;隨機點名就是隨機抽取一個數(shù)據(jù)。點名以語音播報的形式將文字轉(zhuǎn)換語音輸出，減輕了教師的上課負(fù)擔(dān)。教師可以進行考勤評定，記錄考勤情況和上課表現(xiàn)，有已到、未到、遲到、請假和回答獎勵幾個選項，數(shù)據(jù)會同步在考勤表中，實現(xiàn)與課堂點名情況的數(shù)據(jù)同步，便于統(tǒng)計學(xué)生的平時成績。

在語音點名技術(shù)開發(fā)方面，利用Webspeech接口實現(xiàn)語音合成技術(shù)。Webspeech是web提供的語音接口，可以實現(xiàn)將指定內(nèi)容用語音形式播出，通過設(shè)定聲音模式，通過自動加載和點擊播放兩種形式實現(xiàn)對人名的實時語音播放，以實現(xiàn)上課考勤。

作業(yè)模塊：當(dāng)教師點擊“布置作業(yè)”后，會彈出一個發(fā)布作業(yè)的對話框，根據(jù)提示進行作業(yè)布置，設(shè)置作業(yè)的開始時間與截止時間。

課件模塊：教師點擊“上傳課件”，可以上傳本地相關(guān)教學(xué)資源文檔。

成績統(tǒng)計模塊：教師可以根據(jù)實際情況，更改選修這門課的學(xué)生成績，進行學(xué)生成績管理。

學(xué)生用戶提交身份信息進行注冊，在進行登錄后可以查看并下載教師用戶上傳的教學(xué)資源，可以對課程評論進行回復(fù)或評論和查看作業(yè)、提交作業(yè)、添加學(xué)習(xí)計劃或者提醒任務(wù)，并且設(shè)置完成時間，可以查看本課程的相關(guān)成績。

學(xué)生課程模塊：學(xué)生隨意選擇一門課點擊進去，學(xué)生可以了解課程的有關(guān)信息和課件下載等。在詳情欄展示了該門課的詳細信息，比如授課教師、開課時間、學(xué)分、學(xué)時等。評論欄和問答欄為學(xué)生之間的交流提供學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生之間可以進行互動交流、問答或進行課程評價。

資源推薦：為了實現(xiàn)因材施教，促進學(xué)生個性化學(xué)習(xí)，系統(tǒng)平臺在個性化推薦技術(shù)理論指導(dǎo)下，根據(jù)系統(tǒng)平臺記錄的學(xué)生行為大數(shù)據(jù)中的行為模式、學(xué)習(xí)者屬性等特征，進行學(xué)習(xí)資源推送。同時，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和知識內(nèi)容的掌握狀態(tài)數(shù)據(jù)，優(yōu)化學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)路徑，對學(xué)生學(xué)習(xí)資源自下而上的進行推薦，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率。

任務(wù)模塊：為了規(guī)劃自己的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生可以在此模塊添加任務(wù)，并設(shè)置任務(wù)完成時間;也可以進行任務(wù)列表管理，刪除已完成的任務(wù)，讓學(xué)習(xí)變得更有計劃、更高效。

個人模塊：學(xué)生可以對自己的作業(yè)、所學(xué)科目的成績以及自己參加討論的回復(fù)等內(nèi)容進行管理。

周邊模塊：為了方便學(xué)生的日常生活和娛樂，此模塊可以推薦周圍的美食和景區(qū)，并進行路線規(guī)劃，查看相關(guān)地點的信息等。系統(tǒng)通過高德地圖提供的路線規(guī)劃地圖，地點搜索、自動尋路技術(shù)，實現(xiàn)目標(biāo)尋路，通過對周圍關(guān)鍵詞搜索，將周圍符合信息標(biāo)點，然后通過web將目標(biāo)點的圖片和相關(guān)信息顯示出來。

3 結(jié)束語

“愛課”智能教與學(xué)管理系統(tǒng)APP實現(xiàn)了個人信息管理、課程管理、學(xué)習(xí)資源推薦、成績管理以及日常生活服務(wù)等功能，并在學(xué)生考勤、任務(wù)發(fā)布、資料共享、學(xué)習(xí)簽到、成績查詢、生活服務(wù)等一系列功能等方面進行了設(shè)計，實現(xiàn)了教學(xué)的智能性和自動化管理。

目前，移動應(yīng)用開發(fā)技術(shù)的提升以及人工智能和大數(shù)據(jù)分析等新興技術(shù)的發(fā)展教育類APP提出了更高的要求，在教學(xué)資源方面提供數(shù)量巨大的課程資源，并將資源進行碎片化管理。在學(xué)習(xí)者信息管理方面，增加學(xué)生大數(shù)據(jù)處理功能，分析學(xué)習(xí)者特點，構(gòu)建學(xué)習(xí)者動態(tài)模型，從而實現(xiàn)在移動教育APP系統(tǒng)平臺上進行自適應(yīng)學(xué)習(xí)。

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