智能體育課程管理系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

王斐

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 學(xué)生處，陜西 西安 710089)

0 引言

在現(xiàn)代高校教學(xué)中，體育課程發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用，它一方面能夠直接增強(qiáng)學(xué)生的身體素質(zhì)，另一方面能夠?yàn)榭茖W(xué)運(yùn)動(dòng)方式的普及提供理論依據(jù)。隨著高校體育課程教學(xué)模式的變化，課程信息量逐漸增多，以往人工進(jìn)行排課、選課的課程管理方式不僅浪費(fèi)了大量的人力物力，而且錯(cuò)排、錯(cuò)選的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。針對(duì)這些問題，本文提出并設(shè)計(jì)了一種智能體育課程管理系統(tǒng)，通過教師用戶和學(xué)生用戶所對(duì)應(yīng)的模塊向其提供排課或選課服務(wù)，利用在線論壇實(shí)現(xiàn)師生的互動(dòng)交流，同時(shí)，系統(tǒng)能夠通過智能化的方式對(duì)體育課程教學(xué)資源信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整合與分析，并實(shí)時(shí)采集和記錄課堂數(shù)據(jù)，最后將信息處理結(jié)果面向教師和學(xué)生用戶進(jìn)行發(fā)布。本系統(tǒng)基于信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高校體育課程的智能管理，對(duì)其他同類系統(tǒng)的研發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)體育課程管理的精細(xì)化與智能化，本系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)模式的架構(gòu)下搭建以服務(wù)為主體的課程管理平臺(tái)，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能體育課程管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

由圖1可見，為了保證系統(tǒng)的功能完善性，系統(tǒng)共由基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)端、應(yīng)用端、應(yīng)用支撐端、客戶端及用戶端5個(gè)部分組成。基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)端主要負(fù)責(zé)采集、處理和存儲(chǔ)課程信息資源數(shù)據(jù)，利用物聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用端進(jìn)行信息交互，應(yīng)用端向教師和學(xué)生用戶發(fā)布課程信息，為其排課、選課提供參考，同時(shí)為師生提供互動(dòng)交流空間，應(yīng)用支撐端基于多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為應(yīng)用端提供業(yè)務(wù)支撐，利用無線網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析的課程信息經(jīng)由客戶端的瀏覽器界面向用戶端的教師與學(xué)生進(jìn)行顯示，為其排、選課提供詳盡的信息。客戶端瀏覽器基于HTML、CSS、JavaScript3種編程語言聯(lián)合開發(fā)顯示界面。應(yīng)用支撐端集成了數(shù)據(jù)引擎、XML交換、傳感網(wǎng)絡(luò)間協(xié)議、無線網(wǎng)絡(luò)、Internet和事務(wù)處理等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1-3]，對(duì)信息資源進(jìn)行整合，借助于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換接口，為用戶生成一個(gè)支持信息協(xié)作、傳遞、訪問的整合環(huán)境，滿足師生的體育課程信息需求。在系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)端，基于MySQL服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和備份，以保證數(shù)據(jù)的安全性和數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)母咝浴?/p>

本系統(tǒng)為教師和學(xué)生分別設(shè)置了不同的用戶端顯示界面。教師和學(xué)生可以通過PC、手機(jī)或平板電腦和觸摸屏等設(shè)備中安裝的瀏覽器編輯或查詢體育課程信息。在用戶提出排課或選課的請(qǐng)求后，系統(tǒng)在應(yīng)用支撐端所生成的環(huán)境中提供有關(guān)課程安排或選擇的服務(wù)。應(yīng)用端中部署了教師排課、學(xué)生選課、師生互動(dòng)和學(xué)生信息4個(gè)功能模塊，基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)端包含設(shè)施和服務(wù)2個(gè)部分，服務(wù)是指開展體育課程管理過程中的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)備份與基礎(chǔ)管理，設(shè)施則是指服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、查詢平臺(tái)以及物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的信息傳遞渠道。

在系統(tǒng)的組成部分中，應(yīng)用端發(fā)揮了系統(tǒng)核心的作用，其所屬模塊的功能實(shí)現(xiàn)方式是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重中之重。

1.1 教師排課模塊

通過該模塊教師可以按照教學(xué)計(jì)劃做出課程安排，對(duì)排課信息進(jìn)行新建、編輯和刪除。在教師用戶界面，教師可以通過“添加”選項(xiàng)錄入體育課程信息，若信息發(fā)生變動(dòng)則通過“編輯”更改信息內(nèi)容或直接刪除該信息。在物聯(lián)網(wǎng)模式的課程信息管理中，排課過程實(shí)際上是對(duì)教師、學(xué)生、授課時(shí)間地點(diǎn)的統(tǒng)籌規(guī)劃，系統(tǒng)的排課模塊會(huì)根據(jù)這3個(gè)因素做出合理的安排，避免教師或?qū)W生在同一時(shí)間選擇兩門課程、學(xué)生體育課時(shí)超標(biāo)等現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 學(xué)生選課模塊

該模塊主要面向?qū)W生提供課程選擇與統(tǒng)計(jì)服務(wù)。在學(xué)生因特殊情況不能參加已選課程的情況下，學(xué)生可以在其用戶界面通過“刪除”選項(xiàng)取消課程學(xué)習(xí)。目前高校對(duì)學(xué)生的體育課程學(xué)分普遍做出了指標(biāo)性要求，因此學(xué)生必須結(jié)合這些要求根據(jù)學(xué)期的其他課程安排選擇時(shí)間適合的體育課程。在“學(xué)生選課信息統(tǒng)計(jì)”選項(xiàng)中可以對(duì)已有的課程安排進(jìn)行查詢，同時(shí)還可以了解體育課程的已報(bào)名人數(shù)信息，若報(bào)名人數(shù)達(dá)到上限，系統(tǒng)會(huì)提示學(xué)生用戶選擇在其他時(shí)間上課的課程。

1.3 學(xué)生信息設(shè)置模塊

系統(tǒng)通過該模塊對(duì)所有在讀學(xué)生的基本信息進(jìn)行管理，由系統(tǒng)管理員進(jìn)行學(xué)生信息的維護(hù)，按照實(shí)際情況進(jìn)行學(xué)生信息的新建、編輯、刪除和查詢。系統(tǒng)管理員通過“添加”選項(xiàng)創(chuàng)建新的學(xué)生信息，當(dāng)這些信息發(fā)生變化時(shí)可以通過“編輯”進(jìn)行內(nèi)容修改或通過“刪除”去掉整條信息，系統(tǒng)用戶可以通過“學(xué)生信息查詢”查找并核實(shí)學(xué)生的基本信息。由于在校學(xué)生的學(xué)號(hào)是唯一的，因此學(xué)生信息添加成功后，學(xué)生能夠以已獲認(rèn)證的用戶身份登錄系統(tǒng)。

1.4 互動(dòng)交流模塊

該模塊以在線論壇的方式為教師、學(xué)生用戶和系統(tǒng)管理員提供了一個(gè)信息交互的空間，其管理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 互動(dòng)交流模塊管理結(jié)構(gòu)示意圖

教師和學(xué)生是信息發(fā)布的主體，管理員對(duì)論壇發(fā)布的消息進(jìn)行審核，以防止有人發(fā)布違規(guī)信息。由此可見，互動(dòng)交流模塊需要同時(shí)管理用戶數(shù)據(jù)表和發(fā)布信息數(shù)據(jù)表，用戶數(shù)據(jù)表中包含了用戶的基本信息，如姓名、性別、年齡、學(xué)號(hào)、工號(hào)等，發(fā)布信息數(shù)據(jù)表中則包含了信息標(biāo)題、關(guān)鍵字/詞、發(fā)布時(shí)間以及發(fā)布者的基本信息等，以保證信息的可追溯性。

用戶通過在線論壇進(jìn)行新主題的發(fā)表或?qū)Ω信d趣的信息內(nèi)容進(jìn)行查閱，學(xué)生用戶可以在論壇中交流學(xué)習(xí)心得、分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)或向教師提出與課程有關(guān)的問題，教師用戶則可以為學(xué)生答疑、提供在線輔導(dǎo)或發(fā)布課程變動(dòng)通知等。用戶信息發(fā)布流程如圖3所示。

圖3 用戶信息發(fā)布流程示意圖

按照?qǐng)D3所示流程，用戶進(jìn)入在線論壇后，系統(tǒng)界面會(huì)以信息列表的方式進(jìn)行顯示，用戶點(diǎn)擊“發(fā)表新主題”選項(xiàng)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至信息發(fā)布界面，用戶逐項(xiàng)輸入信息主題、信息內(nèi)容后點(diǎn)擊“提交發(fā)布”，系統(tǒng)會(huì)按照既定規(guī)則對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行核驗(yàn)，若存在不符合規(guī)則的項(xiàng)目則自動(dòng)返回至信息編輯界面并提示用戶進(jìn)行修改，若驗(yàn)證通過，則提交給管理員進(jìn)行人工審核，通過后該信息將發(fā)布在首頁的信息列表中。

2 課程分析與管理功能實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)不僅能夠?qū)W(xué)生的體育學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行快速統(tǒng)計(jì)，還能夠根據(jù)學(xué)生的各種體育項(xiàng)目歷史學(xué)習(xí)成績(jī)對(duì)學(xué)生的適學(xué)項(xiàng)目做出智能分析，以滿足其個(gè)人興趣愛好并提高其體育課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。課程分析與管理功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 課程分析與管理結(jié)構(gòu)示意圖

首先系統(tǒng)必須具備用戶基本信息的管理功能，根據(jù)課程管理的要求設(shè)置完善的基本信息錄入項(xiàng)，如姓名、性別、學(xué)號(hào)和工號(hào)等；為了保證用戶基本信息的準(zhǔn)確性和完整性，系統(tǒng)需要定期對(duì)已有的信息進(jìn)行維護(hù)；為教師排課信息和學(xué)生選課信息創(chuàng)建數(shù)據(jù)集并存入數(shù)據(jù)庫；學(xué)生用戶可以通過系統(tǒng)查詢所選體育課程的班級(jí)代號(hào)，學(xué)期結(jié)束時(shí)可以查詢學(xué)習(xí)成績(jī)；系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量做出分析，供教師建立或調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。

2.2 智能體育課程管理

本系統(tǒng)充分利用了物聯(lián)網(wǎng)自帶的感知特性來加快課程管理信息采集速度，同時(shí)憑借網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算功能構(gòu)建多種信息綜合分析平臺(tái)[4]。將與體育課程有關(guān)的各種信息進(jìn)行整合后實(shí)施自動(dòng)化分析，為了保證分析結(jié)果的可靠性，必須實(shí)施智能化的體育課程信息管理，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、按時(shí)錄入，按照上述要求建立的課程管理模型如圖5所示。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)模式下的課程管理模型

教師必須實(shí)時(shí)、全面地采集課程管理信息并將其錄入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)這些信息進(jìn)行整合分析，在此過程中，多個(gè)信息處理單元協(xié)同工作，使網(wǎng)絡(luò)層和感知層能夠同時(shí)發(fā)揮信息處理的作用。系統(tǒng)首先對(duì)學(xué)生選課信息(課程項(xiàng)目及其所對(duì)應(yīng)的選課人數(shù))進(jìn)行匯總，通過物聯(lián)網(wǎng)感知功能對(duì)系統(tǒng)提交的信息進(jìn)行整合和分析，將獲取的分析結(jié)果發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，通過物聯(lián)網(wǎng)向公共信息服務(wù)器進(jìn)行傳遞，在這里，體育課程信息實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)共享，教師和學(xué)生用戶使用查詢平臺(tái)就能夠直接查詢排課情況和體育學(xué)習(xí)成績(jī)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

選取北京某高校計(jì)算機(jī)學(xué)院大三年級(jí)300名學(xué)生及其該學(xué)期體育授課教師進(jìn)行體育課程選課與排課實(shí)驗(yàn)，對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試。實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)采用Intel Core i5處理器，主頻2.6GHz，內(nèi)存8GB，硬盤容量2T，安裝Windows 10專業(yè)版操作系統(tǒng)，服務(wù)器運(yùn)行軟件為MySQL。

3.1 排課結(jié)果及分析

通過本系統(tǒng)向?qū)W生提供體育課程學(xué)習(xí)項(xiàng)目、上課時(shí)間和課程學(xué)分等信息，由學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣及其他課程安排對(duì)體育課程進(jìn)行選擇，每個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目的課程報(bào)名學(xué)生數(shù)上限為200人，教師按所示情況進(jìn)行排課。如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試排課信息

由圖6可見，體育教師向系統(tǒng)中錄入了籃球、足球、自由搏擊等10個(gè)項(xiàng)目的體育課程，課程學(xué)分均為2分，每周一節(jié)課，每節(jié)課的上課時(shí)間為2 h，其中多個(gè)課程出現(xiàn)時(shí)間重疊或交叉的情況。從學(xué)生的選課結(jié)果可以看出，籃球及足球的剩余報(bào)名名額分別為141和120，說明選擇了這2個(gè)項(xiàng)目體育課程的人數(shù)較少，羽毛球、網(wǎng)球、跆拳道項(xiàng)目課程的剩余名額為負(fù)數(shù)，說明報(bào)名人數(shù)超出了200人。

3.2 學(xué)生選課監(jiān)測(cè)分析

選定特定時(shí)間通過本系統(tǒng)采集各項(xiàng)目課程報(bào)名人數(shù)信息，結(jié)果如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試某時(shí)刻學(xué)生選課信息

由圖7可見，系統(tǒng)進(jìn)行信息采集時(shí)乒乓球、羽毛球、健美操、跆拳道項(xiàng)目課程的報(bào)名人數(shù)已達(dá)到或超出200人，花樣游泳課報(bào)名人數(shù)即將達(dá)到上限，說明這些課程在學(xué)生中最受歡迎，籃球及足球的報(bào)名人數(shù)分別為58和80，可見大多數(shù)學(xué)生對(duì)這兩個(gè)項(xiàng)目的課程不感興趣。

3.3 課程信息分析

本文選用查詢準(zhǔn)確率(prrecision)、查全率(recall)作為所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。查詢準(zhǔn)確率是指通過本系統(tǒng)查詢到的報(bào)名人數(shù)與真實(shí)已報(bào)名人數(shù)一致的課程在所有課程中的占比，查全率是指學(xué)生實(shí)際可選的課程與系統(tǒng)顯示可選課程數(shù)量的比值[5]。

本系統(tǒng)對(duì)教師排課及學(xué)生選課信息的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表1所示。

由表1可見，經(jīng)本系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析后所得的10種項(xiàng)目體育課程排、選課數(shù)據(jù)的查全率和查準(zhǔn)率均在95%以上，證明本系統(tǒng)具備優(yōu)異的數(shù)據(jù)分析能力。

表1 排、選課實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析表

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)提供教師排課與學(xué)生選課服務(wù)，在此期間，系統(tǒng)未出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷、運(yùn)行卡頓與宕機(jī)等現(xiàn)象，也沒有發(fā)生已錄入數(shù)據(jù)被非法篡改或數(shù)據(jù)丟失的事件，表明系統(tǒng)能夠在保證數(shù)據(jù)安全的前提下穩(wěn)定運(yùn)行。

4 總結(jié)

為了實(shí)現(xiàn)高校體育課程的智能化管理，本文提出并設(shè)計(jì)了一種智能體育課程管理系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及其5個(gè)組成部分的具體功能，詳細(xì)闡述了教師排課、學(xué)生選課、學(xué)生基本信息設(shè)置以及師生交流功能的實(shí)現(xiàn)流程，說明了系統(tǒng)進(jìn)行課程分析與管理的具體方式，并通過應(yīng)用測(cè)試證明了系統(tǒng)的功能可靠性和分析結(jié)果的精準(zhǔn)性。本系統(tǒng)打破了人工選排課的傳統(tǒng)模式，在大幅提高選排課效率的同時(shí)保證了選排課結(jié)果的準(zhǔn)確性，為同類系統(tǒng)的研發(fā)提供了全新的技術(shù)思路。