基于移動終端環境的教學即時反饋系統設計

劉文龍

（首都師范大學教育技術系，北京100048）

基于移動終端環境的教學即時反饋系統設計

劉文龍

（首都師范大學教育技術系，北京100048）

基于移動終端的教學環境是一種利用移動終端進行課堂活動的新型教學方式。現有的手持移動設備都體現了數碼與教育的融合，但均大多應用在課外學習，對于課堂教學中的實時反饋涉及較少。本文主要闡述了基于移動終端環境的教學即時反饋系統的設計和實現過程，該即時反饋系統對教學過程中的教師和學生行為進行處理并以直觀圖形的方式呈現出來，對于教師及時發現教學中的問題、了解學生學習效果、調整教學策略具有指導和借鑒作用。

移動終端；教學效果；即時反饋系統

一、引言

隨著智能手機、平板電腦等移動終端設備的興起，無線網絡、3G、4G等立體無線網絡環境正在形成。移動通信技術的不斷發展，對現代人的生活方式產生了很大的影響，同時也對教育改革實踐提供了新的思路和理念。

在整個教學過程中，教學反饋始終在其中處于極其重要的地位。教學反饋是指教師對教授課程所達到教學效果的備忘記錄及評價。教學反饋為教師提供教學效果信息，即時調整教學策略。即時的教學反饋能夠快速得到學生的學習效果信息，有針對性地對題目或學生進行專門的講解或指導。

已有的移動終端教學設備多采用遙控器，如樂佰特互動教學系統、北京松博科技公司的“按按按”互動遙控教學系統等，雖然實現了傳統教學與移動設備的結合，但由于類似遙控器的設備交互通常比較簡單、采集的信息有限、可視化呈現方式少，而且未考慮利用長期的歷史記錄分析教學規律以及教學領域對象的關系，所以未能很好實現教學輔助和提升教學的功能。

本研究所使用的移動終端授課環境——智動課堂系統，是一種利用網絡技術、交互技術、平臺技術、無線通訊技術、學習終端等建構起來一種課堂教學環境。該系統充分利用課堂教學理論與計算機網絡技術，將移動學習思想應用到課堂教學中。智動課堂系統使用帶有豐富教學資源的平板電腦（Pad終端）完全代替傳統紙質課本，能夠非常方便地記錄下教師、學生同系統的交互行為，學生同教師之間通過系統進行的師生互動行為，利用基于事件的方法進行行為數據的采集和有效分析能夠反映出課堂教學活動中存在的問題，從而促進教學反思，輔助教師進行教學決策。該系統通過無線通信技術將教師端、學生端和服務器端連接在一起，同時還可使用該系統進行多種教學活動，如自主探究、合作探究、搶答、即時反饋等。其中即時反饋系統將學生課上的教學行為全部收集下來并存儲到服務器中，進而進行分析處理并當堂反饋給教師和學生，實現了真正意義上的即時反饋。

即時反饋系統采用基于事件的方法，依靠教師和學生的各個行為點進行數據采集，使用計算機進行數據的采集和處理，并以圖形化的結果反饋給教師，為教師進行教學判斷提供依據。

二、移動終端授課環境

通過無線網絡連接，將移動終端設備與傳統課堂相結合，就形成了更符合信息時代教育特點的移動終端授課環境，實現了信息技術與學科教學的完美融合。智動課堂系統是天士博公司開發的以移動設備為載體，進行移動教學和學習的教學系統，現已在多所中小學進行實際應用，教學效果良好。

平板電腦是智動課堂系統的基本組成設備。平板電腦在硬件上輕便易攜，功能強大；在軟件上，大多平板電腦采用Android操作系統，因其開源性，許多在Windows操作系統上運行的軟件都有對應的Android版本，發揮出強大功能。安裝在Pad中的智動課堂系統使智動課堂客戶端軟件可實現多種課堂活動，包括PPT課件、課堂練習、自主探究、合作探究、即時問答、即時測驗等，各部分都可實現教師與學生的互動與即時反饋。教師和學生均可通過Pad獲取特定的教學和學習資源以及網絡資源。在教學過程中，教師Pad還可對學生Pad通過該客戶端進行監看、鎖屏以及表揚等操作，保證教師在課堂中的主導性作用。圖1表示智動課堂系統教師端界面。

圖1 智動課堂系統之教師端界面

一套完整智動課堂系統相當于一臺服務器，在該服務器中安裝有智動課堂服務中心、課件制作軟件以及相應的配套軟件。服務器與Pad之間可形成一個結構完善、功能強大的新型教學環境。教師可按照自己所需制作形式多樣的課件，在線下載整理課程所需的豐富多樣的教學資源，帶動學生的學習興趣。

智動課堂系統優勢明顯，不但功能強大，更符合教師學生的學習愿望；智動課堂系統可與白板等多種教學媒體結合，豐富教學環境；該套系統摒棄傳統課堂教師以講授為主的特點，發揮現代教育技術媒體應用優勢，注重學生自主學習和合作學習。即時反饋系統以該智動課堂授課系統為依托，前期進行了充分的設計、分析和討論，記錄了課堂隨堂測試過程中教師和學生所有的行為，最終確定向教師所要反饋的教學信息和相關圖表。

三、基于移動設備的即時反饋系統設計

隨著各種移動終端設備的出現和推廣，移動學習作為繼網絡學習之后又一種新興的學習和教學方式，已逐漸引起各界的關注。移動學習各終端之間通過無線通信技術連接，教師與學生可以通過安裝在移動設備上的移動學習軟件進行教學、學習和交流。它一方面繼承了網絡學習不限地不限時的優點和教學資源迅速共享的優勢，同時還能像傳統教學一樣進行實時的對話和面對面交流。

即時反饋系統設計主要從以下幾個方面入手——反饋系統所依托的硬件環境、實現反饋系統的軟件架構、系統反饋的結果。

1.設計框架

（1）硬件環境

即時反饋系統以智動課堂移動授課環境為基礎，學生端、教師端及服務器端通過無線網絡進行互連。其硬件環境如圖2所示：

圖2 智動課堂系統硬件環境

其中，服務器是整個智動課堂系統的中心，在該計算機中包含課件制作系統、課堂服務系統、數據庫系統。教師Pad/學生Pad是一臺安裝有智動課堂教師/學生客戶端的Android系統平板電腦。

在教學過程當中，學生Pad端將學生的行為數據以特定的形式傳送到數據庫進行保存；服務器端負責進行數據的提取、處理并進行特定的分析，形成統計報表或圖示；教師端向服務器端發出請求，服務器返回不同形式的結果，可直接返回到教師Pad端，也可返回到大屏幕（白板）上，供學生參考；教師和學生接收到返回結果，首先進行自我分析和評價，反思自己的教學和學習行為。這樣，就實現了一個完整的反饋過程。

（2）軟件框架

即時反饋系統是基于J2EE的技術架構，可移植性強并且具有安全和再用價值。即時反饋系統采用客戶端請求，服務器端返回Html統計頁的通信形式實現反饋過程。在該過程中，智動課堂系統請求統計數據，統計服務模塊進行數據處理并生成Htm l頁面顯示到客戶端。

反饋過程中，教師端通過與智動課堂服務器端的業務協議，向其發出統計頁請求，服務器端接收指令將接收的數據進行處理，并按照指令要求以網頁的形式發送給指定位置或設備。其反饋過程主要包括以下幾個模塊，如圖3所示：

圖3 即時反饋系統的軟件框架

考慮到即時反饋系統的可擴展性以及與計算機端的有效結合，統計結果通過通用的http協議以網頁形式發布到Pad端或者白板端，以適用不同類型的終端設備和不同平臺的多種不同的操作，以保持系統的一致性與可兼容性；學生課堂學習拋棄傳統課堂的紙質課本，所有學習資源均整合到學生Pad中，所需學習資源可由指定網絡地址或服務器下載。當隨堂考開始時，學生Pad每次操作都會實時地發送數據給智動課堂服務；教師Pad包含豐富的教學資源和多種課堂教學活動，可進行多學科教學。教師Pad可以調用查看并顯示通過統計服務生成的Web頁，打開反饋信息圖表。

智動課堂服務是即時反饋系統及整個智動課堂系統的核心部分，它一方面負責顯示Web統計頁，另一方面智動課堂服務負責對實時數據的收集和處理，同時還需接受教師端發送的控制指令對整個課堂教學及統計服務隨堂考的開始與結束進行通知。

2.反饋結果設計

隨堂考即時反饋系統利用移動終端設備，以基于事件的方式在教學過程中采集學生學習行為。通過考察學生隨堂考過程中的答題各項行為表現，采集相應的教學信息，形成圖表，反饋到教師和學生面前。

即時反饋結果旨在幫助教師了解學生情況，指導教師進行全面輔導以及個性化輔導。具體反饋結果如表1所示：

表1 反饋結果信息表

在隨堂考過程中，學生行為信息以及隨堂考試卷試題信息多種多樣，教師可通過系統所反饋的信息得到有用的學習信息，對教學和輔導發揮指導作用。

四、實現及應用

即時反饋系統從數據層、服務器層、客戶層（或呈現層）三個層面進行實現。

數據層采用關系數據庫，用于存儲學生在Pad端的操作行為。通過對學生在課堂活動中的學習行為進行分析，分離出能夠呈現學生學習狀態同時可抓取并記錄的屬性，將其存儲在關系數據庫中，以備服務器層提取分析。

服務器層（統計服務層）將存儲下來的行為數據進行讀取和分析，通過編程代碼實現數據提取、數據處理，并響應客戶層請求將數據處理結果以直觀形式展現出來。

客戶層（內容呈現層）是用戶接口和用戶請求的發出地。即時反饋系統主要通過教師端發出業務請求，獲取所需要的反饋結果信息。反饋結果以網頁的形式展現，同時預制多種接口，以適應不同移動設備、不同操作系統及不同瀏覽器，同時增加系統的可擴展性和易操作性。

1.元數據層的實現

即時反饋系統針對智動課堂系統隨堂考模塊進行分析和反饋，使用關系數據庫存儲學生行為數據，采用臨時表存儲采集的信息。

即時反饋系統數據模型主要包括四部分——試卷模型、測試模型、試題模型、過程模型。

試卷模型用于存儲隨堂考模塊教師所下發試卷的主要信息。其字段信息包括試卷名稱、試卷編號、總分數、下發時間、是否主動提交等。

測試模型用于臨時存儲試卷下發和收取過程中學生的操作信息。主要字段包括試卷編號、學生姓名、學生編號、下發時間、上交時間、是否主動提交等。

試題模型用來記錄測試中各個試題的詳細內容。主要字段為試卷編號、試題編號、試題類型、試題分值、正確答案等。

答題過程模型用來記錄測試過程中學生的做題信息。主要字段包括學生編號、試卷編號、試題編號、所選選項、是否有效、是否正確等。

2.統計服務層的實現

該層是反饋系統的核心部分，該層實現對所抓取的數據進行存儲、提取、分析、處理，并生成圖形圖表。統計服務層采用Hibernate框架實現數據的對象化封裝，使用MySQL數據服務。

3.內容呈現層的實現

統計服務層所生成的圖形結果以網頁的格式進行展示，同時供計算機端和Pad端調用。

統計過程中，教師Pad端向服務器發出指令，調用數據分析結果，接著統計服務層收到指令并同時分析指令類型才會執行回調方法，將對應的頁面傳遞給教師Pad端或者計算機端（白板端）。Pad端通過內置瀏覽器控件打開網頁鏈接進行展示統計圖表，教師在Pad端進行操作時，可點擊統計圖中的某個功能點進而打開計算機端（白板端）的指定功能。其具體調用過程如圖4所示。

圖4 反饋信息調用過程

4.應用成果

智動課堂系統已在若干小學和中學進行試用，其即時反饋系統在實際教學應用中發揮了應有的作用，教師可通過不同形式的反饋結果查看學生的學習情況和自身的教學情況，以便能及時調整后續教學和查漏補缺，學生也可通過查看白板端的反饋結果反思自身學習行為，發現存在的不足。圖5為智動課堂系統在某小學的應用場景。

圖5 智動課堂系統實際教學應用場景

即時反饋系統針對智動課堂系統的隨堂考模塊基本實現了5方面的即時統計分析，學生即時答題情況分析、學生即時答題正確率和提交人數分析、所有題目正確率分析、學生成績等級分析以及學生答題時間過程分析。教師對該反饋模塊有較好的評價，認為該模塊對于即時把握學生的學習情況、給學生有針對性的個性化指導具有很好的輔助作用。

教學即時反饋系統以快速性、即時性、針對性、教學性為設計原則，充分考慮到教師、學生對教學反饋信息的需求。基于移動終端的教學即時反饋系統從不同的角度、不同的方式形成教學反饋，反饋信息清晰明了地展現出了學生的現有學習水平，教師和學生將其與學習目標相比較，找出差距，進行講解和反思以縮小差距。

五、結論

即時反饋系統具有實時性、快速性、分析性、診斷性等特點，對教師教學及學生學習能起到指導作用。教師通過反饋結果及時改進教學，學生通過反饋結果及時發現自身不足并及時改正。該即時反饋系統使用PC計算機作為服務端，連接Pad教師端和學生端，利用計算機的高速計算能力對隨堂考過程中記錄的各種數據進行處理，產生反饋報告并以圖形化形式表現出來。該系統通過計算機大大加快了數據的處理速度，真正實現了教學評價的即時反饋，具有很強的實用性。即時反饋系統還不支持主觀問題的即時評價和反饋，不過隨著技術的不斷發展、理論研究的加深，相信更全面的即時反饋系統已離我們不遠。

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（編輯:王天鵬）

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1673-8454（2015）13-0084-04