基于App Inventor課堂點名系統的教學應用*

楊　兵，盧國慶，汪應龍（.湖北大學教育學院，湖北武漢43006）（.宜昌市科學技術情報研究所，湖北 宜昌443000）

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基于App Inventor課堂點名系統的教學應用*

楊兵1，盧國慶1，汪應龍2
（1.湖北大學教育學院，湖北武漢430062）（2.宜昌市科學技術情報研究所，湖北 宜昌443000）

信息化環境下課堂教學活動是教學研究的重要組成部分，其合理性、有效性將直接影響教學質量和效果。將移動App應用到組織課堂教學活動中，有助于豐富課堂教學形式和活躍課堂氛圍，文章對基于App Inventor課堂點名系統進行分析、研究和實現，最后對課堂點名系統進行了實證測試，驗證了系統在組織課堂教學活動中的實用價值。

課堂點名；App Inventor；移動應用；移動教育

一、引言

隨著信息技術的迅速發展，各類移動設備（智能手機、iPad等）不斷普及，移動教育開始受到人們的普遍關注。移動教育的靈活性、高效性、交互性等特點，有利于激發學生的學習興趣和充分體現學習主體性［1］。智能終端、云計算、智能化軟件、硬件以及良好的人機交互使用的不斷發展，似乎預示著將智能終端應用于教育教學將是一個不可逆轉的趨勢［2］。教育類APP開始受到部分師生的青睞，例如百詞斬、作業幫等，但其理論還處于探索階段，在教育教學中的應用有待進一步研究。

課堂點名是組織課堂教學活動的有效手段之一。目前，國內外對課堂點名系統都有新的研究。唐明偉等［3］通過短信貓接收學生短信，達到課堂點名的目的，該點名系統僅僅根據學生短信判斷學生的出勤情況，略顯死板，學生可以通過轉發短信令牌進行偽造點名，同時需要配置高性能短信貓設備，成本高。部分高校學生配備智能卡，采用RFID與SMART CARD結合進行點名［4］，該點名系統需要為每個學生配備智能卡，使用繁瑣，推廣成本高。Chitresh Saraswat等［5］提出采用指紋鑒別技術，每個教室配備指紋機器，通過指紋打卡實現點名，在學生較多的情況下，此方式占據很長的教學時間，更適合公司員工考勤。楊洪章等［6］通過收集學生手機藍牙信號，采用三星S3C2410嵌入式處理器設備實現點名，該點名系統建立在藍牙設備的基礎上，但是無法保證每個學生具有藍牙設備，同時，需要借助專門處理器設備，不易操作，點名成本高。成都康賽“上課點名系統”，整合學生信息和課表信息等［7］，在課堂點名中，投影儀顯示學生的頭像，只有長相、姓名、學號完全一致，才算出勤，該點名系統在多媒體教室實現，點名準確率高，有效提高學生的出勤率，但是不能實現隨機點名和課堂提問點名。

本文設計了基于App Inventor的課堂點名系統，借助Android系統的移動設備完成點名，不僅實現傳統的簽到點名，而且能實現隨機點名和課堂提問點名，并對學生的到課和缺勤情況進行保存統計。在課堂提問點名中，對于回答問題的學生給予點贊，并利用移動設備進行語音鼓勵或獎勵，寓教于樂，體現學生主體性?；贏pp Inventor課堂點名系統，易實現，易操作，成本低，不僅對組織課堂教學活動進行有益補充，而且對提升課堂教學效率具有積極作用。

二、App Inventor平臺簡介

App Inventor是一款Google公司開發的手機編程平臺，2012年1月1日移交給麻省理工學院，并于2012年3月4日公布使用。App Inventor降低了程序開發的門檻，使用者通過該軟件能夠迅速開發出Android系統的移動應用App。

1.App Inventor平臺界面

平臺界面包括組件設計和邏輯設計。組件設計包括組件面板、工作面板、組件列表和組件屬性等，是應用開發環境的外觀設計；邏輯設計包括模塊和工作面板，在邏輯設計中進行代碼拼接編程。在App Inventor組件設計中，添加所需的應用組件，進行布局后，在邏輯設計界面進行模塊拼接。在開發課堂點名系統過程中，可以連接AI Companion、Emulator或USB進行測試，最后生成點名系統.apk文件，在移動設備上安裝運行。

2.App Inventor平臺的主要特點

App Inventor具有開發環境搭建方便、開發過程簡單、易操作、不需太多編程知識、開發周期短等特點［2］。

App Inventor開發環境搭建方便，在開發課堂點名系統前，安裝Java搭建開發環境。在App Inventor邏輯設計視圖中，模塊已經封裝了代碼，進而簡化了開發過程。平臺操作簡單，用戶只需按照意愿拖拽模塊，不需要深奧的代碼知識，通過App Inventor平臺能夠快速完成一個簡單的應用，縮短了開發周期。

App Inventor操作簡單，開發容易，是開發課堂點名系統最簡單的平臺。我國學者通過App Inventor實踐研究得出，App Inventor作為開發工具，對于培養學生的計算思維有一定的幫助。鄧文博等［8］認為，運用App Inventor確實能夠促進學生創造性思維的培養。郭守超等［9］認為，通過使用App Inventor工具，學習者的計算思維能力得到了有效培養。本文不是將App Inventor作為訓練計算思維的工具，而是運用計算思維，對基于App Inventor開發課堂點名系統進行設計研究。

三、課堂點名系統設計

1.應用分析

在組織課堂教學活動中，課前點名和課堂提問點名不可缺少。傳統的點名方式，每個任課教師有幾個班，在新課開始前，教師打印出學生名單，課前根據學生名單逐一點名，在紙質學生名單上，教師記錄學生到課和缺勤情況，即使代人應答也不易檢查；在課堂發言過程中，教師一般也會翻出學生名單選出要發言的學生，記錄學生回答問題的情況。在學生較多的情況下，增加教師工作量的同時，傳統點名會占據很長的課堂教學時間。為了解決上述問題，基于App Inventor的課堂點名系統需具備如下主要功能：①具備班級和課程更新的功能。②能夠導入或更新名單的功能。③對學生的出勤情況進行保存，統計回答問題的情況，及請假功能。④具備對學生的出勤數據進行一鍵式分析、查詢、導出等功能。

2.系統功能設計

根據上述應用分析及App Inventor平臺的特點和功能，基于App Inventor的課堂點名系統功能結構如圖1所示。

圖1　系統功能結構圖

（1）新課管理。本模塊為系統的前提，由班級管理和課程管理兩個子模塊組成。在本模塊中，教師根據需要手動添加或刪除班級和課程信息，對班級和課程信息進行定期維護，并將這些數據傳送到數據庫中進行保存。

（2）學生管理。本模塊為系統的關鍵，由信息導入和信息更新兩個子模塊組成。在本模塊中，導入學生的名單，并對學生的信息進行更新，能添加對應學生的照片。在移動設備顯示學生姓名信息的同時顯示學生照片，以提高點名的準確率，有效防止代答。

（3）點名管理。本模塊為系統的中樞，由簽到點名、隨機點名和請假管理三個子模塊組成。在本模塊中，教師可以選擇簽到點名和隨機點名兩種點名方式。在選擇班級之后，課堂點名系統默認的是隨機點名。隨機點名以學生的權重比例為概率，權重=缺勤數/（出勤數+點贊數），權重比例=某學生的權重/所有學生的權重總和。在課前點名和課堂發言時，教師通過移動設備進行隨機點名，將移動設備搖一搖，以權重比例為概率隨機選取學生對應的序號，并將姓名文本信息轉換為語音輸出，實現隨機點名的效果。教師選擇簽到點名之后，移動設備會將學生姓名按照一定的順序轉換成語音輸出。教師對學生的回答問題情況，在移動設備系統界面進行點贊，同時移動設備會發出“你真棒”、“真聰明”、“獎你顆小紅心”等語音。對于請假的學生，在系統界面進行請假處理，這些記錄自動提交數據庫保存。

（4）數據管理。本模塊為系統的基礎，由數據分析、數據查詢和數據導出三個子模塊組成。在本模塊中主要維護學生的到場、缺勤、請假和點贊等數據信息。數據管理主要對數據進行保存、分析、查詢、導出等功能。課堂點名記錄能以折線圖的形式顯示，更直觀形象。當新課程開始時，能對已有的數據進行一鍵清除，開始新的統計。

3.數據庫分析

基于上述分析，學生的到場、缺勤和點贊等數據信息需要以列表的形式存儲在數據庫中，并能對這些數據信息實現存取。App Inventor提供兩類數據庫組件，分別是TinyDB和TinyWebDB。前者使用TinyDB.StroeValue塊，在Android設備上，實現數據的永久存儲；TinyWeb-DB將數據保存在服務器中，能夠實現不同設備之間的數據共享。為了研究方便，課堂點名系統使用TinyDB數據庫，將學生數據信息保存在教師移動設備上，并通過特定的方式進行訪問更新。

四、課堂點名系統實現

根據上述功能設計分析App Inventor平臺的特點和功能，得出系統技術架構如圖2。課堂點名系統在Java運行環境下，使用App Inventor作為基本的開發平臺，分別從組件層設計、邏輯層設計、數據層設計三個方面進行系統實現。

圖2　系統技術架構圖

1.組件層設計

在基于App Inventor課堂點名系統開發過程中，組件層是教師使用系統的接口，分為可視化和非可視化兩類組件。課堂點名系統所選擇的組件決定了系統的界面，組件層設計，也是對課堂點名系統界面的設計。基于上述課堂點名系統設計，運用邏輯思維形成系統抽象模型，在此基礎上將抽象模型分解成不同模塊。例如，如何實現導入學生名單，如何實現順序點名，如何實現隨機點名，如何統計到場，如何統計缺勤，如何統計請假，如何統計點贊，如何保存數據等等。在這些模塊基礎上，根據組件的特點，在組件層選擇課堂點名系統的組件。

在分析不同的模塊基礎上，課堂點名系統使用的可視化組件有ListPicker、HorizontalArrangement、Button和Lable等，非可視化組件有AccelerometerSensor、Sound、TinyDB、TextToSpeech和File等。根據上述分析和App Inventor組件功能，課堂點名系統的主要組件功能如下：ListPicker的作用從班級列表中進行選擇；HorizontalArrangement在Layout分組中，是用于水平布局的組件；Button是按鈕組件，顯示到場、缺勤、請假和導入名單等按鈕；Lable是顯示學生姓名的文本組件；AccelerometerSensor具有檢測到設備的移動或搖晃的作用，在課堂隨機點名時檢測移動設備的搖晃；Sound是聲音組件，產生振動或語音等；TinyDB是數據庫組件，存儲學生出勤信息等；TextToSpeech是將文本轉換為語音的組件；File是導入文本組件等。

2.邏輯層設計

在課堂點名系統開發中，組件層和邏輯層能夠根據需要進行切換。邏輯層設計主要是定義課堂點名系統中每個組件做什么行為，以及何時做這些行為。在邏輯層中，封裝的“代碼塊”保存在不同的“抽屜”里。根據App Inventor代碼模塊功能特點，將課堂點名系統設計分析轉換為切實可行的計算思維方法，是系統實現的關鍵。

在課堂點名系統的邏輯層設計中，首先定義變量，為了增強變量的可讀性，本系統使用駝峰命名法。課堂點名系統用到的變量包括 Class、NameList、NameAttend、NameAbsence、Namelist1、Namelist1Absence、Namelist1Attend、Namelist2、Namelist2Absence和 Namelist2Attend等列表變量及RandomIndex隨機下標變量等。然后，在課堂點名系統組件層設計的基礎上，將系統功能模塊化，將系統抽象模型分解成不同的功能模塊，并逐步實現。例如，如何統計到場和缺勤這兩個功能應該單獨設計成2個模塊。將復雜的功能分解、約簡成各個小功能的模塊化思想，是計算思維的重要方法。最后，在課堂點名系統邏輯設計中，對于重復多次使用的功能，可以創建成過程（procedure），當需要使用該功能時，可以調用本過程以實現相應的功能。例如，定義到場和缺勤數據的顯示為一個過程，可以多次調用該過程實現相應的數據顯示功能。

3.數據層設計

數據層設計是課堂點名系統實現的基礎，是在邏輯層完成的。課堂點名系統的數據層設計主要是對數據庫TinyDB存取數據，通過Tag標簽與邏輯層設計進行聯系。數據庫TinyDB里面的數據由不同的tag-value組成，Tag是數據存儲的標簽，value是標簽的取值。本系統中的value對應的是上述定義的列表變量。在數據層設計中，用StoreValue和Getvalue對數據庫進行存取數值，分別定義寫數據庫和讀數據庫這兩個功能為兩個過程，根據需要進行調用。

在課堂點名系統實現的整個過程中，將系統功能描述轉換為行之有效的思維方法，并且通過項目小組交流討論，進一步完善思維方法，將系統功能分解為不同模塊，運用模塊化方法實現系統的不同功能，系統實現流程如圖3所示。

通過上述組件層、邏輯層和數據層的設計，運用計算思維方法，最終課堂點名系統界面如圖4。

五、課堂點名系統實證測試

課堂點名系統以某省屬高校教育學院2015級全日制研究生（32人）為測試對象進行實證測試。本實證測試選取3周，每周4節公共課，進行課前和課堂隨機點名，課前隨機點名10人，課堂提問隨機點名2-4名。在測試完成后，進行系統出勤率（系統出勤率=系統點名到課人數/系統點名人數）和實際出勤率（實際出勤率 =到課人數/總人數）比較，如圖5所示。

圖3　系統實現流程圖

圖4　課堂點名系統界面

根據圖5反映，雖然系統出勤率和實際出勤率有一定誤差，但是，系統出勤率在一定范圍內能夠反應學生的實際出勤情況。

圖5　出勤情況比較

通過對師生的現場觀察和個別訪談，課堂點名系統有助于活躍課堂氣氛，豐富組織課堂教學活動的形式，節約了課堂點名的時間。部分學生擔心被隨機點名選中，在課堂上認真思考教師提出的問題。在課堂隨機點名中，以學生的權重比例為概率隨機選取，缺勤次數越多的學生，被隨機點到的概率越大，在一定程度上提高了學生的出勤率和教學整體效果。在課堂提問隨機點名中，對于學生的回答，教師可以在移動設備系統界面進行點贊，移動設備能夠發出鼓勵或獎勵語音，對于加強課堂師生互動和體現學生主體地位有一定作用。

基于App Inventor的課堂點名系統，開發過程簡單，系統操作方便，是移動互聯網技術與傳統課堂的結合。課堂點名系統實證測試得出，本系統具有一定的應用價值，能夠成為組織課堂教學活動的有效工具，對于提升教學效率起到積極作用，對于激發學生好奇心和求知欲均有一定的促進作用，對于課堂考勤制度改革具有一定的參考價值。

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（編輯：魯利瑞）

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1673-8454（2016）10-0091-04

本文受國家自然科學基金項目（No.61170093）、湖北省自然科學基金（No.2013CFB003），湖北省信息化與基礎教育均衡發展協同創新中心基金項目（No：201406），湖北省教育廳科學技術研究計劃重點項目（No.094736）和湖北大學教學改革與研究項目（No.201309）資助。