基于路由器的課堂管理輔助系統(tǒng)的設(shè)計

呂麗君 陳赫 賈蘭芳 李建偉

摘要 針對當(dāng)前大學(xué)課堂“玩手機”現(xiàn)象的普遍存在，基于家用路由器（型號：D-Link DIR-600M）開發(fā)了一款低成本的課堂管理輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)對學(xué)生課堂上網(wǎng)行為的可控。系統(tǒng)硬件主要包括路由器、學(xué)生的移動設(shè)備、教師機三部分，軟件采用Python語言編寫。系統(tǒng)在上課結(jié)束時以柱狀圖和Excel表格兩種格式給出學(xué)生用戶端上課簽到次數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果，可以作為教師給學(xué)生該課程平時成績的重要參考。

【關(guān)鍵詞】Python 路由器 Wi-Fi 課堂管理

1 研究背景

移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展正在深刻地改變著人們的生活。大學(xué)生使用移動設(shè)備（智能手機、平板電腦、筆記本電腦等）可以在課堂上便捷地查閱與課程有關(guān)知識，提高學(xué)習(xí)效率。但相當(dāng)大部分同學(xué)使用這些移動設(shè)備進(jìn)行與課堂內(nèi)容全然無關(guān)的活動，隱形逃課現(xiàn)象日漸嚴(yán)重，已經(jīng)影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。針對這種現(xiàn)象，為提高大學(xué)課堂授課效率，教育工作者從電子信息工程、教育學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究。提出了，在教室門口設(shè)置手機收納袋、制定相關(guān)制度創(chuàng)設(shè)無手機課堂、“限時斷網(wǎng)”等措施，取得一定效果。本文提出一種基于家用路由器（型號：D-Link DIR-600M）的低成本課堂管理輔助系統(tǒng)。其基本工作原理是，學(xué)生上課時需將移動設(shè)備連接到該路由器，而路由器默認(rèn)設(shè)定不連接網(wǎng)絡(luò)，這樣學(xué)生就無法瀏覽移動互聯(lián)網(wǎng)。如果學(xué)生連接網(wǎng)絡(luò)則需將移動設(shè)備同該路由器斷開連接，而這時軟件就記錄到該學(xué)生未連接路由器。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由路由器、學(xué)生的移動設(shè)備（智能手機、平板電腦、筆記本電腦等）、教師機三部分組成，其中學(xué)生移動設(shè)備和教師機為大學(xué)課堂固有設(shè)備，因此該系統(tǒng)成本低。課堂管理輔助軟件使用Python語言開發(fā)，大小約為30M，可用優(yōu)盤攜帶，無需安裝，雙擊即可運行。系統(tǒng)操作簡便，學(xué)生只需將移動設(shè)備上課時連接到指定路由器即可，無需其他操作，避免打擾學(xué)生。經(jīng)樣機測試，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對學(xué)生課堂上上網(wǎng)行為的可控。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖路如圖1所示，主要包含路由器、學(xué)生的移動設(shè)備、教師機三部分。其基本工作流程為：

2.1 教師課前準(zhǔn)備

教師需將學(xué)生和設(shè)備信息（設(shè)備Mac地址）整理成Excel表格，如表1所示，第一列為學(xué)生姓名，第二列為學(xué)生對應(yīng)移動設(shè)備的Mac地址。

2.2 課堂

學(xué)生依據(jù)教師給定的Wi-Fi密碼連接到指定路由器，教師運行課堂管理輔助軟件，對學(xué)生在線情況進(jìn)行循環(huán)統(tǒng)計。

1.3 課后

教師機管理端展示學(xué)生在線簽到次數(shù)統(tǒng)計情況，為教師給定學(xué)生平時成績提供依據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 Python語言及系統(tǒng)軟件所用到的主要庫

Python語言：是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝陀嬎銠C程序設(shè)計語言，擁有豐富和強大的庫，常被昵稱為“膠水語言”。在設(shè)計上堅持了清晰劃一的風(fēng)格，這使得Python易讀、易維護(hù)，再加上其開源特性，使得該語言被廣泛使用。Python語言有Python2和Python3兩個版本，課堂管理輔助系統(tǒng)軟件采用Python3.6開發(fā)。

課堂管理輔助軟件界面開發(fā)采用的是Tkinter模塊。Tkinter模塊是Python的標(biāo)準(zhǔn)TkGUI工具包的接口。

學(xué)生在線簽到次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果以柱狀圖和表格展示，其中柱狀圖使用Matplotlib庫生成。Matplotlib庫是一個Python的2D繪圖庫，可以生成直方圖，功率譜，條形圖，錯誤圖，散點圖等。

自動獲取路由器在線列表使用了request方法。Requests庫是處理HTTP相關(guān)的一個功能強大的類庫。

軟件涉及到的庫還有time、re、xlrd、xlwt等。

3.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)運行主要流程如圖2所示。課堂管理輔助軟件讀取“學(xué)生信息xls”文件中的學(xué)生信息，包括學(xué)生姓名和移動設(shè)備Mac地址;通過Requests方法循環(huán)獲取路由器（型號：D-Link DIR-600M）在線用戶列表中的Mac地址，并將在線Mac地址逐一和所讀取的學(xué)生移動設(shè)備Mac地址相比較，找到相同的就將與該Mac地址對應(yīng)的學(xué)生姓名計數(shù)器加一。課程結(jié)束后通過Matplotlib庫將計數(shù)結(jié)果以柱狀圖顯示，并使用xlwt方法自動生成一個“學(xué)生簽到次數(shù)統(tǒng)計表xls”文件。

3.3 課堂管理輔助系統(tǒng)界面設(shè)計

課堂管理輔助系統(tǒng)界面采用Tkinter模塊設(shè)計，主要包含程序主界面、幫助界面、關(guān)于軟件界面，如圖3所示。主界面包含文件、操作、幫助、關(guān)于四個一級菜單，其中文件菜單下有選擇班級、查看結(jié)果和退出三個二級菜單操作菜單下包含開始和結(jié)束兩個二級菜單。

雙擊即可運行課堂管理輔助軟件，點擊瀏覽按鈕選取授課班級對應(yīng)的學(xué)生信息文件，點擊開始按鈕即開始計數(shù)，點擊結(jié)束按鈕終止計數(shù)。點擊查看結(jié)果按鈕即可看到統(tǒng)計結(jié)果柱狀圖和自動生成的統(tǒng)計表格。

3.4 界面主要按鈕對應(yīng)的程序

3 4 1【瀏覽】按鈕

defscan file（）：globalexcel_path

excel_path = tkinter.filedialog.askopenfilename（）

path = tk.StringVar（）path.set（excel_path）

txt_input = tk.Entry（mainjvindow， text =

4 運行結(jié)果及分析

選取8位志愿者對課堂管理輔助系統(tǒng)進(jìn)行測試。測試期間，志愿者可以自由支配手機，測試時間為60分鐘，統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示。系統(tǒng)自動生成的Excel表格，內(nèi)容如圖5所示。

由圖4和圖5可以看出，志愿者5簽到的次數(shù)最多達(dá)到50次，志愿者3簽到次數(shù)最少，僅為9次。表明志愿者5測試期間使用移動互聯(lián)網(wǎng)的時間最少，志愿者3最多。由于簽到次數(shù)作為課程平時成績的重要參考，柱狀圖可以給學(xué)生直觀的感受，激發(fā)他們爭取更多的簽到次數(shù)，以減弱對移動互聯(lián)網(wǎng)的依賴心理。軟件自動生成的表格可以方便教師存儲及處理數(shù)據(jù)，作為教師給定學(xué)生平時成績的重要依據(jù)。

5 結(jié)論

基于家用路由器（型號：D-Link DIR-600M）的課堂管理輔助系統(tǒng)，成本低，操作簡單。系統(tǒng)以柱狀圖和表格給出學(xué)生在線簽到次數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果，可以作為教師給定學(xué)生平時成績的重要參考。

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