基于智能手機的課堂簽到軟件設計

謝金興 王春陽

摘要：本文根據網絡安全中的“身份認證”的概念的思想，設計出了多種可實際用于實現課堂簽到的方法。可運用其中方法，實現基于智能手機的課堂簽到軟件，可有效提高學生的到課率，減輕教師的教學負擔，促進學校優良學風的形成。

關鍵詞：簽到；智能手機；考勤

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0156-02

1 研究意義

據調查，目前我國的大多數高校，在學生管理方面仍然采用傳統的手工作業或者半手工作業方式。大部分教師在學生考勤方面，仍然采取點名、手工記錄等方式，嚴重浪費師生共同的課堂時間。而對于指紋識別、人臉頭像識別等新型技術，由于設備比較昂貴、實施成本高，不適合大規模推廣。因此我們希望有一款簡單易用的課堂簽到軟件，來協助教師有效的督促學生按時上課認真學習，提高學生的到課率，減輕教師的教學負擔，促進學校優良學風的形成。

2 應用設計思路引入

課堂簽到即向教師表明個體已到達教室上課。而網絡安全中的“身份認證”的概念為在計算機網絡系統中確認操作者身份的過程。鑒于課堂簽到本質上即向教師認證自己個人身份的過程，我們可以在此引入網絡安全中“身份認證”的方法來實現課堂簽到[1-2]。

下面首先介紹網絡安全中“身份認證”的概念及身份認證的方法。

3 身份認證

身份認證即在計算機或計算機網絡系統中確認操作者身份的過程。

身份識別是用戶向系統聲稱其身份的方法。

用于用戶身份認證的方法一般有四種：

（1）用戶所知道的信息：如常用的口令、密鑰、用戶標識碼PIN等； （2）用戶所擁有的物品：如身份證、存有密鑰的智能卡，物理鑰匙等，常被稱為令牌；（3）用戶的生理特征（靜態生物特征）：如指紋、DNA、虹膜、人臉等[3]；（4）用戶的行為特征（動態生物特征）：如語言模式、筆跡特征、打字節奏等。

另外并不是所有的生物特征都可用來進行身份識別，只有滿足以下條件的生理或行為特征才可以用來作為身份識別的依據：

（a）普遍性：每個人都應該具有該特征；（b）唯一性：每個人在該特征上有不同的表現；（c）穩定性：該特征相對穩定，不會隨著年齡等變化；（d）易采集性：該特征應該容易測量；（e）可接受性：人們是否接受以該特征作為身份識別。

4 應用設計思路分析

筆者認為課堂簽到即在現實生活中低要求的身份認證。在傳統課堂中教師點名學生回應答到來完成課堂簽到的過程即學生向教師聲稱其身份的方法。而我們希望有一種學生向系統來聲稱其身份的方法，即利用軟件系統來自動化的實現課堂簽到。

借助于用戶身份認證的四種方法，經過一一對比，我們有如下的軟件設計思路：

（1）基于用戶所知道的信息。由于課堂簽到較身份認證不僅需要認證身份還需要認證主體所在地點，而用戶所知道的信息完全可以輕易流通而不受地點以及個體的限制，因此在該認證方法在課堂簽到中行不通。（2）基于用戶所擁有的物品。如身份證、存有密鑰的智能卡，物理鑰匙等，而這一系列的物品由于不具有和身體在物理位置上相關聯的特性，因此不能證明個體用戶所處在的位置。而隨著智能手機的大量應用，人們的生活越來越離不開手機，機主在絕大部分時間都會隨身攜帶手機。因此具有和機主所處地理位置的相關性，因此可利用手機來當作機主（學生）身份認證的橋梁。（3）基于用戶的生理特征（靜態生物特征）。如指紋、DNA、虹膜、人臉等。這系列的生理特征完全可以認證個體的唯一性，但是還需要對個體地理位置進行驗證。因此需要將此類認證設備架設在教室或者需要考勤的地點。此類簽到方式早已在生活中得到廣泛的應用，如公司門口的指紋簽到機、人臉識別簽到機等等。但是該方法卻不適合應用在校園的課堂簽到，暫且不考慮安裝簽到機的開銷巨大，而且單單從實用性方面考量也會發現，此簽到方法由于需要每個簽到個體獨占考勤設備進行簽到，因此在個體數量較大時需要耗費大量課堂寶貴時間，有時簽到效率甚至會低于傳統低成本的口頭點名方法。因此該方法不適用于校園這種時間密集型簽到場所。（4）基于用戶的行為特征（動態生物特征）：如語言模式、筆跡特征、打字節奏等。此種方式由于其需要收集大量用戶信息來完成特征庫的建設，在普通軟件上的應用較為繁瑣。因此我們不打算將其應用在身份認證的機制上。

5 應用設計思路

通過以上分析比對，我們篩選出了以下5種完成用戶簽到的方法。

（1）通過手機當作認證載體，利用手機GPS定位功能來確定簽到者的位置來完成簽到的認證。（2）通過手機當作認證載體，利用二維碼技術“掃一掃”來實現簽到。教師在課前幾分鐘的時間里，打開簽到軟件，軟件自動生成二維碼，供學生掃碼來實現簽到，為防止學生拍照二維碼發給不在場的同學完成簽到，此簽到二維碼需要每隔一定的微小時間間隔來自動刷新。在此過程中，二維碼充當證明簽到者所處位置的載體。（3）通過手機當作認證載體，利用重力傳感器、加速度傳感器的“搖一搖”來實現簽到。簽到過程為：簽到時，教師要求同學們拿出手機打開簽到軟件，教師和同學們一起以相同的頻率來搖晃手機。手機內部的重力傳感器、加速度傳感器記錄下晃動數據并上傳到服務器，服務器將數據進行擬合對比后，最終聲稱簽到成功的名單。此簽到過程具有很強的時效性，不在場同學完全偽造不出同樣的搖晃頻率，并且該簽到方式新穎、操作簡單，因此具有很強的應用性。（4）通過手機當作認證載體，利用NFC“碰一碰”實現簽到。NFC（Near Field Communication）即近場通訊技術。通過NFC設備間的簡單接觸，就可實現兩臺設備的信息交換。學生使用具有NFC功能的手機觸碰教室里設置的NFC標簽，手機讀取信息后自動向服務器發送簽到成功的消息，即可完成簽到。此方法傳輸速度快，成本低廉，但具有NFC功能的手機尚未完全普及，此簽到方法可以和其他方法結合使用。

6 應用特點

（1）使用手機作為簽到載體，通過學生向系統（手機）聲明身份的方法，極大的簡化了教師查勤的流程?？梢苑奖憧旖莸耐瓿烧n堂簽到。（2）采用一機一生制，在初次注冊使用時便將IMEI（International Mobile Equipment Identity）移動設備國際識別碼和學生學號進行綁定，杜絕利用其他同學手機進行簽到的作弊行為。（3）基于計算機網絡中“身份認證”的概念和學生實際使用方式來設計的簽到系統，具有高準確性和高可用性。

7 結語

本設計基于計算機網絡中“身份認證”的概念[4]在智能手機平臺設計出了一套課堂簽到軟件。實現了學生向系統（手機）聲明身份的方法，通過智能手機識別學生身份（和位置），進而向服務器端發送簽到消息，然后由服務器端對簽到數據進行分析，從而確定該生是否簽到成功。學生和教師也可方便地在手機端查詢各個課堂的出勤情況。該簽到軟件極大的節省了上課簽到的時間。此外也可將此系統的數據接入學校的其他評價系統，進而更加全面的對學生進行各項考評。

參考文獻

[1]曲建龍.基于移動定位的手機考勤管理系統的設計與實現[D].西安：西安電子科技大學，2014：1-64.

[2]狄三云，宋麗紅，張鎧.基于 Android 的手機簽到系統[J].計算機與現代化，2014，（7）：104-108.

[3]孫冬梅，裘正定.生物特征識別技術綜述[J].電子學報，2001，（S1）：1744-1748.

[4]李中獻，詹榜華，楊義先.認證理論與技術的發展[J].電子學報，1999，（1）：98-103.

Abstract：Based on the concept of "authentication" in network security， this paper designs a variety of methods that can be used to implement classroom signing. The method can be used to implement the smart phone-based classroom signing software， which can effectively improve the student's arrival rate， reduce the teacher's teaching burden， and promote the formation of excellent school style.

Key words：check-in； smartphone； attendance