教與學智能管理系統的開發與應用研究

刁秀麗 田雨豐 宋正國 楊帆

摘 ?要： 為了提高教與學的效率，開發了輔助教學的智能管理系統及移動教育APP，文章詳細描述了該系統的功能設計。系統基于移動網絡實現了教學過程、學生成績、作業提交及考勤情況等管理模塊，實現教學過程的智能管理，極大地簡化了日常教學活動，實現了教學的智能化和自動化管理。

關鍵詞： 學習資源推薦; 教育APP; 智能教學; 智能考勤

中圖分類號：G434 ? ? ? ? ?文獻標識碼：C ? ? 文章編號：1006-8228（2020）01-109-04

Abstract： In order to improve the efficiency of teaching and learning， the intelligent management system and mobile education App for teaching assistant has been developed. In this paper， the function design of the system is described in detail. Using the mobile network， the system realizes management modules of teaching process， student achievement， homework submission and attendance checking， which realizes the intelligent management of teaching process， greatly simplifies the daily teaching activities， and realizes the intelligent and automatic management of teaching.

Key words： learning resource recommendation; educational App; intelligent teaching; intelligent attendance checking

0 前言

隨著互聯網和移動設備的發展，網上教育與管理已成為現代教育與教學的研究熱點與發展趨勢，據調查發現，教師與學生之間關于學習信息的直接交流平臺還很少，一般是通過第三方社交軟件或網上學習平臺進行問題交流、資料傳輸、任務布置，這不適應于當前移動教育與智慧教育的發展。

隨著移動應用市場和移動設備的發展，APP也已逐漸融入人們的日常生活中。據統計，目前市場上存在的校園APP數量已高達600多款，功能涉及到生活服務、校園資訊、交友互動、信息查詢等方方面面。

然而，現有的校園APP普遍存在功能單一、水平良莠不齊、缺乏科學管理、不能滿足個性化需求等問題，缺少特色突出的校園APP。為了適應當前教育教學的需要，充分發揮以校園教與學為主題的APP真正作用，設計與開發集教與學管理于一體的智能管理系統就應運而生。

目前，高等學校的教與學過程大致存在以下問題。

⑴ 教師和學生缺少必要的交流溝通，教師不能獲得學生對教學過程中存在的問題和學生對上課氣氛、進度等的合適評級，所以無法及時進行調整，這樣會影響教學效率。

⑵ 日常作業的收發不及時，每次作業布置與提交都存在延期情況，且學生無法對作業情況得到準確、及時的反饋。

⑶ 教師為了對教學進行管理，考勤是必須環節，然而，教師每次上課考勤都會浪費許多時間，且仍無法實現學生準時上課。

⑷ 教學過程的評價方法單一，而且教師統計學生成績復雜，且困難。日常成績、作業成績、考試成績分別記錄，進行加權計算總成績時也成為了教師教學的一種負擔。

為了解決以上問題，我們設計了“愛課”智能教與學管理系統。為了增加師生之間的交流與溝通，設計課后討論專區，教師可以看到學生對于這門課程的評價與反饋，方便教師及時正確的反映學生的學習狀況。設計了上傳下載課件的功能，學生可以通過APP自主下載課件，進行自主學習。通過線上提交作業，教師通過線上打分并且評價，這樣極大的節省時間。為了避免考勤浪費時間，系統采取利用人臉識別的方法進行簽到，利用語音功能自動進行點名或者對缺勤情況利用相應人工智能算法進行隨機提問以此來提高課堂效率。利用智能APP進行上課打分、作業打分和考試打分，并將成績鏈接到學生相關的教學信息庫，有利于對學生的學習進行綜合評價。

1 系統功能

“愛課”教與學系統是利用網絡平臺實現對課程學習、資源推薦以及學生成績、作業、考勤情況等信息進行智能管理，并利用人臉識別、位置定位等技術實現學生考勤的一款移動APP（如圖1、圖2所示）。借助網絡平臺，實現學生與教師互動和教學內容的管理，同時，也可以讓教師能夠更加智能的對學生情況進行管理，“愛課”具有以下功能。

⑴ 系統功能齊全。對于教師和學生而言，可以在同一個APP內實現個人信息管理、課程管理、成績管理以及日常生活服務等功能，避免在不同APP之間來回切換所帶來的時間耗費;教學管理系統不僅保證了程序運行流暢，更方便其對內容做及時更新，以及后期的數據安全維護工作。“愛課”系統所具備的學生考勤、任務發布、資料共享、學習簽到、成績查詢、生活服務等一系列豐富多樣的功能，如圖3所示。

⑵ 系統平臺提供及時有效的反饋信息。在系統平臺上，師生互動時有助于提高學生主動性的學習環境，及時有效的反饋信息能夠幫助學生調整原有知識并建構新知識，避免傳統課堂教學中的“以教師為中心”，導致的學生主觀能動性喪失，“愛課”系統的課程評論區為師生交流互動搭建了一個良好的平臺，“我的消息”模塊使教師和學生能夠第一時間收到反饋。

⑶ 針對不同學習者進行學習資源推薦。根據教學應該著眼于學生的最近發展區，“愛課”系統為學生推薦符合其現階段知識儲備與認知能力的知識，同時又具有一定難度的學習資源，以此調動學習者積極性，發揮其潛能，超越其最近發展區而達到下一發展階段的水平，進而形成一種良性循環。通過“愛課”教與學系統，教師可以針對不同類型和認知能力的學生布置不同難度的任務，學生也可以根據個人現有水平選擇適合自己的課程及下載相應的學習資料。

2 系統模塊設計

“愛課”教與學管理系統，是利用網絡平臺實現對學生信息進行智能管理，用戶模塊包括教師和學生用戶，其功能如圖4所示。系統功能包括教學系統、個人管理系統、系統維護管理和個人信息管理等模塊，如圖5所示。

教師登錄系統后可以發布課程，進入個人課程頁面可以進行本節課的課堂點名，管理和查看所教班級學生的出勤信息，參考出勤情況給出學生成績。教師模塊可以上傳教學資源，以供學生下載，并根據課程進度作業布置。

教師課程模塊：教師可以發布課程，模塊中包含本課程的相關教與學管理功能，如上課點名、布置作業、上傳課件、成績增改、考勤情況和刷臉考勤等。

課程資源：資源是對學科的知識點的一種表現。課程學習資源以文本和電子數據的形式表現知識內容，其主要形式有視頻、音頻、課件、圖像、案例、試卷等。這些類型的資源可以包含一個或多個知識點。

在人臉識別技術開發上，利用webRTC技術和face++提供的人臉識別接口實現。通過攝像頭進行人臉追蹤和檢測，對視頻中出現的圖像進行實時截圖，然后利用Canvas繪圖技術以及face++提供的人臉信息將人臉邊框描繪出來，將影像實時繪制到屏幕，再利用face++接口來保存和訓練，然后將圖像信息上傳與先前數據庫中的信息進行比對，最后將識別率符合的信息返回，實現人臉識別打卡。

考勤模塊：上課考勤有順序點名和隨機點名兩種方式，順序點名就是按照學號的順序依次進行點名;隨機點名就是隨機抽取一個數據。點名以語音播報的形式將文字轉換語音輸出，減輕了教師的上課負擔。教師可以進行考勤評定，記錄考勤情況和上課表現，有已到、未到、遲到、請假和回答獎勵幾個選項，數據會同步在考勤表中，實現與課堂點名情況的數據同步，便于統計學生的平時成績。

在語音點名技術開發方面，利用Webspeech接口實現語音合成技術。Webspeech是web提供的語音接口，可以實現將指定內容用語音形式播出，通過設定聲音模式，通過自動加載和點擊播放兩種形式實現對人名的實時語音播放，以實現上課考勤。

作業模塊：當教師點擊“布置作業”后，會彈出一個發布作業的對話框，根據提示進行作業布置，設置作業的開始時間與截止時間。

課件模塊：教師點擊“上傳課件”，可以上傳本地相關教學資源文檔。

成績統計模塊：教師可以根據實際情況，更改選修這門課的學生成績，進行學生成績管理。

學生用戶提交身份信息進行注冊，在進行登錄后可以查看并下載教師用戶上傳的教學資源，可以對課程評論進行回復或評論和查看作業、提交作業、添加學習計劃或者提醒任務，并且設置完成時間，可以查看本課程的相關成績。

學生課程模塊：學生隨意選擇一門課點擊進去，學生可以了解課程的有關信息和課件下載等。在詳情欄展示了該門課的詳細信息，比如授課教師、開課時間、學分、學時等。評論欄和問答欄為學生之間的交流提供學習平臺，學生之間可以進行互動交流、問答或進行課程評價。

資源推薦：為了實現因材施教，促進學生個性化學習，系統平臺在個性化推薦技術理論指導下，根據系統平臺記錄的學生行為大數據中的行為模式、學習者屬性等特征，進行學習資源推送。同時，根據學生的學習需求和知識內容的掌握狀態數據，優化學習者的學習路徑，對學生學習資源自下而上的進行推薦，從而提高學生的學習效果和學習效率。

任務模塊：為了規劃自己的學習任務，學生可以在此模塊添加任務，并設置任務完成時間;也可以進行任務列表管理，刪除已完成的任務，讓學習變得更有計劃、更高效。

個人模塊：學生可以對自己的作業、所學科目的成績以及自己參加討論的回復等內容進行管理。

周邊模塊：為了方便學生的日常生活和娛樂，此模塊可以推薦周圍的美食和景區，并進行路線規劃，查看相關地點的信息等。系統通過高德地圖提供的路線規劃地圖，地點搜索、自動尋路技術，實現目標尋路，通過對周圍關鍵詞搜索，將周圍符合信息標點，然后通過web將目標點的圖片和相關信息顯示出來。

3 結束語

“愛課”智能教與學管理系統APP實現了個人信息管理、課程管理、學習資源推薦、成績管理以及日常生活服務等功能，并在學生考勤、任務發布、資料共享、學習簽到、成績查詢、生活服務等一系列功能等方面進行了設計，實現了教學的智能性和自動化管理。

目前，移動應用開發技術的提升以及人工智能和大數據分析等新興技術的發展教育類APP提出了更高的要求，在教學資源方面提供數量巨大的課程資源，并將資源進行碎片化管理。在學習者信息管理方面，增加學生大數據處理功能，分析學習者特點，構建學習者動態模型，從而實現在移動教育APP系統平臺上進行自適應學習。

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