基于大數據下的教學管理系統的研究

◆林菡 陳麗娟 吳帆旭

（福州工商學院信息工程系 福建 350715）

如今，移動設備的大面積普及，同時在移動設備上學習已經成為學生的主要生活學習方式，尤其是在高等教育中這一現象十分普遍。在現在這樣一個計算機已經可以被裝進口袋且可以隨身攜帶的智能手機所取代的時代，由于移動技術的飛速發展創造了一個新領域，即移動學習，移動學習是新一代的電子學習方式，引領著全新的知識傳遞方式，尤其是在教學過程中，但是傳統的教學管理系統主要以PC端為主，并且在數據收集處理上已無法滿足教師和學生的需求，同時在師生互動上也會帶來不少的阻礙，長此以往會影響了教學的質量。為此，本文提出運用大數據技術將學校的信息資源進行充分整合與數據挖掘，研究分析學生的學習質量，促進教師的教學工作，利用智能移動終端實時查看信息，以此解決學校的教學管理問題，為促進學校的長遠發展奠定基礎。

1 傳統教學管理系統

隨著信息技術的不斷發展，各大高校都紛紛引入教學管理系統，用來幫助學校管理學校的各個方面，起到了推動學校發展的作用，但是近些年來，在很多高校使用教學管理系統的過程中，無論是系統本身還是使用者都存在幾個方面的問題：

（1）使用者信息化的認識與應用能力有待提高

很多高校在使用教學管理系統時，并沒有對相關使用人員進行指導或是培訓，只是讓其自行摸索或是提供一份使用說明，這樣使得很多教學管理人員認為，使用計算機進行管理就是使用教學管理系統，這樣教學管理思想的滯后，會導致教學管理工作的運作看上去還是凌亂、繁雜的，再加上高校的教學管理隊伍本身結構設置較為復雜，業務水平能力參差不齊，大多數的管理人員還停留在簡單的文字處理和報表處理，也使得教學管理系統的利用率不高。

（2）傳統教學管理系統的資源配置不合理

傳統教學管理系統的資源配置不合理主要體現在兩個方面：第一，是在傳統教學管理系統的功能上，是以對教師、學生的管理為主，可能極少考慮到分配部分資源用于教學課程上；第二，在整個學期或是學年的教學過程中也會產生很多過程性的數據，傳統教學管理系統對于過程性數據并不重視，存儲下來的很多都是總結性數據，這對于教學過程的中產生的問題可能無法得到解決，對教師教學評價的判斷上會產生較大的誤差，教師有時也無法從中看出自身的問題等。

2 教學管理系統的總體目標

因為現存的教學管理系統存在著諸多問題，所以設計一個基于大數據下的教學管理系統，實現教學管理全過程的網絡化、個性化、智能化，支持多種教學模式的實施，形成“互聯網+教育”的教學新形態。包括了對教師教授課程的全程管理與監督；對學生在學的全程輔助支持與管理；對校督導組進行教學評價的支持與管理；對學校管理者的管理決策的支持；以及教學資源共享及學生多元評價的支持。這樣為高校探索實施智能化精準教育、學業幫扶、教學評價以及教學和人才培養方案改革提供強有力的技術支撐。

3 教學管理系統技術路線

主要利用大數據進行數據處理、移動智能技術等相關技術相結合的方式來開發智能教學管理系統。因為Android的開源性強，占有率高，所以我們主要以Android系統結構為基底，對教學管理系統進行分析。該系統在構建過程中采用軟件疊層的方式，促使各個層之間能夠相互分離，每個層的分工較為明確，從而確保了各層之間的低耦合，當下層出現變化時，“上層”不需要做出調整與改變。

4 教學管理系統設計

根據實際需求，將教學管理系統主要分成了四個層次：

第一層是用戶層，這里面包括了學生、教師、督導（校級、系部）、校領導與相關管理人員等。

第二層是交互界面層，我們主要采用WEB端和APP軟件來作為用戶與系統之間的交流界面，使得用戶隨時隨地，只要有網絡就可以通過智能終端登錄到教學管理系統中進行查看與操作。

第三層是服務與決策層，在這層當中，我們主要分成了認證模塊、交流互動模塊，信息公告及通知模塊、評教模塊、課程安排模塊以及課程資源模塊。

第四層是基礎設施層，主要是一些教學設備與基礎設施。系統層次設計如圖1所示：

圖1系統層次設計

5 系統主要功能模塊

5.1 認證模塊

該模塊用于學生或教師的身份認證以及登錄，通過在注冊賬號時輸入至系統內的學號，姓名，密碼進行認證登錄，或是使用人臉識別來完成認證。

5.2 信息公告及通知模塊

5.2.1 信息公告模塊

信息公告模塊除了將學校近期的動態和政策告知給所有的師生之外，還可以對于學期或是學年所發布的信息使用數據可視化方式直觀呈現，了解學校的關注點，解析學校的發展趨勢。

5.2.2 通知模塊

此模塊的通知方式為SMS通知，若選擇個人通知選項，則SMS將發送到注冊時輸入的手機號碼。如果選擇了班級通知選項，則將批量SMS發送到屬于該特定班級的一組學生。通過此模塊的考試提醒，可以發送學生進度，較少的出勤提示和任何重要通知。該模塊對老師和學生都非常有用。

5.3 交流互動模塊

交流互動模塊實現的是用戶層中不同用戶之間的互動交流，這樣可以讓教師、校領導、管理人員與督導能夠及時了解到學生的想法或是問題，給盡快給出相應的解決方案。

對于這塊的使用者為了保證系統的安全性，我們使用了人臉識別技術，給出了準確提取人臉數據的方法。主要采用了Adaboost迭代算法，在使用者登錄系統時對所采集到的圖像中的人臉，使用圖像預處理建模來確定人臉信息；另外，也可以使用語音識別功能來登錄教學管理系統，主要是先進行現有語音信號的采集，然后提取語音信息的特征，利用提取到的語音特征建立聲音模型，然后與樣本庫中已有聲音模型進行比對實現匹配過程。這樣可以保證交流環境的安全性。

5.4 評教模塊

評教模塊作為教學管理系統中最為重要的一個部分，在這個模塊中采用了大數據挖掘技術與數據可視化建立動態的教師教學評價模型，一個評價周期按月或教學課時進行細分，細分后對每個階段的數據進行實時觀察與匯總，形成了整個評價過程的動態曲線圖，教師或是督導組可以隨時隨地通過智能終端設備登錄系統評教模塊查看評價曲線圖，如曲線圖中出現曲線下降趨勢或一直處在平均值以下的教師，學校或是督導組可以進行重點跟蹤和適當提醒。

5.5 課程安排模塊

課程安排模塊主要是幫助各系各專業教務人員查看歷年課程安排的可視化數據，再結合現有的教學軟硬件，合理分配給出學生的課程安排。

5.6 課程資源模塊

課程資源模塊在傳統的教學管理系統功能模塊中較少提及，本設計方案中增加了這個模塊，在平時的教學活動中，教師可以通過這個模塊獲取所授課程的相關教學資源，授權后也可以更新、修改與刪除里面的內容；而學生在課前預習、課后復習或是自學上提供了學習的材料。還利用數據挖掘技術分析學生學習的行為與老師教學的課程情況，獲取學生當前學習的狀態水平以及老師教學的進度或是查詢的內容，給出一個個性化學習資源的自動推送功能。這個模塊的增加在這次新冠病毒疫情暴發時，國內的“停課不停學”學習浪潮中，發揮了很好的學生線上學習與教師線上授課的輔助作用。

6 技術步驟

（1）在電腦上配置設計環境，此階段設計Java JDK，JRE，Android SDK和Eclipse的安裝。

（2）創建GUI/主窗體/子窗體，并創建彼此鏈接的活動

（3）創建錯誤日志模塊，該模塊可跟蹤未經身份驗證的事務，例如輸入錯誤的密碼，服務器網絡故障。記錄網絡連接。

（4）創建服務呼叫日志模塊，可跟蹤所有用戶活動，例如登錄時間，注銷時間，上傳和下載時間，文件大小。

（5）設計用于服務器和Android智能手機之間通信的Web API。

（6）Android App測試設置過程在android智能手機上運行.apkfile并測試該應用程序。

7 結束語

伴隨5G時代的到來和網絡速度的極大提升以及WiFi等無線網絡的大面積普及與拓展，PC端的教學管理系統和網絡學習的局限性已經愈發凸顯，已經無法很好地提供當代學生所需要的能夠隨時隨地學習的網絡服務，給師生之間的交流和學習效率以及教學管理帶來了一定的障礙，影響了高校教學質量的高速提升。從此角度出發，將移動智能與大數據相結合開發的教學管理系統，將能夠很好地解決目前學校PC端的教學管理系統存在的弊端，推動教學移動智能化的發展，提升教學效率。同時通過該系統學生可以根據自己的空閑時間隨時隨地學習，也可以將學生的動態及時更新發送給學生。出勤記錄和報告生成變得容易。并且系統的靈活性增高，故障率下降，可以更好服務學校的老師和學生。將來，該系統可以實現大多數教育系統的自動化，并且可以用于設計跨平臺的教務系統。