智能教學助手應(yīng)用軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

施冬梅 孫翠改 盛雪豐

摘? 要：移動學習是在新技術(shù)孕育下產(chǎn)生的一種新型的學習方式。充分考慮了學習者的需求，研究開發(fā)了一款基于安卓的智能教學助手應(yīng)用軟件。該系統(tǒng)分為教師端和學生端，包括注冊登錄功能，創(chuàng)建課程、添加課程、課堂點名、作業(yè)管理、資源共享、討論答疑、過關(guān)測試、考核評價多種功能，解決了系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵性的技術(shù)問題，方便學生利用智能移動終端進行泛在學習。創(chuàng)新的掃碼式添加課程，便捷了學生端課程的添加。人臉識別式的注冊簽到，避免了識別碼等簽到模式代簽的現(xiàn)象，實現(xiàn)了精準考勤。游戲式的過關(guān)考核，改革了傳統(tǒng)單一的答題檢測，讓學生在游戲中輕松愉快學習。模擬圓桌會議的討論答疑，革新了師生單一對話模式的答疑，迎合了高職學生的學習需求。

關(guān)鍵詞：移動學習平臺;泛在學習;智能教學

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： Mobile learning is a new online learning method. This paper proposes an Android-based intelligent teaching assistant application after analyzing needs of learners. The application is divided into teacher end and student end， and its functions include registration and login， courses creation， courses addition， class roll call， assignment management， resource sharing， discussion and question answering， testing， assessment marking. The key technical issues of system development are solved and students can use intelligent mobile terminals for ubiquitous learning. Students can easily add courses by scanning QR codes and register them by face-identification to realize accurate attendance. Traditional tests of question answering are transformed into game-style passing tests， which allow students to learn as playing in games. The simulated roundtable discussions and question answering can meet the learning needs of higher vocational students， so the single one-to-one question-answering interactive mode between of teachers and students has been changed.

Keywords： mobile learning platform; ubiquitous learning; intelligent teaching

1? ?引言（Introduction）

目前很多高職院校主要采用藍墨云班課、學習通等作為輔助教學工具，功能比較豐富，但是有些功能比如簽到功能，采用驗證碼及手勢簽到，不可避免地出現(xiàn)很多代簽現(xiàn)象;比如討論答疑功能，局限于傳統(tǒng)的文字消息表現(xiàn)形式，形式單調(diào);又比如考核功能局限于選擇題、填空題、問答題等傳統(tǒng)試題的考核形式，僅僅把考試從紙上搬遷到手機上而已，考試形式?jīng)]有改變，無法激發(fā)學生的學習興趣[1]。智能教學助手APP的開發(fā)與研究，通過前期調(diào)研需求分析，設(shè)計時改進了市場上主流學習平臺的不足之處，充分考慮學生的興趣點來調(diào)動學生學習的主觀能動性。

2? 智能教學助手應(yīng)用軟件的設(shè)計思路（The design idea of intelligent teaching assistant APP）

智能化的教學助手，旨在為學生提供隨時隨地的學習環(huán)境，為學生和教師創(chuàng)建交流環(huán)境，有助于教師更好的評價學生的過程化學習，具體的設(shè)計思路如下。

2.1? ?體現(xiàn)以學生為中心的教學理念

“以學生為中心”的教學理念意味著教師必須以學生的興趣和需求為中心組織開展教學活動，根據(jù)學生的興趣愛好，有針對性的設(shè)計教學任務(wù)，根據(jù)學生學習能力，利用現(xiàn)代化教學手段來彌補傳統(tǒng)教學模式的不足，改革傳統(tǒng)的教學策略，設(shè)計出既能調(diào)動學生的參與積極性，又能夠提高教學效率的教學活動，有效提高教學效果。

2.2? ?重視師生交互功能

針對學生在課前學習任務(wù)及課后學習過程中遇到的各種問題，在智能教學助手APP中采用實時及非實時的討論答疑方式，方便教師與學生的及時溝通。摒棄了傳統(tǒng)的文字溝通方式，采用模擬圓桌會議的場景，發(fā)揮教師傳道授業(yè)解惑的作用，讓學生身臨其境般的解決學習中各種疑惑，調(diào)動學生學習的積極性和主動性[2]。

2.3? ?整合各種教學資源

在設(shè)計智能教學助手應(yīng)用軟件的過程中，要重視各類教學資源的整合，盡可能為每位學生創(chuàng)建個性化的學習環(huán)境與服務(wù)，激發(fā)學生的學習興趣，基于建構(gòu)主義與泛在學習理論，通過調(diào)查學生移動學習的習慣與心理，為學生構(gòu)建便捷化的移動學習平臺。將課程的教學PPT、微課、教學案例、企業(yè)真實案例、動畫等學習資源進行整合，實現(xiàn)資源存儲和訪問，滿足不同層次不同興趣愛好的學生的學習需求。

3? 智能教學助手應(yīng)用軟件的設(shè)計與實現(xiàn)（Design and implementation of intelligent teaching assistant APP）

智能教學助手應(yīng)用軟件分為教師端和學生端，包括注冊登錄功能、創(chuàng)建課程、添加課程等六個功能模塊，分別為課堂點名、作業(yè)管理、資源共享、討論答疑、過關(guān)測試、考核評價，智能教學助手應(yīng)用軟件主界面如圖1所示。移動學習平臺基于Android的C/S體系架構(gòu)來實現(xiàn)移動學習，采用三層架構(gòu)模型來實現(xiàn)，總體架構(gòu)設(shè)計框架如圖2所示[3]。

3.1? ?用戶注冊和登錄模塊

用戶注冊模塊負責對用戶注冊操作進行管理，新用戶首先進行人臉識別的用戶注冊，注冊成功后數(shù)據(jù)保存在Bmob后端云中，注冊成功后才能登錄智能教學助手APP。我們開發(fā)了一種新的注冊方法，用戶注冊時進行人臉的錄入，作為簽到模塊人臉對比的測試集，拍完人臉之后顯示注冊成功，即可把信息寫入后端數(shù)據(jù)庫，流程如圖3所示。在人臉識別功能上我們前期采用的是Android 4.0后的谷歌原生的FaceDetector，在某些情況下Android原生的人臉檢測沒有達到我們理想的識別效果，比如，當人閉上眼睛后檢測不出人臉的位置，后來我們查閱了大量的資料，采用了虹軟人臉識別，其精度上達到了理想的人臉識別效果[4]。

3.2? ?創(chuàng)建課程、添加課程

教師端可以創(chuàng)建課程，自動生成課程的ID號，教師創(chuàng)建課程，就等同于教師在平臺上開設(shè)了一門課程，該課程以后的教學活動及評價都可以借助于該教學平臺輔助實施。教師端創(chuàng)建課程后，生成用Bmob的objectID作為課程ID號，避免了課程之間的沖突[5]。教師創(chuàng)建好課程后，便可在我的課程的主界面上顯示出已創(chuàng)建好的課程，并且每個課程會附帶一個二維碼，學生端通過掃描二維碼添加課程，核心代碼設(shè)計如下：

3.3? ?課堂點名模塊

用戶注冊時進行人臉的錄入，作為簽到模塊人臉對比的測試集，學生點擊簽到按鈕，進入人臉識別，與注冊錄入的人臉測試集進行對比匹配，匹配成功即為簽到成功[6]。學生簽到成功后，從數(shù)據(jù)庫中獲取每次簽到的信息顯示出來，簽到狀態(tài)更改為已簽到。教師單擊“結(jié)束簽到”，學生便不能再簽到，教師和學生都可以清楚的查看每次的簽到結(jié)果，流程如圖4所示。

3.4? ?作業(yè)管理模塊

在作業(yè)管理模塊中，教師可以發(fā)布每節(jié)課的作業(yè)，學生在智能教學助手應(yīng)用軟件上點擊“提交”，便可將作業(yè)上傳到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，支持文本、圖片、視頻等多種類型數(shù)據(jù)的提交。教師通過客戶端學生作業(yè)列表完成作業(yè)的查看和批閱。學生端可以在作業(yè)列表中，單擊每次作業(yè)右側(cè)的“查看得分”按鈕，從數(shù)據(jù)庫中獲取每位同學的得分情況，并以列表的形式展示出來，如圖5所示。

圖5 作業(yè)管理模塊

Fig.5 Job management module

3.5? ?資源管理模塊

教師把課程的文本、ppt、動畫及視頻等類型的教學資源分類存放在移動學習平臺上，學生在課前通過智能終端或者PC端提前掌握基礎(chǔ)理論知識。課堂學習中沒有掌握的難點及重點內(nèi)容，針對學生個體學習能力的差異，學習平臺提供反復觀看學習的功能，體現(xiàn)了差異化教學的優(yōu)勢。課程的各類學習資源通過服務(wù)器中的統(tǒng)一XML文件模板生成，發(fā)送到客戶端，由SAX來進行解析，解析后XML文件中標題、內(nèi)容等通過RecyclerView控件以列表布局的方式顯示[7]，如圖6所示。Android客戶端通過URL下載視頻資源并緩存到系統(tǒng)中，并采用Android自帶的MediaPlayer類實現(xiàn)播放功能。

圖6 資源管理模塊

Fig.6 Resource management module

3.6? ?討論答疑模塊

學生在課前資源的學習過程中遇到的各種疑問，或者在課中學習中遇到的難點，智能教學助手應(yīng)用軟件提供了師生之間以及學生之間的實時交互與討論功能，為了提高學生學習的興趣，打破了傳統(tǒng)單調(diào)的文字列表的呈現(xiàn)方式，采用模擬圓桌會議的方式，如圖7所示，教師和學生進入討論間，進行實時的溝通與交流，及時解決了在課前學習中遇到的問題，同時也實現(xiàn)了學習過程中的實時交流討論，及時實現(xiàn)答疑解惑的功能。

圖7 討論答疑模塊

Fig.7 Discussion and answer module

3.7? ?過關(guān)檢測模塊

過關(guān)檢測包括過關(guān)測試和答題測試兩個功能。根據(jù)前期調(diào)研迎合學生的喜好，開發(fā)了“打地鼠”和“開心消消樂”兩類學生喜歡的小游戲，如圖8和圖9所示，通過游戲式的過關(guān)測試能夠激發(fā)學生的學習興趣，增強學習動機，優(yōu)化學習效果，游戲幫助學生掌握基礎(chǔ)知識和基本原理。答題測試用來進行學生綜合應(yīng)用能力的考核，不但可以幫助學習者掌握學習內(nèi)容，還能夠檢驗自己的學習成果，通過倒計時功能，讓學習者進入考試狀態(tài)，身臨其境。

圖8“打地鼠”過關(guān)檢測

Fig.8 "Ground mouse" clearance test

圖9“開心消消樂”過關(guān)檢測

Fig.9 "Happy Xiaoxiaole" passing test

3.8? ?考核評價模塊

教師根據(jù)學生所有基于移動學習平臺的學習記錄，進行平時成績的考核評價，考核評價結(jié)果如圖10所示，可以分別查看全部學生的成績及不及格學生的成績。

所有基于移動終端的學習記錄都會獲得相應(yīng)加分，并計入課程平時成績，使用者可以點擊成績列表查看學生基于移動終端的學習記錄的詳情[8]，如圖11所示。

4? ?智能教學助手APP的創(chuàng)新點（Innovation of intelligent teaching assistant APP）

（1）掃碼式的添加課程，改革了傳統(tǒng)的邀請碼及課程ID號的課程添加模式，極大地便捷了學生端課程的添加。

（2）人臉識別式的注冊簽到，通過面部識別，與注冊時錄入數(shù)據(jù)庫的人臉信息比對，來確定學生的身份，避免了傳統(tǒng)簽到代簽的現(xiàn)象，實現(xiàn)了精準考勤。

（3）游戲式的過關(guān)考核，過關(guān)測試功能不僅僅局限于答題的測試模式，新增了游戲過關(guān)測試方式，包括開心消消樂和打地鼠游戲，讓學生在游戲中輕松愉快學習。

（4）身臨其境式的討論答疑，本項目采用模擬圓桌會議的方式，實現(xiàn)了學生與教師實時的溝通與交流，及時反饋出學生在學習中遇到的問題，迎合了高職學生的學習需求。

（5）過程化的考核評價，教師根據(jù)學生所有基于移動學習平臺的學習記錄，進行平時成績的考核評價。

5? ?結(jié)論（Conclusion）

隨著時代的進步和現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷提高，智能教

學助手應(yīng)用軟件平臺的開發(fā)，為學生提供了寓教于樂的移動學習平臺，很好地踐行了快樂學習與隨時隨地學習的理念，作為傳統(tǒng)教學模式強有力的補充，滿足了不同層次的學生的學習需求，通過教師科學的引導有助于學生更好的自我規(guī)劃，使其在走上工作崗位之后仍能保持學習意愿，普及終身學習的理念。

參考文獻（References）

[1] 程瑤.初探Android移動學習系統(tǒng)的開發(fā)[J].農(nóng)家參謀，2019（17）：208;212.

[2] 徐杰.“樂學堂”移動游戲化學習社區(qū)的構(gòu)建與應(yīng)用研究[D].云南師范大學，2019，5.

[3] 施冬梅，孫翠改，趙煒霞.基于泛在技術(shù)+Android Studio課程移動學習平臺開發(fā)研究[J].鎮(zhèn)江高專學報，2019，32（01）：97-99.

[4] 王欣蕾.高職英語移動學習平臺構(gòu)建研究[J].科教文匯（下旬刊），2019（07）：179-180.

[5] 劉錦.基于Android的移動學習APP的設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息與電腦（理論版），2019，31（18）：87-88;91.

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[8] Florian Malard， Philippe Grison， Louis Duchemin， et al. GOTIT： A laboratory application software for optimizing multi-criteria species-based research， 2020，11（1）：159-167.