智能體育課程管理系統開發及應用

王斐

(西安航空職業技術學院 學生處，陜西 西安 710089)

0 引言

在現代高校教學中，體育課程發揮著相當重要的作用，它一方面能夠直接增強學生的身體素質，另一方面能夠為科學運動方式的普及提供理論依據。隨著高校體育課程教學模式的變化，課程信息量逐漸增多，以往人工進行排課、選課的課程管理方式不僅浪費了大量的人力物力，而且錯排、錯選的現象時有發生。針對這些問題，本文提出并設計了一種智能體育課程管理系統，通過教師用戶和學生用戶所對應的模塊向其提供排課或選課服務，利用在線論壇實現師生的互動交流，同時，系統能夠通過智能化的方式對體育課程教學資源信息進行統計、整合與分析，并實時采集和記錄課堂數據，最后將信息處理結果面向教師和學生用戶進行發布。本系統基于信息化技術實現了高校體育課程的智能管理，對其他同類系統的研發具有一定的參考價值。

1 系統整體結構

為了實現體育課程管理的精細化與智能化，本系統在網絡模式的架構下搭建以服務為主體的課程管理平臺，系統總體結構如圖1所示。

圖1 智能體育課程管理系統總體架構

由圖1可見，為了保證系統的功能完善性，系統共由基礎設施及服務端、應用端、應用支撐端、客戶端及用戶端5個部分組成。基礎設施及服務端主要負責采集、處理和存儲課程信息資源數據，利用物聯網與應用端進行信息交互，應用端向教師和學生用戶發布課程信息，為其排課、選課提供參考，同時為師生提供互動交流空間，應用支撐端基于多種網絡技術為應用端提供業務支撐，利用無線網絡將經過統計分析的課程信息經由客戶端的瀏覽器界面向用戶端的教師與學生進行顯示，為其排、選課提供詳盡的信息。客戶端瀏覽器基于HTML、CSS、JavaScript3種編程語言聯合開發顯示界面。應用支撐端集成了數據引擎、XML交換、傳感網絡間協議、無線網絡、Internet和事務處理等網絡技術[1-3]，對信息資源進行整合，借助于統一的數據交換接口，為用戶生成一個支持信息協作、傳遞、訪問的整合環境，滿足師生的體育課程信息需求。在系統的基礎設施與服務端，基于MySQL服務器進行數據的采集、存儲和備份，以保證數據的安全性和數據處理與傳輸的高效性。

本系統為教師和學生分別設置了不同的用戶端顯示界面。教師和學生可以通過PC、手機或平板電腦和觸摸屏等設備中安裝的瀏覽器編輯或查詢體育課程信息。在用戶提出排課或選課的請求后，系統在應用支撐端所生成的環境中提供有關課程安排或選擇的服務。應用端中部署了教師排課、學生選課、師生互動和學生信息4個功能模塊，基礎設施及服務端包含設施和服務2個部分，服務是指開展體育課程管理過程中的數據采集、數據同步、數據存儲、數據備份與基礎管理，設施則是指服務器、數據庫、網絡設備、查詢平臺以及物聯網架構下的信息傳遞渠道。

在系統的組成部分中，應用端發揮了系統核心的作用，其所屬模塊的功能實現方式是系統設計的重中之重。

1.1 教師排課模塊

通過該模塊教師可以按照教學計劃做出課程安排，對排課信息進行新建、編輯和刪除。在教師用戶界面，教師可以通過“添加”選項錄入體育課程信息，若信息發生變動則通過“編輯”更改信息內容或直接刪除該信息。在物聯網模式的課程信息管理中，排課過程實際上是對教師、學生、授課時間地點的統籌規劃，系統的排課模塊會根據這3個因素做出合理的安排，避免教師或學生在同一時間選擇兩門課程、學生體育課時超標等現象的發生。

1.2 學生選課模塊

該模塊主要面向學生提供課程選擇與統計服務。在學生因特殊情況不能參加已選課程的情況下，學生可以在其用戶界面通過“刪除”選項取消課程學習。目前高校對學生的體育課程學分普遍做出了指標性要求，因此學生必須結合這些要求根據學期的其他課程安排選擇時間適合的體育課程。在“學生選課信息統計”選項中可以對已有的課程安排進行查詢，同時還可以了解體育課程的已報名人數信息，若報名人數達到上限，系統會提示學生用戶選擇在其他時間上課的課程。

1.3 學生信息設置模塊

系統通過該模塊對所有在讀學生的基本信息進行管理，由系統管理員進行學生信息的維護，按照實際情況進行學生信息的新建、編輯、刪除和查詢。系統管理員通過“添加”選項創建新的學生信息，當這些信息發生變化時可以通過“編輯”進行內容修改或通過“刪除”去掉整條信息，系統用戶可以通過“學生信息查詢”查找并核實學生的基本信息。由于在校學生的學號是唯一的，因此學生信息添加成功后，學生能夠以已獲認證的用戶身份登錄系統。

1.4 互動交流模塊

該模塊以在線論壇的方式為教師、學生用戶和系統管理員提供了一個信息交互的空間，其管理結構如圖2所示。

圖2 互動交流模塊管理結構示意圖

教師和學生是信息發布的主體，管理員對論壇發布的消息進行審核，以防止有人發布違規信息。由此可見，互動交流模塊需要同時管理用戶數據表和發布信息數據表，用戶數據表中包含了用戶的基本信息，如姓名、性別、年齡、學號、工號等，發布信息數據表中則包含了信息標題、關鍵字/詞、發布時間以及發布者的基本信息等，以保證信息的可追溯性。

用戶通過在線論壇進行新主題的發表或對感興趣的信息內容進行查閱，學生用戶可以在論壇中交流學習心得、分享學習經驗或向教師提出與課程有關的問題，教師用戶則可以為學生答疑、提供在線輔導或發布課程變動通知等。用戶信息發布流程如圖3所示。

圖3 用戶信息發布流程示意圖

按照圖3所示流程，用戶進入在線論壇后，系統界面會以信息列表的方式進行顯示，用戶點擊“發表新主題”選項后，系統會自動跳轉至信息發布界面，用戶逐項輸入信息主題、信息內容后點擊“提交發布”，系統會按照既定規則對信息內容進行核驗，若存在不符合規則的項目則自動返回至信息編輯界面并提示用戶進行修改，若驗證通過，則提交給管理員進行人工審核，通過后該信息將發布在首頁的信息列表中。

2 課程分析與管理功能實現

2.1 系統功能設計

本系統不僅能夠對學生的體育學習成績進行快速統計，還能夠根據學生的各種體育項目歷史學習成績對學生的適學項目做出智能分析，以滿足其個人興趣愛好并提高其體育課程學習的主動性。課程分析與管理功能結構如圖4所示。

圖4 課程分析與管理結構示意圖

首先系統必須具備用戶基本信息的管理功能，根據課程管理的要求設置完善的基本信息錄入項，如姓名、性別、學號和工號等；為了保證用戶基本信息的準確性和完整性，系統需要定期對已有的信息進行維護；為教師排課信息和學生選課信息創建數據集并存入數據庫；學生用戶可以通過系統查詢所選體育課程的班級代號，學期結束時可以查詢學習成績；系統根據學生學習情況對課程教學質量做出分析，供教師建立或調整教學計劃。

2.2 智能體育課程管理

本系統充分利用了物聯網自帶的感知特性來加快課程管理信息采集速度，同時憑借網絡的云計算功能構建多種信息綜合分析平臺[4]。將與體育課程有關的各種信息進行整合后實施自動化分析，為了保證分析結果的可靠性，必須實施智能化的體育課程信息管理，做到實時監測、按時錄入，按照上述要求建立的課程管理模型如圖5所示。

圖5 物聯網模式下的課程管理模型

教師必須實時、全面地采集課程管理信息并將其錄入到系統數據庫中，系統自動對這些信息進行整合分析，在此過程中，多個信息處理單元協同工作，使網絡層和感知層能夠同時發揮信息處理的作用。系統首先對學生選課信息(課程項目及其所對應的選課人數)進行匯總，通過物聯網感知功能對系統提交的信息進行整合和分析，將獲取的分析結果發送至物聯網絡中，通過物聯網向公共信息服務器進行傳遞，在這里，體育課程信息實現了網絡共享，教師和學生用戶使用查詢平臺就能夠直接查詢排課情況和體育學習成績。

3 系統應用

選取北京某高校計算機學院大三年級300名學生及其該學期體育授課教師進行體育課程選課與排課實驗，對本系統進行應用測試。實驗用計算機采用Intel Core i5處理器，主頻2.6GHz，內存8GB，硬盤容量2T，安裝Windows 10專業版操作系統，服務器運行軟件為MySQL。

3.1 排課結果及分析

通過本系統向學生提供體育課程學習項目、上課時間和課程學分等信息，由學生根據個人興趣及其他課程安排對體育課程進行選擇，每個學習項目的課程報名學生數上限為200人，教師按所示情況進行排課。如圖6所示。

圖6 系統應用測試排課信息

由圖6可見，體育教師向系統中錄入了籃球、足球、自由搏擊等10個項目的體育課程，課程學分均為2分，每周一節課，每節課的上課時間為2 h，其中多個課程出現時間重疊或交叉的情況。從學生的選課結果可以看出，籃球及足球的剩余報名名額分別為141和120，說明選擇了這2個項目體育課程的人數較少，羽毛球、網球、跆拳道項目課程的剩余名額為負數，說明報名人數超出了200人。

3.2 學生選課監測分析

選定特定時間通過本系統采集各項目課程報名人數信息，結果如圖7所示。

圖7 系統應用測試某時刻學生選課信息

由圖7可見，系統進行信息采集時乒乓球、羽毛球、健美操、跆拳道項目課程的報名人數已達到或超出200人，花樣游泳課報名人數即將達到上限，說明這些課程在學生中最受歡迎，籃球及足球的報名人數分別為58和80，可見大多數學生對這兩個項目的課程不感興趣。

3.3 課程信息分析

本文選用查詢準確率(prrecision)、查全率(recall)作為所設計系統的評價指標。查詢準確率是指通過本系統查詢到的報名人數與真實已報名人數一致的課程在所有課程中的占比，查全率是指學生實際可選的課程與系統顯示可選課程數量的比值[5]。

本系統對教師排課及學生選課信息的統計分析結果如表1所示。

由表1可見，經本系統統計分析后所得的10種項目體育課程排、選課數據的查全率和查準率均在95%以上，證明本系統具備優異的數據分析能力。

表1 排、選課實驗結果統計分析表

為了驗證系統的穩定性與安全性，系統連續運行72小時提供教師排課與學生選課服務，在此期間，系統未出現網絡中斷、運行卡頓與宕機等現象，也沒有發生已錄入數據被非法篡改或數據丟失的事件，表明系統能夠在保證數據安全的前提下穩定運行。

4 總結

為了實現高校體育課程的智能化管理，本文提出并設計了一種智能體育課程管理系統，介紹了系統的總體結構及其5個組成部分的具體功能，詳細闡述了教師排課、學生選課、學生基本信息設置以及師生交流功能的實現流程，說明了系統進行課程分析與管理的具體方式，并通過應用測試證明了系統的功能可靠性和分析結果的精準性。本系統打破了人工選排課的傳統模式，在大幅提高選排課效率的同時保證了選排課結果的準確性，為同類系統的研發提供了全新的技術思路。