基于物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)與Excel宏語(yǔ)言應(yīng)用的作業(yè)采集分析系統(tǒng)研究

摘要：本文運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)與Excel宏語(yǔ)言，采集學(xué)生日常作業(yè)情況并建立了學(xué)生學(xué)情分析數(shù)據(jù)庫(kù)，教師通過數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了快速分析班級(jí)情況、學(xué)生知識(shí)掌握情況。同時(shí)，建立的作業(yè)采集分析系統(tǒng)在幫助一線教師全面快速地了解作業(yè)情況的同時(shí)，還可以推動(dòng)教學(xué)方法的優(yōu)化提升，積極助力教學(xué)策略調(diào)整，重塑傳統(tǒng)教學(xué)流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)教育教學(xué)的數(shù)字化監(jiān)測(cè)，為教育教學(xué)提質(zhì)增效。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)；作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)字化監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：G434" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 論文編號(hào)：1674-2117（2025）03-0060-05

《關(guān)于加強(qiáng)義務(wù)教育學(xué)校作業(yè)管理的通知》要求，教師需強(qiáng)化作業(yè)批改與反饋的育人功能，對(duì)布置的學(xué)生作業(yè)要全批全改，并通過作業(yè)精準(zhǔn)分析學(xué)情。有條件的地方，鼓勵(lì)科學(xué)利用信息技術(shù)手段進(jìn)行作業(yè)分析診斷。而在批改練習(xí)冊(cè)的過程中，一線教師每天都能接觸到海量數(shù)據(jù)，那么如何將這些數(shù)據(jù)利用信息技術(shù)手段收集成冊(cè)，并在批改作業(yè)的過程中同步整理并輸出反饋結(jié)果，進(jìn)而反哺教育教學(xué)？這就需要構(gòu)建學(xué)生、班級(jí)的作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

本文以深圳市福田區(qū)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校（以下簡(jiǎn)稱“學(xué)校”）初二年級(jí)數(shù)學(xué)練習(xí)冊(cè)的批改數(shù)據(jù)為例，介紹如何通過物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)、Excel宏語(yǔ)言建立學(xué)生個(gè)人、班級(jí)的學(xué)情分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)質(zhì)量的數(shù)字化監(jiān)測(cè)，為教育教學(xué)提質(zhì)增效。

作業(yè)采集分析系統(tǒng)介紹

如圖1所示，整個(gè)采集分析系統(tǒng)主要通過RFID射頻技術(shù)與Excel宏語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)的采集匯總，整理形成學(xué)生學(xué)情分析數(shù)據(jù)庫(kù)。最后，通過不同班級(jí)、學(xué)生、章節(jié)之間的橫向?qū)Ρ龋约巴粋€(gè)學(xué)生不同章節(jié)知識(shí)的情況對(duì)比全面了解學(xué)生學(xué)情，針對(duì)性地調(diào)整教育教學(xué)活動(dòng)，為教育教學(xué)提質(zhì)增效。

1.搭建數(shù)據(jù)收集模塊

學(xué)校初二年級(jí)學(xué)生的數(shù)學(xué)作業(yè)主要為一本同步練習(xí)冊(cè)，在作業(yè)統(tǒng)計(jì)、反饋過程中存在效率低下的問題，為了解決這一問題可以采用超高頻射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）。作為自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的。由于它具有多次使用、無接觸、遠(yuǎn)距離、易讀寫的特點(diǎn)，非常符合一線教師每天登記、反饋?zhàn)鳂I(yè)的實(shí)際需求。

首先，搭建數(shù)據(jù)收集模塊需要一人一碼的RFID標(biāo)簽和讀寫模塊，將學(xué)生編號(hào)寫入電子標(biāo)簽并張貼在學(xué)生練習(xí)冊(cè)上，練習(xí)冊(cè)就可以視為一份快遞包裹，每天的作業(yè)情況都是這個(gè)“包裹”的一個(gè)數(shù)據(jù)，由此實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)輔助作業(yè)數(shù)據(jù)的收集。

接著，將讀寫模塊連接電腦，當(dāng)練習(xí)冊(cè)貼近讀寫模塊約20～30厘米時(shí)，標(biāo)簽數(shù)據(jù)會(huì)通過射頻識(shí)別輸入電腦。將所有學(xué)生對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)登記在Excel表格中，會(huì)得到一份標(biāo)簽編碼與姓名對(duì)應(yīng)表。在實(shí)際批改作業(yè)的過程中，通過“感應(yīng)識(shí)別編碼—輸入對(duì)應(yīng)等級(jí)—回車”的方式，收集學(xué)生練習(xí)冊(cè)的等級(jí)情況，教師在批改作業(yè)的同時(shí)完成作業(yè)等級(jí)的收集。

2.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)整理模塊

在獲得班級(jí)作業(yè)數(shù)據(jù)后，標(biāo)簽編碼與等級(jí)會(huì)以單雙行交錯(cuò)的形式呈現(xiàn)，這就需要將這一列數(shù)據(jù)按類別整理為縱列，然后對(duì)數(shù)據(jù)按班級(jí)和學(xué)號(hào)排序，便于后續(xù)分析。這些操作都可以通過Excel宏設(shè)計(jì)出合適的數(shù)據(jù)的整理模塊。具體做法如下：

在Excel的工具窗口找到開發(fā)工具，點(diǎn)擊開發(fā)工具中的相對(duì)位置，點(diǎn)擊錄制新宏，將其命名為登記作業(yè)系統(tǒng)，對(duì)光標(biāo)所在的第一個(gè)作業(yè)編碼（單元格A1）剪切至新一列（B列）中，再將該編碼對(duì)應(yīng)的等級(jí)粘貼至另一列（C列）中，然后刪除空白單元格，使下方單元格上移，最后將光標(biāo)點(diǎn)擊到下一個(gè)編碼上。這就完成了一次操作的錄制，這個(gè)操作可以將編碼和等級(jí)從單雙行排列變?yōu)楸阌诮y(tǒng)計(jì)的兩列。本例中的兩個(gè)班級(jí)共有100名學(xué)生，需要多次執(zhí)行該任務(wù)，為了執(zhí)行更便捷，點(diǎn)擊開發(fā)工具下的宏編輯器，把剛剛的宏加入一個(gè)for循環(huán)語(yǔ)句，即for（let i=1;ilt;=100;i++），使這個(gè)操作重復(fù)100次。再點(diǎn)擊開發(fā)工具中的命令按鈕，把剛剛的宏制作成一個(gè)按鍵“輸出作業(yè)情況”，雙擊按鍵，將宏代碼粘貼在按鈕代碼下（如圖2）。這樣，對(duì)于批改作業(yè)中收集到的作業(yè)等級(jí)，只需點(diǎn)擊按鍵，就可以一鍵將原始作業(yè)數(shù)據(jù)整理為按類分列的形式（如圖3）。

對(duì)于初步整理后的數(shù)據(jù)，為了將亂序編碼與學(xué)生進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，可以使用VLOOKUP函數(shù)。一般格式為：“=VLOOKUP（查找值，數(shù)據(jù)表，列序數(shù)，匹配條件）”。

在本案例中，將查找值選中為整理好的數(shù)據(jù)編碼，選中兩列姓名對(duì)應(yīng)表，列序數(shù)為第二列學(xué)生姓名，匹配條件輸入0，表示精確匹配。如此就可以在運(yùn)行宏處理數(shù)據(jù)的同時(shí)，把對(duì)應(yīng)學(xué)生姓名從數(shù)據(jù)表中提取出來（如上頁(yè)圖4）。

在得到對(duì)應(yīng)學(xué)生姓名后，使用XLOOKUP函數(shù)對(duì)這100個(gè)無序的姓名區(qū)分班級(jí)，按學(xué)號(hào)排序，并確定缺交作業(yè)的名單。XLOOKUP函數(shù)一般格式為“=XLOOKUP（查找值，查找數(shù)組，返回?cái)?shù)組，未找到值，匹配類型，搜索模式）”，其中后三個(gè)數(shù)值可以省略。同樣是查找函數(shù)，該函數(shù)對(duì)不存在的數(shù)值，如沒交作業(yè)的情況，可以返回一個(gè)確定的結(jié)果，這是VLOOKUP函數(shù)所不能做到的。在同一個(gè)工作簿內(nèi)新建一列學(xué)生姓名，按所需順序排列，旁邊對(duì)應(yīng)XLOOKUP查找公式，設(shè)定未找到值為“沒有收到作業(yè)”（如圖5）。至此，借助RFID與Excel宏語(yǔ)言技術(shù)制作的數(shù)據(jù)收集和整理模塊已經(jīng)基本完成。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，教師可以將每個(gè)學(xué)生每天的作業(yè)情況高效收集匯總，大大縮短作業(yè)批改—登記—反饋的時(shí)間，重塑、提升了傳統(tǒng)作業(yè)批改效率。

作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)踐應(yīng)用案例

1.橫向?qū)Ρ劝嗉?jí)間的學(xué)生作業(yè)總體情況

本例中涉及的兩個(gè)班級(jí)在學(xué)業(yè)水平上存在差異，他們對(duì)新知識(shí)的接納速度和作業(yè)完成的質(zhì)量都有較大的不一致性。

為了更科學(xué)、更系統(tǒng)地優(yōu)化作業(yè)講評(píng)流程，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的反饋結(jié)果，可以輕松整理每日的作業(yè)數(shù)據(jù)，并按照班級(jí)進(jìn)行分類，從而生成一份詳細(xì)的對(duì)比表格。這份表格不僅能橫向?qū)Ρ葍蓚€(gè)班級(jí)學(xué)生的作業(yè)表現(xiàn)，還能夠從宏觀層面對(duì)某一特定章節(jié)內(nèi)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的整體作業(yè)情況進(jìn)行深入分析和對(duì)比。這種方法既提高了作業(yè)管理的效率，也增強(qiáng)了講評(píng)的針對(duì)性，有助于一線教師更好地指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)（如圖6）。

以北師大版八年級(jí)上冊(cè)《位置與坐標(biāo)》章節(jié)的作業(yè)為例，可以看出兩個(gè)班級(jí)的作業(yè)情況：觀察前三次作業(yè)的數(shù)據(jù)，兩班均有超過半數(shù)的學(xué)生獲得了A級(jí)及以上評(píng)價(jià)。這一結(jié)果表明，前幾次作業(yè)的內(nèi)容主要集中于基礎(chǔ)知識(shí)和教材概念的考查，學(xué)生對(duì)這些內(nèi)容的掌握程度普遍較高，作業(yè)的整體質(zhì)量相對(duì)優(yōu)良。然而，從第四次作業(yè)開始，兩班在優(yōu)秀學(xué)生的比例上出現(xiàn)了顯著的差異。無論是全對(duì)人數(shù)還是A級(jí)人數(shù)，B班均顯著多于A班。特別是在涉及坐標(biāo)系與圖形結(jié)合的問題上，A班的優(yōu)秀學(xué)生數(shù)量有所減少，中等生人數(shù)基本穩(wěn)定，而臨界生和后進(jìn)生的比例則有所增加。與此相反，B班的優(yōu)秀學(xué)生比例與前半章基本持平，而臨界生的比例反而有所減少。

基于上述觀察，在實(shí)際的作業(yè)講評(píng)過程中，對(duì)于A班，教師會(huì)參考作業(yè)等級(jí)，更著重于中等難度題目的講解，并加強(qiáng)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的總結(jié)和梳理，以便更好地幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)。而對(duì)于B班，教師會(huì)更多地引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與，發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性，通過“兵教兵”的形式，鼓勵(lì)學(xué)生上臺(tái)分享解題思路和方法，從而提高他們的學(xué)習(xí)積極性。

2.縱向?qū)Ρ饶硞€(gè)學(xué)生一段時(shí)間作業(yè)完成情況

把作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的學(xué)生等級(jí)賦分，從9到1分別對(duì)應(yīng)全對(duì)到?jīng)]交作業(yè)的9個(gè)等級(jí)，將表格中的原始等級(jí)批量替換成分值，可以獲得所有學(xué)生整學(xué)期每次作業(yè)的完成情況。這些數(shù)據(jù)反映在折線統(tǒng)計(jì)圖上，可以直觀地看到學(xué)生近段時(shí)間的新課掌握程度。

下面，筆者以八年級(jí)上冊(cè)《二元一次方程組》的作業(yè)完成情況為樣本，選擇三個(gè)不同層次的學(xué)生作比較（如圖7、圖8、圖9）。

（1）對(duì)優(yōu)等生的作業(yè)分析

觀察A學(xué)生的作業(yè)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)其整體作業(yè)質(zhì)量表現(xiàn)出比較高的水平，展現(xiàn)出了較好的理解與應(yīng)用能力。在整章節(jié)的作業(yè)中，A學(xué)生最低等級(jí)賦分為7，意味著所有作業(yè)均達(dá)到A等級(jí)或以上，顯示出其作業(yè)質(zhì)量的穩(wěn)定性。進(jìn)一步觀察折線統(tǒng)計(jì)圖，可以發(fā)現(xiàn)A學(xué)生在方程組概念理解、計(jì)算技能以及基礎(chǔ)應(yīng)用題等方面均取得最高等級(jí)，這反映出A學(xué)生的基礎(chǔ)扎實(shí)，學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真。而在涉及含參數(shù)方程及方程與函數(shù)結(jié)合的綜合性問題時(shí)，其準(zhǔn)確率有所下降。這可能說明A學(xué)生在處理復(fù)雜代數(shù)問題時(shí)，尤其是在方程與函數(shù)知識(shí)整合方面，存在一定的短板，需要進(jìn)一步提升其綜合運(yùn)用能力和解題策略。

針對(duì)這類學(xué)生的情況，教師可以建議在確保基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)確性的前提下，加強(qiáng)其思維的開放性和發(fā)散性訓(xùn)練，增加應(yīng)用類題型的練習(xí)量，特別是在函數(shù)思想方面，鼓勵(lì)學(xué)生投入更多時(shí)間和精力，以提升其解決復(fù)雜問題的能力。

（2）對(duì)臨界生的作業(yè)分析

同樣是二元一次方程組的作業(yè)，B學(xué)生的作業(yè)質(zhì)量表現(xiàn)出一定的不穩(wěn)定性。在整章節(jié)的作業(yè)中，B學(xué)生的等級(jí)賦分波動(dòng)范圍較大，從1分（未提交作業(yè)）到7分（A等級(jí)）不等，且存在三次作業(yè)僅獲得2分的情況。從分課時(shí)的折線統(tǒng)計(jì)圖來看，B學(xué)生在計(jì)算方面的表現(xiàn)呈現(xiàn)出明顯的進(jìn)步趨勢(shì)，從使用代入消元法到加減消元法，其正確率逐漸提升，這也同樣反映在應(yīng)用題的完成情況上。特別值得一提的是，B學(xué)生在解決雞兔同籠和里程碑問題時(shí)表現(xiàn)更佳，但在涉及商品價(jià)格增減關(guān)系的增收節(jié)支問題上，準(zhǔn)確率相對(duì)較低，說明其對(duì)復(fù)雜等量關(guān)系的分析和獲取能力還有待于加強(qiáng)。此外，與A學(xué)生相似，B學(xué)生在運(yùn)用不同知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)用時(shí)同樣面臨挑戰(zhàn)。

從以上分析中可以看出，盡管B學(xué)生的基礎(chǔ)有所不足，但學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，能夠在學(xué)習(xí)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正自己的錯(cuò)誤。針對(duì)B學(xué)生的這類型情況，教師在作業(yè)反饋中可以給予更多的表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)，以激發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)力。同時(shí)，建議學(xué)生回歸教材，加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基本運(yùn)算規(guī)律的掌握，以形成系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。此外，加強(qiáng)家校之間的溝通與聯(lián)系，共同形成教育合力，對(duì)臨界生的全面發(fā)展具有重要意義。

（3）對(duì)后進(jìn)生的作業(yè)分析

C學(xué)生本章節(jié)的作業(yè)數(shù)據(jù)主要集中在2分左右，這揭示了學(xué)生在概念理解方面存在較大問題。具體來說，C學(xué)生明顯缺乏對(duì)方程基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，并且在日常學(xué)習(xí)中沒有復(fù)習(xí)和總結(jié)的習(xí)慣。此外，學(xué)習(xí)態(tài)度較為消極，這在日常學(xué)習(xí)生活中也有所體現(xiàn)。在本章節(jié)的學(xué)習(xí)過程中，有一次小長(zhǎng)假，值得肯定的是，在長(zhǎng)假后的雞兔同籠作業(yè)中，學(xué)生取得了4分的評(píng)價(jià)，這在全班范圍內(nèi)處于中等水平。這可能歸因于雞兔同籠問題本身的等量關(guān)系相對(duì)明確，以及長(zhǎng)假期間學(xué)生對(duì)解二元一次方程組相關(guān)計(jì)算方法的消化和理解，這一變化可能說明了C學(xué)生的計(jì)算能力在一定程度上有所提高。

經(jīng)過以上的數(shù)據(jù)分析，教師對(duì)后進(jìn)生C有了更為全面和深入的了解。這類學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度較低，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，相較于其他同學(xué)，他們?cè)谡莆罩R(shí)時(shí)需要投入更多的時(shí)間和精力。因此，對(duì)于C學(xué)生這樣的后進(jìn)生，教師應(yīng)提供更多的鼓勵(lì)和支持，適當(dāng)調(diào)整作業(yè)內(nèi)容以適應(yīng)他們的學(xué)習(xí)需求。

3.作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)與考試結(jié)果的相關(guān)性分析

作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)除了能對(duì)不同學(xué)生、不同章節(jié)的作業(yè)完成情況進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)測(cè)，全方位掌握關(guān)于班級(jí)的整體學(xué)習(xí)情況之外，還可以對(duì)期中、期末調(diào)研的結(jié)果進(jìn)行比較分析。為了能充分考慮平時(shí)的作業(yè)情況，教師可以對(duì)學(xué)期開始以來的學(xué)生作業(yè)等級(jí)賦分，然后取平均值，以平均值作為學(xué)生一段時(shí)間的作業(yè)平均質(zhì)量。

具體做法是對(duì)兩個(gè)班級(jí)的作業(yè)平均質(zhì)量與調(diào)研結(jié)果進(jìn)行可靠性統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示兩個(gè)班級(jí)的克隆巴赫α系數(shù)都大于0.7，屬于高信度，說明作業(yè)平均質(zhì)量與考試成績(jī)存在比較強(qiáng)的外部一致性，數(shù)據(jù)的可靠程度高，具有相當(dāng)高的統(tǒng)計(jì)學(xué)價(jià)值。

在具體教學(xué)中，教師可以對(duì)期中、期末調(diào)研的分?jǐn)?shù)與作業(yè)平均質(zhì)量再進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析。從結(jié)果中的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)可以看到，無論是期中還是期末，其調(diào)研結(jié)果與日常的作業(yè)等級(jí)在線性上具有極強(qiáng)的相關(guān)性，在0.01級(jí)別上相關(guān)性非常顯著，A班為0.647、0.719，B班為0.740、0.746。即平時(shí)作業(yè)質(zhì)量具有極強(qiáng)的參考價(jià)值，這不僅從情感感受上，更是從量化的數(shù)據(jù)上說明了平時(shí)作業(yè)水平和質(zhì)量是影響學(xué)生考試成績(jī)的重要因素，能夠公平客觀地反映學(xué)生近期學(xué)習(xí)的真實(shí)水平。同時(shí)值得留意的是，A、B班期中與期末的相關(guān)性系數(shù)為分別為0.895、0.897，均高于等級(jí)與成績(jī)的相關(guān)性，以A班的差距更為明顯。即在皮爾遜相關(guān)性下，班級(jí)作業(yè)情況與調(diào)研成績(jī)相關(guān)性比調(diào)研成績(jī)之間的相關(guān)性弱，這可能說明兩個(gè)班級(jí)的日常作業(yè)質(zhì)量的可信度在不同程度上均低于調(diào)研成績(jī)，這一點(diǎn)可以引起教師對(duì)班級(jí)作業(yè)質(zhì)量和學(xué)習(xí)態(tài)度的關(guān)注。