創新課堂互動：高校計算機實踐課堂管理智能化方案

摘要：文章提出一種創新的高校計算機實踐課堂管理方案，旨在通過智能化系統提升課堂互動效果和教學質量。研究設計并實現了基于學生座位信息的實踐課堂管理系統，該系統通過智能座位校驗和課堂行為標記功能，有效增強了師生互動。系統采用微信小程序作為客戶端，后端采用Spring Boot框架，并結合Redis緩存技術，確保系統運行的高效性和穩定性。實施結果表明，該系統顯著提升了學生的課堂參與度和教師的教學效率，所收集的課堂行為數據為教學評估和學生行為分析提供了有力支持。本研究為高校計算機實踐課堂管理提供了新的研究視角，同時為未來教育技術的發展奠定了基礎。

關鍵詞：智能化管理；課堂互動；計算機實踐教學；課堂管理

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）02-0156-05 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

實踐教學作為本科教學中最能體現實踐能力培養、提升學生綜合素養的關鍵環節，是承載新工科建設的主要載體[1]。為實現新工科建設目標，諸多工科課程增加了實踐課時的比重，越來越多的教學活動在實驗室中開展，高校對計算機實驗中心、實踐基地等實踐教學場所的建設也日趨完善。眾多高校從實踐教學培養方案的教學目標、教學體系、教學方法、教學平臺、考核評價等多個方面著手，對計算機相關專業的實踐教學進行了改革，取得了顯著的教學效果。文獻[2-3]結合新工科建設和工程教育認證，提出了計算機專業人才培養方案、教學模式、教學案例設計的思路和方法，但較少有研究者探討實踐課堂管理方法。為保證實踐教學培養方案的順利實施，有效的實踐課堂管理方法亟待探索。

傳統的課堂管理模式往往難以全面了解學生的課堂表現，缺乏有效的激勵和監督機制，導致學生參與度不高，課堂互動有限，學習效果難以保證。在當前高等教育體系中，計算機實踐教學作為培養學生實踐能力和創新思維的關鍵環節，正面臨著諸多挑戰。與普通課堂相比，實踐課堂具有更大的互動空間。在實踐課堂中，教師須在教室內頻繁走動，指導學生進行操作、協助學生解決問題，有更多的時間與學生交流。然而，現有文獻中缺乏對如何通過技術手段記錄和提高這種互動性的深入探討。本文旨在提出一種基于學生座位信息的智能化管理方案，以全面了解學生在實踐課堂的表現，通過有效的激勵和監督機制，提高計算機實踐課堂的學生參與度，從而保證實踐學習效果和實踐教學質量。

隨著信息技術的快速發展，智能化教學管理工具的開發成為可能。本研究基于微信小程序平臺，設計并實現了一個創新的計算機實踐課堂管理系統，該系統通過學生自主選座、智能座位校驗和課堂行為標記等功能，提高了課堂管理效率，促進了師生之間的互動，提升了實踐教學效果。本研究為解決高校計算機實驗課堂管理的難題提供了新的思路和方法，為提高實驗教學質量和學生的實踐能力提供了技術支持。此外，本研究還探討了系統所收集的課堂行為數據如何為教學評估和學生行為分析提供支持。

本文首先回顧了相關領域的研究進展，指出了現有課堂管理系統的不足，并提出了本研究的創新點。隨后詳細介紹了系統的設計和實現過程，包括技術框架、用戶交互設計及系統功能。最后，通過實施效果分析，展示了系統對提高課堂互動和教學質量的積極影響，并對未來的研究方向進行了展望。

1 實踐課堂管理系統需求分析

1.1 需求收集

通過課堂觀察和教師訪談，收集了實際教學中遇到的問題和需求。以廣州城市理工學院計算機實驗中心為例，教師為記錄學生在機房的課堂表現和參與度，會給學生安排座位表。學生需在教師指定的座位入座，教師在課堂上攜帶座位表核對入座情況，記錄學生在機房的課堂表現。通過問卷調查進一步發現，學生期望能夠自主選擇座位，以便于參與課堂互動并及時獲得反饋。

1.2 需求分析

基于調研結果，歸納出以下需求：

1） 教師需要能夠實時查看學生的座位分布和課堂參與狀態，以了解到課情況和課堂秩序。

2） 學生應能夠自主選座，便捷地在系統中標記自己的座位，并在需要時舉手提問或參與討論，以增強課堂互動。

3） 系統應支持教師快速記錄和反饋學生的課堂表現，以有效管理課堂秩序和學生行為。

具體而言，教師需要根據課程安排和教室信息管理課堂的開始和結束，記錄學生的課堂表現和參與情況，觀察學生的課堂行為如舉手、發言等，給予學生及時的反饋和評價。學生需要加入課堂，查看課程安排和教室信息，選擇座位，舉手發言，參與課堂討論，查看課堂表現，接收教師的即時反饋和評價。圖1展現了系統不同角色用戶的功能需求。

1.3 功能設計

高校計算機實驗中心教室一般采用m×n 型布局，其中m 表示座位行數，n 表示座位列數。每個座位的座位號按行號和列號進行編排，i-j 表示第i 行第j 列座位的座位號（1≤i≤m，1≤j≤n） [4]。以廣州城市理工學院計算機實驗中心的機房為例，每排設置4個相連機位，且每個機位前后均保持適當間距，便于教師進行指導。圖2展示了一個8行8列機房課堂座位的平面布局圖。這種規范化的座位編排方式便于通過交互界面實現類似電影院選座的功能，有效實現學生自主選座。

高校實踐課堂管理方案通過收集學生的課堂座位信息和課堂行為信息來實現實驗課堂的管理。教師首先根據課程信息創建課堂，學生進入課堂后須在座位平面圖中標記個人座位，教師據此獲得學生課堂座位分布表，并可通過該座位表標記學生的課堂行為，及時給予反饋與評價。圖3展示了實踐課堂管理系統的頂層數據流圖。

根據系統功能，可將頂層數據流圖細化為包含“創建課堂”“自主選座”“智能座位校驗”“標記課堂行為”4個加工的零層數據流圖，如圖4所示。

“創建課堂”指系統根據教師提供的課程信息獲取教室信息，以生成課堂座位平面圖。課堂創建完成后，學生可通過課堂ID進入指定課堂，并查看課堂座位平面圖。

“自主選座”指學生進入課堂后，根據當前機位編號在課堂座位平面圖中進行標記。圖5展示了加工“2 自主選座”細化后的子圖。系統可根據學生標記的座位信息及個人信息，生成包含學生信息的課堂座位平面圖。

“智能座位校驗”指系統向已標記座位的學生發送通知，要求其獲取并提交鄰座唯一標識，隨后系統將其提交的鄰座信息與當前學生課堂座位平面圖上該座位的鄰座信息進行對比驗證，以校驗學生是否根據實際就座位置標記座位，從而完成簽到過程。圖6 展示了加工“3 智能座位校驗”細化后的子圖。

“標記課堂行為”指教師可通過課堂座位平面圖記錄學生本堂課的學習狀態和學習行為。教師查看課堂座位平面圖時，點擊特定座位位置即可標記該座位學生的學習狀態和學習行為。

2 實踐課堂管理系統設計

高校實踐課堂管理方案將真實課堂抽象為系統課堂。在創建課堂時，可預設包括課程班學生信息、教室信息等課程信息，并與教務系統關聯以避免課程沖突。圖7展示了系統的組成模塊及其層次關系。在系統設計中，為提升教師和學生的使用便捷性，采用微信小程序作為客戶端，并通過微信小程序云函數提供基礎支撐，以提高用戶事件處理效率。由于多名學生需要同時使用同一課堂頁面，系統采用Redis緩存以提高實時座位數據的響應效率，確保系統運行的高效性和穩定性。同時，系統使用MySQL云數據庫存儲持久化數據，以保證數據的安全性。

由于真實課堂通常具有周期性特點，系統提供創建單次有效課堂和周期性課堂兩種功能。創建課堂時，系統根據課程教室信息生成包含機房座位平面圖的課堂頁面，作為學生自主選座、系統智能座位校驗、教師進行課堂標記等活動的主要互動界面。本章重點闡述自主選座和智能座位校驗兩個模塊的設計。

2.1 自主選座模塊設計

2.1.1 模塊功能描述

學生通過課堂ID進入課堂后，課堂頁面顯示本次課堂的教室座位平面圖。學生須在指定時間內通過教室座位平面圖標記所選座位，頁面通過填充座位顏色區分標記狀態。

2.1.2 模塊過程設計

圖5中的加工“2.3 選座”在設計階段映射為子模塊時，其功能還包括：

1） 選座倒計時期間，根據課堂頁面上已標記位置和未標記位置，實時更新教室座位平面圖中的座位顏色；

2） 選座倒計時期間，教師點擊已標記位置時，系統實時顯示該座位對應使用者的個人信息。若學生發現自己所在位置已被他人標記，應立即向教師報告，教師隨即提醒學生更正。在座位標記倒計時結束前，學生可修改座位標記。教師可將惡意標記者（即不在教室而為簽到目的標記座位者） 踢出課堂。

選座倒計時結束后，教師點擊已標記位置時將顯示該座位對應使用者的個人信息，此時學生課堂座位平面圖已生成。系統根據已標記座位生成包含對應使用者前后左右座位信息的座位信息記錄，如表1所示。本模塊還將為已標記座位對應使用者生成本課堂的唯一標識二維碼，供校驗課堂座位模塊使用。本模塊中教師和學生與系統之間的交互活動如圖8所示。

2.2 智能座位校驗模塊設計

2.2.1 模塊功能描述

教師可在課堂頁面開啟簽到模式。簽到模式要求學生根據系統通知獲取指定鄰座唯一標識（通過掃描鄰座在本課堂的唯一標識二維碼實現） 。鄰座包括前后左右位置，當標記座位無鄰座（即標記座位在表1 的前后左右位置信息記錄均為“空”） 時，該學生將無法通過獲取鄰座二維碼完成簽到。針對真實課堂中少數無鄰座的學生，系統可設置通知此類使用者在簽到模式開啟后舉手，教師可通過學生課堂座位平面圖進行點對點簽到協助。

2.2.2 模塊過程設計

對于有鄰座的學生，系統通知其掃描指定鄰座同學的唯一標識二維碼以獲取標識信息。圖6中的加工“3.2 通知其掃碼獲取鄰座信息”在設計階段映射為子模塊時，其功能還包括：

1） 當鄰座數量為1時，系統直接指定該鄰座；

2） 當鄰座數量大于1時，系統隨機選定其中一個作為指定鄰座。

系統將學生通過掃碼獲取的信息與本次課堂座位信息記錄（表1） 中該座位的對應鄰座信息進行對比，若兩者一致則校驗成功。校驗失敗的學生可當場舉手向教師申述。本模塊中教師和學生與系統之間的交互活動如圖9所示。

上述設計中，在鄰座數量較多時通過隨機方式指定鄰座，可有效避免學生與鄰座相互協助簽到的情況。在真實實驗課堂中，教師會在機房內頻繁走動以指導學生。此時，教師可通過查看課堂座位平面圖，重點關注僅有一個鄰座或無鄰座學生的到課情況。

關于本系統的數據庫設計已發表在文獻[5]中，本文不再贅述。

3 實踐課堂管理系統實現

高校實踐課堂管理系統由服務器端和客戶端兩部分構成。客戶端采用微信小程序，主要結構包括WXML、WXSS 和JavaScript，其中WXML 用于描述頁面結構，WXSS用于描述頁面樣式和顯示效果，JavaS?cript負責聲明并處理數據、響應頁面交互事件及處理業務邏輯。后端采用Spring Boot框架，使用Redis作為緩存[5]，以確保系統的高效性和穩定性。

高校實踐課堂系統的客戶端根據不同角色分為教師端和學生端。不同角色用戶須在系統登錄模塊按照相應要求進行用戶綁定。教師端功能包括：設置課程、創建課堂、查看實時課堂、啟動課堂校驗、標記課堂行為、查看歷史課堂、查看課堂統計數據。學生端功能包括：進入課堂、標記座位、根據接收的實時課堂指令提交鄰座信息[5]。

學生須根據教師提供的課堂ID在規定時間內進入課堂。學生在課堂座位平面圖中標記當前就座位置，如圖10所示，其中×標記表示已有同學入座，灰色座位標記表示可選座位，人形標記表示學生本人當前已選的座位[5]。

教師可在課堂頁面實時查看學生入座情況，并可開啟座位校驗模式。系統隨即向本課堂已標記座位的學生發送獲取指定鄰座唯一標識的通知，學生通過掃描指定鄰座的二維碼獲取其唯一標識。

教師的課堂頁面中可看到已有同學入座的位置是人形標記，點擊人形標記，將彈出包含被點擊座位學生個人信息的課堂行為標記層，如圖11所示。教師可在上課過程中對學生的行為進行標記，可標記的狀態和行為包括：課堂表現好壞、回答問題得失分、缺勤等[6]。

4 實踐課堂管理系統使用效果分析

高校計算機實驗課堂中，學生不僅可使用手機，還可使用電腦，許多學生因缺乏教師監督而降低自我約束。導致大學生課堂網絡閑逛行為的因素之一來自教學層面，包括教師的人格特質、教學能力與態度、課堂管理和師生交流[6-7]。此外，現在的大學生在課堂上越來越沉默，實驗課遇到不懂的地方也很少提問。當前大學生課堂沉默的影響因素除了其自身的漠視心理、親社會心理、自我保護心理和沉默習慣，還存在教師層面、同學層面和課堂氛圍層面的因素[8-9]。

廣州城市理工學院軟件工程專業課軟件項目管理有一半的課時是在實踐課堂進行的。該課程采用項目案例、分組討論、團隊合作、角色扮演等多樣化的教學方法，對學生參與度要求較高。為干預實驗課堂網絡閑逛行為、改善實驗課堂沉默現象、提高學生實踐課堂積極性、為課程思政目標的達成提供定量評估手段，研究者在2023—2024學年第二學期的該課程中使用了本文所述實踐課堂管理系統進行實踐課堂管理。期末課堂數據整理發現，學生參與課堂互動的總次數是其他不采用該課堂管理工具的班級的2倍多。具體使用效果如下：

1） 課堂問題減少。教師可通過座位標記課堂反饋積極、善于提問的同學，也可記錄學生遲到、曠課、早退、玩游戲等不良行為，有利于學生養成良好的課堂行為習慣。在教師能準確掌握學生課堂情況的前提下，學生的不良行為明顯減少了。

2） 教學效果增強。隨著課程的深入，在指導學生、參與學生討論的同時，教師通過標記學生課堂行為激勵和監督學生，師生之間的互動也更加頻繁和自然，這在無形之中激發了學生的主動性和積極性[10]。課堂上愿意互動的學生更多了，學生實踐能力也得到了提升，實踐教學效果更好了。

3） 課堂管理效率提高。學生自主選座、系統智能校驗座位的課堂管理方式解決了傳統點名方式效率低下的問題，并能準確掌握學生的到課情況和課堂表現。記錄、管理和統計學生的課堂行為能為課程的平時成績和實驗成績提供依據，是一種較為有效的激勵和監督機制。

5 結束語

有效的課堂管理有利于教師和學生順利完成教學任務、實現教學目標[10]。高校實驗課堂管理方案助力廣州城市理工學院計算機實驗中心從教學態度、課堂管理和師生交流方面干預大學生課堂網絡閑逛行為[8]，為高校計算機實驗課堂管理提供了新思路。實踐證明，該方案對提高學生實驗課堂參與度、養成良好的課堂行為習慣、增強實踐教學效果具有積極作用。

學生在實踐課堂系統中產生了大量課堂座位和行為數據。未來，可從原始數據中提取學生活躍度、參與度、課堂紀律等特征，定義新的指標或參數量化學生行為，通過模型訓練，識別學生的行為模式，如積極參與型、被動學習型、需要關注型等，還能檢測學生行為中的異常模式，如突然的參與度下降、頻繁的課堂紀律問題，提供人際關系與心理健康預警。由此，可以實現基于人工智能的學生行為分析系統，幫助教師更好地理解學生在課堂上的表現，并采取相應的教學和管理措施。

參考文獻：

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[8] 劉志學，裴穎，周傳勝.大學生課堂沉默現象歸因及其對策[J].牡丹江師范學院學報（社會科學版），2021（5）：68-76.

[9] 王歡，董影，張靜.基于解釋結構模型的大學生課堂沉默影響因素探究[J].黑龍江高教研究，2023，41（7）：122-127.

[10] 靳于謙.基于人本主義管理理論的高校課堂管理[J].教育教學論壇，2022（1）：144-147.

【通聯編輯：謝媛媛】

基金項目：廣東省大學生創新創業訓練項目：學生課堂選座行為分析（項目編號：JY210502） ；廣州城市理工學院《軟件項目管理》課程思政示范課程（項目編號：J2123024）