基于手機APP的無線教學反饋系統研究

任志宏+張樂芳

摘 要： 無線教學反饋系統WCRS是通過無線手持終端， 實現課堂中學生與教師的互動交流，以圖表形式實時顯示學生反饋信息的教學應用系統。基于手機APP的WCRS擺脫了手持終端硬件的約束，有效降低了系統部署成本，具有更大的靈活性、方便性和經濟性。手機終端通過Wi?Fi與上位機相聯，為教學互動信息采集、交流、實時展示提供了有效的平臺。論述了國內外WCRS產品的發展現狀及發展趨勢。對基于手機APP的WCRS軟硬件系統架構設計及其實現方法進行了較為全面的介紹與評價。

關鍵詞： 無線教學反饋系統； 手機APP； 無線互聯； 互動教學

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）13?0164?03

Research on wireless classroom teaching response system based on mobile phone APP

REN Zhi?hong， ZHANG Le?fang

（College of Information Engineering， Xian Eurasia University， Xian 710065， China）

Abstract： Wireless classroom teaching response system （WCRS） is a teaching application system， which is realized by wireless handheld terminals to make the interaction between middle?school students and their teachers in classrooms， and display the feedback information of students in diagrammatic form in real time. Based on mobile phone APP， the WCRS， with greater flexibility， convenience and economy can get rid of the constraint of handheld terminal hardware， reduce deployment cost effectively， Mobile phone terminals connect themselves with the host computer via Wi?Fi and provide an effective platform for information gathering and communicationin teaching interaction. The development status and trends of WCRS products at home and abroad are discussed in this paper. The design and implementation of hardware and software system architecture in WCRS based on mobile phone APP are introduced and assessed.

Keywords： wireless classroom teaching response system； mobile APP； wireless interconnection； interaction teaching

0 概 述

無線教學反饋系統（Wireless Classroom Teaching Response System，WCRS）是透過電子載具（遙控終端），實現課堂中學生與教師的互動交流，以圖表方式實時顯示反饋信息的教學應用系統[1]。WCRS通過學生手持終端采集學生課堂反饋信息，通過PPT實時反饋匯總信息，以圖表形式向學生展示。WCRS能夠有效提高師生課堂互動效果，激發學生課堂參與欲望，為教師教學活動調整和教學方案設計提供依據， 從而提高課堂教學效率和教學質量。國外教育機構從20世紀90年代就開始了WCRS的研究和應用，有20多年的應用歷史。文獻顯示，在美國此種系統的普及率達到30%以上，在英國達到35%以上，在加拿大達到50%以上，其中包括高等院校和中小學校，WCRS的教學效果已經得到教育界的普遍認同。WCRS近年來開始在我國高校及中小學中應用，國內已有相應的產品上市。

1 國內外WCRS產品的發展現狀及發展趨勢

WCRS包括硬件系統和軟件系統。硬件系統主要采用紅外、藍牙、Wi?Fi、WUB、無線射頻等技術完成無線通信功能。紅外技術是早期采用的技術，可靠性低、信號傳輸受距離及空間結構影響較大，可并發的終端數量限制較多。藍牙、Wi?Fi、WUB等技術過于復雜，應用到WCRS產品中技術冗余過大，導致產品成本居高不下。無線射頻技術是目前教學反饋系統中廣泛采用的成熟技術，被大多數廠家所采用，并經受了實踐的檢驗。

然而，這些WCRS產品均受制于專用硬件系統，部署成本高，缺乏必要的靈活性，影響了產品的普及與推廣。無線互聯和智能手機技術的快速發展和普及為WCRS產品的發展提供了新的思路和手段，基于手機APP的WCRS產品擺脫了專用硬件系統的制約，通過手機終端、Wi?Fi路由器和上位機搭建了數據采集、數據傳輸和數據展示平臺，部署成本低、互動效果好、可靠性高，將成為WCRS的換代產品。同時，手機APP具有極大的靈活性和可擴展性，便于個性化定制和教學反饋信息的雙向交流。因此，基于智能手機APP的WCRS是未來發展的必然趨勢。

2 系統結構設計

WCRS系統設計包括硬件系統設計和軟件系統設計兩部分，分別論述如下：

2.1 硬件系統設計

WCRS硬件系統由PC機、無線路由器和手機終端組成，PC機和手機終端通過無線路由器構成無線局域網，形成整個系統通信的硬件平臺，具體結構如圖1所示。

圖1 WCRS硬件系統結構

PC機為參與授課的教師機，配置Windows IIS服務器，與手機終端構成局域網，手機終端負責數據采集和傳送，服務器接收數據并把數據存入數據庫。上位機軟件從數據庫中獲取數據，匯總后通過PPT實時顯示，上位機軟件還可以向手機終端推送信息，實現PC與手機的雙向互動。

2.2 軟件功能設計

WCRS軟件系統包括手機端APP和上位機軟件，手機端APP可分為教師端APP和學生端APP。教師端APP完成系統控制功能，包括登錄、PPT播放、翻頁、答題控制、圖表顯示等功能；學生端APP主要完成學生反饋信息采集功能，包括登錄、電子點名、題目顯示、答案提交、搶答等功能，同時能夠接收上位機推送的個人答題匯總信息，以表格、圖表等形式顯示。

上位機軟件負責數據接收、存儲以及把匯總后的信息以圖表形式向學生實時展示。由于教師當前以Microsoft公司的PowerPoint作為主要的課件設計和教學演示平臺，因此，上位機軟件基于PPT插件開發更有利于用戶使用和技術推廣。上位機軟件以PPT工具欄形式出現，具有插入題目、從題庫導入題目、數據統計、自動圖表生成、結果展示等功能，能夠實時地把學生反饋信息以直方圖、餅圖、表格等形式顯示在PPT演示文稿中，增強教學的交互性。此外，系統集講課、提問、測驗、評分、教學分析、教學評估以及考勤等教務管理功能于一體，通過教學信息深度挖掘，實現過程性和總結性教學評價功能，便于教師有針對性地開展教學活動。

2.3 軟件架構設計

根據該項目的實際需求以及系統彈性需求，設計了一套高內聚、低耦合的分層架構（MVC），分為用戶界面層（View）、業務控制器層（Controller）、模型數據層（Model）。其中，業務控制器層還分為控制邏輯和開放接口（API）兩個子層，模型數據層分為Model和DB兩個子層。View層分為PC UI，Android Client和IOS Client三部分，每部分又分為四層，分別為用戶界面層、業務邏輯接口層、協議層和HTTP通信層，如圖2所示。

圖2 系統架構圖

3 系統實現

WCRS系統實現的核心是軟件系統的實現，軟件系統的實現包括手機端軟件的實現和上位機軟件的實現，分別論述如下：

3.1 手機端軟件的實現

Android和IOS是當前手機操作系統的主流，實現了這兩個平臺上的APP即可滿足90%以上用戶需求。Android APP基于Java技術開發，IOS APP基于Objective C技術開發。

主要實現原理為：通過HTTP協議定義PC與手機端的業務通信接口，手機端通過HTTP主動請求與服務器交互；服務器端通過WebSocket技術實時將消息推送給手機客戶端。

手機客戶端的教師端，通過向服務器發送控制請求，完成對服務器端的控制（體現在對PPT的控制），若此控制請求屬于控制學生客戶端的請求，則服務器通過WebSocket協議主動推送命令到學生手機客戶端，學生手機客戶端收到命令后完成相應的動作，例如顯示題目與答案。

作為手機客戶端的學生端，學生通過屏幕操作觸發相應動作，將學生端的消息發送到服務器，服務器收到學生端請求后，執行相應動作，例如統計學生答案。實現界面如圖3所示。

圖3 手機端界面

3.2 上位機軟件的實現

上位機采用.net技術實現服務器功能，完成HTTP請求處理，通過WebSocket向手機客戶端推送數據，通過PPT插件完成對PPT的控制，將學生端反饋的結果進行統計與顯示，運行界面如圖4所示。

4 結 語

基于手機APP的無線教學反饋系統是支持互動教學的一項重要的現代教育技術，與傳統的無線教學反饋系統相比，具有性價比高、可靠性高、時延短、容量大等優勢，在雙向信息交流方面具有無可比擬的優越性，將成為無線教學反饋系統發展的新方向。

圖4 上位機統計圖表

參考文獻

[1] 強玨嫻，梁云.現代教學互動反饋系統的設計與實現[J].上海電機學院學報，2009，12（4）：314?317.

[2] 李廣文.基于Socket.IO的互動教學即時反饋系統的設計與實現[J].中國現代教育裝備，2012（18）：10?12.

[3] 孫莉娜.APP開發應用的創新與實用性分析[J].電子制作，2013（20）：95?97.

[4] 宋小倩，周東升.基于Android平臺的應用開發研究[J].軟件導刊，2011，10（2）：104?106.

[5] 莊君明，賀志強.基于IRS的課堂測評系統的設計與應用研究[J].現代教育技術，2011（1）：116?121.

[6] 馬建紅，姬莉霞，衛權崗.基于Android平臺的移動個人助手設計與實現[J].現代電子技術，2012，35（2）：24?26.

2 系統結構設計

WCRS系統設計包括硬件系統設計和軟件系統設計兩部分，分別論述如下：

2.1 硬件系統設計

WCRS硬件系統由PC機、無線路由器和手機終端組成，PC機和手機終端通過無線路由器構成無線局域網，形成整個系統通信的硬件平臺，具體結構如圖1所示。

圖1 WCRS硬件系統結構

PC機為參與授課的教師機，配置Windows IIS服務器，與手機終端構成局域網，手機終端負責數據采集和傳送，服務器接收數據并把數據存入數據庫。上位機軟件從數據庫中獲取數據，匯總后通過PPT實時顯示，上位機軟件還可以向手機終端推送信息，實現PC與手機的雙向互動。

2.2 軟件功能設計

WCRS軟件系統包括手機端APP和上位機軟件，手機端APP可分為教師端APP和學生端APP。教師端APP完成系統控制功能，包括登錄、PPT播放、翻頁、答題控制、圖表顯示等功能；學生端APP主要完成學生反饋信息采集功能，包括登錄、電子點名、題目顯示、答案提交、搶答等功能，同時能夠接收上位機推送的個人答題匯總信息，以表格、圖表等形式顯示。

上位機軟件負責數據接收、存儲以及把匯總后的信息以圖表形式向學生實時展示。由于教師當前以Microsoft公司的PowerPoint作為主要的課件設計和教學演示平臺，因此，上位機軟件基于PPT插件開發更有利于用戶使用和技術推廣。上位機軟件以PPT工具欄形式出現，具有插入題目、從題庫導入題目、數據統計、自動圖表生成、結果展示等功能，能夠實時地把學生反饋信息以直方圖、餅圖、表格等形式顯示在PPT演示文稿中，增強教學的交互性。此外，系統集講課、提問、測驗、評分、教學分析、教學評估以及考勤等教務管理功能于一體，通過教學信息深度挖掘，實現過程性和總結性教學評價功能，便于教師有針對性地開展教學活動。

2.3 軟件架構設計

根據該項目的實際需求以及系統彈性需求，設計了一套高內聚、低耦合的分層架構（MVC），分為用戶界面層（View）、業務控制器層（Controller）、模型數據層（Model）。其中，業務控制器層還分為控制邏輯和開放接口（API）兩個子層，模型數據層分為Model和DB兩個子層。View層分為PC UI，Android Client和IOS Client三部分，每部分又分為四層，分別為用戶界面層、業務邏輯接口層、協議層和HTTP通信層，如圖2所示。

圖2 系統架構圖

3 系統實現

WCRS系統實現的核心是軟件系統的實現，軟件系統的實現包括手機端軟件的實現和上位機軟件的實現，分別論述如下：

3.1 手機端軟件的實現

Android和IOS是當前手機操作系統的主流，實現了這兩個平臺上的APP即可滿足90%以上用戶需求。Android APP基于Java技術開發，IOS APP基于Objective C技術開發。

主要實現原理為：通過HTTP協議定義PC與手機端的業務通信接口，手機端通過HTTP主動請求與服務器交互；服務器端通過WebSocket技術實時將消息推送給手機客戶端。

手機客戶端的教師端，通過向服務器發送控制請求，完成對服務器端的控制（體現在對PPT的控制），若此控制請求屬于控制學生客戶端的請求，則服務器通過WebSocket協議主動推送命令到學生手機客戶端，學生手機客戶端收到命令后完成相應的動作，例如顯示題目與答案。

作為手機客戶端的學生端，學生通過屏幕操作觸發相應動作，將學生端的消息發送到服務器，服務器收到學生端請求后，執行相應動作，例如統計學生答案。實現界面如圖3所示。

圖3 手機端界面

3.2 上位機軟件的實現

上位機采用.net技術實現服務器功能，完成HTTP請求處理，通過WebSocket向手機客戶端推送數據，通過PPT插件完成對PPT的控制，將學生端反饋的結果進行統計與顯示，運行界面如圖4所示。

4 結 語

基于手機APP的無線教學反饋系統是支持互動教學的一項重要的現代教育技術，與傳統的無線教學反饋系統相比，具有性價比高、可靠性高、時延短、容量大等優勢，在雙向信息交流方面具有無可比擬的優越性，將成為無線教學反饋系統發展的新方向。

圖4 上位機統計圖表

參考文獻

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[6] 馬建紅，姬莉霞，衛權崗.基于Android平臺的移動個人助手設計與實現[J].現代電子技術，2012，35（2）：24?26.

2 系統結構設計

WCRS系統設計包括硬件系統設計和軟件系統設計兩部分，分別論述如下：

2.1 硬件系統設計

WCRS硬件系統由PC機、無線路由器和手機終端組成，PC機和手機終端通過無線路由器構成無線局域網，形成整個系統通信的硬件平臺，具體結構如圖1所示。

圖1 WCRS硬件系統結構

PC機為參與授課的教師機，配置Windows IIS服務器，與手機終端構成局域網，手機終端負責數據采集和傳送，服務器接收數據并把數據存入數據庫。上位機軟件從數據庫中獲取數據，匯總后通過PPT實時顯示，上位機軟件還可以向手機終端推送信息，實現PC與手機的雙向互動。

2.2 軟件功能設計

WCRS軟件系統包括手機端APP和上位機軟件，手機端APP可分為教師端APP和學生端APP。教師端APP完成系統控制功能，包括登錄、PPT播放、翻頁、答題控制、圖表顯示等功能；學生端APP主要完成學生反饋信息采集功能，包括登錄、電子點名、題目顯示、答案提交、搶答等功能，同時能夠接收上位機推送的個人答題匯總信息，以表格、圖表等形式顯示。

上位機軟件負責數據接收、存儲以及把匯總后的信息以圖表形式向學生實時展示。由于教師當前以Microsoft公司的PowerPoint作為主要的課件設計和教學演示平臺，因此，上位機軟件基于PPT插件開發更有利于用戶使用和技術推廣。上位機軟件以PPT工具欄形式出現，具有插入題目、從題庫導入題目、數據統計、自動圖表生成、結果展示等功能，能夠實時地把學生反饋信息以直方圖、餅圖、表格等形式顯示在PPT演示文稿中，增強教學的交互性。此外，系統集講課、提問、測驗、評分、教學分析、教學評估以及考勤等教務管理功能于一體，通過教學信息深度挖掘，實現過程性和總結性教學評價功能，便于教師有針對性地開展教學活動。

2.3 軟件架構設計

根據該項目的實際需求以及系統彈性需求，設計了一套高內聚、低耦合的分層架構（MVC），分為用戶界面層（View）、業務控制器層（Controller）、模型數據層（Model）。其中，業務控制器層還分為控制邏輯和開放接口（API）兩個子層，模型數據層分為Model和DB兩個子層。View層分為PC UI，Android Client和IOS Client三部分，每部分又分為四層，分別為用戶界面層、業務邏輯接口層、協議層和HTTP通信層，如圖2所示。

圖2 系統架構圖

3 系統實現

WCRS系統實現的核心是軟件系統的實現，軟件系統的實現包括手機端軟件的實現和上位機軟件的實現，分別論述如下：

3.1 手機端軟件的實現

Android和IOS是當前手機操作系統的主流，實現了這兩個平臺上的APP即可滿足90%以上用戶需求。Android APP基于Java技術開發，IOS APP基于Objective C技術開發。

主要實現原理為：通過HTTP協議定義PC與手機端的業務通信接口，手機端通過HTTP主動請求與服務器交互；服務器端通過WebSocket技術實時將消息推送給手機客戶端。

手機客戶端的教師端，通過向服務器發送控制請求，完成對服務器端的控制（體現在對PPT的控制），若此控制請求屬于控制學生客戶端的請求，則服務器通過WebSocket協議主動推送命令到學生手機客戶端，學生手機客戶端收到命令后完成相應的動作，例如顯示題目與答案。

作為手機客戶端的學生端，學生通過屏幕操作觸發相應動作，將學生端的消息發送到服務器，服務器收到學生端請求后，執行相應動作，例如統計學生答案。實現界面如圖3所示。

圖3 手機端界面

3.2 上位機軟件的實現

上位機采用.net技術實現服務器功能，完成HTTP請求處理，通過WebSocket向手機客戶端推送數據，通過PPT插件完成對PPT的控制，將學生端反饋的結果進行統計與顯示，運行界面如圖4所示。

4 結 語

基于手機APP的無線教學反饋系統是支持互動教學的一項重要的現代教育技術，與傳統的無線教學反饋系統相比，具有性價比高、可靠性高、時延短、容量大等優勢，在雙向信息交流方面具有無可比擬的優越性，將成為無線教學反饋系統發展的新方向。

圖4 上位機統計圖表

參考文獻

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