基于物聯網的教學監控系統的設計

安徽商貿職業技術學院電子信息工程系 羅青青 陳又佳

基于物聯網的教學監控系統的設計

安徽商貿職業技術學院電子信息工程系 羅青青 陳又佳

針對傳統的教學監控存在的問題，設計了一種基于物聯網的教學監控系統，利用物聯網中的ZigBee技術進行硬件設計，并對系統進行軟件設計，系統實現了更有效、全面監控教學，并實現了將學生每次上課的出勤情況及時反饋給學生家長的功能。

物聯網；教學監控；ZigBee

近年來，隨著教育模式不斷擴大，高等教育的教學質量越來越重要，為了保證教學達到預期的目的，就需要對教學的全過程進行檢查、評價和反饋。目前，很多高校的課堂教學質量仍然停留在手工統計數據和手工計算分析監控課堂教學的層次上，因此要投入大量的人力物力，且學生家長因沒有及時得到學生的出勤情況而不能及時監督學生［1-3］。

上述這些缺點的存在，表明傳統的教學監控系統已不能有效監控教學，物聯網具有全面感知、可靠傳遞、智能處理等特點，為實現教學監控提供了可能。本文提出了一種基于物聯網的教學監控系統，能夠更全面、有效反映教學過程中出現的問題，以便教學監管部門監控、調節教學，并且及時反饋給學生家長每次課學生的出勤情況。

1.系統總體設計方案

該系統的功能包括課堂教學監控、學生考勤監控和教學反饋。課堂教學監控包括對教師上課圖像采集和聲音采集。學生考勤監控包括：利用RFID技術進行學生的身份識別，以便實現快速上課考勤。教學反饋包括學校對教師教學評價和對學生上課情況評價，利用云服務器將教師上傳的備課資料及課堂教學監控信息進行處理，學校對教師進行教學評價，并將學生考勤結果通過移動通信方式將信息發送給曠課學生的家長手機。

2.系統硬件設計

本文設計的監控系統總體結構如圖1所示。該系統是由監控模塊、網關、云服務器和信息處理模塊構成。監控模塊為無線傳感網絡，包括課堂教學監控模塊和學生考勤監控模塊。

學生考勤監控模塊、課堂教學監控模塊與網關間通信均采用ZigBee的無線通信方式［4，5］。信息處理模塊通過Internet訪問云服務器。

圖1 監控系統總體結構

課堂教學監控模塊是由圖像采集模塊和聲音采集模塊構成；圖像采集模塊是由攝像頭和攝像控制模塊構成；聲音采集模塊是由麥克風和錄音模塊構成。攝像頭與攝像控制模塊電連接。

學生考勤監控模塊是由RFID閱讀器、顯示器模塊、控制模塊及發聲模塊構成。顯示器模塊與控制模塊電連接，RFID閱讀器與控制模塊電連接，發聲模塊與控制模塊電連接。

信息處理模塊是由教學評價終端及學生考勤終端構成。學生考勤終端含GSM/GPRS模塊，學生考勤終端和家長手機終端間通過移動通信方式通信。

3.系統軟件設計

當教師通過教師機登錄云服務器輸入授課教師姓名、課程名稱及章節時，學生通過刷卡進入到教室上課，RFID閱讀器讀取卡信息，控制模塊控制顯示器模塊顯示學生學號、姓名及刷卡時間，控制模塊保存考勤信息，發聲模塊模擬人聲報出學生姓名。課堂教學監控模塊對教師上課情況進行監控，麥克風放大教師聲音，圖像采集模塊采集教師上課期間的視頻信息，并且錄音模塊對教師上課內容進行錄音。

學生考勤監控模塊及課堂教學監控模塊將采集的信息以ZigBee的無線通信形式發送至網關，網關通過WLAN將數據發送至云服務器。云服務器已提前存儲了學生請假信息、課程表及教師上傳的課件、課程教案等備課資料。云服務器將學生考勤監控信息及學生的請假信息進行處理，學生考勤終端可通過Internet訪問云服務器，學生考勤終端可通過移動通信方式將信息發送給曠課學生的家長手機。云服務器將課堂教學監控信息及教師上傳的備課資料進行處理，教學評價終端可通過Internet形式訪問云服務器。

4.結論

針對很多高校的課堂教學質量還停留在手工統計數據、手工計算分析監控課堂教學的層次上，本文設計了一種基于物聯網的教學監控系統，該系統利用無線傳感網絡采集監控信息，實現了更有效、全面監控教學，并實現了將學生每次上課的出勤情況及時反饋給學生家長的功能。

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［5］汪濤，謝志軍.基于WSN的智能家居控制系統設計與實現［J］.無線電通信技術，2015（02）.

羅青青（1987-），女，2012年安徽師范大學光學碩士畢業，安徽商貿職業技術學院助教，研究方向：物聯網技術應用。

安徽商貿職業技術學院科研項目“基于物聯網的教學監控系統的研究”階段性成果（項目編號：2015KYZ05）；安徽省省級質量工程重點項目：高職高專物聯網應用技術專業人才培養模式研究（2013YXM417）；安徽省特色專業項目（2015tszy070）；安徽省專業綜合改革試點項目（2015zy118）；高校人文社會科學研究重點項目“安徽省高職高專院校自主招生的問題與對策研究”（編號：SK2016A0536）。