基于物聯網手機APP模式的智能化虛擬課堂平臺設計

汪萍，余成發，張鵬

基于物聯網手機APP模式的智能化虛擬課堂平臺設計

汪萍，余成發，張鵬

本文秉承“知行合一”的原則，針對高校數字教育信息智能化、移動化的教學管理服務需求，從校園APP的基本概念入手，從研究背景、設計思路、功能板塊等方面，通過真實有效的數據調研分析和科學的研究來探討滿足廣大師生課堂學習管理需求的APP框架設計，更好地為師生提供高效便捷的信息化服務。

物聯網；APP；虛擬課堂

一、設置高職院校智能化虛擬課堂的背景與必要性

隨著移動互聯網技術的飛速發展，移動網絡應用環境的日趨成熟，智能手機已成為人們日常生活中的必不可少的元素。互聯網技術引領了4G網絡時代的到來，使用者可以從隨身攜帶的手機中獲取海量的信息，并體驗到更多的內容。2014年，在教育部和相關部門聯合印發的《構建利用信息化手段擴大優質教育資源覆蓋面有效機制的實施方案》中，為未來6年的中國教育信息化繪制了一幅清晰的藍圖，即未來高校90%以上師生將擁有實名網絡學習空間，開放性大學100%的師生將擁有實名網絡學習空間。

當前高職課堂呈現出非常明顯的問題：傳統課堂是知識課堂和技能課堂的組合，“知識課堂”即學生在課堂中學習理論知識，“技能課堂”是到實訓室學習技能操作。“知識+技能”的教學模式最大的問題在于，分割了知識與技能傳授和學習的完整性，導致教師的理論教授和學生的生產型實踐嚴重脫節。

移動終端(mobileterminal)和互聯網(Internet)這兩個革命性平臺，加速了信息化進程，也改變了當今每個人的基本生活方式。物聯網、新一代移動網絡技術、大數據分析、智能技術的快速發展，使課堂再也不能僅限于知識與技能的單邊、脫節的傳授，而應是使用智能化手段，實現“教學過程與生產過程”的無縫融合，實現物理課堂與虛擬課堂的完美對接。重構課堂環境，打破時間和空間的限制，創建適合現代高職學生學習和教師教授的新型智能化環境是解決上述問題的關鍵。

教育主管部門呼吁教育數字化、智能化，而數字化、智能化教育的基本單位就是智能化課堂。構建一個智能化的虛擬教學環境，讓教學管理趨于人性化、智能化和數字化，成為連接物理課堂與虛擬課堂的平臺，是高職教育信息化發展到一定階段的必然趨勢和選擇。

二、智能化虛擬課堂設計思路

這個平臺應在互聯網環境下搭建，借助物聯網技術，建立后臺數據庫，通過手機APP終端實現互動，通過大數據分析并監控學生入口及流量。將手機終端分成兩大塊，分別是教師端APP和學生端APP，首次登錄時，教師用工號登錄，學生用學號登錄。

智能化虛擬課堂主要包括硬件和軟件兩方面的技術。硬件方面技術包括網絡架構及互聯技術；軟件方面技術主要指各主體間的信息傳輸、控制及信息推理等技術。

（一）網絡架構設計

物聯網的感知層是指數據的采集，主要由計算機終端、讀寫器、RFID和手機終端組成，它有采集學生及教師的信息、傳輸生產一線的操作視頻、實時采集課堂環境參數等功能；網絡層是將采集到的數據匯集到數據存儲服務器中；應用層則通過智能化虛擬課堂平臺的管理軟件來處理數據，將反饋信息和預警信息等推送到不同客戶端，最終實現智能化管理與監控。

（二）軟件功能設計

在新生入學或老生報到時，借助RFID技術進行學生詳細信息的錄入，以便進行日常考勤操作。它能解決教學管理工作中煩瑣的統計匯總工作問題。教學過程中的教學資源，也可以通過此平臺實現真正的立體化，學生可以通過資源共享、虛擬課堂等欄目觀看生產一線的操作視頻和動畫仿真演示或學習理論知識等內容，通過手機APP終端實現師生交流與交互。

課后，學生可通過手機APP終端實時地對本節課教師的上課質量進行評價，及時反饋教學效果。它解決了傳統教學質量評價體系中，一學期集中組織學生網絡評教一次呈現出的反饋教學不及時問題，且需要大量的工作人員組織安排。借助物聯網技術的教學質量評價體系，具有操作方便、反饋及時等優點。在聽課環節，學校領導或督導人員也可以通過遠程監控系統直接完成聽課、檢查等工作，這方便了每學期都要開展的期初、期中教學檢查等工作，能真實地反映教師每一節課的教學情況。

（三）智能化虛擬課堂軟件功能

第一、信息收集模塊。教師、學生、教務處管理員等均以不同身份登錄系統，且分別有不同的權限。領導、督導或其他教師可以通過網絡方式聽課，了解教學情況；學生實時評教能夠及時反映教學管理、教師當前教學中存在的問題；學生可以借助手機APP或計算機及時對教學內容進行評價，實時反饋教師的教學信息；教務處可以對多數學生反映的問題進行統計，與教師就存在的問題進行溝通，并幫助其及時整改；課堂考勤則利用RFID技術實現，并上傳至服務器，這樣就減輕了教學管理人員的工作量。

第二，資源共享模塊。教師可以利用平臺（課程共享資源庫）組織教學，學生利用豐富的資源進行360度立體學習，還可以突破時間和空間的限制，在課前、課中、課后進行全程知識、技能學習，同時憑借交互平臺來實時組織討論、測驗，系統地根據學生的學習情況自動給出學習情況診斷，并在教師的幫助下，規劃下一步學習方案。

第三，教學檢查模塊。領導、督導通過手機APP平臺聽課、學生借助平臺進行信息反饋、測評，對教師的教學水平進行綜合評價，并通過與質量標準配套的評價表對教師的教學工作做全面、實時的評價。

第四，信息反饋模塊。通過手機APP對課堂信息進行采集、分析和處理，實現課堂信息的自動推送，根據不同用戶的需求，將課堂信息發送給不同用戶。例如，輔導員可以實時了解學生的出勤情況與課上的表現；教務處可以檢查每天的教學運行情況；各系也可以通過系統后臺核查學生的學習狀態等信息；督導可以了解教師的教學情況和學生的學習反饋等。

三、虛擬課堂的手機APP模塊設計

圖1 虛擬課堂平臺功能模塊

平臺功能模塊如圖。師生可以在此信息交互共享平臺上進行各種學習交流，實現互動教學、課堂討論、學習資源共享等。功能模塊可以分為互動教學、資源共享、學生考勤和實時教學反饋等。教師端APP可以完成虛擬課堂的搭建，學生可以加入進來，類似于微信的群聊或公眾賬號，在其中可以實現智能化虛擬課堂的設計、課件的共享、學生的考勤和日常的管理等；學生端APP可以與教師同學進行實時互動，在虛擬課堂中可以實現臨時組隊即團隊合作和作業上交、資料上傳或下載、課前報道、課后實時評課等。還可以進行學習資料、學習經驗或精神情感等這三個方面的交流與互動。

四、總體方案

隨著物聯網技術的成熟，手機APP應用的普及，本項目將對學生使用智能手機APP的行為進行分析，借助學生對智能手機的依賴與迷戀因素，基于物聯網探索虛擬課堂平臺的設計與搭建。該平臺通過手機APP終端可以實現對課堂的全面數字化管理，建立虛擬班級，師生可以進行各種交流。在課堂中學生可以利用智能傳感器搭建項目，提高思考問題的專注力、發現問題的思考力、構思的創新想象力、解決問題的創造力。教師可以通過圖片、視頻設計等進行課堂導入，在輕松愉悅的教學氛圍中完成教學任務。學生可以利用團隊協作的方式來進行學習與創作，使得利用物聯網創新教育的課堂內充滿激情和興致，解決傳統課堂形式單一，教學方式陳舊，學生學習興趣不濃，教師授課吃力，課堂效果不好等問題。

本設計基于物聯網手機APP的虛擬課堂平臺分為前臺和后臺兩部分，前臺設計為虛擬課堂手機APP客戶端，后臺設計為教務管理網站服務器端。

（一）前臺虛擬課堂手機APP客戶端的主要功能

手機APP客戶端的用戶設定為學生和教師，用戶需要下載虛擬課堂apk安裝包進行安裝，然后進行賬戶注冊與登錄。學生與教師的角色設定決定了其所使用的系統功能的不同。學生注冊賬戶并登錄系統后，可以查看課件、評價所學課程、課堂討論、查看所學課程；教師登錄系統后，可以選擇所教課程，上傳課件、查看課程評價、參與課堂討論、查看所教課程及課件。手機APP客戶端主要功能有：

1.教師端手機APP。

（1）用戶登錄：教師需要在后臺通過管理員審查后注冊賬戶，輸入用戶名密碼即可登錄系統。

（2）選擇課程：教師通過選擇課程確定自己所教授課程。

（3）上傳課件：教師確定所教授課程后，選擇與課程有關的課件并確認上傳。

（4）查詢課程：通過手機APP登錄后的所有用戶均模糊查詢所有系統中已有的課程及其課件。

（5）課堂討論：學生就課程內容進行討論和留言提問后，由教師進行分析和解答。

（6）查看所教授課程：教師可以在個人中心查看自己所教授課程與課件，并進行管理。

2.學生端手機APP。

（1）用戶注冊與登錄：學生用戶在首次使用系統時，需要注冊用戶，然后登錄系統。

（2）選擇課程：學生可以在課程列表頁面選擇任意已有課程學習。

（3）查詢課程：通過手機APP登錄后的所有用戶均模糊查詢所有系統中已有的課程及其課件。

（4）課程討論：學生在完成某一課程后，進行討論和留言提問。

（5）查看所學課程：學生可以在個人中心查看自己已經學過或正在學習的課程，并進行管理。

（6）課程評論：學生在完成某一課程后，對課程和教師進行評論。

（二）后臺教務管理系統服務器端的主要功能

系統后臺服務器端的用戶設定為管理員（教務管理員、督導組老師等），管理員通過教務管理網站登錄系統后，可以進行用戶管理、課程管理、查看課程評價、課件管理、實時查課、在線聽課。

1.用戶管理：權限設定為管理員可使用，管理員登錄系統后可以添加、更改教師或管理員賬戶，刪除任意用戶。

2.課程管理：權限設定為管理員可使用，確定課程分類，添加課程，刪除課程。

3.查看課程評價：權限設定為管理員可使用，查看學生對課程的課程評價反饋，并作出處理。

4.課件管理：權限設定為管理員可使用，查看課件內容，并可刪除任意不符合規定的課件。

5.實時查課：權限設定為管理員（校領導）可使用，管理員可以打開任意教室（真實教室）的監控設備，以第三人稱視角，查看課堂的實時情況。

6.在線聽課：權限設定為管理員（督導組老師）可使用，管理員可以第一人稱視角，進入任意教室（3D虛擬教室）體驗虛擬課堂，并實時聽課和評估。

（三）系統網絡架構

本設計的實現，需要使用物聯網相關技術，通過無線網或互聯網將智能手機，電腦PC，服務器，監控器和投影儀等設備相連接，進行信息收集與反饋，實現虛擬課堂的管理與監控。網絡構架如下圖所示。

圖2 系統網絡構架圖

利用物聯網技術以及移動物聯技術開發的智能化虛擬課堂實現了物理課堂與虛擬課堂平臺的互聯，打破了時間與空間的限制，實現了移動實時交互教學、評教、交流和互動，方便學生隨時隨地進行學習，有利于提升他們的學習興趣和積極性，是教育領域的一項大膽嘗試。為了驗證本項目的可行性，經過學院審批，該平臺已在安徽新聞出版職業技術學院廣告媒體開發專

業的廣告音效設計課程中進行了初步測試。測試結果表明，學生非常喜歡這種新穎的學習互動模式，學習效率有效提升。同時，它解決了當前傳統課堂中學生不聽課只是低頭玩手機的現狀，讓手機成為課堂的必需品，有效地輔助了教學活動，讓學生學習興趣濃厚，課堂活躍，資源能實時共享，學習交流不受限，提升了教師的授課效果，這不失為一種教育教學創新改革的好辦法，值得各高校研究與推廣。

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[2]張麗霞，商蕾杰.虛擬課堂學習支架的類型及功能[J].中國電化教育,2011(4).

[3]華欣，趙春喜，崔立新，等.物聯網技術在信息化建設中的應用[J].電腦編程技巧與維護，2012(6).

責任編輯：郭一鶴

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1671-6531（2017）04-0058-04

*安徽省教育廳省級質量工程項目“基于物聯網手機APP模式的虛擬課堂平臺設計與搭建”（2015jyxm642）；安徽省高等學校自然科學研究項目“基于物聯網的手機APP智能化校園管理平臺的設計與實現”（KJ2016A317）

汪萍/安徽新聞出版職業技術學院講師（安徽合肥230601）。