基于移動設備共享熱點的課堂考勤系統

李偉, 馬世歡

(河南工業職業技術學院 電子信息工程學院， 南陽 473000)

0 引言

近些年來，政府高度重視高等學校的信息化建設。國務院在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020)》中提出要“加快推進教育信息化進程”，教育部相繼發布《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》，《教育信息化“十三五”規劃》、《教育信息化2.0行動計劃》等文件，下達了高校信息化發展水平評估指標體系，對高校校園的信息化建設提出了更嚴格、更具體的要求。

課堂教學是向學生傳授知識和技能的最主要環節，出勤率直接影響課堂教學質量的好壞。目前，高校課堂中的遲到、早退、曠課現象嚴重，到課率不高。傳統的教師點名方式存在各種弊端，為此很多高校開始探索利用先進的信息化技術手段，建設各類教務管理系統來輔助課堂考勤，并且對考勤數據加以分析，實現課堂考勤管理工作的規范化、科學化，提高課堂考勤管理效率，減輕任課教師和學生管理人員的負擔。

河南工業職業技術學院以提升課堂教學質量為目標，組織校內科研力量研制開發了基于移動設備共享熱點的課堂考勤系統，并從2015年開始在全校范圍內推廣運行，改變了傳統的課堂考勤及評價考核模式，實現了考勤的信息化、精細化管理。

1 常見的課堂考勤手段分析

目前高校課堂考勤方式大部分還停留在人工點名階段，部分高校采用了指紋識別、人臉識別、校園一卡通、路由器WiFi+GPS等技術進行課堂考勤，但存在設備昂貴易損壞，實施成本高，效率低下，不適合大規模推廣等缺點，下面就常見的課堂考勤手段進行分析，如表1所示。

表1 幾種考勤的比較

(1) 點名考勤。教師或者班干部在課前根據學生名冊進行點名，這種點名過程通常持續幾分鐘，特別是對于合班上課，學生人數較多的情況下，會浪費很多時間，而且信息過于分散，數據匯總困難，對學生簽到信息的使用，只能在課程結束后對學生考核平時成績上有所體現，學校管理人員無法實時的查看簽到情況，班主任也無法掌握學生的簽到情況，無法滿足新的評價體系下“精準考勤”的要求。

(2) 人臉識別考勤。對于攝像頭質量和環境的依賴性較高。需要增加專門的硬件設備，提高了系統的使用門檻。

(3) RFID“一卡通”考勤、指紋識別考勤。與人臉識別方式類似，也存在一臺設備，多人排隊使用的情況，簽到效率低下。并且指紋識別設備需要接觸，在課堂這種使用非常頻繁的環境中，設備的故障率無法控制。

(4) 藍牙考勤。利用手機的藍牙功能進行點名，具有效率高，實施容易的特點。但藍牙信號距離較短，可靠性穩定性不高。

(5) 路由器WIFI+GPS考勤。需要在校園覆蓋WIFI網絡，或者在教室安裝無線路由，設備及布線成本較高。另外，GPS信號不穩定，不能提供室內的定位服務，因此無法判斷教室號等信息。

2 設計說明

考慮到智能移動設備普及率日益提高，特別是基于Android系統的智能手機，市場占有率極高，學生基本都會使用，整個生態系統非常成熟，所以開發以Android智能手機為主體的共享熱點課堂考勤系統。

系統依照用戶的身份可以分為班干部端APP，學生端APP、教師Web端和學校管理Web端四個部分。系統在需求調研過程中，根據不同的角色工作的實際需要進行了統籌考慮。

根據上述需求分析，我們設計考勤系統分布式架構如圖1所示。

圖1 系統功能總圖

每次上課簽到、下課簽退時由班干部首先進行定位，然后依照上課時間、班級和老師開啟熱點。班干部端APP設置界面如圖2所示。

學生簽到軟件首先利用人臉識別鑒定身份，然后根據班干部開啟的熱點完成簽到、簽退及評教。在彈出節次中選擇對應的上課時間，確定并完成隨堂的課堂評價，再次確定后等待提示簽到成功即可。系統采用上課、下課兩次考勤的模式，自行判斷遲到、曠課和早退，可以對請假學生進行標記；班干部端APP可以進行學生代簽、學生請假，還能查看點名歷史記錄。學生端簽到及評教界面如圖3所示。

考勤管理平臺具有信息匯總統計功能，教師可以在Web端使用校內統一身份認證進入考勤系統，查看到課率及缺勤學生名單；教學管理人員可以通過考勤系統查看所有課程的考勤情況，方便查找問題學生以及進行教學評估；另外考勤系統的數據還可以中間件的形式共享給其他系統,如圖4所示。

圖2 班干部端APP設置界面

圖3 學生端APP簽到及評教界面

圖4 Web端考勤信息匯總統計

相比于傳統的考勤方式，本方法存在如下優點：

(1) 適用面廣，以教學組織者為中心，利用手機熱點進行考勤，不受場地環境限制；

(2) 可靠性強，有效范圍限定在共享熱點所能覆蓋的范圍內，覆蓋范圍較藍牙強，不會出現GPS無法定位，或GPS定位不精確的現象；

(3) 投入少，無需高額的硬件設備投入，無需額外的設備維護費用，使用學生的手機作為簽到終端進行考勤簽到；

(4) 速度快，利用人臉識別技術對學生進行身份鑒定，避免作弊手段。

3 系統技術路線

(1) Android客戶端

Android客戶端通常有Web App、Hybrid App、Native App3種開發模式。

本系統在考勤時需要由班干部端建立熱點，所以不能使用Web App和Hybrid App，只能使用Native App。Native App運行速度比較快，能調用設備的底層功能，如攝像頭、方向傳感器、重力傳感器、撥號、GPS等。在界面設計、功能模塊、操作邏輯等層面相較Web App更易做到便捷性和舒適性，功能更加強大，節省流量。劣勢是每次有更新，都需要重新打包一次發布到應用平臺上。開發成本比較高，尤其需要適配各種機型時。

(2) Web服務器端

本系統服務器端使用Node.js+Express構建。Node.js是一個基于Chrome V8引擎的JavaScript運行環境。它使用事件驅動，非阻塞I/O模型而得以輕量和高效，非常適合在分布式設備上運行數據密集型的實時應用。

決定采用Node.js這個輕量級的服務端平臺，主要是因為以下原因：本系統服務器端主要提供RESTful API，而這恰好是Node.js最理想的應用場景，可以處理數萬條連接，本身沒有太多的邏輯，只需要請求API，組織數據進行返回即可。它本質上只是從某個數據庫中查找一些值并將它們組成一個響應。由于響應是少量文本，入站請求也是少量的文本，因此流量不高，一臺機器甚至也可以處理最繁忙的API需求。

(3) 數據庫

由于簽到集中在上課和下課的時候，存在高并發，在簽到高峰期短時間內通常會有數千條數據同時寫入數據庫，如果不對系統進行特殊設計，會導致系統服務故障。

因此，我們在選型數據庫時，主要參考技術標準如下：支持基于內存查詢的數據庫，減少磁盤IO交互；支持復雜多變數據存儲結構與類型；支持復雜的SQL查詢。綜合以上標準進行評估，同時考慮到Node.js的數據格式。最后選擇MongoDB作為數據庫。

MongoDB是一個采用BSON作為數據格式的NoSQL數據庫，而且為數據的擴展提供了充分的支持。由云主機上的MongoDB實現數據的存儲，node.js提供數據訪問服務。盡量避免表關聯操作，定時進行數據遷移和裁剪，提高查詢速度。采用胖客戶端的設計，減少服務器上的計算量，提高服務器響應速度。

4 總結

經過三年的建設，基于移動設備共享熱點的課堂考勤系統已經在本校全面鋪開，用戶覆蓋全校21 000余名師生，每日考勤課程超過800節，刷卡考勤超過50 000人次。系統自2015年啟用以來，平均出勤率明顯改善，從使用前的不足75%，提升到現在的超過90%?？记谙到y實時反映和跟蹤每節課的到課情況，及時將考勤結果數據反饋給任課教師及教學管理部門，以便于及時處理，嚴肅了教學秩序。系統運行穩定，師生的滿意度很高，也為我校節省了教學管理成本，提高了教學管理效率，為信息化建設做出了貢獻。

除此之外，考勤系統收集到海量的學生簽到信息和教師上課評價信息，這些數據可供更進一步的挖掘、研究，借助于大數據技術手段，為高校深入掌握學生到課規律、提高課堂教學質量提供第一手的資料。