高校課堂管理平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

吳芯怡　陳龍　鮑承轉(zhuǎn)　張宇航　尹天鶴

摘要：針對(duì)高校課堂管理中存在的簽到效率低下，教學(xué)日歷編排被動(dòng)復(fù)雜，課堂信息管理分散等問(wèn)題，設(shè)計(jì)開發(fā)面向高校課堂管理的信息化平臺(tái)。平臺(tái)調(diào)用第三方人臉識(shí)別接口，完成人臉采集、人臉檢測(cè)、人臉跟蹤、人臉比對(duì)工序，以此對(duì)高校學(xué)生的到課率檢測(cè)進(jìn)行支持;基于XDOC和JavaScript腳本語(yǔ)言，智能生成教學(xué)日歷;采用網(wǎng)頁(yè)腳本語(yǔ)言結(jié)合Vue、Spring Boot、Mybatis等框架的方式搭建平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)課堂信息管理一體化。平臺(tái)具有高度可擴(kuò)充性、普適性、穩(wěn)定性，有助于進(jìn)一步推動(dòng)課堂管理輕便化智能化發(fā)展。

Abstract： In view of the problems in the classroom management of colleges and universities such as low efficiency of sign-in， passive and complicated teaching calendar， and scattered information management of classrooms， an information platform for college classroom management is designed and developed. The platform invokes a third-party face recognition interface to complete face acquisition， face detection， face tracking， and face matching procedures， thereby supporting college students' attendance detection; generates teaching calendar smartly based on XDOC and JavaScript scripting language; uses web scripting language combined with Vue， Spring Boot， Mybatis and other frameworks to build a platform to achieve classroom information management integration. The platform is highly scalable， universal， and stable， which helps to further promote the intelligent development of classroom management.

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別簽到;課堂管理平臺(tái)設(shè)計(jì);JAVA;教學(xué)日歷智能生成

Key words： face recognition sign-in;classroom management platform design;JAVA;teaching calendar intelligent generation

中圖分類號(hào)：P315.69? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）35-0245-04

0? 引言

科學(xué)技術(shù)的智能化，信息發(fā)展的爆炸化，為高校課堂管理的高速發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但在當(dāng)前高等教育的信息化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，課堂管理各應(yīng)用之間各不相謀，系統(tǒng)功能間按管理業(yè)務(wù)線分割，功能間獨(dú)立程度高，缺少面向教師課堂管理的綜合性服務(wù)平臺(tái)。對(duì)此本文提出一個(gè)面向高校課堂管理的信息化平臺(tái)，針對(duì)教師面臨的課堂點(diǎn)名時(shí)間人力消耗大的問(wèn)題，教學(xué)日歷手工編排的低效率問(wèn)題以及教學(xué)信息零散管理等問(wèn)題，進(jìn)行功能設(shè)計(jì)開發(fā)。通過(guò)試用表明，本文設(shè)計(jì)的平臺(tái)能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)課堂管理的輕便化智能化，為課堂管理提供新思路新方向。

1? 系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)功能性需求

高校課堂管理平臺(tái)主要包含三大模塊：學(xué)生簽到、課堂跟蹤管理以及基礎(chǔ)信息管理。

1.1.1 學(xué)生簽到

為提高學(xué)生簽到效率，防止代簽、漏簽等情況的發(fā)生，系統(tǒng)擬采用人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行簽到功能開發(fā)，本模塊實(shí)現(xiàn)的具體功能主要包括學(xué)生信息注冊(cè)、照片同步和人臉識(shí)別。

1.1.2 課堂跟蹤管理

課堂跟蹤管理主要利用前述的學(xué)生簽到數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)情信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)和可視化分析，并為教師提供便利化的教學(xué)輔助管理工具，具體包括以下三大功能：

①簽到情況查詢與統(tǒng)計(jì)：能夠根據(jù)所需查詢的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、課程名稱及教師姓名等信息，查詢課程及其簽到情況，統(tǒng)計(jì)正常出席、缺席及遲到的學(xué)生人數(shù)。

②學(xué)情信息可視化分析：面向教學(xué)管理人員，將學(xué)校所有課程的基礎(chǔ)信息、教學(xué)進(jìn)度以及學(xué)生到課情況進(jìn)行可視化展示，并支持歷史數(shù)據(jù)回溯查詢的動(dòng)態(tài)展現(xiàn)和學(xué)生個(gè)人的學(xué)情統(tǒng)計(jì)可視化分析。

③教學(xué)輔助工具：能夠?qū)πv和課程的教學(xué)資料進(jìn)行上傳管理，并提供教學(xué)日歷自動(dòng)生成和一鍵導(dǎo)出功能。

1.1.3 基礎(chǔ)信息管理

主要實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生、課程、教室和教師信息的基礎(chǔ)管理功能。

平臺(tái)的主要功能如圖 1所示。

1.2 非功能性需求

平臺(tái)嚴(yán)格控制訪問(wèn)權(quán)限，僅在用戶通過(guò)身份認(rèn)證后才能對(duì)其訪問(wèn)權(quán)限內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)，對(duì)其權(quán)限范圍內(nèi)的功能進(jìn)行操作，如，學(xué)生用戶不可進(jìn)入學(xué)生信息管理界面。對(duì)學(xué)生、教師以及管理員等用戶的賬號(hào)密碼等關(guān)鍵字段進(jìn)行加密處理，增強(qiáng)平臺(tái)的可靠性及安全性。

三個(gè)主要模塊之間數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行交流，代碼之間統(tǒng)一規(guī)范，采用成熟的API接口及框架，增強(qiáng)系統(tǒng)性能及可維護(hù)性。

平臺(tái)的整體框架在應(yīng)用水平提高、需求增加、數(shù)據(jù)量擴(kuò)充的情況下能夠保持較強(qiáng)的穩(wěn)定性及可擴(kuò)充性。需求功能拓展時(shí)，可針對(duì)需求進(jìn)行平臺(tái)子模塊拓展，需求數(shù)據(jù)量及應(yīng)用水平拓展時(shí)，可對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充升級(jí)。

2? 平臺(tái)總設(shè)計(jì)及主要功能模塊

2.1 平臺(tái)總設(shè)計(jì)

平臺(tái)針對(duì)學(xué)生簽到、課堂跟蹤管理及基礎(chǔ)信息管理等功能進(jìn)行集成。將系統(tǒng)應(yīng)用分為客戶層、業(yè)務(wù)功能層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)設(shè)施層，結(jié)合Java語(yǔ)言、MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)、Html超文本標(biāo)記語(yǔ)言、JS腳本語(yǔ)言;Vue、Spring Boot、Mybatis、Bootstrap等框架;XDOC以及第三方人臉識(shí)別接口等工具進(jìn)行平臺(tái)搭建，具體架構(gòu)如圖2所示。

2.2 學(xué)生簽到

在深度學(xué)習(xí)大熱的背景下，學(xué)生簽到模塊通過(guò)調(diào)用第三方人臉識(shí)別接口，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生簽到管理的簡(jiǎn)便化和智能化。

平臺(tái)通過(guò)第三方平臺(tái)提供的接口，向平臺(tái)人臉庫(kù)中增加用戶，同時(shí)將組內(nèi)用戶的人臉圖片傳輸入人臉庫(kù)。

首次簽到前需進(jìn)行人臉采集完成注冊(cè)。視頻流中成功采集的人臉圖片活體檢測(cè)成功后，即注冊(cè)完成。學(xué)生在線注冊(cè)支持單人及多人人臉識(shí)別，離線注冊(cè)支持管理員批量導(dǎo)入注冊(cè)。

注冊(cè)成功再次進(jìn)行簽到時(shí)，調(diào)用人臉?biāo)阉鹘涌谶M(jìn)行活體檢測(cè)以及質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)成功上傳的圖片與人臉庫(kù)中的圖片比對(duì)查找成功，即簽到成功。為簽到效率最大化平臺(tái)設(shè)置考勤一體機(jī)進(jìn)行簽到，教師可對(duì)到課情況以及歷史記錄進(jìn)行查詢。人臉簽到還支持手機(jī)端進(jìn)行多端簽到，簽到成功同時(shí)將錄入簽到學(xué)生信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄。

2.3 課堂跟蹤

課堂跟蹤管理包含對(duì)簽到情況查詢與統(tǒng)計(jì)，對(duì)學(xué)情信息的可視化分析以及教學(xué)輔助工具。

針對(duì)簽到分析子模塊，進(jìn)一步區(qū)別簽到狀態(tài)，增強(qiáng)簽到區(qū)分度，分別統(tǒng)計(jì)到課人數(shù)、遲到人數(shù)以及缺勤人數(shù)。

針對(duì)學(xué)情分析子模塊，抽調(diào)簽到結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行可視化投屏，輪轉(zhuǎn)實(shí)時(shí)投放各教室課程學(xué)生簽到情況。

前端呈現(xiàn)采用專用于構(gòu)建用戶界面的漸進(jìn)式框架——Vue進(jìn)行開發(fā)，通過(guò)index.html文件進(jìn)行渲染加載，通過(guò)main.js控制初次啟動(dòng)Vue項(xiàng)目要加載的組件。

通過(guò)簽到人數(shù)的改變與服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，將數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在前端界面進(jìn)行可視化展示，展示結(jié)果如圖3所示。

針對(duì)教學(xué)輔助工具模塊，通過(guò)教師自主化設(shè)定，結(jié)合校歷自動(dòng)剔除節(jié)假日及其他沖突情況，增強(qiáng)教師教學(xué)日歷可操作性，并提供在線資料共享。結(jié)合Bootstrap、JavaScript及XDOC進(jìn)行教學(xué)日歷的生成及一鍵導(dǎo)出功能，XDOC實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)出效果詳情如圖4右側(cè)所示。

2.4 基礎(chǔ)信息管理

基礎(chǔ)信息管理模塊包含對(duì)學(xué)生、課程、教室、教師四個(gè)方面基礎(chǔ)信息的綜合管理，采用權(quán)限分層進(jìn)一步增強(qiáng)管理安全性能，實(shí)現(xiàn)課堂管理信息的綜合性集成。

管理員擁有最高權(quán)限，教師能夠查看學(xué)生及課程的基礎(chǔ)信息從而進(jìn)一步了解學(xué)情基礎(chǔ)情況，優(yōu)化教學(xué)效果，學(xué)生僅擁有最低登錄注冊(cè)權(quán)限。

后臺(tái)信息管理整體采用Spring Boot框架以及Mybatis持久層框架。通過(guò)Spring Boot引用spring-boot-starter-web依賴，搭建Dao層（即持久層）、Entity層（即實(shí)體層）、Service（即業(yè)務(wù)層）、Controller層（即控制層），整合SpingMVC框架，并通過(guò)Mybatis定制化SQL、存儲(chǔ)過(guò)程以及高級(jí)映射。

在持久層中創(chuàng)建Dao接口，在配置文件中配置接口的實(shí)現(xiàn)類、Dao的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)庫(kù)，完成與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互;在實(shí)體層定義與數(shù)據(jù)可對(duì)象對(duì)應(yīng)的屬性即數(shù)據(jù)庫(kù)在后臺(tái)管理中的類，提供get/set方法，tostring方法，有參無(wú)參構(gòu)造函數(shù);在業(yè)務(wù)層設(shè)計(jì)接口，創(chuàng)建需要實(shí)現(xiàn)的類，在配置文件中進(jìn)行配置，完成業(yè)務(wù)模塊的邏輯應(yīng)用設(shè)計(jì);在控制層調(diào)用業(yè)務(wù)層中的接口實(shí)現(xiàn)具體業(yè)務(wù)模塊流程的控制。整合前端框架及服務(wù)器數(shù)據(jù)，由Spring Boot通告finish（）完成后臺(tái)基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)子模塊。

3? 結(jié)語(yǔ)

高校課堂管理平臺(tái)為實(shí)現(xiàn)信息化、智能化管理課堂提供了新的途徑。針對(duì)目前存在的管理問(wèn)題，平臺(tái)針對(duì)性進(jìn)行解決：提供人臉識(shí)別進(jìn)行簽到，提高簽到準(zhǔn)確率及效率;提供智能化教學(xué)日歷工具，增強(qiáng)教學(xué)管理智能化優(yōu)勢(shì);提供教學(xué)信息集成平臺(tái)，擴(kuò)大信息復(fù)用面;提供信息綜合管理，提高教學(xué)管理便捷性。極大提高了高校教師課堂管理及學(xué)生考勤的效率，使得教學(xué)管理智能化程度進(jìn)一步加深，為高校教學(xué)智能化奠定基礎(chǔ)。平臺(tái)在子系統(tǒng)的開發(fā)擴(kuò)展方面仍有較大空間，在工具應(yīng)用穩(wěn)定化及多樣化方面仍可進(jìn)一步挖掘深化，繼續(xù)拓展相關(guān)教學(xué)應(yīng)用，深化已有模塊系統(tǒng)功能。

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