手機課堂智能管控系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中的運用

陳昕航

（中國計量大學(xué) 浙江省杭州市 310018）

在互聯(lián)網(wǎng)時代，智能手機逐漸成為高校學(xué)生在學(xué)習(xí)、生活和社交等領(lǐng)域的重要工具。根據(jù)工信部最新公布數(shù)據(jù)顯示，目前我國智能手機用戶數(shù)量達(dá)到了7.5 億，而高校大學(xué)生群體中智能手機的普及率幾乎達(dá)到了100%。信息技術(shù)是一把雙刃劍，基于信息技術(shù)發(fā)展而來的智能手機自然也是利弊共存。僅從高校學(xué)生這一特殊群體來說，在課堂上過多的使用智能手機，對個人的學(xué)習(xí)、學(xué)業(yè)也會造成負(fù)面影響。而教師為了在規(guī)定時間內(nèi)講完知識點，又不可能每時每刻的監(jiān)督學(xué)生是否在玩手機。在這一背景下，開發(fā)一種手機課堂智能管控系統(tǒng)，具有巨大的應(yīng)用潛力。

1 手機課堂智能管控系統(tǒng)的組織架構(gòu)

1.1 軟硬件組成

在硬件組成方面，主要包含了教師電腦、無線路由器、智能手機等。無線路由器可以支持教師和學(xué)生連接并提供上網(wǎng)服務(wù)，可以支持不同的系統(tǒng)接入，具有較強的兼容性。在無線路由器的兩側(cè)，各并聯(lián)一臺同種型號的路由器。如果該系統(tǒng)同時有大量數(shù)據(jù)訪問，可以將部分網(wǎng)絡(luò)流量分擔(dān)到備用的2 臺路由器上，以保證整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

在軟件組成方面，主要包含了應(yīng)用層、服務(wù)層和鏈路層三個模塊。其中，應(yīng)用層主要安裝在手機端，作用之一是監(jiān)測并獲取智能手機上各類應(yīng)用軟件的運行參數(shù)，然后通過鏈路層將這些參數(shù)反饋給上位機；作用之二則是接收來自教師端的控制指令，包括強制中斷應(yīng)用進(jìn)程或是斷開網(wǎng)絡(luò)連接等。服務(wù)層主要安裝在上位機，即教師計算機。通過UI 界面，教師可以獲取反饋信息，例如學(xué)生手機中各類軟件的運行狀態(tài)。然后教師可以通過該界面發(fā)送控制指令，這些指令轉(zhuǎn)發(fā)到下位機上的軟件完成控制操作。鏈路層則是位于應(yīng)用層和服務(wù)層中間，主要發(fā)揮數(shù)據(jù)傳遞的作用。鏈路層執(zhí)行TCP/IP 協(xié)議，保證數(shù)據(jù)上傳下達(dá)的時效性。

1.2 教師終端的設(shè)計

在教室的計算機上安裝上位機軟件，這臺電腦就成為了手機課堂智能管控系統(tǒng)的教師管理終端。該軟件采用Visual Studio 進(jìn)行開發(fā)，可以支持Java、C++等語言進(jìn)行編程。教師終端包含若干個子系統(tǒng)，可以分別提供與手機管理相關(guān)的功能，例如有名單管理子系統(tǒng)，可以將一些常見的應(yīng)用軟件，分別添加到白名單、黑名單中；還有出勤管理子系統(tǒng)，可以記錄學(xué)生的出勤率，這樣就不需要教師在每次上課、下課前進(jìn)行點名，從而更加方便的掌握學(xué)生是否有遲到、早退或是曠課等行為。另外還有文件傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)等。教師終端分別提供指令發(fā)出和信息反饋兩個端口，實現(xiàn)了手機課堂智能管控系統(tǒng)的閉環(huán)式運行。

1.3 學(xué)生終端的設(shè)計

圖1：手機課堂智能管控系統(tǒng)的運行流程

在學(xué)生的智能手機上安裝下位機軟件，這臺智能手機就成為了手機課堂智能管控系統(tǒng)的學(xué)生監(jiān)控終端。該軟件采用的是Android Studio 進(jìn)行開發(fā)，目前僅支持Java 語言進(jìn)行編程，可以同時支持Android 和IOS 兩種智能手機操作系統(tǒng)。學(xué)生終端也包含了若干個子系統(tǒng)，配合教師終端的一些功能模塊，完成交互。例如有文件接收子系統(tǒng)，可以接收到來自教師終端的一些信息或文件；設(shè)備鎖定子系統(tǒng)，如果教師通過信息反饋發(fā)現(xiàn)學(xué)生啟動了手機上的游戲軟件、視頻軟件等，可以發(fā)送鎖定指令，然后通過手機端的設(shè)備鎖定子系統(tǒng)，將這臺智能手機臨時鎖定。除此之外還有數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、模式控制子系統(tǒng)等。手機終端主要負(fù)責(zé)根據(jù)上位機下達(dá)的各類指令，做出相應(yīng)的動作。然后將動作完成情況，以及收集到的參數(shù)信息，重新發(fā)送給上位機。

1.4 其他部分

為了保障手機課堂智能管控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，還設(shè)計有數(shù)據(jù)庫終端，其中包含的數(shù)據(jù)主要有兩類，一種是運行程序，還有一種是應(yīng)用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫終端具有自動備份功能，可以由管理員設(shè)定自動備份的間隔時間，保證備份數(shù)據(jù)實時更新。支持?jǐn)?shù)據(jù)的批量化操作，例如可以按照“時間”為單位，批量刪除過期的數(shù)據(jù)，節(jié)省存儲空間。另外還有學(xué)校終端和內(nèi)部模塊。學(xué)校終端主要負(fù)責(zé)與高校的教務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行對接，保證了手機課堂智能管理系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)、統(tǒng)計的結(jié)果，能夠第一時間反饋給教務(wù)系統(tǒng)，這樣就可以為學(xué)校方面評定優(yōu)秀學(xué)生等提供參考。內(nèi)部模塊以各種運算程序為主，支持各項功能的運行。4 個終端通過內(nèi)部模塊連接成為一個高效運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，幫助任課教師隨時掌握課堂上學(xué)生使用智能手機的情況，為解決課堂“低頭族”問題提供了技術(shù)支持。

2 手機課堂智能管控系統(tǒng)的運行方式

目前手機課程智能管控系統(tǒng)可以提供四大功能，分別是自動簽到功能、課堂定位功能、手機APP 管控功能以及課堂質(zhì)量反饋功能。該系統(tǒng)安裝于教室內(nèi)的教師計算機上，教師可以在課前3 分鐘打開，在課程結(jié)束后關(guān)閉，系統(tǒng)會自動記錄學(xué)生的出勤信息、手機APP 使用信息等，整節(jié)課上不需要教師操作，就可以實現(xiàn)全過程的管控。

2.1 自動簽到功能

每節(jié)課正式開始前，任課教師會通過教師終端，發(fā)布簽到指令。當(dāng)學(xué)生在手機上接收到該指令后，先輸入自己的帳號（學(xué)號），然后輸入簽到指令，完成登錄任務(wù)。此時手機課堂智能管控系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生終端的操作情況，判定哪些手機終端完成了登錄。對于那些沒有成功登錄的，自動從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，匹配該設(shè)備對應(yīng)的學(xué)生信息，包括姓名、學(xué)號等，然后發(fā)送給教師終端。這些未成功登錄的，如果在后續(xù)的十分鐘內(nèi)重新登錄，則被系統(tǒng)判定為遲到；如果本節(jié)課未成功登錄，則被系統(tǒng)判定為曠課。對于正常完成登錄操作的，手機課堂智能管控系統(tǒng)也會對這些智能手機進(jìn)行終端定位。如果定位在課堂范圍之內(nèi)，則系統(tǒng)自動完成簽到；反之，如果學(xué)生完成了登錄，但是通過手機定位發(fā)現(xiàn)并不在課堂范圍內(nèi)，則系統(tǒng)自動開始計時。從計時開始，每隔30s 刷新一次定位，如果10 分鐘內(nèi)定位到該手機進(jìn)入到課堂范圍內(nèi)，則判定為遲到；若超過10 分鐘仍未定位到該手機進(jìn)入課堂范圍內(nèi)，則記錄為曠課。

2.2 課堂定位功能

從教師打開手機課堂智能管控系統(tǒng)開始，該系統(tǒng)會以30s/次的頻率，在后臺不斷的對手機定位進(jìn)行刷新。如果監(jiān)測到某臺手機離開了課堂范圍，則啟動計時器。直到系統(tǒng)重新監(jiān)測到這臺手機回到課堂范圍以內(nèi)，計時器停止，并將這段時間上傳到教師終端。如果在本節(jié)課結(jié)束前，即手機課堂智能管控系統(tǒng)關(guān)閉前，都未能重新監(jiān)測到這臺手機重新回到課堂范圍，則記錄為早退。這樣在本節(jié)課結(jié)束后，教師就可以通過人機交互界面，了解到哪些學(xué)生在課堂中途離開。如果這些學(xué)生是因為臨時有事（如接電話、去廁所等），已經(jīng)向任課教師請假，然后立即回到教室的，任課教師可以通過管理界面刪除這段記錄。反之則將該記錄保留下來，記入該學(xué)生的出勤表中。

2.3 手機使用管控功能

在教師終端，教師可以將一些教學(xué)必須使用到的應(yīng)用軟件，添加到白名單中。這些軟件在課堂中運行，是不會被手機課堂智能管控系統(tǒng)監(jiān)測和記錄的。在該系統(tǒng)運行期間，首先會隨時的監(jiān)測學(xué)生終端上各類APP 的運行情況。然后對照白名單，如果該APP 在白名單內(nèi)，則不記錄；如果該APP 不在白名單的列表中，則系統(tǒng)開始記錄APP 的使用時間。教師可以設(shè)定非白名單APP 的累計運行時間，例如設(shè)定為20s。如果系統(tǒng)監(jiān)測到某臺手機上的APP 不在白名單內(nèi)，且累計運行時間達(dá)到了20s。則自動發(fā)送提醒消息至該手機終端，以提醒學(xué)生不要使用手機做與課堂學(xué)習(xí)無關(guān)的事情。如果后續(xù)該系統(tǒng)又監(jiān)測到同一部手機，出現(xiàn)了運行非白名單APP的情況，則自動發(fā)布鎖定指令，將學(xué)生終端鎖定，且同時在教師終端記錄情況。

2.4 課堂質(zhì)量反饋功能

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，手機課堂智能管控系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的學(xué)生終端信息，例如遲到、早退、玩手機的時間等，進(jìn)行整理、統(tǒng)計，然后按照一定的指標(biāo)進(jìn)行量化評分。一般來說可以在每個周、每個月末以及每個學(xué)期末進(jìn)行一次評估，然后將這些評估結(jié)果、具體信息統(tǒng)一整理為報表，發(fā)送給教師終端和學(xué)校終端。這樣一來，教師或?qū)W校就可以根據(jù)課堂質(zhì)量反饋情況，掌握每一位學(xué)生的課堂出勤率，手機使用時間等。結(jié)合這些信息，為下一步學(xué)生期末綜合成績的打分，學(xué)生各類評優(yōu)等提供必要的參考。

手機課堂智能管控系統(tǒng)的組成模塊和大體運行流程如圖1 所示。

3 手機課堂智能管控系統(tǒng)的應(yīng)用效果

智能手機在給學(xué)生帶來諸多便利的同時，也有很多教師反映學(xué)生自律能力差，在課堂上使用智能手機看小說、打游戲的情況并不少見。現(xiàn)階段很多學(xué)校都采取限時斷網(wǎng)等方式來限制學(xué)生課上玩手機的行為，但是實際效果不理想?，F(xiàn)在教學(xué)APP 在課堂上運用頻繁，市場上存在一些APP（如番茄鐘）可以實現(xiàn)對手機運行程序情況進(jìn)行監(jiān)控，但不具備在課堂上使用的條件。手機課堂智能管控系統(tǒng)不僅可以有效地解決現(xiàn)有課堂學(xué)生智能設(shè)備管理難題，而且做到了實時反饋相關(guān)信息，同時對課堂教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行有效評價。

該系統(tǒng)在某高校的電子商務(wù)專業(yè)、學(xué)前教育專業(yè)等進(jìn)行了1 個學(xué)期的試點運用。多位任課教師均反映該系統(tǒng)上線后，課堂上學(xué)生玩手機的情況明顯減少。另外結(jié)合該校教務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及調(diào)取該系統(tǒng)內(nèi)部記錄數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在手機課堂智能管控系統(tǒng)使用后，學(xué)生出勤率從87.5%提升至96.4%，上升了8.9 個百分點；學(xué)生遲到率從10.3%下降至3.7%，下降了6.6 個百分點；曠課率從8.7%下降至2.0%，下降了6.7 個百分點。綜合上述數(shù)據(jù)來看，隨著手機課堂智能管控系統(tǒng)的運用，在改善課堂紀(jì)律方面效果顯著。

當(dāng)然，手機課堂智能管控系統(tǒng)不僅僅運用在面對面課堂，對于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等各種教學(xué)模式的課堂教學(xué)效率也有一定的提高效果，總體來看適用范圍較廣。從試點應(yīng)用中，也發(fā)現(xiàn)了幾點不足，例如當(dāng)系統(tǒng)同時監(jiān)測到有多臺手機啟用了多個APP，且這些APP 中有的在白名單之列，有的又不在白名單以內(nèi)。這種情況下該系統(tǒng)可能會出現(xiàn)誤判的情況，下一步還需要進(jìn)一步提高AI 識別準(zhǔn)確率，解決此類問題。另外還有監(jiān)測信號的反饋時效性問題，監(jiān)測范圍的精確性問題等，今后也需要通過繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化和試點應(yīng)用，提高手機課堂智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，越來越多的應(yīng)用軟件在課堂教學(xué)中發(fā)揮了重要輔助作用。但是也有一部分學(xué)生缺少自控、自律能力，在課堂上打開一些與學(xué)習(xí)無關(guān)的軟件，影響了聽課質(zhì)量。為了督促和約束學(xué)生更加專心的投入到課堂學(xué)習(xí)中，研發(fā)了一種手機課堂智能管控系統(tǒng)，通過監(jiān)控學(xué)生終端各類APP 的運行情況，以及進(jìn)行手機定位等功能，可以在判斷學(xué)生有無遲到、早退，或是有無玩手機行為上發(fā)揮重要作用。這一系統(tǒng)無論是幫助教師管理課堂，還是幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)成績，都有積極的意義，具有推廣價值。