基于大數(shù)據(jù)下的教學管理系統(tǒng)的研究

◆林菡 陳麗娟 吳帆旭

（福州工商學院信息工程系 福建 350715）

如今，移動設(shè)備的大面積普及，同時在移動設(shè)備上學習已經(jīng)成為學生的主要生活學習方式，尤其是在高等教育中這一現(xiàn)象十分普遍。在現(xiàn)在這樣一個計算機已經(jīng)可以被裝進口袋且可以隨身攜帶的智能手機所取代的時代，由于移動技術(shù)的飛速發(fā)展創(chuàng)造了一個新領(lǐng)域，即移動學習，移動學習是新一代的電子學習方式，引領(lǐng)著全新的知識傳遞方式，尤其是在教學過程中，但是傳統(tǒng)的教學管理系統(tǒng)主要以PC端為主，并且在數(shù)據(jù)收集處理上已無法滿足教師和學生的需求，同時在師生互動上也會帶來不少的阻礙，長此以往會影響了教學的質(zhì)量。為此，本文提出運用大數(shù)據(jù)技術(shù)將學校的信息資源進行充分整合與數(shù)據(jù)挖掘，研究分析學生的學習質(zhì)量，促進教師的教學工作，利用智能移動終端實時查看信息，以此解決學校的教學管理問題，為促進學校的長遠發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 傳統(tǒng)教學管理系統(tǒng)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，各大高校都紛紛引入教學管理系統(tǒng)，用來幫助學校管理學校的各個方面，起到了推動學校發(fā)展的作用，但是近些年來，在很多高校使用教學管理系統(tǒng)的過程中，無論是系統(tǒng)本身還是使用者都存在幾個方面的問題：

（1）使用者信息化的認識與應(yīng)用能力有待提高

很多高校在使用教學管理系統(tǒng)時，并沒有對相關(guān)使用人員進行指導(dǎo)或是培訓(xùn)，只是讓其自行摸索或是提供一份使用說明，這樣使得很多教學管理人員認為，使用計算機進行管理就是使用教學管理系統(tǒng)，這樣教學管理思想的滯后，會導(dǎo)致教學管理工作的運作看上去還是凌亂、繁雜的，再加上高校的教學管理隊伍本身結(jié)構(gòu)設(shè)置較為復(fù)雜，業(yè)務(wù)水平能力參差不齊，大多數(shù)的管理人員還停留在簡單的文字處理和報表處理，也使得教學管理系統(tǒng)的利用率不高。

（2）傳統(tǒng)教學管理系統(tǒng)的資源配置不合理

傳統(tǒng)教學管理系統(tǒng)的資源配置不合理主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，是在傳統(tǒng)教學管理系統(tǒng)的功能上，是以對教師、學生的管理為主，可能極少考慮到分配部分資源用于教學課程上；第二，在整個學期或是學年的教學過程中也會產(chǎn)生很多過程性的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)教學管理系統(tǒng)對于過程性數(shù)據(jù)并不重視，存儲下來的很多都是總結(jié)性數(shù)據(jù)，這對于教學過程的中產(chǎn)生的問題可能無法得到解決，對教師教學評價的判斷上會產(chǎn)生較大的誤差，教師有時也無法從中看出自身的問題等。

2 教學管理系統(tǒng)的總體目標

因為現(xiàn)存的教學管理系統(tǒng)存在著諸多問題，所以設(shè)計一個基于大數(shù)據(jù)下的教學管理系統(tǒng)，實現(xiàn)教學管理全過程的網(wǎng)絡(luò)化、個性化、智能化，支持多種教學模式的實施，形成“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學新形態(tài)。包括了對教師教授課程的全程管理與監(jiān)督；對學生在學的全程輔助支持與管理；對校督導(dǎo)組進行教學評價的支持與管理；對學校管理者的管理決策的支持；以及教學資源共享及學生多元評價的支持。這樣為高校探索實施智能化精準教育、學業(yè)幫扶、教學評價以及教學和人才培養(yǎng)方案改革提供強有力的技術(shù)支撐。

3 教學管理系統(tǒng)技術(shù)路線

主要利用大數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、移動智能技術(shù)等相關(guān)技術(shù)相結(jié)合的方式來開發(fā)智能教學管理系統(tǒng)。因為Android的開源性強，占有率高，所以我們主要以Android系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基底，對教學管理系統(tǒng)進行分析。該系統(tǒng)在構(gòu)建過程中采用軟件疊層的方式，促使各個層之間能夠相互分離，每個層的分工較為明確，從而確保了各層之間的低耦合，當下層出現(xiàn)變化時，“上層”不需要做出調(diào)整與改變。

4 教學管理系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)實際需求，將教學管理系統(tǒng)主要分成了四個層次：

第一層是用戶層，這里面包括了學生、教師、督導(dǎo)（校級、系部）、校領(lǐng)導(dǎo)與相關(guān)管理人員等。

第二層是交互界面層，我們主要采用WEB端和APP軟件來作為用戶與系統(tǒng)之間的交流界面，使得用戶隨時隨地，只要有網(wǎng)絡(luò)就可以通過智能終端登錄到教學管理系統(tǒng)中進行查看與操作。

第三層是服務(wù)與決策層，在這層當中，我們主要分成了認證模塊、交流互動模塊，信息公告及通知模塊、評教模塊、課程安排模塊以及課程資源模塊。

第四層是基礎(chǔ)設(shè)施層，主要是一些教學設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施。系統(tǒng)層次設(shè)計如圖1所示：

圖1系統(tǒng)層次設(shè)計

5 系統(tǒng)主要功能模塊

5.1 認證模塊

該模塊用于學生或教師的身份認證以及登錄，通過在注冊賬號時輸入至系統(tǒng)內(nèi)的學號，姓名，密碼進行認證登錄，或是使用人臉識別來完成認證。

5.2 信息公告及通知模塊

5.2.1 信息公告模塊

信息公告模塊除了將學校近期的動態(tài)和政策告知給所有的師生之外，還可以對于學期或是學年所發(fā)布的信息使用數(shù)據(jù)可視化方式直觀呈現(xiàn)，了解學校的關(guān)注點，解析學校的發(fā)展趨勢。

5.2.2 通知模塊

此模塊的通知方式為SMS通知，若選擇個人通知選項，則SMS將發(fā)送到注冊時輸入的手機號碼。如果選擇了班級通知選項，則將批量SMS發(fā)送到屬于該特定班級的一組學生。通過此模塊的考試提醒，可以發(fā)送學生進度，較少的出勤提示和任何重要通知。該模塊對老師和學生都非常有用。

5.3 交流互動模塊

交流互動模塊實現(xiàn)的是用戶層中不同用戶之間的互動交流，這樣可以讓教師、校領(lǐng)導(dǎo)、管理人員與督導(dǎo)能夠及時了解到學生的想法或是問題，給盡快給出相應(yīng)的解決方案。

對于這塊的使用者為了保證系統(tǒng)的安全性，我們使用了人臉識別技術(shù)，給出了準確提取人臉數(shù)據(jù)的方法。主要采用了Adaboost迭代算法，在使用者登錄系統(tǒng)時對所采集到的圖像中的人臉，使用圖像預(yù)處理建模來確定人臉信息；另外，也可以使用語音識別功能來登錄教學管理系統(tǒng)，主要是先進行現(xiàn)有語音信號的采集，然后提取語音信息的特征，利用提取到的語音特征建立聲音模型，然后與樣本庫中已有聲音模型進行比對實現(xiàn)匹配過程。這樣可以保證交流環(huán)境的安全性。

5.4 評教模塊

評教模塊作為教學管理系統(tǒng)中最為重要的一個部分，在這個模塊中采用了大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與數(shù)據(jù)可視化建立動態(tài)的教師教學評價模型，一個評價周期按月或教學課時進行細分，細分后對每個階段的數(shù)據(jù)進行實時觀察與匯總，形成了整個評價過程的動態(tài)曲線圖，教師或是督導(dǎo)組可以隨時隨地通過智能終端設(shè)備登錄系統(tǒng)評教模塊查看評價曲線圖，如曲線圖中出現(xiàn)曲線下降趨勢或一直處在平均值以下的教師，學校或是督導(dǎo)組可以進行重點跟蹤和適當提醒。

5.5 課程安排模塊

課程安排模塊主要是幫助各系各專業(yè)教務(wù)人員查看歷年課程安排的可視化數(shù)據(jù)，再結(jié)合現(xiàn)有的教學軟硬件，合理分配給出學生的課程安排。

5.6 課程資源模塊

課程資源模塊在傳統(tǒng)的教學管理系統(tǒng)功能模塊中較少提及，本設(shè)計方案中增加了這個模塊，在平時的教學活動中，教師可以通過這個模塊獲取所授課程的相關(guān)教學資源，授權(quán)后也可以更新、修改與刪除里面的內(nèi)容；而學生在課前預(yù)習、課后復(fù)習或是自學上提供了學習的材料。還利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析學生學習的行為與老師教學的課程情況，獲取學生當前學習的狀態(tài)水平以及老師教學的進度或是查詢的內(nèi)容，給出一個個性化學習資源的自動推送功能。這個模塊的增加在這次新冠病毒疫情暴發(fā)時，國內(nèi)的“停課不停學”學習浪潮中，發(fā)揮了很好的學生線上學習與教師線上授課的輔助作用。

6 技術(shù)步驟

（1）在電腦上配置設(shè)計環(huán)境，此階段設(shè)計Java JDK，JRE，Android SDK和Eclipse的安裝。

（2）創(chuàng)建GUI/主窗體/子窗體，并創(chuàng)建彼此鏈接的活動

（3）創(chuàng)建錯誤日志模塊，該模塊可跟蹤未經(jīng)身份驗證的事務(wù)，例如輸入錯誤的密碼，服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)故障。記錄網(wǎng)絡(luò)連接。

（4）創(chuàng)建服務(wù)呼叫日志模塊，可跟蹤所有用戶活動，例如登錄時間，注銷時間，上傳和下載時間，文件大小。

（5）設(shè)計用于服務(wù)器和Android智能手機之間通信的Web API。

（6）Android App測試設(shè)置過程在android智能手機上運行.apkfile并測試該應(yīng)用程序。

7 結(jié)束語

伴隨5G時代的到來和網(wǎng)絡(luò)速度的極大提升以及WiFi等無線網(wǎng)絡(luò)的大面積普及與拓展，PC端的教學管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)學習的局限性已經(jīng)愈發(fā)凸顯，已經(jīng)無法很好地提供當代學生所需要的能夠隨時隨地學習的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，給師生之間的交流和學習效率以及教學管理帶來了一定的障礙，影響了高校教學質(zhì)量的高速提升。從此角度出發(fā)，將移動智能與大數(shù)據(jù)相結(jié)合開發(fā)的教學管理系統(tǒng)，將能夠很好地解決目前學校PC端的教學管理系統(tǒng)存在的弊端，推動教學移動智能化的發(fā)展，提升教學效率。同時通過該系統(tǒng)學生可以根據(jù)自己的空閑時間隨時隨地學習，也可以將學生的動態(tài)及時更新發(fā)送給學生。出勤記錄和報告生成變得容易。并且系統(tǒng)的靈活性增高，故障率下降，可以更好服務(wù)學校的老師和學生。將來，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)大多數(shù)教育系統(tǒng)的自動化，并且可以用于設(shè)計跨平臺的教務(wù)系統(tǒng)。