基于路由器的課堂管理輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

呂麗君 陳赫 賈蘭芳 李建偉

摘要 針對(duì)當(dāng)前大學(xué)課堂“玩手機(jī)”現(xiàn)象的普遍存在，基于家用路由器（型號(hào)：D-Link DIR-600M）開(kāi)發(fā)了一款低成本的課堂管理輔助系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生課堂上網(wǎng)行為的可控。系統(tǒng)硬件主要包括路由器、學(xué)生的移動(dòng)設(shè)備、教師機(jī)三部分，軟件采用Python語(yǔ)言編寫(xiě)。系統(tǒng)在上課結(jié)束時(shí)以柱狀圖和Excel表格兩種格式給出學(xué)生用戶端上課簽到次數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以作為教師給學(xué)生該課程平時(shí)成績(jī)的重要參考。

【關(guān)鍵詞】Python 路由器 Wi-Fi 課堂管理

1 研究背景

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展正在深刻地改變著人們的生活。大學(xué)生使用移動(dòng)設(shè)備（智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等）可以在課堂上便捷地查閱與課程有關(guān)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率。但相當(dāng)大部分同學(xué)使用這些移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行與課堂內(nèi)容全然無(wú)關(guān)的活動(dòng)，隱形逃課現(xiàn)象日漸嚴(yán)重，已經(jīng)影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。針對(duì)這種現(xiàn)象，為提高大學(xué)課堂授課效率，教育工作者從電子信息工程、教育學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究。提出了，在教室門(mén)口設(shè)置手機(jī)收納袋、制定相關(guān)制度創(chuàng)設(shè)無(wú)手機(jī)課堂、“限時(shí)斷網(wǎng)”等措施，取得一定效果。本文提出一種基于家用路由器（型號(hào)：D-Link DIR-600M）的低成本課堂管理輔助系統(tǒng)。其基本工作原理是，學(xué)生上課時(shí)需將移動(dòng)設(shè)備連接到該路由器，而路由器默認(rèn)設(shè)定不連接網(wǎng)絡(luò)，這樣學(xué)生就無(wú)法瀏覽移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。如果學(xué)生連接網(wǎng)絡(luò)則需將移動(dòng)設(shè)備同該路由器斷開(kāi)連接，而這時(shí)軟件就記錄到該學(xué)生未連接路由器。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由路由器、學(xué)生的移動(dòng)設(shè)備（智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等）、教師機(jī)三部分組成，其中學(xué)生移動(dòng)設(shè)備和教師機(jī)為大學(xué)課堂固有設(shè)備，因此該系統(tǒng)成本低。課堂管理輔助軟件使用Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，大小約為30M，可用優(yōu)盤(pán)攜帶，無(wú)需安裝，雙擊即可運(yùn)行。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，學(xué)生只需將移動(dòng)設(shè)備上課時(shí)連接到指定路由器即可，無(wú)需其他操作，避免打擾學(xué)生。經(jīng)樣機(jī)測(cè)試，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生課堂上上網(wǎng)行為的可控。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖路如圖1所示，主要包含路由器、學(xué)生的移動(dòng)設(shè)備、教師機(jī)三部分。其基本工作流程為：

2.1 教師課前準(zhǔn)備

教師需將學(xué)生和設(shè)備信息（設(shè)備Mac地址）整理成Excel表格，如表1所示，第一列為學(xué)生姓名，第二列為學(xué)生對(duì)應(yīng)移動(dòng)設(shè)備的Mac地址。

2.2 課堂

學(xué)生依據(jù)教師給定的Wi-Fi密碼連接到指定路由器，教師運(yùn)行課堂管理輔助軟件，對(duì)學(xué)生在線情況進(jìn)行循環(huán)統(tǒng)計(jì)。

1.3 課后

教師機(jī)管理端展示學(xué)生在線簽到次數(shù)統(tǒng)計(jì)情況，為教師給定學(xué)生平時(shí)成績(jī)提供依據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 Python語(yǔ)言及系統(tǒng)軟件所用到的主要庫(kù)

Python語(yǔ)言：是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝陀?jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，擁有豐富和強(qiáng)大的庫(kù)，常被昵稱為“膠水語(yǔ)言”。在設(shè)計(jì)上堅(jiān)持了清晰劃一的風(fēng)格，這使得Python易讀、易維護(hù)，再加上其開(kāi)源特性，使得該語(yǔ)言被廣泛使用。Python語(yǔ)言有Python2和Python3兩個(gè)版本，課堂管理輔助系統(tǒng)軟件采用Python3.6開(kāi)發(fā)。

課堂管理輔助軟件界面開(kāi)發(fā)采用的是Tkinter模塊。Tkinter模塊是Python的標(biāo)準(zhǔn)TkGUI工具包的接口。

學(xué)生在線簽到次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果以柱狀圖和表格展示，其中柱狀圖使用Matplotlib庫(kù)生成。Matplotlib庫(kù)是一個(gè)Python的2D繪圖庫(kù)，可以生成直方圖，功率譜，條形圖，錯(cuò)誤圖，散點(diǎn)圖等。

自動(dòng)獲取路由器在線列表使用了request方法。Requests庫(kù)是處理HTTP相關(guān)的一個(gè)功能強(qiáng)大的類庫(kù)。

軟件涉及到的庫(kù)還有time、re、xlrd、xlwt等。

3.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)運(yùn)行主要流程如圖2所示。課堂管理輔助軟件讀取“學(xué)生信息xls”文件中的學(xué)生信息，包括學(xué)生姓名和移動(dòng)設(shè)備Mac地址;通過(guò)Requests方法循環(huán)獲取路由器（型號(hào)：D-Link DIR-600M）在線用戶列表中的Mac地址，并將在線Mac地址逐一和所讀取的學(xué)生移動(dòng)設(shè)備Mac地址相比較，找到相同的就將與該Mac地址對(duì)應(yīng)的學(xué)生姓名計(jì)數(shù)器加一。課程結(jié)束后通過(guò)Matplotlib庫(kù)將計(jì)數(shù)結(jié)果以柱狀圖顯示，并使用xlwt方法自動(dòng)生成一個(gè)“學(xué)生簽到次數(shù)統(tǒng)計(jì)表xls”文件。

3.3 課堂管理輔助系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

課堂管理輔助系統(tǒng)界面采用Tkinter模塊設(shè)計(jì)，主要包含程序主界面、幫助界面、關(guān)于軟件界面，如圖3所示。主界面包含文件、操作、幫助、關(guān)于四個(gè)一級(jí)菜單，其中文件菜單下有選擇班級(jí)、查看結(jié)果和退出三個(gè)二級(jí)菜單操作菜單下包含開(kāi)始和結(jié)束兩個(gè)二級(jí)菜單。

雙擊即可運(yùn)行課堂管理輔助軟件，點(diǎn)擊瀏覽按鈕選取授課班級(jí)對(duì)應(yīng)的學(xué)生信息文件，點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕即開(kāi)始計(jì)數(shù)，點(diǎn)擊結(jié)束按鈕終止計(jì)數(shù)。點(diǎn)擊查看結(jié)果按鈕即可看到統(tǒng)計(jì)結(jié)果柱狀圖和自動(dòng)生成的統(tǒng)計(jì)表格。

3.4 界面主要按鈕對(duì)應(yīng)的程序

3 4 1【瀏覽】按鈕

defscan file（）：globalexcel_path

excel_path = tkinter.filedialog.askopenfilename（）

path = tk.StringVar（）path.set（excel_path）

txt_input = tk.Entry（mainjvindow， text =

4 運(yùn)行結(jié)果及分析

選取8位志愿者對(duì)課堂管理輔助系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試期間，志愿者可以自由支配手機(jī)，測(cè)試時(shí)間為60分鐘，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。系統(tǒng)自動(dòng)生成的Excel表格，內(nèi)容如圖5所示。

由圖4和圖5可以看出，志愿者5簽到的次數(shù)最多達(dá)到50次，志愿者3簽到次數(shù)最少，僅為9次。表明志愿者5測(cè)試期間使用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)間最少，志愿者3最多。由于簽到次數(shù)作為課程平時(shí)成績(jī)的重要參考，柱狀圖可以給學(xué)生直觀的感受，激發(fā)他們爭(zhēng)取更多的簽到次數(shù)，以減弱對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的依賴心理。軟件自動(dòng)生成的表格可以方便教師存儲(chǔ)及處理數(shù)據(jù)，作為教師給定學(xué)生平時(shí)成績(jī)的重要依據(jù)。

5 結(jié)論

基于家用路由器（型號(hào)：D-Link DIR-600M）的課堂管理輔助系統(tǒng)，成本低，操作簡(jiǎn)單。系統(tǒng)以柱狀圖和表格給出學(xué)生在線簽到次數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以作為教師給定學(xué)生平時(shí)成績(jī)的重要參考。

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