智能教學(xué)助手應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

施冬梅 孫翠改 盛雪豐

摘? 要：移動(dòng)學(xué)習(xí)是在新技術(shù)孕育下產(chǎn)生的一種新型的學(xué)習(xí)方式。充分考慮了學(xué)習(xí)者的需求，研究開(kāi)發(fā)了一款基于安卓的智能教學(xué)助手應(yīng)用軟件。該系統(tǒng)分為教師端和學(xué)生端，包括注冊(cè)登錄功能，創(chuàng)建課程、添加課程、課堂點(diǎn)名、作業(yè)管理、資源共享、討論答疑、過(guò)關(guān)測(cè)試、考核評(píng)價(jià)多種功能，解決了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵性的技術(shù)問(wèn)題，方便學(xué)生利用智能移動(dòng)終端進(jìn)行泛在學(xué)習(xí)。創(chuàng)新的掃碼式添加課程，便捷了學(xué)生端課程的添加。人臉識(shí)別式的注冊(cè)簽到，避免了識(shí)別碼等簽到模式代簽的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)考勤。游戲式的過(guò)關(guān)考核，改革了傳統(tǒng)單一的答題檢測(cè)，讓學(xué)生在游戲中輕松愉快學(xué)習(xí)。模擬圓桌會(huì)議的討論答疑，革新了師生單一對(duì)話模式的答疑，迎合了高職學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái);泛在學(xué)習(xí);智能教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Mobile learning is a new online learning method. This paper proposes an Android-based intelligent teaching assistant application after analyzing needs of learners. The application is divided into teacher end and student end， and its functions include registration and login， courses creation， courses addition， class roll call， assignment management， resource sharing， discussion and question answering， testing， assessment marking. The key technical issues of system development are solved and students can use intelligent mobile terminals for ubiquitous learning. Students can easily add courses by scanning QR codes and register them by face-identification to realize accurate attendance. Traditional tests of question answering are transformed into game-style passing tests， which allow students to learn as playing in games. The simulated roundtable discussions and question answering can meet the learning needs of higher vocational students， so the single one-to-one question-answering interactive mode between of teachers and students has been changed.

Keywords： mobile learning platform; ubiquitous learning; intelligent teaching

1? ?引言（Introduction）

目前很多高職院校主要采用藍(lán)墨云班課、學(xué)習(xí)通等作為輔助教學(xué)工具，功能比較豐富，但是有些功能比如簽到功能，采用驗(yàn)證碼及手勢(shì)簽到，不可避免地出現(xiàn)很多代簽現(xiàn)象;比如討論答疑功能，局限于傳統(tǒng)的文字消息表現(xiàn)形式，形式單調(diào);又比如考核功能局限于選擇題、填空題、問(wèn)答題等傳統(tǒng)試題的考核形式，僅僅把考試從紙上搬遷到手機(jī)上而已，考試形式?jīng)]有改變，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[1]。智能教學(xué)助手APP的開(kāi)發(fā)與研究，通過(guò)前期調(diào)研需求分析，設(shè)計(jì)時(shí)改進(jìn)了市場(chǎng)上主流學(xué)習(xí)平臺(tái)的不足之處，充分考慮學(xué)生的興趣點(diǎn)來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

2? 智能教學(xué)助手應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)思路（The design idea of intelligent teaching assistant APP）

智能化的教學(xué)助手，旨在為學(xué)生提供隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生和教師創(chuàng)建交流環(huán)境，有助于教師更好的評(píng)價(jià)學(xué)生的過(guò)程化學(xué)習(xí)，具體的設(shè)計(jì)思路如下。

2.1? ?體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念

“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念意味著教師必須以學(xué)生的興趣和需求為中心組織開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，根據(jù)學(xué)生的興趣愛(ài)好，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，利用現(xiàn)代化教學(xué)手段來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，改革傳統(tǒng)的教學(xué)策略，設(shè)計(jì)出既能調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與積極性，又能夠提高教學(xué)效率的教學(xué)活動(dòng)，有效提高教學(xué)效果。

2.2? ?重視師生交互功能

針對(duì)學(xué)生在課前學(xué)習(xí)任務(wù)及課后學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，在智能教學(xué)助手APP中采用實(shí)時(shí)及非實(shí)時(shí)的討論答疑方式，方便教師與學(xué)生的及時(shí)溝通。摒棄了傳統(tǒng)的文字溝通方式，采用模擬圓桌會(huì)議的場(chǎng)景，發(fā)揮教師傳道授業(yè)解惑的作用，讓學(xué)生身臨其境般的解決學(xué)習(xí)中各種疑惑，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性[2]。

2.3? ?整合各種教學(xué)資源

在設(shè)計(jì)智能教學(xué)助手應(yīng)用軟件的過(guò)程中，要重視各類教學(xué)資源的整合，盡可能為每位學(xué)生創(chuàng)建個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境與服務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，基于建構(gòu)主義與泛在學(xué)習(xí)理論，通過(guò)調(diào)查學(xué)生移動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣與心理，為學(xué)生構(gòu)建便捷化的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)。將課程的教學(xué)PPT、微課、教學(xué)案例、企業(yè)真實(shí)案例、動(dòng)畫(huà)等學(xué)習(xí)資源進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)資源存儲(chǔ)和訪問(wèn)，滿足不同層次不同興趣愛(ài)好的學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

3? 智能教學(xué)助手應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（Design and implementation of intelligent teaching assistant APP）

智能教學(xué)助手應(yīng)用軟件分為教師端和學(xué)生端，包括注冊(cè)登錄功能、創(chuàng)建課程、添加課程等六個(gè)功能模塊，分別為課堂點(diǎn)名、作業(yè)管理、資源共享、討論答疑、過(guò)關(guān)測(cè)試、考核評(píng)價(jià)，智能教學(xué)助手應(yīng)用軟件主界面如圖1所示。移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)基于Android的C/S體系架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)，采用三層架構(gòu)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，總體架構(gòu)設(shè)計(jì)框架如圖2所示[3]。

3.1? ?用戶注冊(cè)和登錄模塊

用戶注冊(cè)模塊負(fù)責(zé)對(duì)用戶注冊(cè)操作進(jìn)行管理，新用戶首先進(jìn)行人臉識(shí)別的用戶注冊(cè)，注冊(cè)成功后數(shù)據(jù)保存在Bmob后端云中，注冊(cè)成功后才能登錄智能教學(xué)助手APP。我們開(kāi)發(fā)了一種新的注冊(cè)方法，用戶注冊(cè)時(shí)進(jìn)行人臉的錄入，作為簽到模塊人臉對(duì)比的測(cè)試集，拍完人臉之后顯示注冊(cè)成功，即可把信息寫(xiě)入后端數(shù)據(jù)庫(kù)，流程如圖3所示。在人臉識(shí)別功能上我們前期采用的是Android 4.0后的谷歌原生的FaceDetector，在某些情況下Android原生的人臉檢測(cè)沒(méi)有達(dá)到我們理想的識(shí)別效果，比如，當(dāng)人閉上眼睛后檢測(cè)不出人臉的位置，后來(lái)我們查閱了大量的資料，采用了虹軟人臉識(shí)別，其精度上達(dá)到了理想的人臉識(shí)別效果[4]。

3.2? ?創(chuàng)建課程、添加課程

教師端可以創(chuàng)建課程，自動(dòng)生成課程的ID號(hào)，教師創(chuàng)建課程，就等同于教師在平臺(tái)上開(kāi)設(shè)了一門課程，該課程以后的教學(xué)活動(dòng)及評(píng)價(jià)都可以借助于該教學(xué)平臺(tái)輔助實(shí)施。教師端創(chuàng)建課程后，生成用Bmob的objectID作為課程ID號(hào)，避免了課程之間的沖突[5]。教師創(chuàng)建好課程后，便可在我的課程的主界面上顯示出已創(chuàng)建好的課程，并且每個(gè)課程會(huì)附帶一個(gè)二維碼，學(xué)生端通過(guò)掃描二維碼添加課程，核心代碼設(shè)計(jì)如下：

3.3? ?課堂點(diǎn)名模塊

用戶注冊(cè)時(shí)進(jìn)行人臉的錄入，作為簽到模塊人臉對(duì)比的測(cè)試集，學(xué)生點(diǎn)擊簽到按鈕，進(jìn)入人臉識(shí)別，與注冊(cè)錄入的人臉測(cè)試集進(jìn)行對(duì)比匹配，匹配成功即為簽到成功[6]。學(xué)生簽到成功后，從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取每次簽到的信息顯示出來(lái)，簽到狀態(tài)更改為已簽到。教師單擊“結(jié)束簽到”，學(xué)生便不能再簽到，教師和學(xué)生都可以清楚的查看每次的簽到結(jié)果，流程如圖4所示。

3.4? ?作業(yè)管理模塊

在作業(yè)管理模塊中，教師可以發(fā)布每節(jié)課的作業(yè)，學(xué)生在智能教學(xué)助手應(yīng)用軟件上點(diǎn)擊“提交”，便可將作業(yè)上傳到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，支持文本、圖片、視頻等多種類型數(shù)據(jù)的提交。教師通過(guò)客戶端學(xué)生作業(yè)列表完成作業(yè)的查看和批閱。學(xué)生端可以在作業(yè)列表中，單擊每次作業(yè)右側(cè)的“查看得分”按鈕，從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取每位同學(xué)的得分情況，并以列表的形式展示出來(lái)，如圖5所示。

圖5 作業(yè)管理模塊

Fig.5 Job management module

3.5? ?資源管理模塊

教師把課程的文本、ppt、動(dòng)畫(huà)及視頻等類型的教學(xué)資源分類存放在移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)上，學(xué)生在課前通過(guò)智能終端或者PC端提前掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)。課堂學(xué)習(xí)中沒(méi)有掌握的難點(diǎn)及重點(diǎn)內(nèi)容，針對(duì)學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)能力的差異，學(xué)習(xí)平臺(tái)提供反復(fù)觀看學(xué)習(xí)的功能，體現(xiàn)了差異化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。課程的各類學(xué)習(xí)資源通過(guò)服務(wù)器中的統(tǒng)一XML文件模板生成，發(fā)送到客戶端，由SAX來(lái)進(jìn)行解析，解析后XML文件中標(biāo)題、內(nèi)容等通過(guò)RecyclerView控件以列表布局的方式顯示[7]，如圖6所示。Android客戶端通過(guò)URL下載視頻資源并緩存到系統(tǒng)中，并采用Android自帶的MediaPlayer類實(shí)現(xiàn)播放功能。

圖6 資源管理模塊

Fig.6 Resource management module

3.6? ?討論答疑模塊

學(xué)生在課前資源的學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的各種疑問(wèn)，或者在課中學(xué)習(xí)中遇到的難點(diǎn)，智能教學(xué)助手應(yīng)用軟件提供了師生之間以及學(xué)生之間的實(shí)時(shí)交互與討論功能，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，打破了傳統(tǒng)單調(diào)的文字列表的呈現(xiàn)方式，采用模擬圓桌會(huì)議的方式，如圖7所示，教師和學(xué)生進(jìn)入討論間，進(jìn)行實(shí)時(shí)的溝通與交流，及時(shí)解決了在課前學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)過(guò)程中的實(shí)時(shí)交流討論，及時(shí)實(shí)現(xiàn)答疑解惑的功能。

圖7 討論答疑模塊

Fig.7 Discussion and answer module

3.7? ?過(guò)關(guān)檢測(cè)模塊

過(guò)關(guān)檢測(cè)包括過(guò)關(guān)測(cè)試和答題測(cè)試兩個(gè)功能。根據(jù)前期調(diào)研迎合學(xué)生的喜好，開(kāi)發(fā)了“打地鼠”和“開(kāi)心消消樂(lè)”兩類學(xué)生喜歡的小游戲，如圖8和圖9所示，通過(guò)游戲式的過(guò)關(guān)測(cè)試能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果，游戲幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理。答題測(cè)試用來(lái)進(jìn)行學(xué)生綜合應(yīng)用能力的考核，不但可以幫助學(xué)習(xí)者掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，還能夠檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)成果，通過(guò)倒計(jì)時(shí)功能，讓學(xué)習(xí)者進(jìn)入考試狀態(tài)，身臨其境。

圖8“打地鼠”過(guò)關(guān)檢測(cè)

Fig.8 "Ground mouse" clearance test

圖9“開(kāi)心消消樂(lè)”過(guò)關(guān)檢測(cè)

Fig.9 "Happy Xiaoxiaole" passing test

3.8? ?考核評(píng)價(jià)模塊

教師根據(jù)學(xué)生所有基于移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的學(xué)習(xí)記錄，進(jìn)行平時(shí)成績(jī)的考核評(píng)價(jià)，考核評(píng)價(jià)結(jié)果如圖10所示，可以分別查看全部學(xué)生的成績(jī)及不及格學(xué)生的成績(jī)。

所有基于移動(dòng)終端的學(xué)習(xí)記錄都會(huì)獲得相應(yīng)加分，并計(jì)入課程平時(shí)成績(jī)，使用者可以點(diǎn)擊成績(jī)列表查看學(xué)生基于移動(dòng)終端的學(xué)習(xí)記錄的詳情[8]，如圖11所示。

4? ?智能教學(xué)助手APP的創(chuàng)新點(diǎn)（Innovation of intelligent teaching assistant APP）

（1）掃碼式的添加課程，改革了傳統(tǒng)的邀請(qǐng)碼及課程ID號(hào)的課程添加模式，極大地便捷了學(xué)生端課程的添加。

（2）人臉識(shí)別式的注冊(cè)簽到，通過(guò)面部識(shí)別，與注冊(cè)時(shí)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)的人臉信息比對(duì)，來(lái)確定學(xué)生的身份，避免了傳統(tǒng)簽到代簽的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)考勤。

（3）游戲式的過(guò)關(guān)考核，過(guò)關(guān)測(cè)試功能不僅僅局限于答題的測(cè)試模式，新增了游戲過(guò)關(guān)測(cè)試方式，包括開(kāi)心消消樂(lè)和打地鼠游戲，讓學(xué)生在游戲中輕松愉快學(xué)習(xí)。

（4）身臨其境式的討論答疑，本項(xiàng)目采用模擬圓桌會(huì)議的方式，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生與教師實(shí)時(shí)的溝通與交流，及時(shí)反饋出學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，迎合了高職學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

（5）過(guò)程化的考核評(píng)價(jià)，教師根據(jù)學(xué)生所有基于移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的學(xué)習(xí)記錄，進(jìn)行平時(shí)成績(jī)的考核評(píng)價(jià)。

5? ?結(jié)論（Conclusion）

隨著時(shí)代的進(jìn)步和現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷提高，智能教

學(xué)助手應(yīng)用軟件平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，為學(xué)生提供了寓教于樂(lè)的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，很好地踐行了快樂(lè)學(xué)習(xí)與隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的理念，作為傳統(tǒng)教學(xué)模式強(qiáng)有力的補(bǔ)充，滿足了不同層次的學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，通過(guò)教師科學(xué)的引導(dǎo)有助于學(xué)生更好的自我規(guī)劃，使其在走上工作崗位之后仍能保持學(xué)習(xí)意愿，普及終身學(xué)習(xí)的理念。

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