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标题

教与学智能管理系统的开发与应用研究

范文

刁秀丽田雨丰宋正国杨帆

摘 ?要：为了提高教与学的效率，开发了辅助教学的智能管理系统及移动教育APP，文章详细描述了该系统的功能设计。系统基于移动网络实现了教学过程、学生成绩、作业提交及考勤情况等管理模块，实现教学过程的智能管理，极大地简化了日常教学活动，实现了教学的智能化和自动化管理。

关键词：学习资源推荐; 教育APP; 智能教学; 智能考勤

中图分类号：G434 ? ? ? ? ?文献标识码：C ? ? 文章编号：1006-8228（2020）01-109-04

Abstract： In order to improve the efficiency of teaching and learning， the intelligent management system and mobile education App for teaching assistant has been developed. In this paper， the function design of the system is described in detail. Using the mobile network， the system realizes management modules of teaching process， student achievement， homework submission and attendance checking， which realizes the intelligent management of teaching process， greatly simplifies the daily teaching activities， and realizes the intelligent and automatic management of teaching.

Key words： learning resource recommendation; educational App; intelligent teaching; intelligent attendance checking

0 前言

随着互联网和移动设备的发展，网上教育与管理已成为现代教育与教学的研究热点与发展趋势，据调查发现，教师与学生之间关于学习信息的直接交流平台还很少，一般是通过第三方社交软件或网上学习平台进行问题交流、资料传输、任务布置，这不适应于当前移动教育与智慧教育的发展。

随着移动应用市场和移动设备的发展，APP也已逐渐融入人们的日常生活中。据统计，目前市场上存在的校园APP数量已高达600多款，功能涉及到生活服务、校园资讯、交友互动、信息查询等方方面面。

然而，现有的校园APP普遍存在功能单一、水平良莠不齐、缺乏科学管理、不能满足个性化需求等问题，缺少特色突出的校园APP。为了适应当前教育教学的需要，充分发挥以校园教与学为主题的APP真正作用，设计与开发集教与学管理于一体的智能管理系统就应运而生。

目前，高等学校的教与学过程大致存在以下问题。

⑴ 教师和学生缺少必要的交流沟通，教师不能获得学生对教学过程中存在的问题和学生对上课气氛、进度等的合适评级，所以无法及时进行调整，这样会影响教学效率。

⑵ 日常作业的收发不及时，每次作业布置与提交都存在延期情况，且学生无法对作业情况得到准确、及时的反馈。

⑶ 教师为了对教学进行管理，考勤是必须环节，然而，教师每次上课考勤都会浪费许多时间，且仍无法实现学生准时上课。

⑷ 教学过程的评价方法单一，而且教师统计学生成绩复杂，且困难。日常成绩、作业成绩、考试成绩分别记录，进行加权计算总成绩时也成为了教师教学的一种负担。

为了解决以上问题，我们设计了“爱课”智能教与学管理系统。为了增加师生之间的交流与沟通，设计课后讨论专区，教师可以看到学生对于这门课程的评价与反馈，方便教師及时正确的反映学生的学习状况。设计了上传下载课件的功能，学生可以通过APP自主下载课件，进行自主学习。通过线上提交作业，教师通过线上打分并且评价，这样极大的节省时间。为了避免考勤浪费时间，系统采取利用人脸识别的方法进行签到，利用语音功能自动进行点名或者对缺勤情况利用相应人工智能算法进行随机提问以此来提高课堂效率。利用智能APP进行上课打分、作业打分和考试打分，并将成绩链接到学生相关的教学信息库，有利于对学生的学习进行综合评价。

1 系统功能

“爱课”教与学系统是利用网络平台实现对课程学习、资源推荐以及学生成绩、作业、考勤情况等信息进行智能管理，并利用人脸识别、位置定位等技术实现学生考勤的一款移动APP（如图1、图2所示）。借助网络平台，实现学生与教师互动和教学内容的管理，同时，也可以让教师能够更加智能的对学生情况进行管理，“爱课”具有以下功能。

⑴ 系统功能齐全。对于教师和学生而言，可以在同一个APP内实现个人信息管理、课程管理、成绩管理以及日常生活服务等功能，避免在不同APP之间来回切换所带来的时间耗费;教学管理系统不仅保证了程序运行流畅，更方便其对内容做及时更新，以及后期的数据安全维护工作。“爱课”系统所具备的学生考勤、任务发布、资料共享、学习签到、成绩查询、生活服务等一系列丰富多样的功能，如图3所示。

⑵ 系统平台提供及时有效的反馈信息。在系统平台上，师生互动时有助于提高学生主动性的学习环境，及时有效的反馈信息能够帮助学生调整原有知识并建构新知识，避免传统课堂教学中的“以教师为中心”，导致的学生主观能动性丧失，“爱课”系统的课程评论区为师生交流互动搭建了一个良好的平台，“我的消息”模块使教师和学生能够第一时间收到反馈。

⑶ 针对不同学习者进行学习资源推荐。根据教学应该着眼于学生的最近发展区，“爱课”系统为学生推荐符合其现阶段知识储备与认知能力的知识，同时又具有一定难度的学习资源，以此调动学习者积极性，发挥其潜能，超越其最近发展区而达到下一发展阶段的水平，进而形成一种良性循环。通过“爱课”教与学系统，教师可以针对不同类型和认知能力的学生布置不同难度的任务，学生也可以根据个人现有水平选择适合自己的课程及下载相应的学习资料。

2 系统模块设计

“爱课”教与学管理系统，是利用网络平台实现对学生信息进行智能管理，用户模块包括教师和学生用户，其功能如图4所示。系统功能包括教学系统、个人管理系统、系统维护管理和个人信息管理等模块，如图5所示。

教师登录系统后可以发布课程，进入个人课程页面可以进行本节课的课堂点名，管理和查看所教班级学生的出勤信息，参考出勤情况给出学生成绩。教师模块可以上传教学资源，以供学生下载，并根据课程进度作业布置。

教师课程模块：教师可以发布课程，模块中包含本课程的相关教与学管理功能，如上课点名、布置作业、上传课件、成绩增改、考勤情况和刷脸考勤等。

课程资源：资源是对学科的知识点的一种表现。课程学习资源以文本和电子数据的形式表现知识内容，其主要形式有视频、音频、课件、图像、案例、试卷等。这些类型的资源可以包含一个或多个知识点。

在人脸识别技术开发上，利用webRTC技术和face++提供的人脸识别接口实现。通过摄像头进行人脸追踪和检测，对视频中出现的图像进行实时截图，然后利用Canvas绘图技术以及face++提供的人脸信息将人脸边框描绘出来，将影像实时绘制到屏幕，再利用face++接口来保存和训练，然后将图像信息上传与先前数据库中的信息进行比对，最后将识别率符合的信息返回，实现人脸识别打卡。

考勤模块：上课考勤有顺序点名和随机点名两种方式，顺序点名就是按照学号的顺序依次进行点名;随机点名就是随机抽取一个数据。点名以语音播报的形式将文字转换语音输出，减轻了教师的上课负担。教师可以进行考勤评定，記录考勤情况和上课表现，有已到、未到、迟到、请假和回答奖励几个选项，数据会同步在考勤表中，实现与课堂点名情况的数据同步，便于统计学生的平时成绩。

在语音点名技术开发方面，利用Webspeech接口实现语音合成技术。Webspeech是web提供的语音接口，可以实现将指定内容用语音形式播出，通过设定声音模式，通过自动加载和点击播放两种形式实现对人名的实时语音播放，以实现上课考勤。

作业模块：当教师点击“布置作业”后，会弹出一个发布作业的对话框，根据提示进行作业布置，设置作业的开始时间与截止时间。

课件模块：教师点击“上传课件”，可以上传本地相关教学资源文档。

成绩统计模块：教师可以根据实际情况，更改选修这门课的学生成绩，进行学生成绩管理。

学生用户提交身份信息进行注册，在进行登录后可以查看并下载教师用户上传的教学资源，可以对课程评论进行回复或评论和查看作业、提交作业、添加学习计划或者提醒任务，并且设置完成时间，可以查看本课程的相关成绩。

学生课程模块：学生随意选择一门课点击进去，学生可以了解课程的有关信息和课件下载等。在详情栏展示了该门课的详细信息，比如授课教师、开课时间、学分、学时等。评论栏和问答栏为学生之间的交流提供学习平台，学生之间可以进行互动交流、问答或进行课程评价。

资源推荐：为了实现因材施教，促进学生个性化学习，系统平台在个性化推荐技术理论指导下，根据系统平台记录的学生行为大数据中的行为模式、学习者属性等特征，进行学习资源推送。同时，根据学生的学习需求和知识内容的掌握状态数据，优化学习者的学习路径，对学生学习资源自下而上的进行推荐，从而提高学生的学习效果和学习效率。

任务模块：为了规划自己的学习任务，学生可以在此模块添加任务，并设置任务完成时间;也可以进行任务列表管理，删除已完成的任务，让学习变得更有计划、更高效。

个人模块：学生可以对自己的作业、所学科目的成绩以及自己参加讨论的回复等内容进行管理。

周边模块：为了方便学生的日常生活和娱乐，此模块可以推荐周围的美食和景区，并进行路线规划，查看相关地点的信息等。系统通过高德地图提供的路线规划地图，地点搜索、自动寻路技术，实现目标寻路，通过对周围关键词搜索，将周围符合信息标点，然后通过web将目标点的图片和相关信息显示出来。

3 结束语

“爱课”智能教与学管理系统APP实现了个人信息管理、课程管理、学习资源推荐、成绩管理以及日常生活服务等功能，并在学生考勤、任务发布、资料共享、学习签到、成绩查询、生活服务等一系列功能等方面进行了设计，实现了教学的智能性和自动化管理。

目前，移动应用开发技术的提升以及人工智能和大数据分析等新兴技术的发展教育类APP提出了更高的要求，在教学资源方面提供数量巨大的课程资源，并将资源进行碎片化管理。在学习者信息管理方面，增加学生大数据处理功能，分析学习者特点，构建学习者动态模型，从而实现在移动教育APP系统平台上进行自适应学习。

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