基于单片机的智能课堂管理助手
李延炎 孟艳君
【摘要】智能课堂管理助手是针对当前大学课堂管理的两个弊端而提出的解决方案。首先它实现了对课堂小区域手机信号的屏蔽，杜绝手机对学生上课的干扰；其次学生可以通过它进行刷卡来完成老师点名功能，同时它还能随机的选出课堂上要回答问题的同学，调动学生课堂的积极性；再次它具有和课堂范围内学生手机进行蓝牙配对的功能，能够有效调节课堂氛围。
【关键词】信号屏蔽；射频处理；无线蓝牙
在当前的大学课堂教学中，存在着两个弊端。一个是教师对课堂和学生的管理还处于一个非智能化的阶段，比较常见的一种方式是课堂上教师对照学生名单进行口头点名，这种点名过程常常持续几分钟，特别影响课堂效率。另一个是课堂上学生玩手机的现象严重，非常影响学生上课的专注度。为了提高学生的学习效率，学校采取了很多措施，但都收效甚微。为改变这种现状，笔者提出了一个教师课堂智能助手系统，智能课堂助手是一款连接老师和学生的便携式移动设备，它连接老师、学生、课堂三位一体，使课堂学生听课效率最大化，使老师授课效率最大化，使课堂学习气氛最优化。智能课堂管理助手利用数字信号的无线传输、手机蓝牙、单片机C语言编程控制，实现课堂的小区域信号屏蔽，杜绝课堂手机对学生的干扰，也可以自主随机的选出课堂上要回答问题的同学，从而提醒老师及时调整授课方式，共同提高上课效率。该设备智能化的控制，解决了传统课堂老师繁重的考勤工作，同时也给课堂增添了更多的轻松氛围。智能课堂管理助手主要由以下几部分构成。
一、手机信号屏蔽模块
随着通信行业的高速发展，手机已经成为人们必不可少的交流工具，同时手机也成为影响学生课堂专注力的不利工具。通过对无线信号的屏蔽，能有效的屏蔽学生课间的手机上网数据流量的信号，从而可以帮助学生克服手机游戏等的诱惑，辅助学生摆脱手机的影响，专心投入在课堂上。
信号屏蔽模块主要是为了产生相应频率的数字信号（干扰信号），占用手机通信的相关频带，使手机无法进行数据通信。该部分主要利用LC震荡电路来产生相应频率的噪声波，干扰手机通信。原理如图1所示，锯齿波发生器产生一个锯齿波，由锯齿波控制压控振荡器，使之生成工作频段的扫频信号，每一个扫频周期，等于在工作频段中的每一个频点加一个宽脉冲和一个窄脉冲，破坏了覆盖区内手机与基站的数据交换，手机得不到基站数据，只能显示无信号，也就无法进行通信。
二、数据采集模块
数据采集模块如图2所示，这部分主要完成两个功能，上课刷卡和随机点名。1.刷卡模块。学生上课时需要进行刷卡，显示屏会显示出未到人数及名单，由此可以完成日常的考勤工作，避免传统教学管理过程中繁琐的点名等环节。这部分主要有射频模块、学生卡和天线组成。其中射频模块是刷卡部分的关键，通过射频与学生卡进行数据通信，由天线产生磁通量，为卡片提供电源，在读写设备和卡片之间传送信息。
2.随机点名。为了调节课堂气氛，加强学生的课堂听课效果，可以自主随机的选出课堂上要回答问题的学生，随机点名不但可以提高学生的课堂集中力，还增加了课堂的乐趣。这部分由单片机作为核心芯片，主要模块包括显示屏、按键和语音提示。当按下按键时，在单片机内部产生一个两位的随机数，随机数代表不同学生的学号。不同时刻按下按键，产生的随机数不同，各数值为等概出现，并且数值会在液晶上进行显示，同时语音提示系统播报该数值。
三、无线蓝牙模块
在课间休息时，打开无线蓝牙模块，可以在教室范围内自主的进行蓝牙配对，并且自动连接，等待手机等移动终端进行音乐的播放。被选择到的终端主人需要在下次课上向教师提出一个专业问题。这个功能不仅可以消除学生课堂上的疲劳感，还能有效的调动学生思考问题的能力。
四、语音功放模块
语音功放模块的作用是将教师上课声音进行采集，并经过硬件电路运放进行声音信号放大，经过外置微型小功率喇叭输出音频，实现对老师授课时的话音进行放大，使教师的授课更加便捷。它包含前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。前置放大器的作用是使话筒的输出阻抗和前置放大器的输入阻抗相匹配，使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。音调控制电路可以补偿信号中所欠缺的频率分量，改善音质，提高放音效果。
五、总结
随着科技的快速发展，随着人们对孩子教育重视的程度越来越高，传统的课堂管理模式已经无法满足目前的需求，智能课堂管理助手初步的解决了传统课堂的一些弊端。该系统通过LC震荡电路产生相应频率的噪声波，占用手机通信的的相关频带，达到干扰手机通信的目的，从而避免学生上课沉迷于手机。通过刷卡模块可以完成对学生的考勤，节省了课堂点名的时间，提高课堂效率。随机点名功能可以有效的调动学生积极性，活跃课堂气氛。该系统还存在一些不足，在功能完备上还有待提高。在今后的研究中，将进一步深化通信技术和单片机技术的有机结合，使其在教学工作中发挥作用。
参考文献
[1] 张传玺，杨昭颖，彭忠洋，朱琳.基于Android平台的教师课堂智能智能助手系统[J].中国教育信息化，2014（17）：56-59页
[2] 赵军辉.射频识别技术与应用.机械工业出版社.2008
