课堂教学效果即时反馈系统的设计
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）15-0165-02
Design of Real-time Feedback System of Classroom Teaching Effect
ZHANG Xin-chao， YUN Wen-Hao， WEN Wei
（Jiangxi University of science and Technology school of Information Engineering， Ganzhou341000， China）
Abstract：The teacher can get the feedback information of the student to the teaching effect in each class， adjust the teaching content and the teaching method in time， exert the subjective initiative of the teacher and the student， and design an instant feedback system of the classroom teaching effect based on Android. The interaction between Android client and Java server can solve many problems of teachers in class， such as time-consuming roll-call， information-lag evaluation， non-statistical examination in class， etc.， so that the feedback of teaching effect is more intelligent， efficient and convenient.
Key words： teaching effect； Android； Database； Websocket
1背景
目前已有的互动教学反馈系统，是一种在班级教学环境下用于实现教师与学生之间交流与沟通的电子管理工具，一般由常规的多媒体教室、学生遥控发射器、接收器和相应的管理软件??成，教师利用计算机和投影仪在课堂上呈现所讨论的问题及选项，每一名学生则可按动手中无线遥控器上的数字按钮，来回答并发送答案，当全体学生回答完毕后，系统会实时自动收集和统计反馈数据，并以图表等形式在投影幕上呈现。
互动教学反馈系统在实际使用该系统中发现，它具有接收信号差、设备不便于保管、保留在教师机上的信息不能及时统计分析等缺点。现今的智能手机的应用结合后台相关技术，可以实现即时通信来即时的获取到反馈信息，结合现在智能手机的普及程度，可以方便地实现学生和教师之间的交互，所以可以设计一种基于Android课堂教学效果即时反馈系统。
2需求分析
2.1综合要求
课堂教学效果反馈包含两方面内容，首先教师通过充分的教学效果测查、评价与调控，做到摸着石头过河，另一方面针对学生实际开展教学，尽量减少无效或低效环节。学生学习过程的反馈，主要体现在学习每个知识点后的随堂提问、随堂测试以及课堂的评教，教师借以了解学生掌握知识的情况，从而针对每个学生和教学中存在的问题，对症下药，因材施教。如图1所示，前端系统需要具有用户登录、课程管理以及其他有关功能，以及签到、点名、随堂测验、即时反馈以及对测验结果和反馈结果显示的功能；后端系统需要用户验证、管理，课程获取、管理等功能，以及测验的下发、结果的总结，反馈消息的发送、反馈结果的总结功能。针对存在一些上课人数较多的大课，后端系统需要具备至少四个班级大约200人的并发访问，并能对请求做到即时的响应。在签到子功能中，需要实现至少精度在30米之内的定位，以确保学生在教室中完成签到。
2.2数据要求
根据模块划分，系统数据库需要教师表和学生表来方便进行用户的分别管理，表中存储教师和学生的个人信息；需要一个课程表存储所有的课程信息，并设置教师外键；需要用一个题库的表来存储所有课程的试题信息；需要一个评教表来存储学生对教师的评教信息。
3总体设计
签到子系统的设计，利用百度地图进行定位，在教师端，教师设定签到时间段，将位置信息和时间信息传入后台，后台运行签到线程在教师指定的时间内响应学生的签到信息；在学生端，学生在教师设定时间内将自己的坐标上传到后台；在后台，签到线程中，对每一个学生的位置和教师的位置进行比对，将与教师之间的距离小于30米的学生视为签到成功；提问子系统的设计，在上课时，教师向后台发送提问信息，后台在学生中随机选择一位并向其发送消息，教师对其进行提问，并对回答效果进行评分；随堂测试子系统的设计，在上课时，教师向后台发送随堂测验信息，后台向所有的学生发送消息，学生响应后向学生下发本课时的习题，学生做完后前端将学生成绩提交到后台，后台对学生答案进行评分并统计；随堂教学效果反馈子系统的设计，课时结束后，后台向学生发送反馈消息，学生对教师在本次课的教学效果分8个方面进行评价，将评价结果返回后台，后台对所有学生的反馈情况进行整理并反馈给学生。 4详细设计
4.1后台设计
为了后台的稳定运行，使用Apache 软件基金会中的Tomcat项目进行服务器搭建，使用Java语言为开发语言，结合成熟的SSH框架进行后端逻辑开发。
1）长连接的实现。前后端之间需要有消息的传递，为了实现即时的消息交互，使用WebSocket技术来维持前后端的长连接通信，每一个连接实例为一个Java对象，后台将这些连接保存在List对象中。前端每2.5秒向后端发送一个心跳包消息，该消息为一个对象的JSON字符串。消息对象中包含着建立连接的用户的id以及用户对象的hash值，使后端可以唯一的确定一个用户；此外还包含着消息的类型、消息的内容、连接的用户类型（学生或教师）等信息。针对不同的消息，后台在保存用户的List中找到指定的用户（提问子系统）或者一类用户（评测子系统和反馈子系统）对应的WebSocket对象，向前端发送指定的消息。
2）后台主体逻辑的实现。后端根据接收到的前端发送的Parameter信息（主要为用户的id、课程id信息），从数据库的相应表中查找所需要的数据，对数据进行整理后发送给前端。
签到子系统中，教师将自己的位置信息和课程id，以及签到时间限制上传到后台，后台根据签到时间限制开启签到线程，在限制时间内，会收到当前课程的学生的签到请求。学生端在签到时，将位置信息和课程id上传到后台，后台签到线程判断学生和教师之间的位置，当在教师的30米范围内即视为签到成功，并将签到成功信息写入数据库。
提问子系统中，由教师在前端向后台发送一个提问请求，后台使用随机函数，在当前课程中的所有学生中随机选择一个，在WebSocket连接中找到指定的学生并向其发送消息接收到消息的学生接受教师的提问，教师根据回答的效果进行0～4分之间的评分，将评价结果上传后台，后台将评测成绩作为平时成绩存储在数据库中。
随堂测试系统中，由教师在前端向后台?l送一个测试请求，后台在所有的WebSocket连接中寻找当前课程的学生，向其发送提问消息，在消息中携带课程id和当前的课时数，学生接收到消息后，将课程id和课时数返回给后台，后台根据请求下发指定的题目展示在前端。学生答完题后，前端将答题结果上传后台，后台将答题成绩添加到成绩表中保存。
随堂教学效果反馈子系统中，采用和随堂测试子系统相同的方式向前端发送消息，前端获取到消息后打开评测界面，根据教师教学效果的八个方面分别进行评分。前端将评分返回后台，后台将每个学生的各项评分分别进行相加，并记录参与评分的人数，将数据整合保存在数据库中，为教师查看自己的评分情况做准备。
4.2前端逻辑的实现
如图2所示，前端使用Java语言开发，使用Android系统作为应用运行载体。根据子系统的划分设计功能模块。为了提高运行速度，系统大量使用“精简版”的Activity：Fragment做界面设计。访问后台使用开源的异步网络框架OkHttp，数据传送使用POST方式。登录系统后系统会运行一个Service，在后台运行WebSocket连接，维持长连接，每2.5秒向后台发送一个心跳包，并接收后台发送回来的消息。对后台发送的消息，Service内部过滤掉心跳包，将其他的消息传递给Binder对象中的onMessage方法，由开启Service的对象做具体的消息响应。
签到子系统中，在教师端，可以设置签到和查看签到情况。设置签到时，系统通过百度地图提供的定位API，获取到教师的经纬度信息；使用系统的时间对话框进行签到时间限制的设置，将所有的数据使用框架将数据发送到后台。获取签到信息时，使用RecyclerView展示后台返回的数据信息。在学生端，同样使用百度定位API获取位置信息，并使用框架将数据发送到后台，根据后台返回的结果，判断是否签到成功。
提问子系统中，在教师端，教师向后台发送提问信息，并接收后台返回的被选择的学生id，弹出一个只有填写了成绩并提交才能取消的对话框，以确保教师可以正常评分；在学生端，接收到后台的消息后，在onMessage方法中响应，弹出一个提示的通知来提醒学生被提问。
随堂测验子系统中，教师端和提问子系统逻辑相同；在学生端，获取到消息后，同样弹出通知，学生点击通知后跳转到测验测验界面，如图3所示，将后台返回的测验题目展示出来，并在做完后将测试结果返回后台。
随堂教学效果反馈子系统中，教师端和学生的运行逻辑和随堂测验子系统大致相同，在点击通知后跳转到评测界面，并将评测返回后台。
4结束语
将课堂教学效果即时反馈系统引入我们现有的教学中，结合恰当的教学策略，对我们的教学有巨大的推动作用：对于教师来说能协助教学诊断、改善师生互动、增进教学流畅、加强课堂训练、优化学习过程、提高综合能力；而对于学生来说能激活课堂学习的气氛、学生觉得课堂生动、有趣，精神集中、善于思考，从“被动学习”逐渐转变为“主动学习”，既促进了学习的深化也提高了学习效果。
