基于手机APP的无线教学反馈系统研究

任志宏+张乐芳

摘 要： 无线教学反馈系统WCRS是通过无线手持终端， 实现课堂中学生与教师的互动交流，以图表形式实时显示学生反馈信息的教学应用系统。基于手机APP的WCRS摆脱了手持终端硬件的约束，有效降低了系统部署成本，具有更大的灵活性、方便性和经济性。手机终端通过Wi?Fi与上位机相联，为教学互动信息采集、交流、实时展示提供了有效的平台。论述了国内外WCRS产品的发展现状及发展趋势。对基于手机APP的WCRS软硬件系统架构设计及其实现方法进行了较为全面的介绍与评价。

关键词： 无线教学反馈系统； 手机APP； 无线互联； 互动教学

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）13?0164?03

Research on wireless classroom teaching response system based on mobile phone APP

REN Zhi?hong， ZHANG Le?fang

（College of Information Engineering， Xian Eurasia University， Xian 710065， China）

Abstract： Wireless classroom teaching response system （WCRS） is a teaching application system， which is realized by wireless handheld terminals to make the interaction between middle?school students and their teachers in classrooms， and display the feedback information of students in diagrammatic form in real time. Based on mobile phone APP， the WCRS， with greater flexibility， convenience and economy can get rid of the constraint of handheld terminal hardware， reduce deployment cost effectively， Mobile phone terminals connect themselves with the host computer via Wi?Fi and provide an effective platform for information gathering and communicationin teaching interaction. The development status and trends of WCRS products at home and abroad are discussed in this paper. The design and implementation of hardware and software system architecture in WCRS based on mobile phone APP are introduced and assessed.

Keywords： wireless classroom teaching response system； mobile APP； wireless interconnection； interaction teaching

0 概 述

无线教学反馈系统（Wireless Classroom Teaching Response System，WCRS）是透过电子载具（遥控终端），实现课堂中学生与教师的互动交流，以图表方式实时显示反馈信息的教学应用系统[1]。WCRS通过学生手持终端采集学生课堂反馈信息，通过PPT实时反馈汇总信息，以图表形式向学生展示。WCRS能够有效提高师生课堂互动效果，激发学生课堂参与欲望，为教师教学活动调整和教学方案设计提供依据， 从而提高课堂教学效率和教学质量。国外教育机构从20世纪90年代就开始了WCRS的研究和应用，有20多年的应用历史。文献显示，在美国此种系统的普及率达到30%以上，在英国达到35%以上，在加拿大达到50%以上，其中包括高等院校和中小学校，WCRS的教学效果已经得到教育界的普遍认同。WCRS近年来开始在我国高校及中小学中应用，国内已有相应的产品上市。

1 国内外WCRS产品的发展现状及发展趋势

WCRS包括硬件系统和软件系统。硬件系统主要采用红外、蓝牙、Wi?Fi、WUB、无线射频等技术完成无线通信功能。红外技术是早期采用的技术，可靠性低、信号传输受距离及空间结构影响较大，可并发的终端数量限制较多。蓝牙、Wi?Fi、WUB等技术过于复杂，应用到WCRS产品中技术冗余过大，导致产品成本居高不下。无线射频技术是目前教学反馈系统中广泛采用的成熟技术，被大多数厂家所采用，并经受了实践的检验。

然而，这些WCRS产品均受制于专用硬件系统，部署成本高，缺乏必要的灵活性，影响了产品的普及与推广。无线互联和智能手机技术的快速发展和普及为WCRS产品的发展提供了新的思路和手段，基于手机APP的WCRS产品摆脱了专用硬件系统的制约，通过手机终端、Wi?Fi路由器和上位机搭建了数据采集、数据传输和数据展示平台，部署成本低、互动效果好、可靠性高，将成为WCRS的换代产品。同时，手机APP具有极大的灵活性和可扩展性，便于个性化定制和教学反馈信息的双向交流。因此，基于智能手机APP的WCRS是未来发展的必然趋势。

2 系统结构设计

WCRS系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计两部分，分别论述如下：

2.1 硬件系统设计

WCRS硬件系统由PC机、无线路由器和手机终端组成，PC机和手机终端通过无线路由器构成无线局域网，形成整个系统通信的硬件平台，具体结构如图1所示。

图1 WCRS硬件系统结构

PC机为参与授课的教师机，配置Windows IIS服务器，与手机终端构成局域网，手机终端负责数据采集和传送，服务器接收数据并把数据存入数据库。上位机软件从数据库中获取数据，汇总后通过PPT实时显示，上位机软件还可以向手机终端推送信息，实现PC与手机的双向互动。

2.2 软件功能设计

WCRS软件系统包括手机端APP和上位机软件，手机端APP可分为教师端APP和学生端APP。教师端APP完成系统控制功能，包括登录、PPT播放、翻页、答题控制、图表显示等功能；学生端APP主要完成学生反馈信息采集功能，包括登录、电子点名、题目显示、答案提交、抢答等功能，同时能够接收上位机推送的个人答题汇总信息，以表格、图表等形式显示。

上位机软件负责数据接收、存储以及把汇总后的信息以图表形式向学生实时展示。由于教师当前以Microsoft公司的PowerPoint作为主要的课件设计和教学演示平台，因此，上位机软件基于PPT插件开发更有利于用户使用和技术推广。上位机软件以PPT工具栏形式出现，具有插入题目、从题库导入题目、数据统计、自动图表生成、结果展示等功能，能够实时地把学生反馈信息以直方图、饼图、表格等形式显示在PPT演示文稿中，增强教学的交互性。此外，系统集讲课、提问、测验、评分、教学分析、教学评估以及考勤等教务管理功能于一体，通过教学信息深度挖掘，实现过程性和总结性教学评价功能，便于教师有针对性地开展教学活动。

2.3 软件架构设计

根据该项目的实际需求以及系统弹性需求，设计了一套高内聚、低耦合的分层架构（MVC），分为用户界面层（View）、业务控制器层（Controller）、模型数据层（Model）。其中，业务控制器层还分为控制逻辑和开放接口（API）两个子层，模型数据层分为Model和DB两个子层。View层分为PC UI，Android Client和IOS Client三部分，每部分又分为四层，分别为用户界面层、业务逻辑接口层、协议层和HTTP通信层，如图2所示。

图2 系统架构图

3 系统实现

WCRS系统实现的核心是软件系统的实现，软件系统的实现包括手机端软件的实现和上位机软件的实现，分别论述如下：

3.1 手机端软件的实现

Android和IOS是当前手机操作系统的主流，实现了这两个平台上的APP即可满足90%以上用户需求。Android APP基于Java技术开发，IOS APP基于Objective C技术开发。

主要实现原理为：通过HTTP协议定义PC与手机端的业务通信接口，手机端通过HTTP主动请求与服务器交互；服务器端通过WebSocket技术实时将消息推送给手机客户端。

手机客户端的教师端，通过向服务器发送控制请求，完成对服务器端的控制（体现在对PPT的控制），若此控制请求属于控制学生客户端的请求，则服务器通过WebSocket协议主动推送命令到学生手机客户端，学生手机客户端收到命令后完成相应的动作，例如显示题目与答案。

作为手机客户端的学生端，学生通过屏幕操作触发相应动作，将学生端的消息发送到服务器，服务器收到学生端请求后，执行相应动作，例如统计学生答案。实现界面如图3所示。

图3 手机端界面

3.2 上位机软件的实现

上位机采用.net技术实现服务器功能，完成HTTP请求处理，通过WebSocket向手机客户端推送数据，通过PPT插件完成对PPT的控制，将学生端反馈的结果进行统计与显示，运行界面如图4所示。

4 结 语

基于手机APP的无线教学反馈系统是支持互动教学的一项重要的现代教育技术，与传统的无线教学反馈系统相比，具有性价比高、可靠性高、时延短、容量大等优势，在双向信息交流方面具有无可比拟的优越性，将成为无线教学反馈系统发展的新方向。

图4 上位机统计图表

参考文献

[1] 强珏娴，梁云.现代教学互动反馈系统的设计与实现[J].上海电机学院学报，2009，12（4）：314?317.

[2] 李广文.基于Socket.IO的互动教学即时反馈系统的设计与实现[J].中国现代教育装备，2012（18）：10?12.

[3] 孙莉娜.APP开发应用的创新与实用性分析[J].电子制作，2013（20）：95?97.

[4] 宋小倩，周东升.基于Android平台的应用开发研究[J].软件导刊，2011，10（2）：104?106.

[5] 庄君明，贺志强.基于IRS的课堂测评系统的设计与应用研究[J].现代教育技术，2011（1）：116?121.

[6] 马建红，姬莉霞，卫权岗.基于Android平台的移动个人助手设计与实现[J].现代电子技术，2012，35（2）：24?26.

2 系统结构设计

WCRS系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计两部分，分别论述如下：

2.1 硬件系统设计

WCRS硬件系统由PC机、无线路由器和手机终端组成，PC机和手机终端通过无线路由器构成无线局域网，形成整个系统通信的硬件平台，具体结构如图1所示。

图1 WCRS硬件系统结构

PC机为参与授课的教师机，配置Windows IIS服务器，与手机终端构成局域网，手机终端负责数据采集和传送，服务器接收数据并把数据存入数据库。上位机软件从数据库中获取数据，汇总后通过PPT实时显示，上位机软件还可以向手机终端推送信息，实现PC与手机的双向互动。

2.2 软件功能设计

WCRS软件系统包括手机端APP和上位机软件，手机端APP可分为教师端APP和学生端APP。教师端APP完成系统控制功能，包括登录、PPT播放、翻页、答题控制、图表显示等功能；学生端APP主要完成学生反馈信息采集功能，包括登录、电子点名、题目显示、答案提交、抢答等功能，同时能够接收上位机推送的个人答题汇总信息，以表格、图表等形式显示。

上位机软件负责数据接收、存储以及把汇总后的信息以图表形式向学生实时展示。由于教师当前以Microsoft公司的PowerPoint作为主要的课件设计和教学演示平台，因此，上位机软件基于PPT插件开发更有利于用户使用和技术推广。上位机软件以PPT工具栏形式出现，具有插入题目、从题库导入题目、数据统计、自动图表生成、结果展示等功能，能够实时地把学生反馈信息以直方图、饼图、表格等形式显示在PPT演示文稿中，增强教学的交互性。此外，系统集讲课、提问、测验、评分、教学分析、教学评估以及考勤等教务管理功能于一体，通过教学信息深度挖掘，实现过程性和总结性教学评价功能，便于教师有针对性地开展教学活动。

2.3 软件架构设计

根据该项目的实际需求以及系统弹性需求，设计了一套高内聚、低耦合的分层架构（MVC），分为用户界面层（View）、业务控制器层（Controller）、模型数据层（Model）。其中，业务控制器层还分为控制逻辑和开放接口（API）两个子层，模型数据层分为Model和DB两个子层。View层分为PC UI，Android Client和IOS Client三部分，每部分又分为四层，分别为用户界面层、业务逻辑接口层、协议层和HTTP通信层，如图2所示。

图2 系统架构图

3 系统实现

WCRS系统实现的核心是软件系统的实现，软件系统的实现包括手机端软件的实现和上位机软件的实现，分别论述如下：

3.1 手机端软件的实现

Android和IOS是当前手机操作系统的主流，实现了这两个平台上的APP即可满足90%以上用户需求。Android APP基于Java技术开发，IOS APP基于Objective C技术开发。

主要实现原理为：通过HTTP协议定义PC与手机端的业务通信接口，手机端通过HTTP主动请求与服务器交互；服务器端通过WebSocket技术实时将消息推送给手机客户端。

手机客户端的教师端，通过向服务器发送控制请求，完成对服务器端的控制（体现在对PPT的控制），若此控制请求属于控制学生客户端的请求，则服务器通过WebSocket协议主动推送命令到学生手机客户端，学生手机客户端收到命令后完成相应的动作，例如显示题目与答案。

作为手机客户端的学生端，学生通过屏幕操作触发相应动作，将学生端的消息发送到服务器，服务器收到学生端请求后，执行相应动作，例如统计学生答案。实现界面如图3所示。

图3 手机端界面

3.2 上位机软件的实现

上位机采用.net技术实现服务器功能，完成HTTP请求处理，通过WebSocket向手机客户端推送数据，通过PPT插件完成对PPT的控制，将学生端反馈的结果进行统计与显示，运行界面如图4所示。

4 结 语

基于手机APP的无线教学反馈系统是支持互动教学的一项重要的现代教育技术，与传统的无线教学反馈系统相比，具有性价比高、可靠性高、时延短、容量大等优势，在双向信息交流方面具有无可比拟的优越性，将成为无线教学反馈系统发展的新方向。

图4 上位机统计图表

参考文献

[1] 强珏娴，梁云.现代教学互动反馈系统的设计与实现[J].上海电机学院学报，2009，12（4）：314?317.

[2] 李广文.基于Socket.IO的互动教学即时反馈系统的设计与实现[J].中国现代教育装备，2012（18）：10?12.

[3] 孙莉娜.APP开发应用的创新与实用性分析[J].电子制作，2013（20）：95?97.

[4] 宋小倩，周东升.基于Android平台的应用开发研究[J].软件导刊，2011，10（2）：104?106.

[5] 庄君明，贺志强.基于IRS的课堂测评系统的设计与应用研究[J].现代教育技术，2011（1）：116?121.

[6] 马建红，姬莉霞，卫权岗.基于Android平台的移动个人助手设计与实现[J].现代电子技术，2012，35（2）：24?26.

2 系统结构设计

WCRS系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计两部分，分别论述如下：

2.1 硬件系统设计

WCRS硬件系统由PC机、无线路由器和手机终端组成，PC机和手机终端通过无线路由器构成无线局域网，形成整个系统通信的硬件平台，具体结构如图1所示。

图1 WCRS硬件系统结构

PC机为参与授课的教师机，配置Windows IIS服务器，与手机终端构成局域网，手机终端负责数据采集和传送，服务器接收数据并把数据存入数据库。上位机软件从数据库中获取数据，汇总后通过PPT实时显示，上位机软件还可以向手机终端推送信息，实现PC与手机的双向互动。

2.2 软件功能设计

WCRS软件系统包括手机端APP和上位机软件，手机端APP可分为教师端APP和学生端APP。教师端APP完成系统控制功能，包括登录、PPT播放、翻页、答题控制、图表显示等功能；学生端APP主要完成学生反馈信息采集功能，包括登录、电子点名、题目显示、答案提交、抢答等功能，同时能够接收上位机推送的个人答题汇总信息，以表格、图表等形式显示。

上位机软件负责数据接收、存储以及把汇总后的信息以图表形式向学生实时展示。由于教师当前以Microsoft公司的PowerPoint作为主要的课件设计和教学演示平台，因此，上位机软件基于PPT插件开发更有利于用户使用和技术推广。上位机软件以PPT工具栏形式出现，具有插入题目、从题库导入题目、数据统计、自动图表生成、结果展示等功能，能够实时地把学生反馈信息以直方图、饼图、表格等形式显示在PPT演示文稿中，增强教学的交互性。此外，系统集讲课、提问、测验、评分、教学分析、教学评估以及考勤等教务管理功能于一体，通过教学信息深度挖掘，实现过程性和总结性教学评价功能，便于教师有针对性地开展教学活动。

2.3 软件架构设计

根据该项目的实际需求以及系统弹性需求，设计了一套高内聚、低耦合的分层架构（MVC），分为用户界面层（View）、业务控制器层（Controller）、模型数据层（Model）。其中，业务控制器层还分为控制逻辑和开放接口（API）两个子层，模型数据层分为Model和DB两个子层。View层分为PC UI，Android Client和IOS Client三部分，每部分又分为四层，分别为用户界面层、业务逻辑接口层、协议层和HTTP通信层，如图2所示。

图2 系统架构图

3 系统实现

WCRS系统实现的核心是软件系统的实现，软件系统的实现包括手机端软件的实现和上位机软件的实现，分别论述如下：

3.1 手机端软件的实现

Android和IOS是当前手机操作系统的主流，实现了这两个平台上的APP即可满足90%以上用户需求。Android APP基于Java技术开发，IOS APP基于Objective C技术开发。

主要实现原理为：通过HTTP协议定义PC与手机端的业务通信接口，手机端通过HTTP主动请求与服务器交互；服务器端通过WebSocket技术实时将消息推送给手机客户端。

手机客户端的教师端，通过向服务器发送控制请求，完成对服务器端的控制（体现在对PPT的控制），若此控制请求属于控制学生客户端的请求，则服务器通过WebSocket协议主动推送命令到学生手机客户端，学生手机客户端收到命令后完成相应的动作，例如显示题目与答案。

作为手机客户端的学生端，学生通过屏幕操作触发相应动作，将学生端的消息发送到服务器，服务器收到学生端请求后，执行相应动作，例如统计学生答案。实现界面如图3所示。

图3 手机端界面

3.2 上位机软件的实现

上位机采用.net技术实现服务器功能，完成HTTP请求处理，通过WebSocket向手机客户端推送数据，通过PPT插件完成对PPT的控制，将学生端反馈的结果进行统计与显示，运行界面如图4所示。

4 结 语

基于手机APP的无线教学反馈系统是支持互动教学的一项重要的现代教育技术，与传统的无线教学反馈系统相比，具有性价比高、可靠性高、时延短、容量大等优势，在双向信息交流方面具有无可比拟的优越性，将成为无线教学反馈系统发展的新方向。

图4 上位机统计图表

参考文献

[1] 强珏娴，梁云.现代教学互动反馈系统的设计与实现[J].上海电机学院学报，2009，12（4）：314?317.

[2] 李广文.基于Socket.IO的互动教学即时反馈系统的设计与实现[J].中国现代教育装备，2012（18）：10?12.

[3] 孙莉娜.APP开发应用的创新与实用性分析[J].电子制作，2013（20）：95?97.

[4] 宋小倩，周东升.基于Android平台的应用开发研究[J].软件导刊，2011，10（2）：104?106.

[5] 庄君明，贺志强.基于IRS的课堂测评系统的设计与应用研究[J].现代教育技术，2011（1）：116?121.

[6] 马建红，姬莉霞，卫权岗.基于Android平台的移动个人助手设计与实现[J].现代电子技术，2012，35（2）：24?26.