基于物联网的教学监控系统的设计

安徽商贸职业技术学院电子信息工程系 罗青青 陈又佳

基于物联网的教学监控系统的设计

安徽商贸职业技术学院电子信息工程系 罗青青 陈又佳

针对传统的教学监控存在的问题，设计了一种基于物联网的教学监控系统，利用物联网中的ZigBee技术进行硬件设计，并对系统进行软件设计，系统实现了更有效、全面监控教学，并实现了将学生每次上课的出勤情况及时反馈给学生家长的功能。

物联网；教学监控；ZigBee

近年来，随着教育模式不断扩大，高等教育的教学质量越来越重要，为了保证教学达到预期的目的，就需要对教学的全过程进行检查、评价和反馈。目前，很多高校的课堂教学质量仍然停留在手工统计数据和手工计算分析监控课堂教学的层次上，因此要投入大量的人力物力，且学生家长因没有及时得到学生的出勤情况而不能及时监督学生［1-3］。

上述这些缺点的存在，表明传统的教学监控系统已不能有效监控教学，物联网具有全面感知、可靠传递、智能处理等特点，为实现教学监控提供了可能。本文提出了一种基于物联网的教学监控系统，能够更全面、有效反映教学过程中出现的问题，以便教学监管部门监控、调节教学，并且及时反馈给学生家长每次课学生的出勤情况。

1.系统总体设计方案

该系统的功能包括课堂教学监控、学生考勤监控和教学反馈。课堂教学监控包括对教师上课图像采集和声音采集。学生考勤监控包括：利用RFID技术进行学生的身份识别，以便实现快速上课考勤。教学反馈包括学校对教师教学评价和对学生上课情况评价，利用云服务器将教师上传的备课资料及课堂教学监控信息进行处理，学校对教师进行教学评价，并将学生考勤结果通过移动通信方式将信息发送给旷课学生的家长手机。

2.系统硬件设计

本文设计的监控系统总体结构如图1所示。该系统是由监控模块、网关、云服务器和信息处理模块构成。监控模块为无线传感网络，包括课堂教学监控模块和学生考勤监控模块。

学生考勤监控模块、课堂教学监控模块与网关间通信均采用ZigBee的无线通信方式［4，5］。信息处理模块通过Internet访问云服务器。

图1 监控系统总体结构

课堂教学监控模块是由图像采集模块和声音采集模块构成；图像采集模块是由摄像头和摄像控制模块构成；声音采集模块是由麦克风和录音模块构成。摄像头与摄像控制模块电连接。

学生考勤监控模块是由RFID阅读器、显示器模块、控制模块及发声模块构成。显示器模块与控制模块电连接，RFID阅读器与控制模块电连接，发声模块与控制模块电连接。

信息处理模块是由教学评价终端及学生考勤终端构成。学生考勤终端含GSM/GPRS模块，学生考勤终端和家长手机终端间通过移动通信方式通信。

3.系统软件设计

当教师通过教师机登录云服务器输入授课教师姓名、课程名称及章节时，学生通过刷卡进入到教室上课，RFID阅读器读取卡信息，控制模块控制显示器模块显示学生学号、姓名及刷卡时间，控制模块保存考勤信息，发声模块模拟人声报出学生姓名。课堂教学监控模块对教师上课情况进行监控，麦克风放大教师声音，图像采集模块采集教师上课期间的视频信息，并且录音模块对教师上课内容进行录音。

学生考勤监控模块及课堂教学监控模块将采集的信息以ZigBee的无线通信形式发送至网关，网关通过WLAN将数据发送至云服务器。云服务器已提前存储了学生请假信息、课程表及教师上传的课件、课程教案等备课资料。云服务器将学生考勤监控信息及学生的请假信息进行处理，学生考勤终端可通过Internet访问云服务器，学生考勤终端可通过移动通信方式将信息发送给旷课学生的家长手机。云服务器将课堂教学监控信息及教师上传的备课资料进行处理，教学评价终端可通过Internet形式访问云服务器。

4.结论

针对很多高校的课堂教学质量还停留在手工统计数据、手工计算分析监控课堂教学的层次上，本文设计了一种基于物联网的教学监控系统，该系统利用无线传感网络采集监控信息，实现了更有效、全面监控教学，并实现了将学生每次上课的出勤情况及时反馈给学生家长的功能。

［1］Martin Trow.Problems in the Transition from Elite to Mass Higher Education［C］.Conference on Future Structures of Post-Secondary Education，2006，（06）：21-25.

［2］北京市教委高教处.高等学校教学质量调研报告［R］.2007，（11）：12-13.

［3］黄晓媚，等.高校内部教学质量保障体系探究［J］.黑龙江教育高教研究与评估，2010，（11）：53-55.

［4］杨烨，董惠.基于ZigBee的无线传感器网络节点的设计［J］.现代电子技术，2009（17）.

［5］汪涛，谢志军.基于WSN的智能家居控制系统设计与实现［J］.无线电通信技术，2015（02）.

罗青青（1987-），女，2012年安徽师范大学光学硕士毕业，安徽商贸职业技术学院助教，研究方向：物联网技术应用。

安徽商贸职业技术学院科研项目“基于物联网的教学监控系统的研究”阶段性成果（项目编号：2015KYZ05）；安徽省省级质量工程重点项目：高职高专物联网应用技术专业人才培养模式研究（2013YXM417）；安徽省特色专业项目（2015tszy070）；安徽省专业综合改革试点项目（2015zy118）；高校人文社会科学研究重点项目“安徽省高职高专院校自主招生的问题与对策研究”（编号：SK2016A0536）。