基于路由器的课堂管理辅助系统的设计

吕丽君 陈赫 贾兰芳 李建伟

摘要 针对当前大学课堂“玩手机”现象的普遍存在，基于家用路由器（型号：D-Link DIR-600M）开发了一款低成本的课堂管理辅助系统，实现对学生课堂上网行为的可控。系统硬件主要包括路由器、学生的移动设备、教师机三部分，软件采用Python语言编写。系统在上课结束时以柱状图和Excel表格两种格式给出学生用户端上课签到次数的统计结果，可以作为教师给学生该课程平时成绩的重要参考。

【关键词】Python 路由器 Wi-Fi 课堂管理

1 研究背景

移动互联网的迅猛发展正在深刻地改变着人们的生活。大学生使用移动设备（智能手机、平板电脑、笔记本电脑等）可以在课堂上便捷地查阅与课程有关知识，提高学习效率。但相当大部分同学使用这些移动设备进行与课堂内容全然无关的活动，隐形逃课现象日渐严重，已经影响到学生的学习状态。针对这种现象，为提高大学课堂授课效率，教育工作者从电子信息工程、教育学等领域进行了大量研究。提出了，在教室门口设置手机收纳袋、制定相关制度创设无手机课堂、“限时断网”等措施，取得一定效果。本文提出一种基于家用路由器（型号：D-Link DIR-600M）的低成本课堂管理辅助系统。其基本工作原理是，学生上课时需将移动设备连接到该路由器，而路由器默认设定不连接网络，这样学生就无法浏览移动互联网。如果学生连接网络则需将移动设备同该路由器断开连接，而这时软件就记录到该学生未连接路由器。该系统硬件结构由路由器、学生的移动设备（智能手机、平板电脑、笔记本电脑等）、教师机三部分组成，其中学生移动设备和教师机为大学课堂固有设备，因此该系统成本低。课堂管理辅助软件使用Python语言开发，大小约为30M，可用优盘携带，无需安装，双击即可运行。系统操作简便，学生只需将移动设备上课时连接到指定路由器即可，无需其他操作，避免打扰学生。经样机测试，该系统实现了对学生课堂上上网行为的可控。

2 系统硬件结构

系统硬件结构示意图路如图1所示，主要包含路由器、学生的移动设备、教师机三部分。其基本工作流程为：

2.1 教师课前准备

教师需将学生和设备信息（设备Mac地址）整理成Excel表格，如表1所示，第一列为学生姓名，第二列为学生对应移动设备的Mac地址。

2.2 课堂

学生依据教师给定的Wi-Fi密码连接到指定路由器，教师运行课堂管理辅助软件，对学生在线情况进行循环统计。

1.3 课后

教师机管理端展示学生在线签到次数统计情况，为教师给定学生平时成绩提供依据。

3 系统软件设计

3.1 Python语言及系统软件所用到的主要库

Python语言：是一种面向对象的解释型计算机程序设计语言，拥有丰富和强大的库，常被昵称为“胶水语言”。在设计上坚持了清晰划一的风格，这使得Python易读、易维护，再加上其开源特性，使得该语言被广泛使用。Python语言有Python2和Python3两个版本，课堂管理辅助系统软件采用Python3.6开发。

课堂管理辅助软件界面开发采用的是Tkinter模块。Tkinter模块是Python的标准TkGUI工具包的接口。

学生在线签到次数统计结果以柱状图和表格展示，其中柱状图使用Matplotlib库生成。Matplotlib库是一个Python的2D绘图库，可以生成直方图，功率谱，条形图，错误图，散点图等。

自动获取路由器在线列表使用了request方法。Requests库是处理HTTP相关的一个功能强大的类库。

软件涉及到的库还有time、re、xlrd、xlwt等。

3.2 系统工作流程

系统运行主要流程如图2所示。课堂管理辅助软件读取“学生信息xls”文件中的学生信息，包括学生姓名和移动设备Mac地址;通过Requests方法循环获取路由器（型号：D-Link DIR-600M）在线用户列表中的Mac地址，并将在线Mac地址逐一和所读取的学生移动设备Mac地址相比较，找到相同的就将与该Mac地址对应的学生姓名计数器加一。课程结束后通过Matplotlib库将计数结果以柱状图显示，并使用xlwt方法自动生成一个“学生签到次数统计表xls”文件。

3.3 课堂管理辅助系统界面设计

课堂管理辅助系统界面采用Tkinter模块设计，主要包含程序主界面、帮助界面、关于软件界面，如图3所示。主界面包含文件、操作、帮助、关于四个一级菜单，其中文件菜单下有选择班级、查看结果和退出三个二级菜单操作菜单下包含开始和结束两个二级菜单。

双击即可运行课堂管理辅助软件，点击浏览按钮选取授课班级对应的学生信息文件，点击开始按钮即开始计数，点击结束按钮终止计数。点击查看结果按钮即可看到统计结果柱状图和自动生成的统计表格。

3.4 界面主要按钮对应的程序

3 4 1【浏览】按钮

defscan file（）：globalexcel_path

excel_path = tkinter.filedialog.askopenfilename（）

path = tk.StringVar（）path.set（excel_path）

txt_input = tk.Entry（mainjvindow， text =

4 運行结果及分析

选取8位志愿者对课堂管理辅助系统进行测试。测试期间，志愿者可以自由支配手机，测试时间为60分钟，统计结果如图4所示。系统自动生成的Excel表格，内容如图5所示。

由图4和图5可以看出，志愿者5签到的次数最多达到50次，志愿者3签到次数最少，仅为9次。表明志愿者5测试期间使用移动互联网的时间最少，志愿者3最多。由于签到次数作为课程平时成绩的重要参考，柱状图可以给学生直观的感受，激发他们争取更多的签到次数，以减弱对移动互联网的依赖心理。软件自动生成的表格可以方便教师存储及处理数据，作为教师给定学生平时成绩的重要依据。

5 结论

基于家用路由器（型号：D-Link DIR-600M）的课堂管理辅助系统，成本低，操作简单。系统以柱状图和表格给出学生在线签到次数的统计结果，可以作为教师给定学生平时成绩的重要参考。

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