基于智能移动终端的无线投票教学系统设计开发

钟世芬+柳荣其+魏冬梅

摘 要：在教学中使用传统电子投票系统存在维护成本高、数据统计分析功能弱等诸多局限，借助智能移动终端、计算机网络和现有投票系统模型而提出的一种无线投票教学系统方案将克服这些限制，使得用户参与更方便。该方案将投票和教师授课用幻灯片结合，在幻灯片呈现问题时，学生在课堂上可以直接以投票方式答题，系统自动统计答题结果并呈现在幻灯片上，且同时记录于数据库中。利用该方案所设计的系统可节省教师大量批改作业的时间，教师也能在课堂上随时掌握学生学习情况，以便及时调整教学内容和教学方法。使用该系统将有效提升教学质量。

关键词：智能移动终端；投票；教学系统；服务器；幻灯片

DOIDOI：10.11907/rjdk.172273

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）002-0120-04

0 引言

传统教学中的师生互动、知识强化以及教师获取学生对课堂教学内容掌握程度的信息，一般都通过课堂提问、课堂练习、课后作业等方式来完成。学生的掌握程度并不能准确、高效、实时地在课堂上得到反馈。将无线投票系统的原理引入到教学中，创建针对教学的无线投票教学系统，可以将“单向-满堂灌”为特点的教学转变为“基于问题”的师生交互式和探究式教学新模式。哈佛大学物理教授Eric Mazur 在1991年提出了Peer-Instruction（简称PI）教学方法[1]。PI教学法通过借助计算机应答交互系统（也称投票系统）或选项卡片，使原来普通课堂只有少数学生回答问题变成每个学生都必须回答问题，大大提高了学生的学习成效[2-6]。

1 研究现状

传统电子投票系统一般包括主机、通讯主站和若干无线表决器。它可以应用于教学[7，8]（如图1所示），但在使用过程中存在一些限制，如需租用专用硬件设备、维护成本高、数据统计分析功能弱等。随着网络技术的迅速发展，无线网络的普及，以及手机、Ipad等智能移动终端的广泛使用，完全可以摒弃专用表决器，借助学生的手机、Ipad等智能设备来完成投票或回答问题。借助智能移动终端和投票系统的方案，可以实现功能更强、更易于定制、用户参与更方便的无线投票教学系统。使同学们在课堂上可以直接答题，系统可自动统计答题结果，教师不仅省去大量批改作业的时间，还能在课堂上随时掌握学生学习状态。

2 设计方案

无线投票教学系统主要包括手机App和服务器端程序。

2.1 系统总体架构

系统主要由若干智能移动终端、管理服务器端和数据服务器三部分构成[9]（如图2所示）。数据服务器通过防火墙与管理服务器连接，管理服务器通过无线网络与智能移动终端连接。智能移动终端主要完成业务表现等的处理功能，实现人机交互。管理服务器主要处理移动终端请求，并及时响应和完成数据交换工作，是用户登录、退出、管理题目信息、管理用户信息的入口，也是输出设备连接端。数据服务器用来存储基础数据和用户修改后的信息，在后台提供服务器所需要的数据，能够对数据进行增加、删除、修改、查询和统计等功能。无线网络包括互联网、移动网络或局域网，可以是Internet、Mobile Network或局域网WiFi网络。防火墙用来确保数据服务器的数据安全。

管理服务器连接输出设备，如打印机、显示器或投影仪等。

2.2 系统构建模式

系统主要功能是借鉴手机投票方式实现问题回答，并在电脑端显示。关键技术包括：（1）移动终端的数据提交；（2）电脑端的数据处理；（3）移动终端与电脑端数据传输的安全性和稳定性[10，11]。

可在普通电脑上利用Web编程技术搭建该系统，实现教学投票管理、过程控制、信息显示、结果统计和分析等。利用移动终端的浏览器或移动终端的APP进行问题答案提交。

利用移动终端浏览器进行投票，移动终端无需额外安装其它软件，学生参与方便，但安全性、用户使用方便性略差；使用专用的APP软件，移动终端需要安装专用的APP程序，但用户使用便捷性强，且便于参数预设、用户身份验证、数据加密等。本系统主要采用APP模式投票回答问题。

2.3 服务器端

服务器端由两部分构成，一是由管理员登录后可以进行增删改查操作的网站，二是运行在后台的服务器组件。

2.3.1 服务器网站

构建一个网站，该网站可由超级管理员和普通管理员两类角色进行管理。超级管理员可以创建普通管理员及管理所有数据信息，普通管理员可以管理个人及自己所上课程的信息。普通管理员登录后能管理所承担课程的所有题目及选项信息、学生答题信息、统计结果等内容，包含新建问题及选项、修改或删除问题及选项、导入学生名单、查看学生答题情况、查看统计结果、导出学生答题情况等。超级管理员登录后除可以完成上述所有操作外，还可以添加、修改、删除和查看管理员信息。

2.3.2 服务器组件

服务器组件在后台运行并接收学生的输入，将数据写入数据库，并最终将数据传给PowerPoint幻灯片供演示。

2.4 智能終端APP

由于目前主流的智能终端基于两套系统：Android和IOS，为便于学生安装软件，应分别设计基于两套系统的App软件，方便学生在上课过程中与课件上的问题互动。

App的优点是在智能终端安装一次后，以后使用时只需点击图标即可，具有便捷和易操作性。针对学生，无线投票教学系统最重要的功能是选择并提交答案。其功能结构图如图3所示。

当学生进入投票教学App时，远程数据服务器先初始化服务端环境，当数据服务器获得移动终端的请求时返回相应的数据，App获取数据后，进入相应的操作界面。

App一方面通过交互界面与客户进行交互；另一方面与服务器进行数据交互。服务器端向客户端提供数据接口以交换数据。endprint

2.5 数据库设计

由于各高校都有自己的教务及学生管理系统，关于学生、教师及课程的一些详细数据可以考虑不在本系统中存储，需要时教师可以结合本系统和已有数据库数据，利用导入导出工具在多种数据库之间导入和转换数据。但为便于管理、记录和统计学生回答问题的相关信息，所有关键信息仍应存储于数据库中，可考虑设计下列几张表来存储这些关键数据。

（1）User表

User表用来存放管理员的用户名和密码。含字段ID（管理员号，主键），User（管理员名），Password（管理员密码），Role（权限级别）

（2）Student表

Student表用来存放学生信息。含字段StuNo（学号，主键），stuName（学生姓名），Password（密码）。

（3）TeClass表

TeClass表用来存放教学班信息。含字段ClassNo（教学班编号，主键），teacherNo（教师编号），note（备注）。

（4）SeClass表

SeClass表用来存放学生选课信息。含字段RecNo（序号，主键），StuNo（学号），ClassNo（教学班编号）。

（5）Teacher表

Teacher表用来存放授课教师信息。含字段TeacherNo（教师号，主键），Name（教师姓名），Department（所在院系）。

（6）Course表

Course表用来存放课程信息。含字段CourseNo（课程号，主键），CourseName（课程名）。

（7）Question表

Question表用来存放问题信息。含字段TitleNo（题目编号，主键），Title（问题的题干），Number（选项个数），Level（难易程度），CourseNo（课程编号）。

（8）Options表

Options表用来存放各问题对应的选项及正确答案。含字段RecNo（序号，唯一性索引），TitleNo（题目编号 主键），OptItem（选项，主键），OptAnswer（正确与否）。

按此方式设计，选项个数自由，既可以单项选择也可以多项选择。

（9）Answer表

Answer表用来存放学生投票提交的答案信息。含字段RecNo（序号，唯一性索引），StuNo（学生编号，主键），TitleNo（学生投票的题目编号，主键），StuAnswer（学生所投选项，主键），ClassNo（教学班编号），Result（回答正确与否）。其中StuNo、TitleNo和ClassNo都属于外键，将它们设置为级联更新与级联删除，方便数据的更新和删除操作。

关于学生、教师和课程的部分数据可以通过导入方式实现和校内数据库系统一致。

3 PowerPoint呈现

将学生投票情况直接与幻灯片实现无缝衔接，是本系统与其它投票系统最大的差异之一，也是关键技术之一，可采用下列模式实现。

3.1 基本方法

创建一个利用WiFi技术的 PowerPoint 插件，该插件允许授课教师容易地添加问题幻灯片和学生投票结果幻灯片到一个已存在的PowerPoint幻灯片文件中。通过该系统，学生利用可上网设备（如电脑、智能手机等）提交反馈信息或答案。

系统在这一部分含两个最基本的功能：（1）接收学生的输入；（2）在相应演示文档中显示结果。完成这两个功能可以通过创建一个能处理学生反馈信息的服务器组件和一个能允许插入和显示交互数据的PowerPoint模块。服务器组件扮演两个角色，Web服务器和数据库。服务器组件显示一个Web页面来回应任何一个可上网设备的访问。每个智能设备被赋予一个唯一标识；当学生选择一个选项，选项和学生标识将存储到数据库中。在演示过程中，服务器组件将学生提交的答案数据形成一张统计图并显示在教师选择的幻灯片中。

在幻灯片中嵌入并显示学生的回馈信息这项功能可通过使用VBA（Visual Basic for Applications）增加和扩展微软应用程序功能。VBA允许创建插件来定制PowerPoint的功能、菜单和工具栏。添加交互功能到PowerPoint幻灯片中可通过下面步骤完成。

（1）教师创建一个新幻灯片或移到一个已存在的幻灯片，该幻灯片包含要向学生提出的问题。

（2）教师从插入菜单选择“插入统计图”。出现一个逐步帮助教师插入一个统计图来显示回答问题的结果的向导。

（3）教师跟随向导中的指令逐步定制具体内容及要显示的统计图。

完成操作后，在问题幻灯片的右下角出现一个计数器占位符，然后添加一张用来显示统计图的新幻灯片。在编辑过程中，显示数据的位置以占位符形式出现，无具体数据显示。

3.2 运行服务器

服务器组件充当嵌入式专用Web服务器，并对其进行初步检查，以驗证其与其它设备的通信能力。通信正常，则服务器图标变成绿色，否则显示成红色，以示准备收集和传递数据到PowerPoint演示文稿。一旦服务器被激活，进入了服务器地址的智能终端上的App所显示的页面上将显示输入界面。只有在演示过程中，当某一展示问题的幻灯片被显示时，学生所回答的问题才被记录。服务器图标显示为绿色时，交互式演示文稿才可以启动。

3.3 幻灯片演示

一旦服务器组件运行，PowerPoint演示文稿可以按正常方式演示。当显示到呈现问题的幻灯片时教师可以发布问题并要求学生输入他们的回答（如图4所示）。计数器实时显示回答问题的学生人数，人数符合要求时，教师显示下一页幻灯片，该幻灯片以图形方式显示学生的回答情况（如图5所示）。endprint

学生回答问题的数据可以存进数据库以供分析。服务器组件还可以在演示结束后将问题及学生投票提交的答案生成一个Excel电子表格，并将文件保存到指定文件夹中。

4 结语

基于智能移动终端的无线投票教学系统将客户端与电脑通过局域网或Internet连接。移动端为客户端，电脑端为服务器端，在手机或IPad等智能移动终端连接上服务器后，服务器端播放的幻灯片呈现问题选项时，学生可以直接在上网设备上通过投票方式提交答案，所提交答案的统计数据以统计图方式显示在下一页幻灯片，教师可以第一时间了解学生对该知识的掌握情况并及时调整教学计划。所呈现的问题及学生提交的答案信息同步保存在数据库中，以便管理员或教师作进一步的数据分析，学生也可以在课后通过复习问题而进一步掌握知识。利用此方案所设计的系统，能在一定程度上提高学生的学习质量。

参考文献：

[1] Eric Mazur， SOMERSMARK D. Peer Instruction： A Users Manual[J]. American Journal of Physics，1999，67（4）：359-360.

[2] CATHERINE H. CROUCH and ERIC MAZUR. Peer Instruction： Ten years of experience and results[J]. American Journal of Physics，2001，69（9）：970-977.

[3] LENA HEDN，LINDA AHLSTROM.Individual response technology to promote active learning within thecaring sciences： An experimental research study[J]. Nurse Education Today，2016，36（1）：202-206.

[4] ROBIN H. KAY， ANN LESAGE. Examining the benefits and challenges of using audience response systems： a review of the literature[J]. Computers & Education，2009，53（3）：819-827.

[5] 张萍，ERIC MAZUR. Peer-Instruction―哈佛大学物理课程教学新方法[J].中国大学教学，2010（8）：69-71.

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[7] 谢克峰.电子表决投票系统基于互联网技术的改进方案[J].信息安全与技术，2015，6（8） ：78-81.

[8] 王力猛，杨小军，李安琪.基于移动终端的投票系统设计与实现[J].电脑编程技巧与维护，2016（21）：53-56.

[9] 方欣，李煌峰，潘理.基于Android手機投票系统的设计与实现[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2016，29（4）：36-42.

[10] 王建，杨晓东，刘志军.基于Android与互联网的手机投票系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2013，13（5）：78-81.

[11] 陈桥，刘泽斌，胡雨季.基于隐私保护与身份验证的网络投票系统[J].计算机光盘软件与应用，2013（18）：67-69.endprint