手机课堂智能管控系统在互联网教学中的运用

陈昕航

（中国计量大学 浙江省杭州市 310018）

在互联网时代，智能手机逐渐成为高校学生在学习、生活和社交等领域的重要工具。根据工信部最新公布数据显示，目前我国智能手机用户数量达到了7.5 亿，而高校大学生群体中智能手机的普及率几乎达到了100%。信息技术是一把双刃剑，基于信息技术发展而来的智能手机自然也是利弊共存。仅从高校学生这一特殊群体来说，在课堂上过多的使用智能手机，对个人的学习、学业也会造成负面影响。而教师为了在规定时间内讲完知识点，又不可能每时每刻的监督学生是否在玩手机。在这一背景下，开发一种手机课堂智能管控系统，具有巨大的应用潜力。

1 手机课堂智能管控系统的组织架构

1.1 软硬件组成

在硬件组成方面，主要包含了教师电脑、无线路由器、智能手机等。无线路由器可以支持教师和学生连接并提供上网服务，可以支持不同的系统接入，具有较强的兼容性。在无线路由器的两侧，各并联一台同种型号的路由器。如果该系统同时有大量数据访问，可以将部分网络流量分担到备用的2 台路由器上，以保证整个系统的运行稳定性。

在软件组成方面，主要包含了应用层、服务层和链路层三个模块。其中，应用层主要安装在手机端，作用之一是监测并获取智能手机上各类应用软件的运行参数，然后通过链路层将这些参数反馈给上位机；作用之二则是接收来自教师端的控制指令，包括强制中断应用进程或是断开网络连接等。服务层主要安装在上位机，即教师计算机。通过UI 界面，教师可以获取反馈信息，例如学生手机中各类软件的运行状态。然后教师可以通过该界面发送控制指令，这些指令转发到下位机上的软件完成控制操作。链路层则是位于应用层和服务层中间，主要发挥数据传递的作用。链路层执行TCP/IP 协议，保证数据上传下达的时效性。

1.2 教师终端的设计

在教室的计算机上安装上位机软件，这台电脑就成为了手机课堂智能管控系统的教师管理终端。该软件采用Visual Studio 进行开发，可以支持Java、C++等语言进行编程。教师终端包含若干个子系统，可以分别提供与手机管理相关的功能，例如有名单管理子系统，可以将一些常见的应用软件，分别添加到白名单、黑名单中；还有出勤管理子系统，可以记录学生的出勤率，这样就不需要教师在每次上课、下课前进行点名，从而更加方便的掌握学生是否有迟到、早退或是旷课等行为。另外还有文件传输子系统、数据通信子系统等。教师终端分别提供指令发出和信息反馈两个端口，实现了手机课堂智能管控系统的闭环式运行。

1.3 学生终端的设计

图1：手机课堂智能管控系统的运行流程

在学生的智能手机上安装下位机软件，这台智能手机就成为了手机课堂智能管控系统的学生监控终端。该软件采用的是Android Studio 进行开发，目前仅支持Java 语言进行编程，可以同时支持Android 和IOS 两种智能手机操作系统。学生终端也包含了若干个子系统，配合教师终端的一些功能模块，完成交互。例如有文件接收子系统，可以接收到来自教师终端的一些信息或文件；设备锁定子系统，如果教师通过信息反馈发现学生启动了手机上的游戏软件、视频软件等，可以发送锁定指令，然后通过手机端的设备锁定子系统，将这台智能手机临时锁定。除此之外还有数据通信子系统、模式控制子系统等。手机终端主要负责根据上位机下达的各类指令，做出相应的动作。然后将动作完成情况，以及收集到的参数信息，重新发送给上位机。

1.4 其他部分

为了保障手机课堂智能管控系统的稳定运行，还设计有数据库终端，其中包含的数据主要有两类，一种是运行程序，还有一种是应用数据。数据库终端具有自动备份功能，可以由管理员设定自动备份的间隔时间，保证备份数据实时更新。支持数据的批量化操作，例如可以按照“时间”为单位，批量删除过期的数据，节省存储空间。另外还有学校终端和内部模块。学校终端主要负责与高校的教务系统进行对接，保证了手机课堂智能管理系统中获取的数据、统计的结果，能够第一时间反馈给教务系统，这样就可以为学校方面评定优秀学生等提供参考。内部模块以各种运算程序为主，支持各项功能的运行。4 个终端通过内部模块连接成为一个高效运转的系统，帮助任课教师随时掌握课堂上学生使用智能手机的情况，为解决课堂“低头族”问题提供了技术支持。

2 手机课堂智能管控系统的运行方式

目前手机课程智能管控系统可以提供四大功能，分别是自动签到功能、课堂定位功能、手机APP 管控功能以及课堂质量反馈功能。该系统安装于教室内的教师计算机上，教师可以在课前3 分钟打开，在课程结束后关闭，系统会自动记录学生的出勤信息、手机APP 使用信息等，整节课上不需要教师操作，就可以实现全过程的管控。

2.1 自动签到功能

每节课正式开始前，任课教师会通过教师终端，发布签到指令。当学生在手机上接收到该指令后，先输入自己的帐号（学号），然后输入签到指令，完成登录任务。此时手机课堂智能管控系统会根据学生终端的操作情况，判定哪些手机终端完成了登录。对于那些没有成功登录的，自动从系统数据库中，匹配该设备对应的学生信息，包括姓名、学号等，然后发送给教师终端。这些未成功登录的，如果在后续的十分钟内重新登录，则被系统判定为迟到；如果本节课未成功登录，则被系统判定为旷课。对于正常完成登录操作的，手机课堂智能管控系统也会对这些智能手机进行终端定位。如果定位在课堂范围之内，则系统自动完成签到；反之，如果学生完成了登录，但是通过手机定位发现并不在课堂范围内，则系统自动开始计时。从计时开始，每隔30s 刷新一次定位，如果10 分钟内定位到该手机进入到课堂范围内，则判定为迟到；若超过10 分钟仍未定位到该手机进入课堂范围内，则记录为旷课。

2.2 课堂定位功能

从教师打开手机课堂智能管控系统开始，该系统会以30s/次的频率，在后台不断的对手机定位进行刷新。如果监测到某台手机离开了课堂范围，则启动计时器。直到系统重新监测到这台手机回到课堂范围以内，计时器停止，并将这段时间上传到教师终端。如果在本节课结束前，即手机课堂智能管控系统关闭前，都未能重新监测到这台手机重新回到课堂范围，则记录为早退。这样在本节课结束后，教师就可以通过人机交互界面，了解到哪些学生在课堂中途离开。如果这些学生是因为临时有事（如接电话、去厕所等），已经向任课教师请假，然后立即回到教室的，任课教师可以通过管理界面删除这段记录。反之则将该记录保留下来，记入该学生的出勤表中。

2.3 手机使用管控功能

在教师终端，教师可以将一些教学必须使用到的应用软件，添加到白名单中。这些软件在课堂中运行，是不会被手机课堂智能管控系统监测和记录的。在该系统运行期间，首先会随时的监测学生终端上各类APP 的运行情况。然后对照白名单，如果该APP 在白名单内，则不记录；如果该APP 不在白名单的列表中，则系统开始记录APP 的使用时间。教师可以设定非白名单APP 的累计运行时间，例如设定为20s。如果系统监测到某台手机上的APP 不在白名单内，且累计运行时间达到了20s。则自动发送提醒消息至该手机终端，以提醒学生不要使用手机做与课堂学习无关的事情。如果后续该系统又监测到同一部手机，出现了运行非白名单APP的情况，则自动发布锁定指令，将学生终端锁定，且同时在教师终端记录情况。

2.4 课堂质量反馈功能

利用大数据技术，手机课堂智能管控系统会将数据库内存储的学生终端信息，例如迟到、早退、玩手机的时间等，进行整理、统计，然后按照一定的指标进行量化评分。一般来说可以在每个周、每个月末以及每个学期末进行一次评估，然后将这些评估结果、具体信息统一整理为报表，发送给教师终端和学校终端。这样一来，教师或学校就可以根据课堂质量反馈情况，掌握每一位学生的课堂出勤率，手机使用时间等。结合这些信息，为下一步学生期末综合成绩的打分，学生各类评优等提供必要的参考。

手机课堂智能管控系统的组成模块和大体运行流程如图1 所示。

3 手机课堂智能管控系统的应用效果

智能手机在给学生带来诸多便利的同时，也有很多教师反映学生自律能力差，在课堂上使用智能手机看小说、打游戏的情况并不少见。现阶段很多学校都采取限时断网等方式来限制学生课上玩手机的行为，但是实际效果不理想。现在教学APP 在课堂上运用频繁，市场上存在一些APP（如番茄钟）可以实现对手机运行程序情况进行监控，但不具备在课堂上使用的条件。手机课堂智能管控系统不仅可以有效地解决现有课堂学生智能设备管理难题，而且做到了实时反馈相关信息，同时对课堂教学质量进行有效评价。

该系统在某高校的电子商务专业、学前教育专业等进行了1 个学期的试点运用。多位任课教师均反映该系统上线后，课堂上学生玩手机的情况明显减少。另外结合该校教务系统的统计数据以及调取该系统内部记录数据，发现在手机课堂智能管控系统使用后，学生出勤率从87.5%提升至96.4%，上升了8.9 个百分点；学生迟到率从10.3%下降至3.7%，下降了6.6 个百分点；旷课率从8.7%下降至2.0%，下降了6.7 个百分点。综合上述数据来看，随着手机课堂智能管控系统的运用，在改善课堂纪律方面效果显著。

当然，手机课堂智能管控系统不仅仅运用在面对面课堂，对于网络教学等各种教学模式的课堂教学效率也有一定的提高效果，总体来看适用范围较广。从试点应用中，也发现了几点不足，例如当系统同时监测到有多台手机启用了多个APP，且这些APP 中有的在白名单之列，有的又不在白名单以内。这种情况下该系统可能会出现误判的情况，下一步还需要进一步提高AI 识别准确率，解决此类问题。另外还有监测信号的反馈时效性问题，监测范围的精确性问题等，今后也需要通过继续进行设计优化和试点应用，提高手机课堂智能管理系统的应用价值。

4 结语

在“互联网+”时代，越来越多的应用软件在课堂教学中发挥了重要辅助作用。但是也有一部分学生缺少自控、自律能力，在课堂上打开一些与学习无关的软件，影响了听课质量。为了督促和约束学生更加专心的投入到课堂学习中，研发了一种手机课堂智能管控系统，通过监控学生终端各类APP 的运行情况，以及进行手机定位等功能，可以在判断学生有无迟到、早退，或是有无玩手机行为上发挥重要作用。这一系统无论是帮助教师管理课堂，还是帮助学生提高学习成绩，都有积极的意义，具有推广价值。