基于移动互联网的智慧课堂系统设计与实现

董 萍

（三门峡职业技术学院，河南三门峡472000）

计算机技术和互联网技术的蓬勃发展给人们的生活、工作及学习方式带来巨大变化的同时，也对高校教育信息化的发展产生了深刻的影响，其教育模式打破时空限制让传统教学模式受到了很大冲击。

互联网的个性化、智能化特点为智慧教学模式提供了技术支持。智慧课堂具有教学高效、自主学习、数据可视化、互动性强的特点，注重师生间的互动交流，能更好地对课程的课前、课中、课后学习进行全程的跟踪和指导，对培养学习者的自主学习能力和创新能力尤为重要[1]。

1 系统软件架构

1.1 服务器端软件架构

在B/S 结构中，Web 浏览器是客户端重要组成部分，在服务器端口需要用户安装SQL server 或者Oracle 等数据库。通过Web Server 和数据库实现浏览器中各种数据的交互[2-3]。

论文采用B/S 结构、MySQL 数据库对基于移动互联网的智慧课堂系统进行设计，用MVC 控制模式作为业务逻辑控制，用户通过HTML 直接和浏览器交互，也可以自行下载APP。

1.2 移动端软件架构

利用无线技术实现移动终端和互联网的相连。之前市场上的智能手机的操作系统有Android 和iOS 两种系统。其中Android 操作系统是由开放手机联盟和Google 公司联合开发的，是一种在Linux 基础上开发的开放源代码式的操作系统，目前的小米手机、OPPO手机、华为手机等都使用该系统。iOS 是一种基于Unix 基础上的操作系统，是由苹果公司独创研发的[4-6]。

1.3 即时通讯技术

IM是即时通讯技术的简称，是一种融文字、视频、语音、图像等媒体的交流平台，能够实现移动端和服务器端、移动端和移动端之间的数据传输，例如，目前广泛应用于人们工作学习生活中的微信、QQ[7-8]。

2 基于移动互联网的智慧课堂系统设计

2.1 系统总体设计

2.1.1 系统的设计原则

为了师生、生生更好地对课程进行学习和交流，在系统设计和使用过程中应注重把握系统的稳定性、简单性、兼容性、扩展性的设计原则。通过利用手机、电脑等手段进行签名、聊天、收发和批改作业、互动交流等。

2.1.2 系统架构

基于移动互联网的智慧课堂系统展示层、业务逻辑层、数据访问层的三层总体架构，系统架构如图1所示。显示层包括大屏幕展示、移动端展示、统计端展示三大模块，本层主要实现师生的讨论交流、考试题库的制作和发放、学生对课程信息的浏览和成绩的评价。逻辑层包括用户管理、学校管理、功能管理、统计管理四大模块，本层主要实现权限设置、班级的分配、通知和作业的发放。数据访问层包含数据连接、业务数据与数据传输三大模块，本层主要实现对课程的管理，包括课程的建设、目录的编辑、各类教学资源的建设等等，本层重点是课程内容的建设，例如：视频、文档、声音等内容的编辑和测试。

图1 系统架构图

2.1.3 系统网络架构

电脑和手机是同步的，学生可以随时通过电脑和手机终端完成课程的浏览、签到、提问、上交作业等操作。系统网络架构如图2 所示。

图2 系统网络架构图

2.2 系统支撑设计

在系统使用过程中,为了避免教师和学生在同一时间内对服务器进行大规模访问而产生瓶颈问题,系统部署多个实例集群由负载均衡软件进行服务器访问的分发。系统采用并发能力强、占用空间小的Nginx服务器作为智慧课堂负载均衡的服务器。

采用小型关系型数据库管理系统MySQL，该数据库具有移植性强、安装简单、优化效率高、体积小、速度快、成本低等特点，能够满足智慧课堂系统对于数据的各种需求。

嵌入式浏览器目前被广泛应用于类似于手机、IPAD、电脑等手持终端的嵌入式设备中，大部分是基于ARM 或者DSP 核心技术的，其主要技术是使用HTML 解释器来显示文档。

2.3 系统功能设计

基于移动互联网的智慧课堂系统的设计主要从师生互动、签到、分组互评、通信四个方面进行设计和阐述。系统整体设计如图3 所示。

图3 系统整体设计图

2.3.1 师生互动

如图4 所示，师生互动的活动不仅包括在教学过程中的签到、问卷调查、抢答、选人等操作环节，更重要的是教师在每节课题目的设计过程中采取判断题、选择题、简答题、抽象题等不同题型对学生进行教学检测，学生通过电脑或者手机端进行答题并反馈给系统，便于教师查看学生作业的完成情况，了解学生对所学知识的掌握情况。

课前：授课教师通过系统将课程的教学资源、微课视频、课前练习题目等放置在教学资料中发送给学生，让学生提前进行自主学习。系统自动记下学生的学习记录，并将学习结果反馈给教师。

课中：教学过程中通过系统实现师生间的互动，学习资料随时根据课程进度进行发布，学习过程系统全程记录。

课后：教师通过系统有针对性地给学生布置作业，学生在规定的时间内完成并提交，系统自动记录学生的学习情况。教师可以使用系统平台随时随地了解学生的动态。

2.3.2 签到

为了掌握每节课学生的到勤情况，系统在设计过程中采取普通、手势、位置、二维码等模块在规定的时间内对学生进行考勤，考勤成绩直接影响学生的期末成绩，本模块由移动端、硬件设备、服务器端、数据库四个部分组成。课堂签到功能图如图5 所示。

图4 师生互动功能图

图5 课堂签到功能图

2.3.3 分组互评

分组互评主要应用于教学过程中，系统主要涉及小组讨论和评价的设计两个模块。在互评模块设计过程中，系统自动对课程已发布的任务点、章节测验、课堂活动、课程积分、作业统计、考试统计模块进行后台汇总，便于教师对学生的学习进度和学生学习页面的访问次数进行统计分析。本模块由移动端、服务器端、数据库三个部分组成。

在小组讨论模块，教师按照一定的规则将学生进行分组，对问题进行讨论，让学生对讨论内容尽情发挥。在课堂评论模块，教师首先根据课程需要发送题目，学生对其进行评论。在资源管理模块，主要是上传课程的各种课件、视频、文档、图片等文件，学生随时随地可根据自身需求对教学资源进行浏览、下载。

2.3.4 通信

师生互动是教学过程中的一个重要教学环节。通信模块是让师生之间发送的消息彼此能接收并且回复。系统在设计过程中，主要进行了讨论模块、聊天模块、资料传输模块的设计。教师可选择某班级根据课程某一知识点的需要新建话题，学生对其进行回答。本模块由移动端、服务器端、数据库三个部分组成。

3 基于移动互联网的智慧课堂系统的实现

3.1 系统开发环境

本系统采用MVC 模式SSH 框架结构，采用Java语言编写，使用Tomcat 作为网页服务组件，使用E-clipse-jee-mars-1 64 位作为开发工具的开发环境。

3.2 系统主要功能模块的实现

3.2.1 系统实现的条件

基于移动互联网的智慧课堂系统运行的服务器端采用Linux，数据库采用MySQL，电脑端采用Windows7 操作系统。为了便于学习资料的上传或者下载，客户端浏览器采用360 极速浏览器，移动客户端使用智能手机。

3.2.2 核心功能模块的实现

1）登录模块。登录模块是通过验证服务器数据进行验证，输入正确的用户名和密码，登录成功后进入课程的学习，否则提示验证失败的信息。

2）课堂互动模块的实现。移动互联网智慧课堂系统的模块设计核心是课堂互动模块。该模块主要实现师生间随堂测试、时问时答等的互动，手机端和笔记本电脑是同步的。例如每节课结束后，授课教师通过电脑将制作好的习题以作业的形式发送给学生，学生可以在规定的时间内通过手机或者电脑终端设备提交作业。最后，系统会自动对课程的学习进行统计。

3）签到模块的实现。主要实现教师对学生的考勤管理，签到包括普通、手势、位置、二维码四种形式。教师可根据课程的需要设置签到的时长。当教师发布签到命令时，学生在指定的时间内完成签到，系统视为签到成功。

4 总结

移动互联网智慧课堂是为了满足数字化媒体对高校课堂的需要而产生的。本文开发的系统融入了移动端仿原生设计技术、软硬件结合技术，同时采用了主流的系统开发技术。从基于移动互联网的智慧课堂系统的软件架构、系统设计、系统实现三个方面进行阐述，重点对系统的开发环境、系统功能模块的实现、系统核心功能模块的实现进行研究。