基于移动设备共享热点的课堂考勤系统

李伟, 马世欢

(河南工业职业技术学院 电子信息工程学院， 南阳 473000)

0 引言

近些年来，政府高度重视高等学校的信息化建设。国务院在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》中提出要“加快推进教育信息化进程”，教育部相继发布《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》，《教育信息化“十三五”规划》、《教育信息化2.0行动计划》等文件，下达了高校信息化发展水平评估指标体系，对高校校园的信息化建设提出了更严格、更具体的要求。

课堂教学是向学生传授知识和技能的最主要环节，出勤率直接影响课堂教学质量的好坏。目前，高校课堂中的迟到、早退、旷课现象严重，到课率不高。传统的教师点名方式存在各种弊端，为此很多高校开始探索利用先进的信息化技术手段，建设各类教务管理系统来辅助课堂考勤，并且对考勤数据加以分析，实现课堂考勤管理工作的规范化、科学化，提高课堂考勤管理效率，减轻任课教师和学生管理人员的负担。

河南工业职业技术学院以提升课堂教学质量为目标，组织校内科研力量研制开发了基于移动设备共享热点的课堂考勤系统，并从2015年开始在全校范围内推广运行，改变了传统的课堂考勤及评价考核模式，实现了考勤的信息化、精细化管理。

1 常见的课堂考勤手段分析

目前高校课堂考勤方式大部分还停留在人工点名阶段，部分高校采用了指纹识别、人脸识别、校园一卡通、路由器WiFi+GPS等技术进行课堂考勤，但存在设备昂贵易损坏，实施成本高，效率低下，不适合大规模推广等缺点，下面就常见的课堂考勤手段进行分析，如表1所示。

表1 几种考勤的比较

(1) 点名考勤。教师或者班干部在课前根据学生名册进行点名，这种点名过程通常持续几分钟，特别是对于合班上课，学生人数较多的情况下，会浪费很多时间，而且信息过于分散，数据汇总困难，对学生签到信息的使用，只能在课程结束后对学生考核平时成绩上有所体现，学校管理人员无法实时的查看签到情况，班主任也无法掌握学生的签到情况，无法满足新的评价体系下“精准考勤”的要求。

(2) 人脸识别考勤。对于摄像头质量和环境的依赖性较高。需要增加专门的硬件设备，提高了系统的使用门槛。

(3) RFID“一卡通”考勤、指纹识别考勤。与人脸识别方式类似，也存在一台设备，多人排队使用的情况，签到效率低下。并且指纹识别设备需要接触，在课堂这种使用非常频繁的环境中，设备的故障率无法控制。

(4) 蓝牙考勤。利用手机的蓝牙功能进行点名，具有效率高，实施容易的特点。但蓝牙信号距离较短，可靠性稳定性不高。

(5) 路由器WIFI+GPS考勤。需要在校园覆盖WIFI网络，或者在教室安装无线路由，设备及布线成本较高。另外，GPS信号不稳定，不能提供室内的定位服务，因此无法判断教室号等信息。

2 设计说明

考虑到智能移动设备普及率日益提高，特别是基于Android系统的智能手机，市场占有率极高，学生基本都会使用，整个生态系统非常成熟，所以开发以Android智能手机为主体的共享热点课堂考勤系统。

系统依照用户的身份可以分为班干部端APP，学生端APP、教师Web端和学校管理Web端四个部分。系统在需求调研过程中，根据不同的角色工作的实际需要进行了统筹考虑。

根据上述需求分析，我们设计考勤系统分布式架构如图1所示。

图1 系统功能总图

每次上课签到、下课签退时由班干部首先进行定位，然后依照上课时间、班级和老师开启热点。班干部端APP设置界面如图2所示。

学生签到软件首先利用人脸识别鉴定身份，然后根据班干部开启的热点完成签到、签退及评教。在弹出节次中选择对应的上课时间，确定并完成随堂的课堂评价，再次确定后等待提示签到成功即可。系统采用上课、下课两次考勤的模式，自行判断迟到、旷课和早退，可以对请假学生进行标记；班干部端APP可以进行学生代签、学生请假，还能查看点名历史记录。学生端签到及评教界面如图3所示。

考勤管理平台具有信息汇总统计功能，教师可以在Web端使用校内统一身份认证进入考勤系统，查看到课率及缺勤学生名单；教学管理人员可以通过考勤系统查看所有课程的考勤情况，方便查找问题学生以及进行教学评估；另外考勤系统的数据还可以中间件的形式共享给其他系统,如图4所示。

图2 班干部端APP设置界面

图3 学生端APP签到及评教界面

图4 Web端考勤信息汇总统计

相比于传统的考勤方式，本方法存在如下优点：

(1) 适用面广，以教学组织者为中心，利用手机热点进行考勤，不受场地环境限制；

(2) 可靠性强，有效范围限定在共享热点所能覆盖的范围内，覆盖范围较蓝牙强，不会出现GPS无法定位，或GPS定位不精确的现象；

(3) 投入少，无需高额的硬件设备投入，无需额外的设备维护费用，使用学生的手机作为签到终端进行考勤签到；

(4) 速度快，利用人脸识别技术对学生进行身份鉴定，避免作弊手段。

3 系统技术路线

(1) Android客户端

Android客户端通常有Web App、Hybrid App、Native App3种开发模式。

本系统在考勤时需要由班干部端建立热点，所以不能使用Web App和Hybrid App，只能使用Native App。Native App运行速度比较快，能调用设备的底层功能，如摄像头、方向传感器、重力传感器、拨号、GPS等。在界面设计、功能模块、操作逻辑等层面相较Web App更易做到便捷性和舒适性，功能更加强大，节省流量。劣势是每次有更新，都需要重新打包一次发布到应用平台上。开发成本比较高，尤其需要适配各种机型时。

(2) Web服务器端

本系统服务器端使用Node.js+Express构建。Node.js是一个基于Chrome V8引擎的JavaScript运行环境。它使用事件驱动，非阻塞I/O模型而得以轻量和高效，非常适合在分布式设备上运行数据密集型的实时应用。

决定采用Node.js这个轻量级的服务端平台，主要是因为以下原因：本系统服务器端主要提供RESTful API，而这恰好是Node.js最理想的应用场景，可以处理数万条连接，本身没有太多的逻辑，只需要请求API，组织数据进行返回即可。它本质上只是从某个数据库中查找一些值并将它们组成一个响应。由于响应是少量文本，入站请求也是少量的文本，因此流量不高，一台机器甚至也可以处理最繁忙的API需求。

(3) 数据库

由于签到集中在上课和下课的时候，存在高并发，在签到高峰期短时间内通常会有数千条数据同时写入数据库，如果不对系统进行特殊设计，会导致系统服务故障。

因此，我们在选型数据库时，主要参考技术标准如下：支持基于内存查询的数据库，减少磁盘IO交互；支持复杂多变数据存储结构与类型；支持复杂的SQL查询。综合以上标准进行评估，同时考虑到Node.js的数据格式。最后选择MongoDB作为数据库。

MongoDB是一个采用BSON作为数据格式的NoSQL数据库，而且为数据的扩展提供了充分的支持。由云主机上的MongoDB实现数据的存储，node.js提供数据访问服务。尽量避免表关联操作，定时进行数据迁移和裁剪，提高查询速度。采用胖客户端的设计，减少服务器上的计算量，提高服务器响应速度。

4 总结

经过三年的建设，基于移动设备共享热点的课堂考勤系统已经在本校全面铺开，用户覆盖全校21 000余名师生，每日考勤课程超过800节，刷卡考勤超过50 000人次。系统自2015年启用以来，平均出勤率明显改善，从使用前的不足75%，提升到现在的超过90%。考勤系统实时反映和跟踪每节课的到课情况，及时将考勤结果数据反馈给任课教师及教学管理部门，以便于及时处理，严肃了教学秩序。系统运行稳定，师生的满意度很高，也为我校节省了教学管理成本，提高了教学管理效率，为信息化建设做出了贡献。

除此之外，考勤系统收集到海量的学生签到信息和教师上课评价信息，这些数据可供更进一步的挖掘、研究，借助于大数据技术手段，为高校深入掌握学生到课规律、提高课堂教学质量提供第一手的资料。