高校课堂管理平台设计实现

吴芯怡　陈龙　鲍承转　张宇航　尹天鹤

摘要：针对高校课堂管理中存在的签到效率低下，教学日历编排被动复杂，课堂信息管理分散等问题，设计开发面向高校课堂管理的信息化平台。平台调用第三方人脸识别接口，完成人脸采集、人脸检测、人脸跟踪、人脸比对工序，以此对高校学生的到课率检测进行支持;基于XDOC和JavaScript脚本语言，智能生成教学日历;采用网页脚本语言结合Vue、Spring Boot、Mybatis等框架的方式搭建平台，实现课堂信息管理一体化。平台具有高度可扩充性、普适性、稳定性，有助于进一步推动课堂管理轻便化智能化发展。

Abstract： In view of the problems in the classroom management of colleges and universities such as low efficiency of sign-in， passive and complicated teaching calendar， and scattered information management of classrooms， an information platform for college classroom management is designed and developed. The platform invokes a third-party face recognition interface to complete face acquisition， face detection， face tracking， and face matching procedures， thereby supporting college students' attendance detection; generates teaching calendar smartly based on XDOC and JavaScript scripting language; uses web scripting language combined with Vue， Spring Boot， Mybatis and other frameworks to build a platform to achieve classroom information management integration. The platform is highly scalable， universal， and stable， which helps to further promote the intelligent development of classroom management.

關键词：人脸识别签到;课堂管理平台设计;JAVA;教学日历智能生成

Key words： face recognition sign-in;classroom management platform design;JAVA;teaching calendar intelligent generation

中图分类号：P315.69                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）35-0245-04

0  引言

科学技术的智能化，信息发展的爆炸化，为高校课堂管理的高速发展奠定坚实基础。但在当前高等教育的信息化技术应用过程中，课堂管理各应用之间各不相谋，系统功能间按管理业务线分割，功能间独立程度高，缺少面向教师课堂管理的综合性服务平台。对此本文提出一个面向高校课堂管理的信息化平台，针对教师面临的课堂点名时间人力消耗大的问题，教学日历手工编排的低效率问题以及教学信息零散管理等问题，进行功能设计开发。通过试用表明，本文设计的平台能够进一步实现课堂管理的轻便化智能化，为课堂管理提供新思路新方向。

1  系统需求分析

1.1 系统功能性需求

高校课堂管理平台主要包含三大模块：学生签到、课堂跟踪管理以及基础信息管理。

1.1.1 学生签到

为提高学生签到效率，防止代签、漏签等情况的发生，系统拟采用人脸识别技术进行签到功能开发，本模块实现的具体功能主要包括学生信息注册、照片同步和人脸识别。

1.1.2 课堂跟踪管理

课堂跟踪管理主要利用前述的学生签到数据，对学情信息进行动态统计和可视化分析，并为教师提供便利化的教学辅助管理工具，具体包括以下三大功能：

①签到情况查询与统计：能够根据所需查询的时间节点、课程名称及教师姓名等信息，查询课程及其签到情况，统计正常出席、缺席及迟到的学生人数。

②学情信息可视化分析：面向教学管理人员，将学校所有课程的基础信息、教学进度以及学生到课情况进行可视化展示，并支持历史数据回溯查询的动态展现和学生个人的学情统计可视化分析。

③教学辅助工具：能够对校历和课程的教学资料进行上传管理，并提供教学日历自动生成和一键导出功能。

1.1.3 基础信息管理

主要实现对学生、课程、教室和教师信息的基础管理功能。

平台的主要功能如图 1所示。

1.2 非功能性需求

平台严格控制访问权限，仅在用户通过身份认证后才能对其访问权限内的数据进行访问，对其权限范围内的功能进行操作，如，学生用户不可进入学生信息管理界面。对学生、教师以及管理员等用户的账号密码等关键字段进行加密处理，增强平台的可靠性及安全性。

三个主要模块之间数据库通过服务器进行交流，代码之间统一规范，采用成熟的API接口及框架，增强系统性能及可维护性。

平台的整体框架在应用水平提高、需求增加、数据量扩充的情况下能够保持较强的稳定性及可扩充性。需求功能拓展时，可针对需求进行平台子模块拓展，需求数据量及应用水平拓展时，可对平台系统进行扩充升级。

2  平台总设计及主要功能模块

2.1 平台总设计

平台针对学生签到、课堂跟踪管理及基础信息管理等功能进行集成。将系统应用分为客户层、业务功能层、应用支撑层、数据层、基础设施层，结合Java语言、MySQL数据库、Html超文本标记语言、JS脚本语言;Vue、Spring Boot、Mybatis、Bootstrap等框架;XDOC以及第三方人脸识别接口等工具进行平台搭建，具体架构如图2所示。

2.2 学生签到

在深度学习大热的背景下，学生签到模块通过调用第三方人脸识别接口，进一步实现对学生签到管理的简便化和智能化。

平台通过第三方平台提供的接口，向平台人脸库中增加用户，同时将组内用户的人脸图片传输入人脸库。

首次签到前需进行人脸采集完成注册。视频流中成功采集的人脸图片活体检测成功后，即注册完成。学生在线注册支持单人及多人人脸识别，离线注册支持管理员批量导入注册。

注册成功再次进行签到时，调用人脸搜索接口进行活体检测以及质量检测，检测成功上传的图片与人脸库中的图片比对查找成功，即签到成功。为签到效率最大化平台设置考勤一体机进行签到，教师可对到课情况以及历史记录进行查询。人脸签到还支持手机端进行多端签到，签到成功同时将录入签到学生信息进行统计记录。

2.3 课堂跟踪

课堂跟踪管理包含对签到情况查询与统计，对学情信息的可视化分析以及教学辅助工具。

针对签到分析子模块，进一步区别签到状态，增强签到区分度，分别统计到课人数、迟到人数以及缺勤人数。

针对学情分析子模块，抽调签到结果数据，进行可视化投屏，轮转实时投放各教室课程学生签到情况。

前端呈现采用专用于构建用户界面的渐进式框架——Vue进行开发，通过index.html文件进行渲染加载，通过main.js控制初次启动Vue项目要加载的组件。

通过签到人数的改变与服务器中的数据进行交互，将数据库中数据实时在前端界面进行可视化展示，展示结果如图3所示。

针对教学辅助工具模块，通过教师自主化设定，结合校历自动剔除节假日及其他冲突情况，增强教师教学日历可操作性，并提供在线资料共享。结合Bootstrap、JavaScript及XDOC进行教学日历的生成及一键导出功能，XDOC实现一键导出效果详情如图4右侧所示。

2.4 基础信息管理

基础信息管理模块包含对学生、课程、教室、教师四个方面基础信息的综合管理，采用权限分层进一步增强管理安全性能，实现课堂管理信息的综合性集成。

管理员拥有最高权限，教师能够查看学生及课程的基础信息从而进一步了解学情基础情况，优化教学效果，学生仅拥有最低登录注册权限。

后臺信息管理整体采用Spring Boot框架以及Mybatis持久层框架。通过Spring Boot引用spring-boot-starter-web依赖，搭建Dao层（即持久层）、Entity层（即实体层）、Service（即业务层）、Controller层（即控制层），整合SpingMVC框架，并通过Mybatis定制化SQL、存储过程以及高级映射。

在持久层中创建Dao接口，在配置文件中配置接口的实现类、Dao的数据源和数据库，完成与数据库的交互;在实体层定义与数据可对象对应的属性即数据库在后台管理中的类，提供get/set方法，tostring方法，有参无参构造函数;在业务层设计接口，创建需要实现的类，在配置文件中进行配置，完成业务模块的逻辑应用设计;在控制层调用业务层中的接口实现具体业务模块流程的控制。整合前端框架及服务器数据，由Spring Boot通告finish（）完成后台基础信息管理系统子模块。

3  结语

高校课堂管理平台为实现信息化、智能化管理课堂提供了新的途径。针对目前存在的管理问题，平台针对性进行解决：提供人脸识别进行签到，提高签到准确率及效率;提供智能化教学日历工具，增强教学管理智能化优势;提供教学信息集成平台，扩大信息复用面;提供信息综合管理，提高教学管理便捷性。极大提高了高校教师课堂管理及学生考勤的效率，使得教学管理智能化程度进一步加深，为高校教学智能化奠定基础。平台在子系统的开发扩展方面仍有较大空间，在工具应用稳定化及多样化方面仍可进一步挖掘深化，继续拓展相关教学应用，深化已有模块系统功能。

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