智能体育课程管理系统开发及应用

王斐

(西安航空职业技术学院 学生处，陕西 西安 710089)

0 引言

在现代高校教学中，体育课程发挥着相当重要的作用，它一方面能够直接增强学生的身体素质，另一方面能够为科学运动方式的普及提供理论依据。随着高校体育课程教学模式的变化，课程信息量逐渐增多，以往人工进行排课、选课的课程管理方式不仅浪费了大量的人力物力，而且错排、错选的现象时有发生。针对这些问题，本文提出并设计了一种智能体育课程管理系统，通过教师用户和学生用户所对应的模块向其提供排课或选课服务，利用在线论坛实现师生的互动交流，同时，系统能够通过智能化的方式对体育课程教学资源信息进行统计、整合与分析，并实时采集和记录课堂数据，最后将信息处理结果面向教师和学生用户进行发布。本系统基于信息化技术实现了高校体育课程的智能管理，对其他同类系统的研发具有一定的参考价值。

1 系统整体结构

为了实现体育课程管理的精细化与智能化，本系统在网络模式的架构下搭建以服务为主体的课程管理平台，系统总体结构如图1所示。

图1 智能体育课程管理系统总体架构

由图1可见，为了保证系统的功能完善性，系统共由基础设施及服务端、应用端、应用支撑端、客户端及用户端5个部分组成。基础设施及服务端主要负责采集、处理和存储课程信息资源数据，利用物联网与应用端进行信息交互，应用端向教师和学生用户发布课程信息，为其排课、选课提供参考，同时为师生提供互动交流空间，应用支撑端基于多种网络技术为应用端提供业务支撑，利用无线网络将经过统计分析的课程信息经由客户端的浏览器界面向用户端的教师与学生进行显示，为其排、选课提供详尽的信息。客户端浏览器基于HTML、CSS、JavaScript3种编程语言联合开发显示界面。应用支撑端集成了数据引擎、XML交换、传感网络间协议、无线网络、Internet和事务处理等网络技术[1-3]，对信息资源进行整合，借助于统一的数据交换接口，为用户生成一个支持信息协作、传递、访问的整合环境，满足师生的体育课程信息需求。在系统的基础设施与服务端，基于MySQL服务器进行数据的采集、存储和备份，以保证数据的安全性和数据处理与传输的高效性。

本系统为教师和学生分别设置了不同的用户端显示界面。教师和学生可以通过PC、手机或平板电脑和触摸屏等设备中安装的浏览器编辑或查询体育课程信息。在用户提出排课或选课的请求后，系统在应用支撑端所生成的环境中提供有关课程安排或选择的服务。应用端中部署了教师排课、学生选课、师生互动和学生信息4个功能模块，基础设施及服务端包含设施和服务2个部分，服务是指开展体育课程管理过程中的数据采集、数据同步、数据存储、数据备份与基础管理，设施则是指服务器、数据库、网络设备、查询平台以及物联网架构下的信息传递渠道。

在系统的组成部分中，应用端发挥了系统核心的作用，其所属模块的功能实现方式是系统设计的重中之重。

1.1 教师排课模块

通过该模块教师可以按照教学计划做出课程安排，对排课信息进行新建、编辑和删除。在教师用户界面，教师可以通过“添加”选项录入体育课程信息，若信息发生变动则通过“编辑”更改信息内容或直接删除该信息。在物联网模式的课程信息管理中，排课过程实际上是对教师、学生、授课时间地点的统筹规划，系统的排课模块会根据这3个因素做出合理的安排，避免教师或学生在同一时间选择两门课程、学生体育课时超标等现象的发生。

1.2 学生选课模块

该模块主要面向学生提供课程选择与统计服务。在学生因特殊情况不能参加已选课程的情况下，学生可以在其用户界面通过“删除”选项取消课程学习。目前高校对学生的体育课程学分普遍做出了指标性要求，因此学生必须结合这些要求根据学期的其他课程安排选择时间适合的体育课程。在“学生选课信息统计”选项中可以对已有的课程安排进行查询，同时还可以了解体育课程的已报名人数信息，若报名人数达到上限，系统会提示学生用户选择在其他时间上课的课程。

1.3 学生信息设置模块

系统通过该模块对所有在读学生的基本信息进行管理，由系统管理员进行学生信息的维护，按照实际情况进行学生信息的新建、编辑、删除和查询。系统管理员通过“添加”选项创建新的学生信息，当这些信息发生变化时可以通过“编辑”进行内容修改或通过“删除”去掉整条信息，系统用户可以通过“学生信息查询”查找并核实学生的基本信息。由于在校学生的学号是唯一的，因此学生信息添加成功后，学生能够以已获认证的用户身份登录系统。

1.4 互动交流模块

该模块以在线论坛的方式为教师、学生用户和系统管理员提供了一个信息交互的空间，其管理结构如图2所示。

图2 互动交流模块管理结构示意图

教师和学生是信息发布的主体，管理员对论坛发布的消息进行审核，以防止有人发布违规信息。由此可见，互动交流模块需要同时管理用户数据表和发布信息数据表，用户数据表中包含了用户的基本信息，如姓名、性别、年龄、学号、工号等，发布信息数据表中则包含了信息标题、关键字/词、发布时间以及发布者的基本信息等，以保证信息的可追溯性。

用户通过在线论坛进行新主题的发表或对感兴趣的信息内容进行查阅，学生用户可以在论坛中交流学习心得、分享学习经验或向教师提出与课程有关的问题，教师用户则可以为学生答疑、提供在线辅导或发布课程变动通知等。用户信息发布流程如图3所示。

图3 用户信息发布流程示意图

按照图3所示流程，用户进入在线论坛后，系统界面会以信息列表的方式进行显示，用户点击“发表新主题”选项后，系统会自动跳转至信息发布界面，用户逐项输入信息主题、信息内容后点击“提交发布”，系统会按照既定规则对信息内容进行核验，若存在不符合规则的项目则自动返回至信息编辑界面并提示用户进行修改，若验证通过，则提交给管理员进行人工审核，通过后该信息将发布在首页的信息列表中。

2 课程分析与管理功能实现

2.1 系统功能设计

本系统不仅能够对学生的体育学习成绩进行快速统计，还能够根据学生的各种体育项目历史学习成绩对学生的适学项目做出智能分析，以满足其个人兴趣爱好并提高其体育课程学习的主动性。课程分析与管理功能结构如图4所示。

图4 课程分析与管理结构示意图

首先系统必须具备用户基本信息的管理功能，根据课程管理的要求设置完善的基本信息录入项，如姓名、性别、学号和工号等；为了保证用户基本信息的准确性和完整性，系统需要定期对已有的信息进行维护；为教师排课信息和学生选课信息创建数据集并存入数据库；学生用户可以通过系统查询所选体育课程的班级代号，学期结束时可以查询学习成绩；系统根据学生学习情况对课程教学质量做出分析，供教师建立或调整教学计划。

2.2 智能体育课程管理

本系统充分利用了物联网自带的感知特性来加快课程管理信息采集速度，同时凭借网络的云计算功能构建多种信息综合分析平台[4]。将与体育课程有关的各种信息进行整合后实施自动化分析，为了保证分析结果的可靠性，必须实施智能化的体育课程信息管理，做到实时监测、按时录入，按照上述要求建立的课程管理模型如图5所示。

图5 物联网模式下的课程管理模型

教师必须实时、全面地采集课程管理信息并将其录入到系统数据库中，系统自动对这些信息进行整合分析，在此过程中，多个信息处理单元协同工作，使网络层和感知层能够同时发挥信息处理的作用。系统首先对学生选课信息(课程项目及其所对应的选课人数)进行汇总，通过物联网感知功能对系统提交的信息进行整合和分析，将获取的分析结果发送至物联网络中，通过物联网向公共信息服务器进行传递，在这里，体育课程信息实现了网络共享，教师和学生用户使用查询平台就能够直接查询排课情况和体育学习成绩。

3 系统应用

选取北京某高校计算机学院大三年级300名学生及其该学期体育授课教师进行体育课程选课与排课实验，对本系统进行应用测试。实验用计算机采用Intel Core i5处理器，主频2.6GHz，内存8GB，硬盘容量2T，安装Windows 10专业版操作系统，服务器运行软件为MySQL。

3.1 排课结果及分析

通过本系统向学生提供体育课程学习项目、上课时间和课程学分等信息，由学生根据个人兴趣及其他课程安排对体育课程进行选择，每个学习项目的课程报名学生数上限为200人，教师按所示情况进行排课。如图6所示。

图6 系统应用测试排课信息

由图6可见，体育教师向系统中录入了篮球、足球、自由搏击等10个项目的体育课程，课程学分均为2分，每周一节课，每节课的上课时间为2 h，其中多个课程出现时间重叠或交叉的情况。从学生的选课结果可以看出，篮球及足球的剩余报名名额分别为141和120，说明选择了这2个项目体育课程的人数较少，羽毛球、网球、跆拳道项目课程的剩余名额为负数，说明报名人数超出了200人。

3.2 学生选课监测分析

选定特定时间通过本系统采集各项目课程报名人数信息，结果如图7所示。

图7 系统应用测试某时刻学生选课信息

由图7可见，系统进行信息采集时乒乓球、羽毛球、健美操、跆拳道项目课程的报名人数已达到或超出200人，花样游泳课报名人数即将达到上限，说明这些课程在学生中最受欢迎，篮球及足球的报名人数分别为58和80，可见大多数学生对这两个项目的课程不感兴趣。

3.3 课程信息分析

本文选用查询准确率(prrecision)、查全率(recall)作为所设计系统的评价指标。查询准确率是指通过本系统查询到的报名人数与真实已报名人数一致的课程在所有课程中的占比，查全率是指学生实际可选的课程与系统显示可选课程数量的比值[5]。

本系统对教师排课及学生选课信息的统计分析结果如表1所示。

由表1可见，经本系统统计分析后所得的10种项目体育课程排、选课数据的查全率和查准率均在95%以上，证明本系统具备优异的数据分析能力。

表1 排、选课实验结果统计分析表

为了验证系统的稳定性与安全性，系统连续运行72小时提供教师排课与学生选课服务，在此期间，系统未出现网络中断、运行卡顿与宕机等现象，也没有发生已录入数据被非法篡改或数据丢失的事件，表明系统能够在保证数据安全的前提下稳定运行。

4 总结

为了实现高校体育课程的智能化管理，本文提出并设计了一种智能体育课程管理系统，介绍了系统的总体结构及其5个组成部分的具体功能，详细阐述了教师排课、学生选课、学生基本信息设置以及师生交流功能的实现流程，说明了系统进行课程分析与管理的具体方式，并通过应用测试证明了系统的功能可靠性和分析结果的精准性。本系统打破了人工选排课的传统模式，在大幅提高选排课效率的同时保证了选排课结果的准确性，为同类系统的研发提供了全新的技术思路。