楊　兵，盧國慶，汪應(yīng)龍（.湖北大學(xué)教育學(xué)院，湖北武漢43006）（.宜昌市科學(xué)技術(shù)情報研究所，湖北 宜昌443000）

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基于App Inventor課堂點名系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用*

楊兵1，盧國慶1，汪應(yīng)龍2
（1.湖北大學(xué)教育學(xué)院，湖北武漢430062）（2.宜昌市科學(xué)技術(shù)情報研究所，湖北 宜昌443000）

信息化環(huán)境下課堂教學(xué)活動是教學(xué)研究的重要組成部分，其合理性、有效性將直接影響教學(xué)質(zhì)量和效果。將移動App應(yīng)用到組織課堂教學(xué)活動中，有助于豐富課堂教學(xué)形式和活躍課堂氛圍，文章對基于App Inventor課堂點名系統(tǒng)進行分析、研究和實現(xiàn)，最后對課堂點名系統(tǒng)進行了實證測試，驗證了系統(tǒng)在組織課堂教學(xué)活動中的實用價值。

課堂點名；App Inventor；移動應(yīng)用；移動教育

一、引言

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，各類移動設(shè)備（智能手機、iPad等）不斷普及，移動教育開始受到人們的普遍關(guān)注。移動教育的靈活性、高效性、交互性等特點，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和充分體現(xiàn)學(xué)習(xí)主體性［1］。智能終端、云計算、智能化軟件、硬件以及良好的人機交互使用的不斷發(fā)展，似乎預(yù)示著將智能終端應(yīng)用于教育教學(xué)將是一個不可逆轉(zhuǎn)的趨勢［2］。教育類APP開始受到部分師生的青睞，例如百詞斬、作業(yè)幫等，但其理論還處于探索階段，在教育教學(xué)中的應(yīng)用有待進一步研究。

課堂點名是組織課堂教學(xué)活動的有效手段之一。目前，國內(nèi)外對課堂點名系統(tǒng)都有新的研究。唐明偉等［3］通過短信貓接收學(xué)生短信，達到課堂點名的目的，該點名系統(tǒng)僅僅根據(jù)學(xué)生短信判斷學(xué)生的出勤情況，略顯死板，學(xué)生可以通過轉(zhuǎn)發(fā)短信令牌進行偽造點名，同時需要配置高性能短信貓設(shè)備，成本高。部分高校學(xué)生配備智能卡，采用RFID與SMART CARD結(jié)合進行點名［4］，該點名系統(tǒng)需要為每個學(xué)生配備智能卡，使用繁瑣，推廣成本高。Chitresh Saraswat等［5］提出采用指紋鑒別技術(shù)，每個教室配備指紋機器，通過指紋打卡實現(xiàn)點名，在學(xué)生較多的情況下，此方式占據(jù)很長的教學(xué)時間，更適合公司員工考勤。楊洪章等［6］通過收集學(xué)生手機藍牙信號，采用三星S3C2410嵌入式處理器設(shè)備實現(xiàn)點名，該點名系統(tǒng)建立在藍牙設(shè)備的基礎(chǔ)上，但是無法保證每個學(xué)生具有藍牙設(shè)備，同時，需要借助專門處理器設(shè)備，不易操作，點名成本高。成都康賽“上課點名系統(tǒng)”，整合學(xué)生信息和課表信息等［7］，在課堂點名中，投影儀顯示學(xué)生的頭像，只有長相、姓名、學(xué)號完全一致，才算出勤，該點名系統(tǒng)在多媒體教室實現(xiàn)，點名準(zhǔn)確率高，有效提高學(xué)生的出勤率，但是不能實現(xiàn)隨機點名和課堂提問點名。

本文設(shè)計了基于App Inventor的課堂點名系統(tǒng)，借助Android系統(tǒng)的移動設(shè)備完成點名，不僅實現(xiàn)傳統(tǒng)的簽到點名，而且能實現(xiàn)隨機點名和課堂提問點名，并對學(xué)生的到課和缺勤情況進行保存統(tǒng)計。在課堂提問點名中，對于回答問題的學(xué)生給予點贊，并利用移動設(shè)備進行語音鼓勵或獎勵，寓教于樂，體現(xiàn)學(xué)生主體性?；贏pp Inventor課堂點名系統(tǒng)，易實現(xiàn)，易操作，成本低，不僅對組織課堂教學(xué)活動進行有益補充，而且對提升課堂教學(xué)效率具有積極作用。

二、App Inventor平臺簡介

App Inventor是一款Google公司開發(fā)的手機編程平臺，2012年1月1日移交給麻省理工學(xué)院，并于2012年3月4日公布使用。App Inventor降低了程序開發(fā)的門檻，使用者通過該軟件能夠迅速開發(fā)出Android系統(tǒng)的移動應(yīng)用App。

1.App Inventor平臺界面

平臺界面包括組件設(shè)計和邏輯設(shè)計。組件設(shè)計包括組件面板、工作面板、組件列表和組件屬性等，是應(yīng)用開發(fā)環(huán)境的外觀設(shè)計；邏輯設(shè)計包括模塊和工作面板，在邏輯設(shè)計中進行代碼拼接編程。在App Inventor組件設(shè)計中，添加所需的應(yīng)用組件，進行布局后，在邏輯設(shè)計界面進行模塊拼接。在開發(fā)課堂點名系統(tǒng)過程中，可以連接AI Companion、Emulator或USB進行測試，最后生成點名系統(tǒng).apk文件，在移動設(shè)備上安裝運行。

2.App Inventor平臺的主要特點

App Inventor具有開發(fā)環(huán)境搭建方便、開發(fā)過程簡單、易操作、不需太多編程知識、開發(fā)周期短等特點［2］。

App Inventor開發(fā)環(huán)境搭建方便，在開發(fā)課堂點名系統(tǒng)前，安裝Java搭建開發(fā)環(huán)境。在App Inventor邏輯設(shè)計視圖中，模塊已經(jīng)封裝了代碼，進而簡化了開發(fā)過程。平臺操作簡單，用戶只需按照意愿拖拽模塊，不需要深奧的代碼知識，通過App Inventor平臺能夠快速完成一個簡單的應(yīng)用，縮短了開發(fā)周期。

App Inventor操作簡單，開發(fā)容易，是開發(fā)課堂點名系統(tǒng)最簡單的平臺。我國學(xué)者通過App Inventor實踐研究得出，App Inventor作為開發(fā)工具，對于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維有一定的幫助。鄧文博等［8］認(rèn)為，運用App Inventor確實能夠促進學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。郭守超等［9］認(rèn)為，通過使用App Inventor工具，學(xué)習(xí)者的計算思維能力得到了有效培養(yǎng)。本文不是將App Inventor作為訓(xùn)練計算思維的工具，而是運用計算思維，對基于App Inventor開發(fā)課堂點名系統(tǒng)進行設(shè)計研究。

三、課堂點名系統(tǒng)設(shè)計

1.應(yīng)用分析

在組織課堂教學(xué)活動中，課前點名和課堂提問點名不可缺少。傳統(tǒng)的點名方式，每個任課教師有幾個班，在新課開始前，教師打印出學(xué)生名單，課前根據(jù)學(xué)生名單逐一點名，在紙質(zhì)學(xué)生名單上，教師記錄學(xué)生到課和缺勤情況，即使代人應(yīng)答也不易檢查；在課堂發(fā)言過程中，教師一般也會翻出學(xué)生名單選出要發(fā)言的學(xué)生，記錄學(xué)生回答問題的情況。在學(xué)生較多的情況下，增加教師工作量的同時，傳統(tǒng)點名會占據(jù)很長的課堂教學(xué)時間。為了解決上述問題，基于App Inventor的課堂點名系統(tǒng)需具備如下主要功能：①具備班級和課程更新的功能。②能夠?qū)牖蚋旅麊蔚墓δ?。③對學(xué)生的出勤情況進行保存，統(tǒng)計回答問題的情況，及請假功能。④具備對學(xué)生的出勤數(shù)據(jù)進行一鍵式分析、查詢、導(dǎo)出等功能。

2.系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)上述應(yīng)用分析及App Inventor平臺的特點和功能，基于App Inventor的課堂點名系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

（1）新課管理。本模塊為系統(tǒng)的前提，由班級管理和課程管理兩個子模塊組成。在本模塊中，教師根據(jù)需要手動添加或刪除班級和課程信息，對班級和課程信息進行定期維護，并將這些數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫中進行保存。

（2）學(xué)生管理。本模塊為系統(tǒng)的關(guān)鍵，由信息導(dǎo)入和信息更新兩個子模塊組成。在本模塊中，導(dǎo)入學(xué)生的名單，并對學(xué)生的信息進行更新，能添加對應(yīng)學(xué)生的照片。在移動設(shè)備顯示學(xué)生姓名信息的同時顯示學(xué)生照片，以提高點名的準(zhǔn)確率，有效防止代答。

（3）點名管理。本模塊為系統(tǒng)的中樞，由簽到點名、隨機點名和請假管理三個子模塊組成。在本模塊中，教師可以選擇簽到點名和隨機點名兩種點名方式。在選擇班級之后，課堂點名系統(tǒng)默認(rèn)的是隨機點名。隨機點名以學(xué)生的權(quán)重比例為概率，權(quán)重=缺勤數(shù)/（出勤數(shù)+點贊數(shù)），權(quán)重比例=某學(xué)生的權(quán)重/所有學(xué)生的權(quán)重總和。在課前點名和課堂發(fā)言時，教師通過移動設(shè)備進行隨機點名，將移動設(shè)備搖一搖，以權(quán)重比例為概率隨機選取學(xué)生對應(yīng)的序號，并將姓名文本信息轉(zhuǎn)換為語音輸出，實現(xiàn)隨機點名的效果。教師選擇簽到點名之后，移動設(shè)備會將學(xué)生姓名按照一定的順序轉(zhuǎn)換成語音輸出。教師對學(xué)生的回答問題情況，在移動設(shè)備系統(tǒng)界面進行點贊，同時移動設(shè)備會發(fā)出“你真棒”、“真聰明”、“獎你顆小紅心”等語音。對于請假的學(xué)生，在系統(tǒng)界面進行請假處理，這些記錄自動提交數(shù)據(jù)庫保存。

（4）數(shù)據(jù)管理。本模塊為系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)導(dǎo)出三個子模塊組成。在本模塊中主要維護學(xué)生的到場、缺勤、請假和點贊等數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)管理主要對數(shù)據(jù)進行保存、分析、查詢、導(dǎo)出等功能。課堂點名記錄能以折線圖的形式顯示，更直觀形象。當(dāng)新課程開始時，能對已有的數(shù)據(jù)進行一鍵清除，開始新的統(tǒng)計。

3.數(shù)據(jù)庫分析

基于上述分析，學(xué)生的到場、缺勤和點贊等數(shù)據(jù)信息需要以列表的形式存儲在數(shù)據(jù)庫中，并能對這些數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)存取。App Inventor提供兩類數(shù)據(jù)庫組件，分別是TinyDB和TinyWebDB。前者使用TinyDB.StroeValue塊，在Android設(shè)備上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的永久存儲；TinyWeb-DB將數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器中，能夠?qū)崿F(xiàn)不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享。為了研究方便，課堂點名系統(tǒng)使用TinyDB數(shù)據(jù)庫，將學(xué)生數(shù)據(jù)信息保存在教師移動設(shè)備上，并通過特定的方式進行訪問更新。

四、課堂點名系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)上述功能設(shè)計分析App Inventor平臺的特點和功能，得出系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖2。課堂點名系統(tǒng)在Java運行環(huán)境下，使用App Inventor作為基本的開發(fā)平臺，分別從組件層設(shè)計、邏輯層設(shè)計、數(shù)據(jù)層設(shè)計三個方面進行系統(tǒng)實現(xiàn)。

圖2　系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

1.組件層設(shè)計

在基于App Inventor課堂點名系統(tǒng)開發(fā)過程中，組件層是教師使用系統(tǒng)的接口，分為可視化和非可視化兩類組件。課堂點名系統(tǒng)所選擇的組件決定了系統(tǒng)的界面，組件層設(shè)計，也是對課堂點名系統(tǒng)界面的設(shè)計?；谏鲜稣n堂點名系統(tǒng)設(shè)計，運用邏輯思維形成系統(tǒng)抽象模型，在此基礎(chǔ)上將抽象模型分解成不同模塊。例如，如何實現(xiàn)導(dǎo)入學(xué)生名單，如何實現(xiàn)順序點名，如何實現(xiàn)隨機點名，如何統(tǒng)計到場，如何統(tǒng)計缺勤，如何統(tǒng)計請假，如何統(tǒng)計點贊，如何保存數(shù)據(jù)等等。在這些模塊基礎(chǔ)上，根據(jù)組件的特點，在組件層選擇課堂點名系統(tǒng)的組件。

在分析不同的模塊基礎(chǔ)上，課堂點名系統(tǒng)使用的可視化組件有ListPicker、HorizontalArrangement、Button和Lable等，非可視化組件有AccelerometerSensor、Sound、TinyDB、TextToSpeech和File等。根據(jù)上述分析和App Inventor組件功能，課堂點名系統(tǒng)的主要組件功能如下：ListPicker的作用從班級列表中進行選擇；HorizontalArrangement在Layout分組中，是用于水平布局的組件；Button是按鈕組件，顯示到場、缺勤、請假和導(dǎo)入名單等按鈕；Lable是顯示學(xué)生姓名的文本組件；AccelerometerSensor具有檢測到設(shè)備的移動或搖晃的作用，在課堂隨機點名時檢測移動設(shè)備的搖晃；Sound是聲音組件，產(chǎn)生振動或語音等；TinyDB是數(shù)據(jù)庫組件，存儲學(xué)生出勤信息等；TextToSpeech是將文本轉(zhuǎn)換為語音的組件；File是導(dǎo)入文本組件等。

2.邏輯層設(shè)計

在課堂點名系統(tǒng)開發(fā)中，組件層和邏輯層能夠根據(jù)需要進行切換。邏輯層設(shè)計主要是定義課堂點名系統(tǒng)中每個組件做什么行為，以及何時做這些行為。在邏輯層中，封裝的“代碼塊”保存在不同的“抽屜”里。根據(jù)App Inventor代碼模塊功能特點，將課堂點名系統(tǒng)設(shè)計分析轉(zhuǎn)換為切實可行的計算思維方法，是系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵。

在課堂點名系統(tǒng)的邏輯層設(shè)計中，首先定義變量，為了增強變量的可讀性，本系統(tǒng)使用駝峰命名法。課堂點名系統(tǒng)用到的變量包括 Class、NameList、NameAttend、NameAbsence、Namelist1、Namelist1Absence、Namelist1Attend、Namelist2、Namelist2Absence和 Namelist2Attend等列表變量及RandomIndex隨機下標(biāo)變量等。然后，在課堂點名系統(tǒng)組件層設(shè)計的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)功能模塊化，將系統(tǒng)抽象模型分解成不同的功能模塊，并逐步實現(xiàn)。例如，如何統(tǒng)計到場和缺勤這兩個功能應(yīng)該單獨設(shè)計成2個模塊。將復(fù)雜的功能分解、約簡成各個小功能的模塊化思想，是計算思維的重要方法。最后，在課堂點名系統(tǒng)邏輯設(shè)計中，對于重復(fù)多次使用的功能，可以創(chuàng)建成過程（procedure），當(dāng)需要使用該功能時，可以調(diào)用本過程以實現(xiàn)相應(yīng)的功能。例如，定義到場和缺勤數(shù)據(jù)的顯示為一個過程，可以多次調(diào)用該過程實現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示功能。

3.數(shù)據(jù)層設(shè)計

數(shù)據(jù)層設(shè)計是課堂點名系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，是在邏輯層完成的。課堂點名系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層設(shè)計主要是對數(shù)據(jù)庫TinyDB存取數(shù)據(jù)，通過Tag標(biāo)簽與邏輯層設(shè)計進行聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫TinyDB里面的數(shù)據(jù)由不同的tag-value組成，Tag是數(shù)據(jù)存儲的標(biāo)簽，value是標(biāo)簽的取值。本系統(tǒng)中的value對應(yīng)的是上述定義的列表變量。在數(shù)據(jù)層設(shè)計中，用StoreValue和Getvalue對數(shù)據(jù)庫進行存取數(shù)值，分別定義寫數(shù)據(jù)庫和讀數(shù)據(jù)庫這兩個功能為兩個過程，根據(jù)需要進行調(diào)用。

在課堂點名系統(tǒng)實現(xiàn)的整個過程中，將系統(tǒng)功能描述轉(zhuǎn)換為行之有效的思維方法，并且通過項目小組交流討論，進一步完善思維方法，將系統(tǒng)功能分解為不同模塊，運用模塊化方法實現(xiàn)系統(tǒng)的不同功能，系統(tǒng)實現(xiàn)流程如圖3所示。

通過上述組件層、邏輯層和數(shù)據(jù)層的設(shè)計，運用計算思維方法，最終課堂點名系統(tǒng)界面如圖4。

五、課堂點名系統(tǒng)實證測試

課堂點名系統(tǒng)以某省屬高校教育學(xué)院2015級全日制研究生（32人）為測試對象進行實證測試。本實證測試選取3周，每周4節(jié)公共課，進行課前和課堂隨機點名，課前隨機點名10人，課堂提問隨機點名2-4名。在測試完成后，進行系統(tǒng)出勤率（系統(tǒng)出勤率=系統(tǒng)點名到課人數(shù)/系統(tǒng)點名人數(shù)）和實際出勤率（實際出勤率 =到課人數(shù)/總?cè)藬?shù)）比較，如圖5所示。

圖3　系統(tǒng)實現(xiàn)流程圖

圖4　課堂點名系統(tǒng)界面

根據(jù)圖5反映，雖然系統(tǒng)出勤率和實際出勤率有一定誤差，但是，系統(tǒng)出勤率在一定范圍內(nèi)能夠反應(yīng)學(xué)生的實際出勤情況。

圖5　出勤情況比較

通過對師生的現(xiàn)場觀察和個別訪談，課堂點名系統(tǒng)有助于活躍課堂氣氛，豐富組織課堂教學(xué)活動的形式，節(jié)約了課堂點名的時間。部分學(xué)生擔(dān)心被隨機點名選中，在課堂上認(rèn)真思考教師提出的問題。在課堂隨機點名中，以學(xué)生的權(quán)重比例為概率隨機選取，缺勤次數(shù)越多的學(xué)生，被隨機點到的概率越大，在一定程度上提高了學(xué)生的出勤率和教學(xué)整體效果。在課堂提問隨機點名中，對于學(xué)生的回答，教師可以在移動設(shè)備系統(tǒng)界面進行點贊，移動設(shè)備能夠發(fā)出鼓勵或獎勵語音，對于加強課堂師生互動和體現(xiàn)學(xué)生主體地位有一定作用。

基于App Inventor的課堂點名系統(tǒng)，開發(fā)過程簡單，系統(tǒng)操作方便，是移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)課堂的結(jié)合。課堂點名系統(tǒng)實證測試得出，本系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價值，能夠成為組織課堂教學(xué)活動的有效工具，對于提升教學(xué)效率起到積極作用，對于激發(fā)學(xué)生好奇心和求知欲均有一定的促進作用，對于課堂考勤制度改革具有一定的參考價值。

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（編輯：魯利瑞）

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1673-8454（2016）10-0091-04

本文受國家自然科學(xué)基金項目（No.61170093）、湖北省自然科學(xué)基金（No.2013CFB003），湖北省信息化與基礎(chǔ)教育均衡發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心基金項目（No：201406），湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究計劃重點項目（No.094736）和湖北大學(xué)教學(xué)改革與研究項目（No.201309）資助。