鐘世芬+柳榮其+魏冬梅

摘 要：在教學(xué)中使用傳統(tǒng)電子投票系統(tǒng)存在維護(hù)成本高、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能弱等諸多局限，借助智能移動(dòng)終端、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有投票系統(tǒng)模型而提出的一種無(wú)線投票教學(xué)系統(tǒng)方案將克服這些限制，使得用戶(hù)參與更方便。該方案將投票和教師授課用幻燈片結(jié)合，在幻燈片呈現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，學(xué)生在課堂上可以直接以投票方式答題，系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)答題結(jié)果并呈現(xiàn)在幻燈片上，且同時(shí)記錄于數(shù)據(jù)庫(kù)中。利用該方案所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可節(jié)省教師大量批改作業(yè)的時(shí)間，教師也能在課堂上隨時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，以便及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。使用該系統(tǒng)將有效提升教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能移動(dòng)終端；投票；教學(xué)系統(tǒng)；服務(wù)器；幻燈片

DOIDOI：10.11907/rjdk.172273

中圖分類(lèi)號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）002-0120-04

0 引言

傳統(tǒng)教學(xué)中的師生互動(dòng)、知識(shí)強(qiáng)化以及教師獲取學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容掌握程度的信息，一般都通過(guò)課堂提問(wèn)、課堂練習(xí)、課后作業(yè)等方式來(lái)完成。學(xué)生的掌握程度并不能準(zhǔn)確、高效、實(shí)時(shí)地在課堂上得到反饋。將無(wú)線投票系統(tǒng)的原理引入到教學(xué)中，創(chuàng)建針對(duì)教學(xué)的無(wú)線投票教學(xué)系統(tǒng)，可以將“單向-滿(mǎn)堂灌”為特點(diǎn)的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎趩?wèn)題”的師生交互式和探究式教學(xué)新模式。哈佛大學(xué)物理教授Eric Mazur 在1991年提出了Peer-Instruction（簡(jiǎn)稱(chēng)PI）教學(xué)方法[1]。PI教學(xué)法通過(guò)借助計(jì)算機(jī)應(yīng)答交互系統(tǒng)（也稱(chēng)投票系統(tǒng)）或選項(xiàng)卡片，使原來(lái)普通課堂只有少數(shù)學(xué)生回答問(wèn)題變成每個(gè)學(xué)生都必須回答問(wèn)題，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成效[2-6]。

1 研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)電子投票系統(tǒng)一般包括主機(jī)、通訊主站和若干無(wú)線表決器。它可以應(yīng)用于教學(xué)[7，8]（如圖1所示），但在使用過(guò)程中存在一些限制，如需租用專(zhuān)用硬件設(shè)備、維護(hù)成本高、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能弱等。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的普及，以及手機(jī)、Ipad等智能移動(dòng)終端的廣泛使用，完全可以摒棄專(zhuān)用表決器，借助學(xué)生的手機(jī)、Ipad等智能設(shè)備來(lái)完成投票或回答問(wèn)題。借助智能移動(dòng)終端和投票系統(tǒng)的方案，可以實(shí)現(xiàn)功能更強(qiáng)、更易于定制、用戶(hù)參與更方便的無(wú)線投票教學(xué)系統(tǒng)。使同學(xué)們?cè)谡n堂上可以直接答題，系統(tǒng)可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)答題結(jié)果，教師不僅省去大量批改作業(yè)的時(shí)間，還能在課堂上隨時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)。

2 設(shè)計(jì)方案

無(wú)線投票教學(xué)系統(tǒng)主要包括手機(jī)App和服務(wù)器端程序。

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)主要由若干智能移動(dòng)終端、管理服務(wù)器端和數(shù)據(jù)服務(wù)器三部分構(gòu)成[9]（如圖2所示）。數(shù)據(jù)服務(wù)器通過(guò)防火墻與管理服務(wù)器連接，管理服務(wù)器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與智能移動(dòng)終端連接。智能移動(dòng)終端主要完成業(yè)務(wù)表現(xiàn)等的處理功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。管理服務(wù)器主要處理移動(dòng)終端請(qǐng)求，并及時(shí)響應(yīng)和完成數(shù)據(jù)交換工作，是用戶(hù)登錄、退出、管理題目信息、管理用戶(hù)信息的入口，也是輸出設(shè)備連接端。數(shù)據(jù)服務(wù)器用來(lái)存儲(chǔ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和用戶(hù)修改后的信息，在后臺(tái)提供服務(wù)器所需要的數(shù)據(jù)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除、修改、查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)等功能。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)，可以是Internet、Mobile Network或局域網(wǎng)WiFi網(wǎng)絡(luò)。防火墻用來(lái)確保數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)安全。

管理服務(wù)器連接輸出設(shè)備，如打印機(jī)、顯示器或投影儀等。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)建模式

系統(tǒng)主要功能是借鑒手機(jī)投票方式實(shí)現(xiàn)問(wèn)題回答，并在電腦端顯示。關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)提交；（2）電腦端的數(shù)據(jù)處理；（3）移動(dòng)終端與電腦端數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性[10，11]。

可在普通電腦上利用Web編程技術(shù)搭建該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)投票管理、過(guò)程控制、信息顯示、結(jié)果統(tǒng)計(jì)和分析等。利用移動(dòng)終端的瀏覽器或移動(dòng)終端的APP進(jìn)行問(wèn)題答案提交。

利用移動(dòng)終端瀏覽器進(jìn)行投票，移動(dòng)終端無(wú)需額外安裝其它軟件，學(xué)生參與方便，但安全性、用戶(hù)使用方便性略差；使用專(zhuān)用的APP軟件，移動(dòng)終端需要安裝專(zhuān)用的APP程序，但用戶(hù)使用便捷性強(qiáng)，且便于參數(shù)預(yù)設(shè)、用戶(hù)身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密等。本系統(tǒng)主要采用APP模式投票回答問(wèn)題。

2.3 服務(wù)器端

服務(wù)器端由兩部分構(gòu)成，一是由管理員登錄后可以進(jìn)行增刪改查操作的網(wǎng)站，二是運(yùn)行在后臺(tái)的服務(wù)器組件。

2.3.1 服務(wù)器網(wǎng)站

構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)站，該網(wǎng)站可由超級(jí)管理員和普通管理員兩類(lèi)角色進(jìn)行管理。超級(jí)管理員可以創(chuàng)建普通管理員及管理所有數(shù)據(jù)信息，普通管理員可以管理個(gè)人及自己所上課程的信息。普通管理員登錄后能管理所承擔(dān)課程的所有題目及選項(xiàng)信息、學(xué)生答題信息、統(tǒng)計(jì)結(jié)果等內(nèi)容，包含新建問(wèn)題及選項(xiàng)、修改或刪除問(wèn)題及選項(xiàng)、導(dǎo)入學(xué)生名單、查看學(xué)生答題情況、查看統(tǒng)計(jì)結(jié)果、導(dǎo)出學(xué)生答題情況等。超級(jí)管理員登錄后除可以完成上述所有操作外，還可以添加、修改、刪除和查看管理員信息。

2.3.2 服務(wù)器組件

服務(wù)器組件在后臺(tái)運(yùn)行并接收學(xué)生的輸入，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并最終將數(shù)據(jù)傳給PowerPoint幻燈片供演示。

2.4 智能終端APP

由于目前主流的智能終端基于兩套系統(tǒng)：Android和IOS，為便于學(xué)生安裝軟件，應(yīng)分別設(shè)計(jì)基于兩套系統(tǒng)的App軟件，方便學(xué)生在上課過(guò)程中與課件上的問(wèn)題互動(dòng)。

App的優(yōu)點(diǎn)是在智能終端安裝一次后，以后使用時(shí)只需點(diǎn)擊圖標(biāo)即可，具有便捷和易操作性。針對(duì)學(xué)生，無(wú)線投票教學(xué)系統(tǒng)最重要的功能是選擇并提交答案。其功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

當(dāng)學(xué)生進(jìn)入投票教學(xué)App時(shí)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器先初始化服務(wù)端環(huán)境，當(dāng)數(shù)據(jù)服務(wù)器獲得移動(dòng)終端的請(qǐng)求時(shí)返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)，App獲取數(shù)據(jù)后，進(jìn)入相應(yīng)的操作界面。

App一方面通過(guò)交互界面與客戶(hù)進(jìn)行交互；另一方面與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器端向客戶(hù)端提供數(shù)據(jù)接口以交換數(shù)據(jù)。endprint

2.5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

由于各高校都有自己的教務(wù)及學(xué)生管理系統(tǒng)，關(guān)于學(xué)生、教師及課程的一些詳細(xì)數(shù)據(jù)可以考慮不在本系統(tǒng)中存儲(chǔ)，需要時(shí)教師可以結(jié)合本系統(tǒng)和已有數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，利用導(dǎo)入導(dǎo)出工具在多種數(shù)據(jù)庫(kù)之間導(dǎo)入和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。但為便于管理、記錄和統(tǒng)計(jì)學(xué)生回答問(wèn)題的相關(guān)信息，所有關(guān)鍵信息仍應(yīng)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，可考慮設(shè)計(jì)下列幾張表來(lái)存儲(chǔ)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

（1）User表

User表用來(lái)存放管理員的用戶(hù)名和密碼。含字段ID（管理員號(hào)，主鍵），User（管理員名），Password（管理員密碼），Role（權(quán)限級(jí)別）

（2）Student表

Student表用來(lái)存放學(xué)生信息。含字段StuNo（學(xué)號(hào)，主鍵），stuName（學(xué)生姓名），Password（密碼）。

（3）TeClass表

TeClass表用來(lái)存放教學(xué)班信息。含字段ClassNo（教學(xué)班編號(hào)，主鍵），teacherNo（教師編號(hào)），note（備注）。

（4）SeClass表

SeClass表用來(lái)存放學(xué)生選課信息。含字段RecNo（序號(hào)，主鍵），StuNo（學(xué)號(hào)），ClassNo（教學(xué)班編號(hào)）。

（5）Teacher表

Teacher表用來(lái)存放授課教師信息。含字段TeacherNo（教師號(hào)，主鍵），Name（教師姓名），Department（所在院系）。

（6）Course表

Course表用來(lái)存放課程信息。含字段CourseNo（課程號(hào)，主鍵），CourseName（課程名）。

（7）Question表

Question表用來(lái)存放問(wèn)題信息。含字段TitleNo（題目編號(hào)，主鍵），Title（問(wèn)題的題干），Number（選項(xiàng)個(gè)數(shù)），Level（難易程度），CourseNo（課程編號(hào)）。

（8）Options表

Options表用來(lái)存放各問(wèn)題對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)及正確答案。含字段RecNo（序號(hào)，唯一性索引），TitleNo（題目編號(hào) 主鍵），OptItem（選項(xiàng)，主鍵），OptAnswer（正確與否）。

按此方式設(shè)計(jì)，選項(xiàng)個(gè)數(shù)自由，既可以單項(xiàng)選擇也可以多項(xiàng)選擇。

（9）Answer表

Answer表用來(lái)存放學(xué)生投票提交的答案信息。含字段RecNo（序號(hào)，唯一性索引），StuNo（學(xué)生編號(hào)，主鍵），TitleNo（學(xué)生投票的題目編號(hào)，主鍵），StuAnswer（學(xué)生所投選項(xiàng)，主鍵），ClassNo（教學(xué)班編號(hào)），Result（回答正確與否）。其中StuNo、TitleNo和ClassNo都屬于外鍵，將它們?cè)O(shè)置為級(jí)聯(lián)更新與級(jí)聯(lián)刪除，方便數(shù)據(jù)的更新和刪除操作。

關(guān)于學(xué)生、教師和課程的部分?jǐn)?shù)據(jù)可以通過(guò)導(dǎo)入方式實(shí)現(xiàn)和校內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一致。

3 PowerPoint呈現(xiàn)

將學(xué)生投票情況直接與幻燈片實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，是本系統(tǒng)與其它投票系統(tǒng)最大的差異之一，也是關(guān)鍵技術(shù)之一，可采用下列模式實(shí)現(xiàn)。

3.1 基本方法

創(chuàng)建一個(gè)利用WiFi技術(shù)的 PowerPoint 插件，該插件允許授課教師容易地添加問(wèn)題幻燈片和學(xué)生投票結(jié)果幻燈片到一個(gè)已存在的PowerPoint幻燈片文件中。通過(guò)該系統(tǒng)，學(xué)生利用可上網(wǎng)設(shè)備（如電腦、智能手機(jī)等）提交反饋信息或答案。

系統(tǒng)在這一部分含兩個(gè)最基本的功能：（1）接收學(xué)生的輸入；（2）在相應(yīng)演示文檔中顯示結(jié)果。完成這兩個(gè)功能可以通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)能處理學(xué)生反饋信息的服務(wù)器組件和一個(gè)能允許插入和顯示交互數(shù)據(jù)的PowerPoint模塊。服務(wù)器組件扮演兩個(gè)角色，Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)器組件顯示一個(gè)Web頁(yè)面來(lái)回應(yīng)任何一個(gè)可上網(wǎng)設(shè)備的訪問(wèn)。每個(gè)智能設(shè)備被賦予一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)；當(dāng)學(xué)生選擇一個(gè)選項(xiàng)，選項(xiàng)和學(xué)生標(biāo)識(shí)將存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。在演示過(guò)程中，服務(wù)器組件將學(xué)生提交的答案數(shù)據(jù)形成一張統(tǒng)計(jì)圖并顯示在教師選擇的幻燈片中。

在幻燈片中嵌入并顯示學(xué)生的回饋信息這項(xiàng)功能可通過(guò)使用VBA（Visual Basic for Applications）增加和擴(kuò)展微軟應(yīng)用程序功能。VBA允許創(chuàng)建插件來(lái)定制PowerPoint的功能、菜單和工具欄。添加交互功能到PowerPoint幻燈片中可通過(guò)下面步驟完成。

（1）教師創(chuàng)建一個(gè)新幻燈片或移到一個(gè)已存在的幻燈片，該幻燈片包含要向?qū)W生提出的問(wèn)題。

（2）教師從插入菜單選擇“插入統(tǒng)計(jì)圖”。出現(xiàn)一個(gè)逐步幫助教師插入一個(gè)統(tǒng)計(jì)圖來(lái)顯示回答問(wèn)題的結(jié)果的向?qū)А?/p>

（3）教師跟隨向?qū)е械闹噶钪鸩蕉ㄖ凭唧w內(nèi)容及要顯示的統(tǒng)計(jì)圖。

完成操作后，在問(wèn)題幻燈片的右下角出現(xiàn)一個(gè)計(jì)數(shù)器占位符，然后添加一張用來(lái)顯示統(tǒng)計(jì)圖的新幻燈片。在編輯過(guò)程中，顯示數(shù)據(jù)的位置以占位符形式出現(xiàn)，無(wú)具體數(shù)據(jù)顯示。

3.2 運(yùn)行服務(wù)器

服務(wù)器組件充當(dāng)嵌入式專(zhuān)用Web服務(wù)器，并對(duì)其進(jìn)行初步檢查，以驗(yàn)證其與其它設(shè)備的通信能力。通信正常，則服務(wù)器圖標(biāo)變成綠色，否則顯示成紅色，以示準(zhǔn)備收集和傳遞數(shù)據(jù)到PowerPoint演示文稿。一旦服務(wù)器被激活，進(jìn)入了服務(wù)器地址的智能終端上的App所顯示的頁(yè)面上將顯示輸入界面。只有在演示過(guò)程中，當(dāng)某一展示問(wèn)題的幻燈片被顯示時(shí)，學(xué)生所回答的問(wèn)題才被記錄。服務(wù)器圖標(biāo)顯示為綠色時(shí)，交互式演示文稿才可以啟動(dòng)。

3.3 幻燈片演示

一旦服務(wù)器組件運(yùn)行，PowerPoint演示文稿可以按正常方式演示。當(dāng)顯示到呈現(xiàn)問(wèn)題的幻燈片時(shí)教師可以發(fā)布問(wèn)題并要求學(xué)生輸入他們的回答（如圖4所示）。計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)顯示回答問(wèn)題的學(xué)生人數(shù)，人數(shù)符合要求時(shí)，教師顯示下一頁(yè)幻燈片，該幻燈片以圖形方式顯示學(xué)生的回答情況（如圖5所示）。endprint

學(xué)生回答問(wèn)題的數(shù)據(jù)可以存進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)以供分析。服務(wù)器組件還可以在演示結(jié)束后將問(wèn)題及學(xué)生投票提交的答案生成一個(gè)Excel電子表格，并將文件保存到指定文件夾中。

4 結(jié)語(yǔ)

基于智能移動(dòng)終端的無(wú)線投票教學(xué)系統(tǒng)將客戶(hù)端與電腦通過(guò)局域網(wǎng)或Internet連接。移動(dòng)端為客戶(hù)端，電腦端為服務(wù)器端，在手機(jī)或IPad等智能移動(dòng)終端連接上服務(wù)器后，服務(wù)器端播放的幻燈片呈現(xiàn)問(wèn)題選項(xiàng)時(shí)，學(xué)生可以直接在上網(wǎng)設(shè)備上通過(guò)投票方式提交答案，所提交答案的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以統(tǒng)計(jì)圖方式顯示在下一頁(yè)幻燈片，教師可以第一時(shí)間了解學(xué)生對(duì)該知識(shí)的掌握情況并及時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。所呈現(xiàn)的問(wèn)題及學(xué)生提交的答案信息同步保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便管理員或教師作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，學(xué)生也可以在課后通過(guò)復(fù)習(xí)問(wèn)題而進(jìn)一步掌握知識(shí)。利用此方案所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，能在一定程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] Eric Mazur， SOMERSMARK D. Peer Instruction： A Users Manual[J]. American Journal of Physics，1999，67（4）：359-360.

[2] CATHERINE H. CROUCH and ERIC MAZUR. Peer Instruction： Ten years of experience and results[J]. American Journal of Physics，2001，69（9）：970-977.

[3] LENA HEDN，LINDA AHLSTROM.Individual response technology to promote active learning within thecaring sciences： An experimental research study[J]. Nurse Education Today，2016，36（1）：202-206.

[4] ROBIN H. KAY， ANN LESAGE. Examining the benefits and challenges of using audience response systems： a review of the literature[J]. Computers & Education，2009，53（3）：819-827.

[5] 張萍，ERIC MAZUR. Peer-Instruction―哈佛大學(xué)物理課程教學(xué)新方法[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2010（8）：69-71.

[6] 韓穎.電子投票系統(tǒng)在我國(guó)高校大班型授課中的應(yīng)用探索[J].軟件導(dǎo)刊，2010，9（12）：58-59.

[7] 謝克峰.電子表決投票系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的改進(jìn)方案[J].信息安全與技術(shù)，2015，6（8） ：78-81.

[8] 王力猛，楊小軍，李安琪.基于移動(dòng)終端的投票系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2016（21）：53-56.

[9] 方欣，李煌峰，潘理.基于Android手機(jī)投票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，29（4）：36-42.

[10] 王建，楊曉東，劉志軍.基于Android與互聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)投票系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013，13（5）：78-81.

[11] 陳橋，劉澤斌，胡雨季.基于隱私保護(hù)與身份驗(yàn)證的網(wǎng)絡(luò)投票系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2013（18）：67-69.endprint