摘? 要：隨著教育信息化的不斷推進(jìn)，智慧校園正在成為校園新的發(fā)展趨勢(shì)。學(xué)生考勤管理是建設(shè)智慧校園過(guò)程必須解決的普遍存在而又重要的課題。目前，不管是傳統(tǒng)的還是利用現(xiàn)代智能設(shè)備、技術(shù)設(shè)計(jì)的考勤方式都或多或少地存在一些問(wèn)題。綜合考慮成本和效率，提出了一種將校園一卡通、智能電子設(shè)備和選座機(jī)器與管理系統(tǒng)相結(jié)合的方式全方位地進(jìn)行學(xué)生考勤，有效的避免了學(xué)生缺勤，特別是虛假考勤的現(xiàn)象，提高了高校對(duì)學(xué)生的管理效率，從而有效地降低了學(xué)生在教學(xué)時(shí)段出現(xiàn)的一系列安全問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：教育信息化;學(xué)生考勤;智慧課堂;物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311.52? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）09-0001-05

0? 引? 言

2010年7月，《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確了國(guó)家的教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略：到2020年將基本建成覆蓋城鄉(xiāng)各級(jí)各類(lèi)學(xué)校教育信息化體系，使教育往智能化、服務(wù)化、個(gè)性化和開(kāi)放化等方向發(fā)展[1]。近年來(lái)興起的依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園正在逐步取代數(shù)字校園，成為現(xiàn)今校園信息化發(fā)展的趨勢(shì)。它通過(guò)整合物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化和云計(jì)算等技術(shù)，構(gòu)建出一個(gè)集科研、教學(xué)、生活、管理于一體的智能教育、學(xué)習(xí)和生活環(huán)境。教學(xué)是智慧校園建設(shè)中的一個(gè)重要組成部分，而課堂考勤作為教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，一直是學(xué)校亟待解決的難題。近年來(lái)，高校學(xué)生的安全問(wèn)題日益凸顯，安全事故頻頻發(fā)生，而這些事故有相當(dāng)一部分是發(fā)生在教學(xué)時(shí)段。安全問(wèn)題無(wú)小事，學(xué)校除了運(yùn)用行政手段加強(qiáng)安全教育外，確保學(xué)生的到課率也是一個(gè)重要舉措[2]。為了提高到課率，各大高校屢出奇招，其中最常規(guī)的手段是考勤。單單考勤方式也是五花八門(mén)，與時(shí)俱進(jìn)，但或多或少都存在一些問(wèn)題。

0.1? 人工點(diǎn)名

人工點(diǎn)名是最傳統(tǒng)也是目前最常用的考勤方式，通常是由任課老師、輔導(dǎo)員或者班干部輔以紙質(zhì)點(diǎn)名表完成這項(xiàng)工作。但是人工點(diǎn)名方式存在的問(wèn)題如下[3]：

（1）效率低下，老師需抽出一部分原屬于上課的時(shí)間用于點(diǎn)名。

（2）可靠性低，無(wú)法有效地避免學(xué)生代簽到的情況。

（3）缺勤信息匯總不及時(shí)，輔導(dǎo)員、家長(zhǎng)、學(xué)校無(wú)法及時(shí)掌握缺勤學(xué)生的情況。

（4）缺勤信息記錄格式不統(tǒng)一，可利用率低。

0.2? 校園一卡通刷卡

輔以課堂管理系統(tǒng)，一卡通刷卡考勤方式解決了人工點(diǎn)名中缺勤信息記錄格式不統(tǒng)一的情況，也能夠?qū)⒖记谛畔⒓皶r(shí)傳送到相關(guān)人員手中，及時(shí)對(duì)問(wèn)題做出應(yīng)對(duì)[4]。但是，一卡通刷卡簽到最大的問(wèn)題是無(wú)法解決代簽到的問(wèn)題?？记跀?shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性較差。

0.3? 固定座位

教師沿用中小學(xué)時(shí)期的做法，給學(xué)生安排固定座位，可以較準(zhǔn)確地獲知當(dāng)堂課缺勤人員情況，但是大學(xué)教育是相對(duì)中小學(xué)時(shí)期而言較為自由的教育，長(zhǎng)期固定座位的做法不利于學(xué)生間的自由選擇和交流。

0.4? 移動(dòng)設(shè)備考勤

隨著智能機(jī)的廣泛應(yīng)用，GPS定位技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟。移動(dòng)設(shè)備考勤[5]方式借助移動(dòng)設(shè)備的GPS定位功能，教師一鍵啟動(dòng)中心設(shè)備，即可把考勤圈定在一個(gè)較小范圍內(nèi)，通常是一棟教學(xué)樓或者一間小教室中，學(xué)生必須手持移動(dòng)設(shè)備在中心范圍內(nèi)才能正常簽到，否則系統(tǒng)后臺(tái)將把該生信息顯示為缺席。移動(dòng)設(shè)備考勤方式極大地改進(jìn)了簽到方式，提高了考勤效率。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，學(xué)生同時(shí)擁有兩部以上移動(dòng)設(shè)備的比例不小，仍然無(wú)法很好地解決代簽到的問(wèn)題。

0.5? 指紋考勤

指紋識(shí)別是生物識(shí)別技術(shù)的一種，它利用人體固有的生理特性進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定，由于每個(gè)人的生物特征的唯一性和穩(wěn)定性，相較于前面三種考勤方式，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不會(huì)遺忘或者丟失。

（2）防偽性能較高，不容易偽造或盜用。

（3）隨時(shí)隨地可用。

但是，不易偽造不代表不能偽造，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，市面上出現(xiàn)了越來(lái)越多的自制的可攜帶指紋。復(fù)制的指紋雖然識(shí)別率不高，但仍然是可以用的。指紋的個(gè)體唯一性特征遭遇前所未有的挑戰(zhàn)。因此，指紋考勤仍然無(wú)法很好的解決學(xué)生的代簽到問(wèn)題。

0.6? 虹膜考勤

虹膜識(shí)別技術(shù)也是生物識(shí)別技術(shù)的一種，具有和指紋識(shí)別考勤同樣的優(yōu)勢(shì)，甚至在相同情況下有更好的識(shí)別效果，但是，虹膜識(shí)別考勤較顯著的問(wèn)題是成本較高，考勤機(jī)器體型較大。

以上各種考勤方式對(duì)比如表1所示。

1? 考勤管理設(shè)計(jì)

近年來(lái)，校園一卡通和智能手機(jī)已成為現(xiàn)代學(xué)生校園生活必帶的隨身物品，綜合考慮考勤成本和效率，本文采用校園一卡通結(jié)合移動(dòng)設(shè)備的方式進(jìn)行考勤管理設(shè)計(jì)，既不會(huì)給教師的教和學(xué)生的學(xué)帶來(lái)額外的沉重負(fù)擔(dān)，又能有效地解決現(xiàn)今普遍存在的虛假簽到現(xiàn)象。整體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1中的智能手機(jī)、便攜式電腦和平板電腦等移動(dòng)設(shè)備用于學(xué)生登錄考勤管理系統(tǒng)后在線選擇課程、教室和座位，已經(jīng)選好座位的學(xué)生在上課之前到達(dá)教室用自己的一卡通到打卡機(jī)進(jìn)行打卡確認(rèn)后即可就座準(zhǔn)備上課，尚未在線選擇座位的同學(xué)仍然可以在上課之前就近選擇一臺(tái)選座機(jī)進(jìn)行教室、課程和座位的選擇和確認(rèn)后準(zhǔn)備上課。教師登錄考勤管理系統(tǒng)可以查看本次課程的實(shí)到人數(shù)，系統(tǒng)界面顯示的座位列表即為現(xiàn)場(chǎng)學(xué)生的實(shí)際座位表，一旦有刷卡代簽，人卻未實(shí)際到場(chǎng)的情況出現(xiàn)時(shí)，教師通過(guò)對(duì)比即可一眼看出，有效地避免了學(xué)生拿卡和手機(jī)代簽到現(xiàn)象的發(fā)生。具體流程如圖2所示。

2? 功能設(shè)計(jì)

校園一卡通是學(xué)生在學(xué)校生活中不可或缺、出行必備的物品，集個(gè)人身份、消費(fèi)、簽到、安全等功能于一體。所以，本文設(shè)計(jì)的考勤方式不會(huì)給學(xué)生帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)。另外，手機(jī)和校園一卡通一樣已經(jīng)成為學(xué)生出門(mén)必帶的物品。充分利用了現(xiàn)有的資源進(jìn)行考勤，不僅降低了考勤成本，也提高了考勤效率。

2.1? 選座系統(tǒng)

由圖1和圖2可看出，本文設(shè)計(jì)的選座包含兩種方式：先選座后就座和先就座后確認(rèn)座位。

2.1.1? 先選座后就座

學(xué)生通過(guò)智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備注冊(cè)通過(guò)后登錄系統(tǒng)在線選擇本時(shí)段所上課程、教師和所在教室的位置。系統(tǒng)中如果位置已被占用顯示為灰色，座位空閑則顯示為綠色。學(xué)生只能選擇顏色為綠色的座位。已選擇座位且已經(jīng)到所在教室就座的學(xué)生姓名在系統(tǒng)中將顯示為綠色，已選座但未到所選位置就座或者未選座位的學(xué)生在系統(tǒng)中相應(yīng)的姓名將顯示為紅色。

2.1.2? 先就座后確認(rèn)座位

設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)思路為：感知層由HC-SR501和Arduino Uno組成的人體紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)座位上是否有人;連接層通過(guò)Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交換;應(yīng)用層即為本文所設(shè)計(jì)的考勤管理系統(tǒng)，如圖3所示。

HC-SR501是根據(jù)人體發(fā)出的特定波長(zhǎng)10μm左右的紅外線（人體都有恒定的體溫，一般在37攝氏度，所以會(huì)發(fā)出這樣的紅外線）工作的。早期的解決辦法大都采用紅外線屏障傳感器輔助攝像頭的模式，主要工作原理是利用前方物體的反射確定是否有人。但是，這種方法存在缺陷，如果使用者提前離開(kāi)或者用一個(gè)可以替代自身的障礙物放置在傳感器前面，傳感器并不能識(shí)別出前方到底是人還是物。所以，并不能達(dá)到解決虛假簽到的效果。本文在設(shè)計(jì)中采用的HC-SR501將判定規(guī)則聚焦于人而不是物，它比傳統(tǒng)的紅外屏障傳感器加攝像頭的感應(yīng)模式更有優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在：

（1）不需要攝像頭，降低了成本。

（2）解決了使用者在座位上放置其他物體代替本人的問(wèn)題。

2.1.3? 選座機(jī)選座

學(xué)生課前若未通過(guò)移動(dòng)設(shè)備選座或者忘記攜帶移動(dòng)設(shè)備時(shí)還可以通過(guò)教學(xué)樓門(mén)口放置的選座機(jī)進(jìn)行座位的選擇。參照航空公司航班座位選擇系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的選座管理系統(tǒng)采用全景化的座位分布顯示，按座位實(shí)際布局在界面上直接顯示特定區(qū)域的座位狀態(tài)，空閑座位顯示為白色，其他不可選的座位都采用灰色顯示，學(xué)生可直觀、方便地點(diǎn)選座位，或轉(zhuǎn)到其他區(qū)域、樓層、教室的座位平面圖。

系統(tǒng)采用區(qū)域像素點(diǎn)坐標(biāo)的定位方式，根據(jù)用戶所點(diǎn)擊位置的坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的座位區(qū)域，從而可以定位各種形狀的座位布局，且不受座位方向的限制。具體如圖4所示。

另外，選座系統(tǒng)上實(shí)時(shí)座位使用情況數(shù)據(jù)需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與整個(gè)考勤管理系統(tǒng)連接，移動(dòng)設(shè)備、Web和選座機(jī)器端同時(shí)運(yùn)行，更好地為學(xué)生和教師提供便捷服務(wù)。

2.2? 移動(dòng)設(shè)備簽到

微信小程序（Mini Program），是一種不需要下載安裝即可使用的應(yīng)用，它實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用“觸手可及”的夢(mèng)想，用戶掃一掃或者搜一下即可打開(kāi)應(yīng)用。也體現(xiàn)了“用完即走”的理念，用戶不用關(guān)心是否安裝太多應(yīng)用的問(wèn)題。應(yīng)用將無(wú)處不在，隨時(shí)可用，但又無(wú)需安裝卸載。對(duì)于開(kāi)發(fā)者而言，小程序開(kāi)發(fā)門(mén)檻相對(duì)較低，難度不及APP，能夠滿足簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)應(yīng)用。

待學(xué)生完成選座、刷卡確認(rèn)，在選定位置就座后，課堂正式開(kāi)始前，教師和學(xué)生同時(shí)搜索打開(kāi)微信小程序端的考勤管理系統(tǒng)，利用LBS（Location Based Service）一鍵簽到功能。教師在上課時(shí)發(fā)布LBS簽到，設(shè)置簽到的范圍米數(shù)及簽到的時(shí)間范圍，學(xué)生在時(shí)間范圍內(nèi)在指定的地點(diǎn)打開(kāi)微信小程序簽到即為正常簽到，否則記為曠課、請(qǐng)假、遲到等狀態(tài)。使用界面如圖5、圖6和圖7所示。

所有的這些考勤記錄將保存到系統(tǒng)中作為教師、教務(wù)處、學(xué)校學(xué)生工作處實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，管理用戶可以根據(jù)需要查看缺勤人員，及時(shí)了解并掌握他們的動(dòng)態(tài)，對(duì)一些突發(fā)情況也能準(zhǔn)確地做出應(yīng)對(duì)。

3? 關(guān)鍵問(wèn)題與技術(shù)難點(diǎn)

3.1? 關(guān)鍵問(wèn)題

3.1.1? 響應(yīng)時(shí)間

以一個(gè)有20000名師生的大學(xué)為例，同一個(gè)上課時(shí)間段有50%的學(xué)生需要選座位，總計(jì)為10000個(gè)訪問(wèn)量，根據(jù)調(diào)查表明，課前十分鐘是集中訪問(wèn)的高峰期，針對(duì)未通過(guò)移動(dòng)設(shè)備選座的學(xué)生而設(shè)計(jì)的選座機(jī)器的響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。平均每一個(gè)學(xué)生在選座機(jī)器前面選擇教室所在區(qū)域、樓棟、教室編號(hào)、座位編號(hào)的操作時(shí)間若為1分鐘，那么，在上課前的高峰期，即課前十分鐘，一臺(tái)機(jī)器在10分鐘內(nèi)只能完成10個(gè)學(xué)生的選座操作，勢(shì)必會(huì)造成較為嚴(yán)重的排隊(duì)現(xiàn)象，效率低下，所以，為了解決擁擠的問(wèn)題，學(xué)校在使用上應(yīng)大力宣傳引導(dǎo)學(xué)生自行通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，不管是移動(dòng)端或是Web端進(jìn)行在線選座，選座機(jī)器只是為了方便網(wǎng)絡(luò)或者移動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的情況而做的輔助準(zhǔn)備。

3.1.2? 并發(fā)問(wèn)題

引導(dǎo)學(xué)生、教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式在線選座和考勤后，問(wèn)題就轉(zhuǎn)移到并發(fā)上了。所謂并發(fā)指的是在同一時(shí)刻與服務(wù)器進(jìn)行了交互的在線用戶數(shù)量。并發(fā)用戶數(shù)量的統(tǒng)計(jì)的方法目前還沒(méi)有準(zhǔn)確的公式，因?yàn)椴煌到y(tǒng)會(huì)有不同的并發(fā)特點(diǎn)。例如：OA系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)并發(fā)用戶數(shù)量的經(jīng)驗(yàn)公式為使用系統(tǒng)用戶數(shù)量×（5%～20%）。對(duì)于這個(gè)公式?jīng)]有必要拘泥于計(jì)算的結(jié)果，因?yàn)?，為了保證系統(tǒng)的擴(kuò)展空間，測(cè)試時(shí)的并發(fā)用戶數(shù)量要稍微大一些，除非是要測(cè)試系統(tǒng)能承載的最大并發(fā)用戶數(shù)量。根據(jù)上面公式測(cè)算，在選擇座位的高峰時(shí)間段（課前十分鐘）假設(shè)會(huì)有2000人同時(shí)選座，系統(tǒng)要做的并發(fā)用戶數(shù)測(cè)試量為2000×20%=400人即可，這個(gè)可以通過(guò)軟件性能測(cè)試工具LoadRunner實(shí)現(xiàn)性能的模擬。

3.2? 技術(shù)難點(diǎn)與解決方案

3.2.1? 選座機(jī)

不管采用何種選座方式都必須事先對(duì)學(xué)校里所有可用的教室進(jìn)行座位的編排和設(shè)計(jì)。大學(xué)不同于中小學(xué)，教室根據(jù)不同的專業(yè)有不同的設(shè)計(jì)思路，自然座位也會(huì)有不同的設(shè)置，如何對(duì)這些教室進(jìn)行資料收集、分類(lèi)和繪制是前期設(shè)計(jì)要進(jìn)行的比較重要和繁瑣的工作。工作雖然繁瑣，但技術(shù)含量較低，在較短時(shí)間內(nèi)就可以完成。

3.2.2? 數(shù)據(jù)傳送

實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集只是第一步，如何將采集的數(shù)據(jù)及時(shí)有效地傳輸出去是第二關(guān)鍵步驟。本文選擇由HC-05和Arduino Uno搭建的藍(lán)牙通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳輸，向下分別連接上面提到的人體紅外感應(yīng)模塊和RFID讀卡模塊，向上協(xié)同以太網(wǎng)將底層采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至后端數(shù)據(jù)庫(kù)，并將信息即時(shí)顯示在微信選座界面和Web選座界面實(shí)現(xiàn)信息由獲取到利用的連接。

4? 結(jié)? 論

考勤是課堂教學(xué)過(guò)程中重要的一部分，是教師期末評(píng)定成績(jī)的重要依據(jù)之一，是學(xué)生工作管理部門(mén)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況、了解學(xué)生動(dòng)態(tài)的重要手段。通過(guò)有效結(jié)合校園學(xué)生卡、移動(dòng)設(shè)備、RFID和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，四位一體對(duì)學(xué)生進(jìn)行多方位考勤，有效避免了學(xué)生無(wú)故曠課、遲到、早退等不良學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成，迫使學(xué)生在教學(xué)時(shí)間段到教室去學(xué)習(xí)。只有保證了足夠的學(xué)習(xí)時(shí)間，學(xué)生才能有所收獲，才能學(xué)有所成。

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作者簡(jiǎn)介：鄭銀環(huán)（1984-），女，漢族，福建漳州人，就職于計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，碩士，副教授，主要研究方向：高等學(xué)校教育、數(shù)據(jù)挖掘。