基于WiFi-SMS的互动反馈系统的设计与应用
2015年11月08日 来源:《现代教育技术》杂志 作者:骆正新、陆雯绮、王祖源 浏览次数:747

引言

 

2000年起,我国全面开展的教育信息化工作己在各方面取得丰硕成果[1]。在数字化校园建设中,校园网、网络教学平台、教务信息管理、数字图书馆、多媒体教室等软硬件设施的建设进度快速发展并初具规模。以此为基础的信息技术与课程整合加强了现代信息技术与具体学科教学的有机结合,调整传统的黑板——粉笔的教学模式,实现探索、合作型的新式教学方式。

 

随着信息技术的发展,传统课堂中师生的互动方式己不能很好地反映教师的教学状况和学生的习得水平。现代课堂的基本特征是基础的、民主的、活动的、开放的[2]。学生在学习过程中不仅完成知识内容的学习,更多的是在师生互动过程中心理层面的发展,所以数字化课堂互动、信息化的教学手段与教学设备成为新的教学需求。

 

一课堂互动系统的研究现状

 

1互动教学和反馈理论

 

互动教学是指教师根据教学内容设计教学环节和方式,调动学生的课堂参与性和积极性,以更加深入的了解掌握课堂知识[3]。互动教学环境下,教学内容不再束缚于单一的课本知识内,而是更加关注现实生活与书本知识的交叉结合,让学生能在现实背景下去探索、操作所学知识。满足了现代教育对学生个性化学习、独立人格发展的需求。

 

通过研究学生参与互动的个体差异,学者们发现在课堂互动中,男生普遍比女生更加活跃,男生若不参与互动多是因为没有准备,女生在课堂沉默多是因为不能很好地组织自己的观点,对话题或者论点缺乏相关知识,更有的是担心在同伴面前出丑等。研宄师生的互动行为,发现权威式教学方式导致学生在教师是否在场的条件下有着不同的学习效果,民主式教学让学生能激发群体性和自觉性[4]。教师的直接参与或间接影响过多会削弱学生的参与程度。

 

互动教学在实际教学中需要一个以学生为本、内容开放的教学环境,选取符合学生思维方式、心理特征的互动方式、教学手段来进行互动。通过学生的自主参与、讨论,减少教师对学生课堂表现的过度影响。同时学生希望能够相对隐形地参与到课堂教学互动中,这样才能大胆地表达、提问、互动。

 

教学反馈是教学过程的重要环节,教师根据该信息来调整自己的教学状态和环节,学生能够总结反思自己的学习活动,及时调整自己的学习方式和状态,积极主动的获取知识[5]。但是,反馈的信息并不一定能够完全正确反映教、学状况,教学反馈只有具备及时性、准确性、交互性时,才能正确体现教学状况,以促进教与学。

 

2互动教学反馈系统

 

互动反馈系统是一种基于信息网络技术的教学辅助工具,通常包括答题器、接收器、处理机等部分。它普遍应用于课堂的形成性测量评价阶段,教师在教学过程中穿插教学问题,以了解当前学生对讲授知识的理解与掌握程度,达到实时测评、及时反馈、当即调整的教学过程与方法。

 

据不完全统计,互动系统在欧美国家的高等院校和中小学校使用率达35%以上。进入二十一世纪后,我国也陆续有更多的研宄人员和一线教师参与到互动教学系统的研究中,开展新的研究课题和项目,不断将理论与实践结合,推动互动教学系统应用于实际课堂教学。这类系统基本上都是基于硬件设备的课堂互动工具,采用无线通讯技术,从早期的红外线到无线射频技术。比较知名的互动教学产品有松博科技的“EZClick”教学系统、升皇科技的“ChinaIRS”、齐乐科技的齐齐乐互动教学反馈系统、中天电子的“SunVote”等。

 

但是,这些产品都是专门化工具,不利于广泛使用且有着成本问题。我们己有一套基于短信的答题系统,但在使用过程中出现了答题收费(通讯运营商)、后台题目管理混乱、前端界面不美观等问题。所以,开发基于Wi-Fi—SMS的课堂互动反馈系统能很好地满足实际的教学需求。

 

二基于Wi-Fi—SMS的互动尽馈系统的设计分析

 

1互动系统的需求分析

 

1)实际教学需求概述

 

大学物理是理工科学生的基础理论课程,它对学生的思维发展和科学思想的丰富以及日后的进一步学习有着不可或缺的作用。学生人数众多,教师不可能顾及到所有学生的个体差异,在课堂上教师往往对学生是否真正掌握了知识、概念的推导与形成等没有直观的了解。另外,课程内容本身复杂难懂、课堂单调的讲授枯燥乏味,造成的结果是,大学物理课堂上部分学生睡觉、玩手机、做其他课程作业来打发课堂时间[6]

 

面对严谨的科学知识,师生可以通过移动互动工具来通过良好的互动方式来探索与发现物理知识,增加课堂的启发性、趣味性,从而实现教与学。使用移动互动工具能有效地解决以上问题。

 

2)系统用户分析

 

系统的最终用户定位于一线的任课教师和学生。教师具备计算机的常规操作能力和软件应用能力,能快速的熟悉互动系统的各项操作。日常教学中,教师最常使用的演示工具是PPT,所以系统需要考虑教师在不换屏的情况下能直接使用。学生成长于数字时代,他们己习惯生活中各种移动设备的使用,能够自如地发送短信或者使用Wi-Fi进行上网操作。

 

2互动系统的架构设计

 

1)系统的运行架构

 

系统采用的B/S架构,互动系统的运行架构见图1。教师通过PPT(嵌入SWF客户端)发起课堂讨论。学生通过移动设备自由选择答题方式:Wi-Fi或者SMS(短信)。服务器程序完成和学生端、教师端、数据库等各项数据通讯操作[7]

 

 

 

2)系统的开发架构

 

系统采用软件开发中常用三层架构,包括教师客户端(SWF)、学生端(Html5)、后台管理页面(JSP)、服务器业务逻辑(Struts2Servlet)、数据访问层(DAO)等。三层架构和表示层的MVC模型使系统的各项功能模块结构清晰,便于系统的拓展维护[8]。各层关系如图2所示。

 

 

 

3互动系统的设计目标

 

1)支持多样性参与

 

系统的使用对象为学生,每个人拥有的移动设备功能不一,系统设计时采用多样的参与方式以满足移动设备差异的需求。一种是采用移动设备连接校园Wi-Fi进行Web页面答题,另一种是通过SMS(发送手机短信)的方式参与互动。

 

2)支持数据多样显示

 

教师使用嵌入SWFPPT开始发起互动答题,学生发送的数据统计结果显示在PPT上。一种是实时的数据更新,PPT能够即时地显示学生的参与,选项统计数据的变化。另一种是当全部学生答完题后,教师手动的更新统计数据,该显示方式能使得学生避免因数据的实时变化而进行的跟风答题。

 

3)支持跟踪评价

 

教师备课阶段,需将学生信息导入系统数据库,系统记录学生每次答题的详细数据,包括参与度、正确性等。这些数据能很好地显示学生的成长记录,便于针对学生进行跟踪评价,了解学生对课程的学习掌握情况,发现学生的知识点掌握的不足之处。

 

4)支持整体评价

 

课堂教学过程中,教师及时了解互动反馈信息能够便于教学进度的掌握。系统给出学生互动的统计结果数据,直观的显示出学生对知识点的理解与掌握情况。教师可根据结果对班级整体进行评价并调整教学内容。

 

三课堂互动系统的实现

 

Java是开放的、跨平台的、面向对象的现代程序设计语言,具有丰富的面向对象语言特性,功能强大,方便易用。Apache是目前世界上使用量最大的Web服务器软件,具备开源、高可靠性等诸多特性。

 

本系统使用JDK1.6作为开发平台,EclipseFlexBuilder作为开发工具,MySQL5.5作为数据库,Apache作为Web服务容器。主要实现工作有如下几个部分:

 

1教师端的实现

 

教师客户端是嵌入在PPT中的SWF文件,采用Flex4.0Action Script 3.0作为开发语言,主要实现客户端与服务器的通信,满足教师登陆、从服务器获取当前答题的统计信息并在前端界面上实时显示,同时支持多个题目连续作答统计。系统需要支持多个教师同时使用,且学生的数据发送也可能是同时进行的,这就需要考虑数据的并发性。做到如何区分是哪位教师在使用系统,学生回答的数据是哪一道题目的选项等等,拟采用HashMap来存储当前进行中的答题会话,通过Key(键值)来区分正在进行的答题。

 

2学生端的实现

 

学生网络答题客户端采用Html5作为开发语言,答题页面能自适应各类移动设备,包括手机、Pad、个人电脑等。手机正在朝向大屏化、智能化方向发展,Web页面采用Bootstrap样式设计,实现优雅风格的界面。同时可以支持学生以直接发送短信的方式参与答题。

 

3短信猫(GSM/GPRSMODEM)管理工具的实现

 

短信猫是一种用来收发短消息的硬件设备,内嵌无线通信模块,配以SIM卡来完成短信收发。为将短信数据融合到系统中,需要另外开发短信猫的管理工具。通过开源的短信猫开发包SMSLibJava语言开发管理工具,实现自动识别服务器的串口(COM)、可输入的SIM卡卡号、波特率、接收短信的过滤处理、提交符合问题答案的短信到互动系统等。

 

4管理系统的实现

 

主要包括学校管理、用户管理、题目管理、日志管理、学生管理、权限管理等内容。实现教师后台题目信息的添加、学生数据的批量导入、问题回答的详细记录、问题的统计分析等功能。

 

四课堂互动系统的教学应用

 

该互动工具应用于同济大学大学物理课程的实际教学过程,并取得良好的使用效果。教师备课时准备好相应的讨论题目,在课堂讨论环节,打开PPT,登陆教师客户端,显示准备好的题目,学生在独立思考后通过Web或者短信发送答案,最后PPT上显示当前讨论问题的回答统计数据。统计数据的显示分为即时显示和手动刷新两种方式,前者能实时显示当前各选项的回答人数和各选项所占的百分比;后者是教师手动点击刷新后按钮获取各选项的统计信息,能很好地预防学生根据己显示的选项来发送答案,从而确保学生答题的自主性、真实性。同时,系统记录了学生的回答信息,后台系统可以查看每个问题的回答的详细数据和统计结果。主要应用形式如下:

 

1分步教学

 

教学内容按层次划分步骤,教师可以在每一步设定相应的讨论问题,并通过学生的回答数据反馈信息来获取学生对当前知识内容的理解掌握程度,从而进一步的调整教学内容和步骤。

 

2分组讨论和互评投票

 

课堂讨论是教学中常见环节,为实现有针对性和方向性的讨论,有必要对学生进行分组。教师利用系统呈现问题,学生讨论后输入答案。统计信息显示后,教师公布正确答案前,学生只知道自己的选项所占的比重,这样会吸引学生主动地分析讨论,阐明为何做出那样的选择,明显可以增强学生的讨论参与度和积极性。

 

五结语

 

系统开发结合教育技术领域中移动学习理论与协作学习理论,充分考虑大学物理实际教学过程中的操作因素,让学生能够通过移动学习或者协作学习(主要是互评与自我反馈)来提高自己的学习效果。该系统能够即时反馈课堂信息,便于教师及时调控教学进行针对性教学,学生进行自我评价与调整,同时能够丰富课堂教学功能,如应答测试、投票、问卷、互评等等。系统后台详细记录所有问题的回答数据,包括问题的讨论时间、参与班级、学生的回答信息、答案是否正确、学生的参与方式等,全面地分析学生的参与程度,可以记录学生对课程的学习成长过程,以便于教师及家长了解和掌握学生的学习状况。

 

 

 

 

作者简介:骆正新,同济大学教育技术研究室,在读硕士,研究方向是移动学习,邮箱luzhx0@163.com。

 

转载自:《现代教育技术》 Vol.25 No.1 2015