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摘要：随着教育信息化的发展,很多智能教学辅助软件被应用在高校教学当中,然而由于计算机软件类课程的实践性较强,传统教学及线上教学、教学管理难度不断增加,学生的学习自觉性、参与度低严重影响教学效果,本文立足学生学情及高校计算机软件类课程的教学需要,从智能交互教学软件的设计意义入手,以教学软件设计原则为依据,基于Java、Android等技术设计研究了一套智能交互教学软件以此提高教学成效。
关键词：教学软件；设计；交互
Design and Research of Intelligent Interactive Teaching Software:Taking Computer Software Courses in Colleges and Universities as an Example
YANG Jihua,JIA Weiding
(Jinzhong College of Information,Jinzhong Shanxi 030800)
【Abstract】：With the vigorous development of education informationization,all kinds of online teaching platform,intelligent auxiliary teaching software has been applied in the teaching,however,due to the practical strong computer software courses,the traditional teaching and online teaching,teaching management difficulty increases,the students'study initiative,low participation seriously affect the teaching effect,based on the students'learning situation and the teaching needs of computer software courses in colleges and universities,this paper starts with the design significance of intelligent interactive teaching software,takes the teaching software design principles as the basis,and designs and studies a set of intelligent interactive teaching software based on Java,Android and other technologies to improve the teaching effect.
【Key words】：teaching software;design;interaction
0引言
21世纪以来,随着信息技术的发展,教学模式由单纯的线下教学逐渐发展为线下+线上混合教学,特别是在疫情防控期间,线上教学模式发展已经成为一种趋势。无数的教学软件也被应用到教育当中,高校计算机软件类课程的实践性较强,传统课堂在实施过程中存在一些问题,比如学生的自觉性不易控制,课堂管理等也有难度,为了改善课堂效果,亟需开发一款易操作、实用、有趣、内容丰富的教学智能交互软件。
目前市面上常见的一些教学软件或者线上教学平台虽然功能较丰富,但也在一些功能点上存在不足,比如考勤方式的弊端、教学过程性记录不详细、师生的互动讨论过于单一、趣味性的缺乏、针对课程特点个性化功能设计较少等。本文所研究的教学软件针对计算机软件课程的特点所设计,主要特点是交互性强、功能点丰富、可视化友好的界面设计,操作性强,对学生能够起到很好地教育性,也能较好地激发学生学习兴趣。
1教学软件设计研究的意义
计算机软件类传统教学的教学模式单一,课堂管理存在很多问题,学生学习的过程性记录不及时、全面,教学资源不够丰富、师生的交互性不高效,尤其在实践教学中,学生的学习兴趣及自觉性直接影响教学效果,教师也不能全面实时监控、记录学生的学习情况。本文所设计的教学软件较好地考虑了如何与教学中的各个环节进行结合,从而让师生在教学过程中提高教学效果,方便教学管理,进而优化教学过程。使用智能交互软件也能充分调动学生的主动性,提高学习效率及教学的参与度。基于Android技术的教学软件可以实现移动式教学,不仅为师生提供了便利,还有助于提高教学效率,实现资源共享。教师能够实时动态监控学生的学习情况,及时与学生交流反馈,从而提高师生互动性。
2教学软件设计需求分析
软件设计的首要任务是需求分析,其是教学软件开发周期中非常重要的阶段。本阶段要充分对计算机软件类课程的教学情况进行调研分析,根据教学师生的软件需求,设定软件设计总目标、确定软件的功能需求和非功能需求。
2.1软件功能需求
软件设计中的角色主要分为：管理员、教师、学生。(1)管理员主要在Web端完成用户及软件功能、数据的管理及维护、更新软件数据,比如：课程、班级、课程学习资源、学习情况、签到、师生互动等数据维护操作。教师端可以添加课程、班级信息,上传资源、批改作业、反馈信息、师生互动、查看学生到课情况、发布任务、点名、课堂记录等功能。学生端App学生可以添加课程、加入班级、师生互动、提交作业、查看学习情况、下载资源、在线测验、教学反馈及签到等多种功能[1]。
(2)信息管理功能：实现对课程信息、班级信息、教师信息、学生信息、资源、互动、考勤、学习情况等增删改查的基本管理功能。
(3)教学智能分析功能：可将软件中的各类数据信息采用直观的统计图表等方式进行可视化呈现,比如出勤、学生学习效果分析与学生课堂表现实时分析可视化等,将学生学习情况等各类数据进行存储,并通过数据模型实时计算,对结果进行分析呈现。
(4)在线测验功能：教师可发布在线测验题,测验过程的设计要增加趣味性,并能够激发学生的学习积极性,比如借以互动闯关手段,结合教学内容进行互动设计,使得软件具有教育性和娱乐性并重的特点。
(5)交互功能模块：软件教师端可以通过点名与学生进行互动,师生之间可以进行交流讨论、教学反馈、教学评价等互动,而且软件能够方便地记录课堂互动活动的详细数据(如每次教学互动的内容、时间、参与者及其表现得分),并形成完整的统计分析报表[2]。
(6)课程资源模块：课程资源不仅包括各类文档、课件、视频等,还可以设计资源二维码,利用云平台存储相关教学资源,比如可交互操作的视频动画等,学生通过扫描二维码可以直接获取资源并进行操作。计算机软件类课程实践性强,比如在实践教学过程中,学生难免会遇到操作问题,学生通过观看视频演示,或直接与动画视频交互,从而获取实践能力。
2.2软件非功能性需求
教学软件在性能需求方面要满足稳定、易操、可靠几方面的要求。
(1)稳定性：教学软件的稳定性主要表现在教学过程中软件的使用不出现故障,教学数据能够备份和恢复,人机交互、数据分析、数据访问等功能正常稳定运行。
(2)易操性：教学软件在教学过程中要方便师生使用,直观、方便、易操作,导航清晰、人机交互良好、操作界面尽量简单实用。
(3)可靠性：用户信息及教学信息的安全管理,软件存储、处理教学信息的准确性等方面也是软件设计重要的一部分。
3教学软件设计
3.1软件设计规则
教学软件的设计需要满足教育性、趣味性、实用性、易操性、交互性、完整性、智能性等方面的设计规则。其中教育性、实用性和交互性是软件的基本规则。
3.2软件设计工具
能够实现智能交互性教学软件的设计工具目前有很多,比如各类编程语言、软件开发平台：Java、Python、Flash、3DMax、Maya、AuthorWare、MyEclipse、Android Studio等。
本教学软件为了方便教学使用,特设计了移动客户端、服务端。由于Android操作系统的使用度较高,因此移动客户端使用Android Studio工具开发,服务器端使用MyEclipse平台设计和测试,Java、Tomcat为基本技术,后台数据采用MySQL数据库存储。服务器端系统主要利用MyEclipse设计数据库和编写API接口。软件采用经典的模型－视图－控制(Model-View-Controller,MVC)软件架构实现相关功能设计。主要由数据层、功能层与展现层组成,从逻辑上将软件划分成若干功能集合,层间关系的形成遵循一定的规则。通过分层设计,降低子模块之间的联系,软件耦合性降低,从而更易于维护。
数据层基于MySQL开源数据库实现用户数据、教学记录数据的存储、访问与修改等功能。功能层实现考勤、点名、课堂表现记录、交互、教学任务发表等业务功能。展现层基于组件布局、视图框架实现人机交互下教学活动实时记录与反馈,并结合数据层、功能层提供各类教学活动数据的图表可视化展示[3]。软件设计架构如图1所示。
3.3软件总体结构设计
软件功能划分为管理端和用户端两大模块,管理端包括用户管理、教学信息管理两个模块,用户端包括教师端和学生端,其下又分别划分为不同的功能子模块。软件总体功能结构如图2所示。
3.4教学软件数据库设计
教学软件中客户端访问及处理数据都经过后台数据库操作完成。本软件涉及到的主要数据表有yonghu表、banji表、kecheng表、qiandao表、zuoye表、xxjilu表、ziyuan表和taolun表等,主要用于存储用户信息、班级、课程、出勤、作业、学习过程记录、资源、讨论等信息。以taolun表为例,其主要存储师生在教学过程中关于某个主题的交流讨论信息,其二维表设计如表1所示。
3.5软件主要功能模块设计
3.5.1用户管理模块
在教师或学生用户首次登录教学软件App时,需要进行注册,与其他软件用户注册不同之处是本软件需要进行人脸图像的拍摄录入,这样方便在考勤签到时进行人脸识别。用户注册成功后,用户数据保存在数据库中,管理员通过服务器Web管理端可以对用户数据进行处理。
3.5.2教学资源管理模块
教学资源主要包括课程、教师上传的文档、课件、视频、动画等学习资料,学生的提交的作业等内容。教学资源管理由用户在客户端对资源进行创建、添加、删除、修改等操作。比如视频等教学资源利用XML文件模板在服务器中的统一生成,然后发送到客户端,客户端通过SAX来进行解析,之后XML文件中标题、内容等通过RecyclerView控件以列表布局的方式显示。Android客户端通过URL下载资源并缓存到系统中,并采用Android自带的MediaPlayer类实现播放功能[4]。客户端要对资源进行操作时,服务器端接收到数据处理请求后,提交参数到Servlet,随后调用Dao中的方法,通过与数据库的连接实现数据的处理。
3.5.3考勤功能模块
教师登录教学软件,选择班级发布考勤命令,学生通过手机相机功能进行人脸识别签到。教师在Kaoqing Activity中通过单击考勤按钮提交参数到Kaoqing CXServlet,之后调用KaoqingDao中的chaxunQD()方法查看到已经签到同学的名单。
3.5.4作业管理模块
教师在客户端可以随时发布作业,学生完成作业后通过点击教学软件中的提交作业功能,作业是通过附件形式上传,类型包括文档、图片、视频等,作业最终通过服务器保存在数据库中,教师在客户端可以查看作业列表,打开进行批阅,并将批阅结果反馈到学生端,学生可以接收并查看作业成绩及教师的反馈信息。
3.5.5师生交互功能模块
师生之间在教学过程中遇到各种疑问可以通过智能交互软件进行实时讨论交流。学生在TaolunActivity中单击提交后将参数传输到TaolunServlet,之后调用TaolunDao中的insertTaolun()方法上传讨论内容。教师在TaolunActivity中点击浏览按钮提交参数到ChaXun TLServlet,之后调用TaolunDao中的checkUPass()方法查看到学生的讨论提问等,教师也可使用同样方式回复学生的讨论内容及答疑等。
3.6教学软件界面设计
教学软件界面设计友好性也是衡量软件好坏的一个重要标准,界面设计要注重实用、高效及创新性。师生操作时功能的新颖程度也会影响使用体验,所以设计时要注意界面首先应符合各类软件课程教学的要求、具备多样的辅助功能、适应不同的教学环节。在人机交互性方面,要注重消息反馈、操作使用及图新图像、视频等显示效果等。技术性能方面,界面要操作流畅、无错误及干扰性元素出现[5]。
3.7软件测试
软件测试是软件设计开发后期很重要的环节,软件设计成功与否及问题的修正都需要通过这一阶段实现。在众多的测试方法中,本教学软件选择了最适合的黑盒测试法,将每个功能模块及非功能模块作为测试用例进行多次反复测试,最终软件达到预期要求能够最终发布运行。以课程添加功能测试为例,其测试过程如表2所示。
4结语
教学软件的设计根本目的就是让教学过程变得更加吸引学生,提高教学效率。本文中设计的智能交互教学软件针对高校计算机软件类课程,功能全面、易于操作、交互性强,数据显示可视化、直观化,能够激发学生学习的兴趣,提高学习参与度,软件在教师教学设计及教学管理方面也起到了较好地辅助作用,但是教育软件的设计开发涉及到软件设计开发人员、教学工作者、美工等,是一个系统的工程,随着技术的不断发展,在今后本软件也要继续进行完善,以便更好地适应教学需求。
参考文献
[1]郑素钰.Android互动课堂教学辅助软件的设计与实现[J].现代信息科技,2020(13):23-24.
[2]郁烨,龚鹏飞.课堂教学互动软件的设计与实现[J].无线互联科技,2022(5):34-35.
[3]钱夔,路红,刘义亭,等.面向小班授课的轻量级教学管理软件设计与实现[J].中国现代教育装备,2021,5(361):2-4.
[4]施冬梅,孙翠改,盛雪丰.智能教学助手应用软件的设计与实现[J].软件工程,2020(11):30-33+16.
[5]刘锦.基于QFD的线上教学软件界面设计研究[J].福建工程学院学报,2021,19(4):385-386.
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