CN105427214A - 一种智能课堂教学管理系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术方案包括一种智能课堂教学管理系统和方法，其中系统包括：客户端、基站发射器、教学管理云端，其中基站发射器用于发射广播信息，客户端用于接收广播信息并实现自动签到、导航、互动，教学管理云端用于执行客户端请求；一种智能课堂教学管理的方法，使用基站发射广播信息，使用客户端接收广播信息，跟局广播信息执行对应的签到、导航、互动请求操作，并对请求造成进行执行。本发明的有益效果为：实现了在任意时间地点都能方便的查询每学期每间教室的安排情况，用于进行智能化、便于管理的非主动式签到，还用于实现师生高效在线互动的教学平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能课堂教学管理系统和方法，属于教育软件领域。
背景技术
现有技术无法实现课堂和教学信息的高效结合，这样不方便更方便老师和学生的校园学习生活。
随着社会对教育越来越多的重视以及科技的发展普及，校园里的教学楼在扩建、课程内容在日益丰富，老师、学生们所使用的教学基础设施和个人终端设备也都在升级，包括更高速的校园网络、信息维护方便的教务管理系统，甚至是硬件性能跳跃式发展的智能手机、平板，这些都给校园学习生活带来了很大便利性。然而，却伴随出现或仍然存在着以下这些问题需要去解决改善，比如：
（1）教学楼和教室非常多，要去上课却无法找到或者忘记教室在哪。
（2）图书馆经常人满为患，想去教室自习却又不知道某间教室待会是否会有人来上课，想去某间教室旁听，却又不知道周围哪间教室的课堂内容适合自己。
（3）上课之前，老师经常会花时间用来考勤点到，却又经常有学生多次帮他人冒名答到，甚至是有人代替上课，既浪费时间又无法达到效果，不利于课堂教学管理。
（4）课堂结束之后，老师的教学知识点和布置的课堂作业往往是口头或板书在黑板上，学生经常是记不住或即使记录在笔记本上，并且如果笔记本弄丢了，就不利于教学互动学习。
根据上述情况，现有技术公布如下技术方案，具体如下所示：
（1）系统通过摄像头实时监控每间教室并将数据传送到管理PC机当中，能够在特定主机上查询教室当前时间点的占用情况。这种方法查询的方式、时间和查询地点都有局限性，获取的有关教室的信息也不够全面，不能直接获知这间教室在一个较长时间段内（一周、一个月或是一个学期）的使用情况，且未与教学管理相结合。
（2）例如一种签到装置，硬件包括单片机、读卡电路、存储电路、显示电路、蜂鸣器、时钟电路、电源电路和按键电路，使用校园卡进行刷卡签到。这种方式需要重新设计并生产复杂的硬件，需要高成本支出且不环保，还要主动近距离接触式签到，不够方便快捷。
（3）例如一种手持设备的签到方法，使用手持终端扫描二维码的方式签到，仍然需要人主动去近距离签到，不够方便快捷。
根据上述现有技术可知，现有技术无法实现自动签到，自动提示学生教室情况，无法实现师生之间的有效互动。
发明内容
针对现有技术低下无法实现自动签到，自动提示学生教室情况，无法实现师生之间的有效互动，本发明的技术方案提供了一种智能课堂教学管理系统和方法，用于进行高效全面的校园教室信息管理，智能化签到和教学互动管理。
本发明的技术方案包括一种智能课堂教学管理系统，用于学校教学管理，该系统包括基站发射器、客户端、教学云端系统，客户端包括手持客户端、网页客户端和计算机客户端，其中基站发射器分别与客户端、教学云端系统相连，客户端与教学云端系统相连，其特征在于：基站发射器用于向周围一定范围内不断发送包括特征值的广播信息，每个基站发射器通过特征值确定唯一标识；所述手持客户端用于进入基站发射器范围时进行距离测算，根据测算结果向所述教学云端系统执行对应的请求和/或操作，所述网络客户端和计算机客户端用于通过教学管理云端与手持客户端进行交互和管理；教学管理云端用于管理所述基站发射器的部署信息，根据所述客户端的类型及请求与客户端进行相应的交互和管理，还用于对数据进行存储和调度。
一种智能课堂教学管理系统，其特征在于，所述的基站发射器使用iBeacon基站，即基于低耗能蓝牙的射频技术的基站，每间教室部署有3个iBeacon基站，基站根据教室大小自动调节其射频发射范围，包括：特征值子模块，用于使用特征值确认唯一的基站发射器；发射子模块，用于发射向周围一定范围内持续不断的发送包括特征值的广播信息。
一种智能课堂教学管理系统，其特征在于，该系统还包括：可以使用Wi-Fi和Zigbee无线射频技术代替iBeacon蓝牙射频技术，其中Wi-Fi为无线保真技术，Zigbee为局域网低功耗短距离通信技术。
一种智能课堂教学管理系统，其特征在于，该系统还包括：自动导航子模块，部署于子客户端的手持终端的客户端，根据手持终端的学生信息向教学管理云端发送调取学校地图的请求，并在手持终端的客户端中显示地图且标注前往指定上课教室的线路；距离测算子模块，部署于子客户端的手持终端的客户端，当手持终端的学生进入iBeacon的发射范围时，获取iBeacon基站发送的特征值，然后使用距离定位技术计算得到学生位置坐标，并将计算得到学生的位置坐标回送至教学管理云端；自动签到子模块，部署于子客户端的手持终端的客户端，通过所述距离测算子模块测算的学生位置坐标，根据学生位置坐标进行判断计算确认学生是否处于教室范围内，如果在则向教学管理云端发送签到请求；管理子模块，部署于网络访问的网络客户端或/和计算机客户端，用于接收经过教学管理云端处理的手持终端发送的请求信息，并根据请求实施对应的措施，包括对自动签到的学生在网络客户端或/和计算机客户端使用明显标志进行标注，同时老师或管理人员还拥有权限对学生出勤状况进行动态调整；教学互动子模块，部署于网络访问的网络客户端或/和计算机客户端，用于向手持终端推送对应的学习内容，还可以与手持客户端实现师生互动。
一种智能课堂教学管理系统，其特征在于，该系统包括：基站部署信息子模块，用于存储学校基站部署信息，并且根据接收的请求和/或信息，确认其中的基站特征值，根据基站特征值确认请求和/或信息的来源；数据处理子模块，用于根据上述基站部署信息子模块所确认的请求和/或信息来源，并判定请求和/或信息的类型，根据请求和/或信息执行对应操作，并将执行操作后的请求和/或信息回送给对应的客户端，其包括对自动签到进行确认、推送教学内容、自动导航、教学互动；数据管理子模块，用于对根据请求和/信息的操作对数据库进行对应的增删改查，还用于接收客户端的数据调取请求。
一种智能课堂教学管理方法，该方法用于智能教学管理系统，系统包系统包括基站发射器、客户端、教学云端系统，客户端包括手持客户端、网页客户端和计算机客户端，其中基站发射器分别与客户端、教学云端系统相连，客户端与教学云端系统相连，其特征在于，该方法包括：用于向周围一定范围内不断发送包括特征值的广播信息，每个基站发射器通过特征值确定唯一标识；对所述手持客户端用于进入基站发射器范围时进行距离测算，根据测算结果向所述教学云端系统执行对应的请求和/或操作，所述网络客户端和计算机客户端用于通过教学管理云端与手持客户端进行交互和管理；管理所述基站发射器的部署信息，根据所述客户端的类型及请求与客户端进行相应的交互和管理，还用于对数据进行存储和调度。
一种智能课堂教学管理方法具体的，其中基站发射器位于教室，每个教室包括多个基站发射器，基站使用iBeacon基站，即基于低耗能蓝牙的射频技术的基站，每间教室部署有多个iBeacon基站，基站根据教室大小自动调节其射频发射范围，其特征在于，该方法还包括：用于使用特征值确认唯一的基站发射器；用于发射向周围一定范围内持续不断的发送包括特征值的广播信息。
在一个优选的方案中，该方法包括：可以使用Wi-Fi和Zigbee无线射频技术代替iBeacon蓝牙射频技术，其中Wi-Fi为无线保真技术，Zigbee为局域网低功耗短距离通信技术。
一种智能课堂教学管理方法，还包括：使用部署于子客户端的手持终端的客户端，根据手持终端的学生信息向教学管理云端发送调取学校地图的请求，并在手持终端的客户端中显示地图且标注前往指定上课教室的线路；使用部署于子客户端的手持终端的客户端，当手持终端的学生进入iBeacon的发射范围时，获取iBeacon基站发送的特征值，然后使用距离定位技术计算得到学生位置坐标，并将计算得到学生的位置坐标回送至教学管理云端；使用部署于子客户端的手持终端的客户端，通过所述距离测算子模块测算的学生位置坐标，根据学生位置坐标进行判断计算确认学生是否处于教室范围内，如果在则向教学管理云端发送签到请求；使用部署于网络访问的网络客户端或/和计算机客户端，用于接收经过教学管理云端处理的手持终端发送的请求信息，并根据请求实施对应的措施，包括对自动签到的学生在网络客户端或/和计算机客户端使用明显标志进行标注，同时老师或管理人员还拥有权限对学生出勤状况进行动态调整；使用部署于网络访问的网络客户端或/和计算机客户端，用于向手持终端推送对应的学习内容，还可以与手持客户端实现师生互动。
一种智能课堂教学管理方法，还包括：用于存储学校基站部署信息，并且根据接收的请求和/或信息，确认其中的基站特征值，根据基站特征值确认请求和/或信息的来源；用于根据上述基站部署信息子模块所确认的请求和/或信息来源，并判定请求和/或信息的类型，根据请求和/或信息执行对应操作，并将执行操作后的请求和/或信息回送给对应的客户端，其包括对自动签到进行确认、推送教学内容、自动导航、教学互动；用于对根据请求和/信息的操作对数据库进行对应的增删改查，还用于接收客户端的数据调取请求。
本发明的有益效果为：实现了在任意时间地点都能方便的查询每学期每间教室的安排情况，用于进行智能化、便于管理的非主动式签到，还用于实现师生高效在线互动的教学平台。
附图说明
图1所示为根据本发明实施方式的总体结构图；
图2所示为根据本发明实施方式的系统结构图；
图3所示为根据本发明实施方式的基站部署图；
图4所示为根据本发明实施方式的基站判定图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的智能课堂教学管理系统适用于教务管理领域，可实现教室、课堂和教学信息的高效结合，更方便老师和学生的校园学习生活。
图1所示为根据本发明实施方式的总体结构图。该系统包括基站发射器、客户端、教学云端系统，其中基站发射器分别与客户端、教学云端系统相连，客户端与教学云端系统相连，具体的，其中基站发射器位于教室，每个教室包括多个基站发射器，客户端包括多个子客户端，子客户端包括手持终端的客户端、网络访问的网络客户端以及计算机客户端，其特征在于，该系统包括：基站发射器，用于向周围一定范围内不断发送包括特征值的广播信息，每个基站发射器通过特征值确定唯一标识；客户端，其中所述手持客户端进入基站发射范围内时，通过射频技术接收基站发射器发送的广播信息，同时通过射频定位算法确认手持客户端的位置，并将位置信息通过无线网络发送至所述教学云端系统，并根据收到的位置信息对手持客户端执行对应的请求和/或操作，其中所述网络客户端和计算机客户端用于对手持客户端进行交互和管理；教学管理云端，用于管理所述基站发射器的部署信息，用于接收所述手持客户端发送的位置信息，并根据手持客户端的位置信息向手持客户端推送对应的信息，还用于与所述客户端的交互和信息管理。
图2所示为根据本发明实施方式的系统结构图。包括iBeacon基站、师生客户端程序（使用学校教务管理系统中的师生账号进行登录，程序运行在包括支持蓝牙4.0以上的手持终端、B/S模式访问的浏览器端和PC的应用程序端）、教务管理云端系统。
图3所示为根据本发明实施方式的基站部署图。iBeacon基站只负责向自身信号范围内不断发送广播，广播信息包括UUID、Major值、Minor值，此系统的规划为：每栋教学楼的所有iBeacon基站的UUID值一样，教学楼里每间教室中所部署的iBeacon基站Major值递增唯一，每间教室部署3个（教室前后门口处各1个，教室中间位置处1个）iBeacon基站且Minor值递增唯一，也就是UUID代表某个学校的某栋教学楼，Major代表这栋教学楼中的某间教室，Minor代表这间教室的某个iBeacon基站设备。图3所示，当用户的手机通过客户端程序进行蓝牙扫描，检测到广播包的数据为：
UUID=4828CBDA-8612-1313-B360-FF7489ABE8C9，Major=2，Minor=3时，即此用户在iBeacon_3信号范围内，根据信号强度通过RSSI定位算法可计算出用户与iBeacon_3基站的距离值，于是可知用户在B栋教学楼教室B102附近。同时，教务管理云端系统以UUID、Major、Minor三个值作为一种键值标识学校中的唯一一间教室，进行本学期课程表、师生考勤、教学作业管理等系统的关联，存储这间教室在校园地图中的具体坐标，以及每天的每个时间段，这间教室是由哪位老师、哪个班的学生在进行什么课程的教学或是其他活动的具体信息，可供客户端程序按教室编号、课程名、iBeacon基站的UUID、Major、Minor值和其他相关信息进行索引查询。
图4所示为根据本发明实施方式的基站判定图，以一个学生(用户)出发至教室为例，结合图3，学生手机上的客户端程序通过教务系统获取到学生的课程表，得知此时学生要到B102室去上课，于是通过系统中所记录B102室的校园坐标进行地图导航，指引学生到达B102室附近。当学生从教室前门或后门进入时，手机接收此教室中3个ibeacon基站广播数据的信号强度会发生变化，手机客户端程序根据3个不同的信号强度分别实时计算学生与ibeacon基站之间的距离，当系统判定学生已经完全走进B102室范围内时，将自动在教务系统中为此学生的这堂课签到（非主动式，只需走进教室即自动完成智能签到），若在上课时间内用户离开教室范围超过一定时间（可以设定为课间休息的10分钟长度），这判定这位学生早退或缺席。与此同时，老师在上课前已经在教室里通过PC的浏览器访问或是打开PC端、手机端的应用程序，登录进教务管理系统，在教室的投影仪屏幕上显示本堂课应到的学生姓名和头像（默认为灰色），当有学生进入教室，系统自动为学生签到后头像会点亮变为彩色，这样老师对教室的学生人数及具体学生出勤情况一目了然，避免了浪费时间点到和学生代替上课的现象。同时，老师有修改学生实际出勤状态的权限进行灵活教学管理。在上课过程中或是上完课后，老师可将课堂知识点和作业在这个系统中推送给来上这堂课的学生，并与学生在线互动。其中，判定学生是否处在当前教室范围内的原理如图3所示，以教室中心为坐标轴原点O，iBeacon_1基站1坐标为（，），iBeacon_2基站2坐标为（，），iBeacon_3基站3坐标为（，），图中3个虚线圆圈分别代表3个iBeacon基站在此刻的广播信号辐射范围。三角形代表学生，此刻在坐标（，）处，根据手机客户端接收到的iBeacon信号强度，由RSSI定位算法计算出分别与3个iBeacon基站的距离为、、，可得：
计算得到学生的位置坐标：
由于教室的横坐标范围是：<<，纵坐标范围是：<<，通过对比学生的坐标（，）是否满足此条件，则可知学生是否在教室范围内。
本技术方案可视使用Zigbee或Wi-Fi等其他无线射频技术代替基于蓝牙4.0的iBeacon进行位置感应，但效果没有iBeacon精确，且能耗远超过低功耗的iBeacon。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (10)
1.一种智能课堂教学管理系统，用于学校教学管理，该系统包括基站发射器、客户端、教学云端系统，客户端包括手持客户端、网页客户端和计算机客户端，其中基站发射器分别与客户端、教学云端系统相连，客户端与教学云端系统相连，其特征在于：
基站发射器用于向周围一定范围内不断发送包括特征值的广播信息，每个基站发射器通过特征值确定唯一标识；
所述手持客户端用于进入基站发射器范围时进行距离测算，根据测算结果向所述教学云端系统执行对应的请求和/或操作，所述网络客户端和计算机客户端用于通过教学管理云端与手持客户端进行交互和管理；
教学管理云端用于管理所述基站发射器的部署信息，根据所述客户端的类型及请求与客户端进行相应的交互和管理，还用于对数据进行存储和调度。
2.根据权利要求1所述的一种智能课堂教学管理系统，具体的，其中基站发射器位于教室，每个教室包括多个基站发射器，基站使用iBeacon基站，即基于低耗能蓝牙的射频技术的基站，每间教室部署有多个iBeacon基站，基站根据教室大小自动调节其射频发射范围，包括：
特征值子模块，用于使用特征值确认唯一的基站发射器；
发射子模块，用于发射向周围一定范围内持续不断的发送包括特征值的广播信息。
3.根据权利要求2所述的一种智能课堂教学管理系统，其特征在于，所述的基站发射器包括：
可以使用Wi-Fi和Zigbee无线射频技术代替iBeacon蓝牙射频技术，其中Wi-Fi为无线保真技术，Zigbee为局域网低功耗短距离通信技术。
4.一种智能课堂教学管理系统，其特征在于，所述的客户端包括：
自动导航子模块，部署于子客户端的手持终端的客户端，根据手持终端的学生信息向教学管理云端发送调取学校地图的请求，并在手持终端的客户端中显示地图且标注前往指定上课教室的线路；
距离测算子模块，部署于子客户端的手持终端的客户端，当手持终端的学生进入iBeacon的发射范围时，获取iBeacon基站发送的特征值，然后使用距离定位技术计算得到学生位置坐标，并将计算得到学生的位置坐标回送至教学管理云端；
自动签到子模块，部署于子客户端的手持终端的客户端，通过所述距离测算子模块测算的学生位置坐标，根据学生位置坐标进行判断计算确认学生是否处于教室范围内，如果在则向教学管理云端发送签到请求；
管理子模块，部署于网络访问的网络客户端或/和计算机客户端，用于接收经过教学管理云端处理的手持终端发送的请求信息，并根据请求实施对应的措施，包括对自动签到的学生在网络客户端或/和计算机客户端使用明显标志进行标注，同时老师或管理人员还拥有权限对学生出勤状况进行动态调整；
教学互动子模块，部署于网络访问的网络客户端或/和计算机客户端，用于向手持终端推送对应的学习内容，还可以与手持客户端实现师生互动。
5.一种智能课堂教学管理系统，其特征在于，所述的教学管理云端包括：
基站部署信息子模块，用于存储学校基站部署信息，并且根据接收的请求和/或信息，确认其中的基站特征值，根据基站特征值确认请求和/或信息的来源；
数据处理子模块，用于根据上述基站部署信息子模块所确认的请求和/或信息来源，并判定请求和/或信息的类型，根据请求和/或信息执行对应操作，并将执行操作后的请求和/或信息回送给对应的客户端，其包括对自动签到进行确认、推送教学内容、自动导航、教学互动；
数据管理子模块，用于对根据请求和/信息的操作对数据库进行对应的增删改查，还用于接收客户端的数据调取请求。
6.一种智能课堂教学管理方法，该方法用于智能教学管理系统，系统包系统包括基站发射器、客户端、教学云端系统，客户端包括手持客户端、网页客户端和计算机客户端，其中基站发射器分别与客户端、教学云端系统相连，客户端与教学云端系统相连，其特征在于，该方法包括：
用于向周围一定范围内不断发送包括特征值的广播信息，每个基站发射器通过特征值确定唯一标识；
对所述手持客户端用于进入基站发射器范围时进行距离测算，根据测算结果向所述教学云端系统执行对应的请求和/或操作，所述网络客户端和计算机客户端用于通过教学管理云端与手持客户端进行交互和管理；
管理所述基站发射器的部署信息，根据所述客户端的类型及请求与客户端进行相应的交互和管理，还用于对数据进行存储和调度。
7.根据权利要求6所述的一种智能课堂教学管理方法，具体的，其中基站发射器位于教室，每个教室包括多个基站发射器，基站使用iBeacon基站，即基于低耗能蓝牙的射频技术的基站，每间教室部署有多个iBeacon基站，基站根据教室大小自动调节其射频发射范围，其特征在于，该方法还包括：
使用特征值确认唯一的基站发射器；
用于发射向周围一定范围内持续不断的发送包括特征值的广播信息。
8.根据权利要求7所述的一种智能课堂教学管理方法，其特征在于，该方法还包括：
可以使用Wi-Fi和Zigbee无线射频技术代替iBeacon蓝牙射频技术，其中Wi-Fi为无线保真技术，Zigbee为局域网低功耗短距离通信技术。
9.根据权利要求6所述的一种智能课堂教学管理方法，其特征在于，该方法包括：
使用部署于子客户端的手持终端的客户端，根据手持终端的学生信息向教学管理云端发送调取学校地图的请求，并在手持终端的客户端中显示地图且标注前往指定上课教室的线路；
使用部署于子客户端的手持终端的客户端，当手持终端的学生进入iBeacon的发射范围时，获取iBeacon基站发送的特征值，然后使用距离定位技术计算得到学生位置坐标，并将计算得到学生的位置坐标回送至教学管理云端；
使用部署于子客户端的手持终端的客户端，通过所述距离测算子模块测算的学生位置坐标，根据学生位置坐标进行判断计算确认学生是否处于教室范围内，如果在则向教学管理云端发送签到请求；
使用部署于网络访问的网络客户端或/和计算机客户端，用于接收经过教学管理云端处理的手持终端发送的请求信息，并根据请求实施对应的措施，包括对自动签到的学生在网络客户端或/和计算机客户端使用明显标志进行标注，同时老师或管理人员还拥有权限对学生出勤状况进行动态调整；
使用部署于网络访问的网络客户端或/和计算机客户端，用于向手持终端推送对应的学习内容，还可以与手持客户端实现师生互动。
10.根据权利要求6所述的一种智能课堂教学管理方法，其特征在于，该方法包括：
用于存储学校基站部署信息，并且根据接收的请求和/或信息，确认其中的基站特征值，根据基站特征值确认请求和/或信息的来源；
用于根据上述基站部署信息子模块所确认的请求和/或信息来源，并判定请求和/或信息的类型，根据请求和/或信息执行对应操作，并将执行操作后的请求和/或信息回送给对应的客户端，其包括对自动签到进行确认、推送教学内容、自动导航、教学互动；
用于对根据请求和/信息的操作对数据库进行对应的增删改查，还用于接收客户端的数据调取请求。
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Cited By (15)
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160323 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |