基于智能手机的课堂签到软件设计

谢金兴 王春阳

摘要：本文根据网络安全中的“身份认证”的概念的思想，设计出了多种可实际用于实现课堂签到的方法。可运用其中方法，实现基于智能手机的课堂签到软件，可有效提高学生的到课率，减轻教师的教学负担，促进学校优良学风的形成。

关键词：签到；智能手机；考勤

中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）06-0156-02

1 研究意義

据调查，目前我国的大多数高校，在学生管理方面仍然采用传统的手工作业或者半手工作业方式。大部分教师在学生考勤方面，仍然采取点名、手工记录等方式，严重浪费师生共同的课堂时间。而对于指纹识别、人脸头像识别等新型技术，由于设备比较昂贵、实施成本高，不适合大规模推广。因此我们希望有一款简单易用的课堂签到软件，来协助教师有效的督促学生按时上课认真学习，提高学生的到课率，减轻教师的教学负担，促进学校优良学风的形成。

2 应用设计思路引入

课堂签到即向教师表明个体已到达教室上课。而网络安全中的“身份认证”的概念为在计算机网络系统中确认操作者身份的过程。鉴于课堂签到本质上即向教师认证自己个人身份的过程，我们可以在此引入网络安全中“身份认证”的方法来实现课堂签到[1-2]。

下面首先介绍网络安全中“身份认证”的概念及身份认证的方法。

3 身份认证

身份认证即在计算机或计算机网络系统中确认操作者身份的过程。

身份识别是用户向系统声称其身份的方法。

用于用户身份认证的方法一般有四种：

（1）用户所知道的信息：如常用的口令、密钥、用户标识码PIN等； （2）用户所拥有的物品：如身份证、存有密钥的智能卡，物理钥匙等，常被称为令牌；（3）用户的生理特征（静态生物特征）：如指纹、DNA、虹膜、人脸等[3]；（4）用户的行为特征（动态生物特征）：如语言模式、笔迹特征、打字节奏等。

另外并不是所有的生物特征都可用来进行身份识别，只有满足以下条件的生理或行为特征才可以用来作为身份识别的依据：

（a）普遍性：每个人都应该具有该特征；（b）唯一性：每个人在该特征上有不同的表现；（c）稳定性：该特征相对稳定，不会随着年龄等变化；（d）易采集性：该特征应该容易测量；（e）可接受性：人们是否接受以该特征作为身份识别。

4 应用设计思路分析

笔者认为课堂签到即在现实生活中低要求的身份认证。在传统课堂中教师点名学生回应答到来完成课堂签到的过程即学生向教师声称其身份的方法。而我们希望有一种学生向系统来声称其身份的方法，即利用软件系统来自动化的实现课堂签到。

借助于用户身份认证的四种方法，经过一一对比，我们有如下的软件设计思路：

（1）基于用户所知道的信息。由于课堂签到较身份认证不仅需要认证身份还需要认证主体所在地点，而用户所知道的信息完全可以轻易流通而不受地点以及个体的限制，因此在该认证方法在课堂签到中行不通。（2）基于用户所拥有的物品。如身份证、存有密钥的智能卡，物理钥匙等，而这一系列的物品由于不具有和身体在物理位置上相关联的特性，因此不能证明个体用户所处在的位置。而随着智能手机的大量应用，人们的生活越来越离不开手机，机主在绝大部分时间都会随身携带手机。因此具有和机主所处地理位置的相关性，因此可利用手机来当作机主（学生）身份认证的桥梁。（3）基于用户的生理特征（静态生物特征）。如指纹、DNA、虹膜、人脸等。这系列的生理特征完全可以认证个体的唯一性，但是还需要对个体地理位置进行验证。因此需要将此类认证设备架设在教室或者需要考勤的地点。此类签到方式早已在生活中得到广泛的应用，如公司门口的指纹签到机、人脸识别签到机等等。但是该方法却不适合应用在校园的课堂签到，暂且不考虑安装签到机的开销巨大，而且单单从实用性方面考量也会发现，此签到方法由于需要每个签到个体独占考勤设备进行签到，因此在个体数量较大时需要耗费大量课堂宝贵时间，有时签到效率甚至会低于传统低成本的口头点名方法。因此该方法不适用于校园这种时间密集型签到场所。（4）基于用户的行为特征（动态生物特征）：如语言模式、笔迹特征、打字节奏等。此种方式由于其需要收集大量用户信息来完成特征库的建设，在普通软件上的应用较为繁琐。因此我们不打算将其应用在身份认证的机制上。

5 应用设计思路

通过以上分析比对，我们筛选出了以下5种完成用户签到的方法。

（1）通过手机当作认证载体，利用手机GPS定位功能来确定签到者的位置来完成签到的认证。（2）通过手机当作认证载体，利用二维码技术“扫一扫”来实现签到。教师在课前几分钟的时间里，打开签到软件，软件自动生成二维码，供学生扫码来实现签到，为防止学生拍照二维码发给不在场的同学完成签到，此签到二维码需要每隔一定的微小时间间隔来自动刷新。在此过程中，二维码充当证明签到者所处位置的载体。（3）通过手机当作认证载体，利用重力传感器、加速度传感器的“摇一摇”来实现签到。签到过程为：签到时，教师要求同学们拿出手机打开签到软件，教师和同学们一起以相同的频率来摇晃手机。手机内部的重力传感器、加速度传感器记录下晃动数据并上传到服务器，服务器将数据进行拟合对比后，最终声称签到成功的名单。此签到过程具有很强的时效性，不在场同学完全伪造不出同样的摇晃频率，并且该签到方式新颖、操作简单，因此具有很强的应用性。（4）通过手机当作认证载体，利用NFC“碰一碰”实现签到。NFC（Near Field Communication）即近场通讯技术。通过NFC设备间的简单接触，就可实现两台设备的信息交换。学生使用具有NFC功能的手机触碰教室里设置的NFC标签，手机读取信息后自动向服务器发送签到成功的消息，即可完成签到。此方法传输速度快，成本低廉，但具有NFC功能的手机尚未完全普及，此签到方法可以和其他方法结合使用。

6 應用特点

（1）使用手机作为签到载体，通过学生向系统（手机）声明身份的方法，极大的简化了教师查勤的流程。可以方便快捷的完成课堂签到。（2）采用一机一生制，在初次注册使用时便将IMEI（International Mobile Equipment Identity）移动设备国际识别码和学生学号进行绑定，杜绝利用其他同学手机进行签到的作弊行为。（3）基于计算机网络中“身份认证”的概念和学生实际使用方式来设计的签到系统，具有高准确性和高可用性。

7 结语

本设计基于计算机网络中“身份认证”的概念[4]在智能手机平台设计出了一套课堂签到软件。实现了学生向系统（手机）声明身份的方法，通过智能手机识别学生身份（和位置），进而向服务器端发送签到消息，然后由服务器端对签到数据进行分析，从而确定该生是否签到成功。学生和教师也可方便地在手机端查询各个课堂的出勤情况。该签到软件极大的节省了上课签到的时间。此外也可将此系统的数据接入学校的其他评价系统，进而更加全面的对学生进行各项考评。

参考文献

[1]曲建龙.基于移动定位的手机考勤管理系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2014：1-64.

[2]狄三云，宋丽红，张铠.基于 Android 的手机签到系统[J].计算机与现代化，2014，（7）：104-108.

[3]孙冬梅，裘正定.生物特征识别技术综述[J].电子学报，2001，（S1）：1744-1748.

[4]李中献，詹榜华，杨义先.认证理论与技术的发展[J].电子学报，1999，（1）：98-103.

Abstract：Based on the concept of "authentication" in network security， this paper designs a variety of methods that can be used to implement classroom signing. The method can be used to implement the smart phone-based classroom signing software， which can effectively improve the student's arrival rate， reduce the teacher's teaching burden， and promote the formation of excellent school style.

Key words：check-in； smartphone； attendance