基于大数据下的教学管理系统的研究

◆林菡 陈丽娟 吴帆旭

（福州工商学院信息工程系 福建 350715）

如今，移动设备的大面积普及，同时在移动设备上学习已经成为学生的主要生活学习方式，尤其是在高等教育中这一现象十分普遍。在现在这样一个计算机已经可以被装进口袋且可以随身携带的智能手机所取代的时代，由于移动技术的飞速发展创造了一个新领域，即移动学习，移动学习是新一代的电子学习方式，引领着全新的知识传递方式，尤其是在教学过程中，但是传统的教学管理系统主要以PC端为主，并且在数据收集处理上已无法满足教师和学生的需求，同时在师生互动上也会带来不少的阻碍，长此以往会影响了教学的质量。为此，本文提出运用大数据技术将学校的信息资源进行充分整合与数据挖掘，研究分析学生的学习质量，促进教师的教学工作，利用智能移动终端实时查看信息，以此解决学校的教学管理问题，为促进学校的长远发展奠定基础。

1 传统教学管理系统

随着信息技术的不断发展，各大高校都纷纷引入教学管理系统，用来帮助学校管理学校的各个方面，起到了推动学校发展的作用，但是近些年来，在很多高校使用教学管理系统的过程中，无论是系统本身还是使用者都存在几个方面的问题：

（1）使用者信息化的认识与应用能力有待提高

很多高校在使用教学管理系统时，并没有对相关使用人员进行指导或是培训，只是让其自行摸索或是提供一份使用说明，这样使得很多教学管理人员认为，使用计算机进行管理就是使用教学管理系统，这样教学管理思想的滞后，会导致教学管理工作的运作看上去还是凌乱、繁杂的，再加上高校的教学管理队伍本身结构设置较为复杂，业务水平能力参差不齐，大多数的管理人员还停留在简单的文字处理和报表处理，也使得教学管理系统的利用率不高。

（2）传统教学管理系统的资源配置不合理

传统教学管理系统的资源配置不合理主要体现在两个方面：第一，是在传统教学管理系统的功能上，是以对教师、学生的管理为主，可能极少考虑到分配部分资源用于教学课程上；第二，在整个学期或是学年的教学过程中也会产生很多过程性的数据，传统教学管理系统对于过程性数据并不重视，存储下来的很多都是总结性数据，这对于教学过程的中产生的问题可能无法得到解决，对教师教学评价的判断上会产生较大的误差，教师有时也无法从中看出自身的问题等。

2 教学管理系统的总体目标

因为现存的教学管理系统存在着诸多问题，所以设计一个基于大数据下的教学管理系统，实现教学管理全过程的网络化、个性化、智能化，支持多种教学模式的实施，形成“互联网+教育”的教学新形态。包括了对教师教授课程的全程管理与监督；对学生在学的全程辅助支持与管理；对校督导组进行教学评价的支持与管理；对学校管理者的管理决策的支持；以及教学资源共享及学生多元评价的支持。这样为高校探索实施智能化精准教育、学业帮扶、教学评价以及教学和人才培养方案改革提供强有力的技术支撑。

3 教学管理系统技术路线

主要利用大数据进行数据处理、移动智能技术等相关技术相结合的方式来开发智能教学管理系统。因为Android的开源性强，占有率高，所以我们主要以Android系统结构为基底，对教学管理系统进行分析。该系统在构建过程中采用软件叠层的方式，促使各个层之间能够相互分离，每个层的分工较为明确，从而确保了各层之间的低耦合，当下层出现变化时，“上层”不需要做出调整与改变。

4 教学管理系统设计

根据实际需求，将教学管理系统主要分成了四个层次：

第一层是用户层，这里面包括了学生、教师、督导（校级、系部）、校领导与相关管理人员等。

第二层是交互界面层，我们主要采用WEB端和APP软件来作为用户与系统之间的交流界面，使得用户随时随地，只要有网络就可以通过智能终端登录到教学管理系统中进行查看与操作。

第三层是服务与决策层，在这层当中，我们主要分成了认证模块、交流互动模块，信息公告及通知模块、评教模块、课程安排模块以及课程资源模块。

第四层是基础设施层，主要是一些教学设备与基础设施。系统层次设计如图1所示：

图1系统层次设计

5 系统主要功能模块

5.1 认证模块

该模块用于学生或教师的身份认证以及登录，通过在注册账号时输入至系统内的学号，姓名，密码进行认证登录，或是使用人脸识别来完成认证。

5.2 信息公告及通知模块

5.2.1 信息公告模块

信息公告模块除了将学校近期的动态和政策告知给所有的师生之外，还可以对于学期或是学年所发布的信息使用数据可视化方式直观呈现，了解学校的关注点，解析学校的发展趋势。

5.2.2 通知模块

此模块的通知方式为SMS通知，若选择个人通知选项，则SMS将发送到注册时输入的手机号码。如果选择了班级通知选项，则将批量SMS发送到属于该特定班级的一组学生。通过此模块的考试提醒，可以发送学生进度，较少的出勤提示和任何重要通知。该模块对老师和学生都非常有用。

5.3 交流互动模块

交流互动模块实现的是用户层中不同用户之间的互动交流，这样可以让教师、校领导、管理人员与督导能够及时了解到学生的想法或是问题，给尽快给出相应的解决方案。

对于这块的使用者为了保证系统的安全性，我们使用了人脸识别技术，给出了准确提取人脸数据的方法。主要采用了Adaboost迭代算法，在使用者登录系统时对所采集到的图像中的人脸，使用图像预处理建模来确定人脸信息；另外，也可以使用语音识别功能来登录教学管理系统，主要是先进行现有语音信号的采集，然后提取语音信息的特征，利用提取到的语音特征建立声音模型，然后与样本库中已有声音模型进行比对实现匹配过程。这样可以保证交流环境的安全性。

5.4 评教模块

评教模块作为教学管理系统中最为重要的一个部分，在这个模块中采用了大数据挖掘技术与数据可视化建立动态的教师教学评价模型，一个评价周期按月或教学课时进行细分，细分后对每个阶段的数据进行实时观察与汇总，形成了整个评价过程的动态曲线图，教师或是督导组可以随时随地通过智能终端设备登录系统评教模块查看评价曲线图，如曲线图中出现曲线下降趋势或一直处在平均值以下的教师，学校或是督导组可以进行重点跟踪和适当提醒。

5.5 课程安排模块

课程安排模块主要是帮助各系各专业教务人员查看历年课程安排的可视化数据，再结合现有的教学软硬件，合理分配给出学生的课程安排。

5.6 课程资源模块

课程资源模块在传统的教学管理系统功能模块中较少提及，本设计方案中增加了这个模块，在平时的教学活动中，教师可以通过这个模块获取所授课程的相关教学资源，授权后也可以更新、修改与删除里面的内容；而学生在课前预习、课后复习或是自学上提供了学习的材料。还利用数据挖掘技术分析学生学习的行为与老师教学的课程情况，获取学生当前学习的状态水平以及老师教学的进度或是查询的内容，给出一个个性化学习资源的自动推送功能。这个模块的增加在这次新冠病毒疫情暴发时，国内的“停课不停学”学习浪潮中，发挥了很好的学生线上学习与教师线上授课的辅助作用。

6 技术步骤

（1）在电脑上配置设计环境，此阶段设计Java JDK，JRE，Android SDK和Eclipse的安装。

（2）创建GUI/主窗体/子窗体，并创建彼此链接的活动

（3）创建错误日志模块，该模块可跟踪未经身份验证的事务，例如输入错误的密码，服务器网络故障。记录网络连接。

（4）创建服务呼叫日志模块，可跟踪所有用户活动，例如登录时间，注销时间，上传和下载时间，文件大小。

（5）设计用于服务器和Android智能手机之间通信的Web API。

（6）Android App测试设置过程在android智能手机上运行.apkfile并测试该应用程序。

7 结束语

伴随5G时代的到来和网络速度的极大提升以及WiFi等无线网络的大面积普及与拓展，PC端的教学管理系统和网络学习的局限性已经愈发凸显，已经无法很好地提供当代学生所需要的能够随时随地学习的网络服务，给师生之间的交流和学习效率以及教学管理带来了一定的障碍，影响了高校教学质量的高速提升。从此角度出发，将移动智能与大数据相结合开发的教学管理系统，将能够很好地解决目前学校PC端的教学管理系统存在的弊端，推动教学移动智能化的发展，提升教学效率。同时通过该系统学生可以根据自己的空闲时间随时随地学习，也可以将学生的动态及时更新发送给学生。出勤记录和报告生成变得容易。并且系统的灵活性增高，故障率下降，可以更好服务学校的老师和学生。将来，该系统可以实现大多数教育系统的自动化，并且可以用于设计跨平台的教务系统。