局域網(wǎng)內(nèi)課堂互動軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

1、山西大學(xué)論文編號:論文題目 局域網(wǎng)內(nèi)課堂互動軟件的設(shè)計與實現(xiàn)姓 名院系、專業(yè)計算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院、軟件工程學(xué)習(xí)年限 2011 年 9 月至 2015 年 7 月指導(dǎo)教師學(xué)位級別學(xué) 士2015年4月09日局域網(wǎng)內(nèi)課堂互動軟件的設(shè)計與實現(xiàn)指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名：內(nèi)容提要 該項目主要完成了無線局域網(wǎng)內(nèi)An droid平臺的手機(jī)app，用于深入課堂上的教學(xué)互動，便于教師隨時地掌握學(xué)生的知識接受情況。通過Android 的 eclipse 開發(fā)工具，利用基于 UDP 協(xié)議和 TCP 協(xié)議的 Socket 通信，實現(xiàn)教師和學(xué)生的登錄、學(xué)生考勤、學(xué)生留言、隨堂測試等功能，保 證無線局域網(wǎng)中教師和學(xué)生的積極交互

2、。關(guān)鍵字 Android ；無線局域網(wǎng)； TCP/UDP ；Socket 通信1、引言（1）系統(tǒng)開發(fā)背景智能手機(jī)從開始研制出來就受到人們的關(guān)注，隨著Android 和 IOS 手機(jī)操作系統(tǒng)的面世，智能手機(jī)更是全球所有人的追捧。社會上智能手機(jī)的普及，使越來越多人的學(xué)習(xí)和生活已離不開手機(jī)， 它影響著人們的方方面面。它也成為人們生活中必不可少的一部分，甚至很多人成了手機(jī)控。因為 有很多學(xué)生在上課的時候也會玩手機(jī)，因此老師認(rèn)為智能手機(jī)也有不好的方面，如果把智能手機(jī)應(yīng) 用于課堂教學(xué)，用智能手機(jī)輔助教師上課，這將是極大的創(chuàng)新。通過其中非常實用的功能，本系統(tǒng) 可以極大提高課堂效率。（2）系統(tǒng)開發(fā)的目的及意義

3、一直以來大學(xué)課堂上，大多數(shù)還是傳統(tǒng)的教師和學(xué)生的課堂模式，即老師采取隨機(jī)提問的方式 或者布置課堂作業(yè)來了解和監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，雖然以此來調(diào)整自己的教學(xué)進(jìn)度，使自己的教學(xué) 更加有效，并起到督促學(xué)生的作用。這樣有幾個不足之處：1） 在課上布置的課堂作業(yè)，教師沒有足夠的時間和精力去看完每個學(xué)生的完成情況，這使得有部分學(xué)生偷懶不去完成，達(dá)不到應(yīng)有的督促和練習(xí)作用，還浪費(fèi)了寶貴的課堂時間。2）教師如果采取隨機(jī)提問的方式，這樣雖然節(jié)約了時間。但這只能掌握個別學(xué)生的情況，具有 很強(qiáng)的隨機(jī)性和不可靠性，影響老師的判斷。3）教師在給學(xué)生發(fā)送文檔以及學(xué)生提交作業(yè)，都是通過直接拷貝的方式，這樣做效率極低，而 且有

4、傳播電腦病毒的風(fēng)險。4）在學(xué)習(xí)和生活中，有一部分學(xué)生不太善于表達(dá)自己，缺少一個和老師交流的平臺，所以，很 少有機(jī)會能和老師直接的交流， 這會影響到教學(xué)的質(zhì)量和進(jìn)度。 這部分學(xué)生也不能學(xué)到更多的知識。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能： 1、教師和學(xué)生通過登陸可以進(jìn)入到相應(yīng)的教師端和學(xué)生端界面。2、教師端可以接受并查看當(dāng)前上課學(xué)生，統(tǒng)計出勤率?？梢圆贾谜n堂測試后查看學(xué)生的完成情況。可 以給學(xué)生發(fā)送文檔。 3、學(xué)生端可以在手機(jī)上完成老師布置的課堂測試其中包括選擇題和問答題并且 學(xué)生可以下載教師發(fā)送的文檔。4、一些不太善于交際的學(xué)生可以向老師的手機(jī)上發(fā)送留言，教師通過留言更加完善的掌握學(xué)生上課的情況和意見。（

5、3）國內(nèi)外現(xiàn)狀有關(guān)與提高課堂效率或輔助教師上課的設(shè)備早以出現(xiàn)在國外的課堂上，在國外大部分的大學(xué)課 堂上都采用了手持答題器設(shè)備，這是在傳統(tǒng)課堂的進(jìn)步，但這也只是改善了一部分局面，并且要給 每個學(xué)生安裝和配置手持答題器也需要不小的投入。如果將智能手機(jī)利用到課堂上將會達(dá)到更好的 效果，成本也會降低不少。在國內(nèi)近幾年也出現(xiàn)不少的有助于課堂的上課效率的手機(jī)軟件，比如有道云筆記、 Ucan 等。有 道云筆記這款軟件學(xué)生可以通過文本、圖片記錄上課筆記，并且提供了高效管理和分類整理筆記， 然后可以同步到云空間，以便隨時隨地查看筆記。有道云筆記節(jié)約了學(xué)生上課的同時記錄筆記的時 間，使學(xué)生能夠用更多的時間去認(rèn)真聽

6、講，并且隨時都可以查看上課時記錄的筆記，做到在哪里都 可以復(fù)習(xí)上課的筆記。但是，這款軟件只是通過簡化記錄筆記以提高課堂效率，并沒有用于學(xué)生和 教師交互的功能，老師不能掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。 Ucan 又叫課堂互動投票軟件，它的主要功能是學(xué) 生報到、投票以及課程資料的傳送等。它實現(xiàn)了老師和學(xué)生之間的交互，但是交互只是體現(xiàn)在投票 方面，功能上有所欠缺，不能滿足課堂上的需求 6 。2、系統(tǒng)需求分析本部分主要介紹了系統(tǒng)的功能需求與系統(tǒng)性能和環(huán)境需求，具體內(nèi)容如下。（ 1 ）系統(tǒng)功能需求用戶登陸功能：學(xué)生輸入自己的姓名和學(xué)號，教師輸入自己的姓名和密碼就可分別登陸到學(xué)生 端和教師端，學(xué)生端可以將自己的姓名和

7、學(xué)號發(fā)送到教師端；教師查看上課學(xué)生：教師端會接受到每個學(xué)生的姓名和學(xué)號等信息，并且將所有的信息顯示到 教師端手機(jī)上，以此查看目前正在上課的學(xué)生，教師可以通過這樣記錄學(xué)生的到課情況；隨堂測試功能：教師可以在課堂上布置隨堂測試，可以是選擇題和判斷題，學(xué)生完成測試后， 選出相應(yīng)的選項或做出問題的答案后，再提交給教師，如果是選擇題就可以統(tǒng)計選擇每個選項的學(xué) 生人數(shù)，問答題則顯示出所有學(xué)生的答案，更直觀的展示給老師；教師發(fā)送文件：教師可以選擇手機(jī)上的常用的ppt、word、excel 等文檔發(fā)送給局域網(wǎng)中的每一個學(xué)生，每個學(xué)生在接收后就會將該文檔存儲在手機(jī)上；學(xué)生留言功能：一些不善于表達(dá)的學(xué)生可以把要對

8、老師上課時的疑問和建議通過留言發(fā)給老 師，在發(fā)送時可以選擇是否匿名發(fā)送，這有助于一些不太善于言談的學(xué)生去增進(jìn)與老師交流，老師 通過學(xué)生們的留言來調(diào)節(jié)自己的上課進(jìn)度以及上課的方式，以達(dá)到更好的上課效果。2） 系統(tǒng)性能和環(huán)境需求本系統(tǒng)有非常簡單的操作界面，容易掌握，功能上還可以進(jìn)一步的擴(kuò)展，比如每個學(xué)生向教師 提交作業(yè)文檔， 教師向特定學(xué)生發(fā)送文件以及軟件可以連接到互聯(lián)網(wǎng)的功能等等。 本系統(tǒng)容易上手， 適合師生在局域網(wǎng)環(huán)境的教室使用4 。通過這個軟件可以節(jié)省出寶貴的課堂時間，提高學(xué)生的上課效率，并且使教師可以進(jìn)一步掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。（3）運(yùn)行環(huán)境硬件平臺：智能手機(jī)，路由器軟件平臺：操作系統(tǒng) :A

9、ndroid 2.3 以上支持工具：裝有 ADT 的 eclipse 開發(fā)工具3、關(guān)鍵技術(shù)（ 1）基于 Android 平臺的 App 的開發(fā)1）Android 的系統(tǒng)架構(gòu)Android 系統(tǒng)是由谷歌公司推出的手機(jī)操作系統(tǒng)。 Android 分為四個層，分別是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng) 用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫層和 V 核心層 3 。對于 Android 應(yīng)用開發(fā)的過程必須對應(yīng)用架構(gòu)層和應(yīng) 用程序?qū)樱瑧?yīng)用程序一般都與應(yīng)用框架層進(jìn)行交互，而其與底層進(jìn)行交互。并且 Android 操作系統(tǒng) 是基于 Linux 內(nèi)核的開源的手機(jī)操作系統(tǒng)。 Android 操作系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示14APPLICATIO

10、MSHomeCcfixxuApplication rRAMewoRKActfv ty MirierPickife MjiniprWindowMinaftrRkpbortxMlnijfirCcntcPT PpovjdcnRddurteM.WiaerViewSyitpnLgoon MlnsjerNociAcitionHamjcerXMPPSefYKeSurfxo MincerUtBRAiESSQLittOfrfrtGllESFrameworkANDROID RUNTtMECore LbriFT嘩;嚴(yán)Linux Kernfl0計腳 DmvrCamera DrwDriverM-Syittms Driv

11、erBrndc1- (IPQDriverUSB DnrerDrwtrWiFi DnvetAudb DnvtrtPower Mjrujcm*ni5GLtrbe圖1 Android系統(tǒng)架構(gòu)圖2)Android應(yīng)用組件An droid開發(fā)四大組件分別是：活動( Activity)、服務(wù)(Service)、意圖接收器(In te ntReceiver) 內(nèi)容提供商(Content Provider )，但不是每個手機(jī)程序必須由這四部分組成。在應(yīng)用程序中使用時，必須要在AndroidMainfest.xml文件進(jìn)行配置后才能使用。3)已用組件在該軟件中主要用到的組件是活動(Activity )，它是每個

12、軟件界面所必有的一部分，通過Activity組件才可以實現(xiàn)用戶交互的以完成某項任務(wù)。(2) Socket 通信Socket有兩種主要的操作方式：面向連接的和無連接的。面向連接的套接字通信必須通過三次 握手建立相應(yīng)的連接，發(fā)送的數(shù)據(jù)的順序和接受的順序保持一致10。無連接的套接字通信對接受順序沒有保證。使用面向連接的通信可靠性更高2。它使用的是 TCP協(xié)議，面向連接的套接字通信必須在發(fā)送數(shù)據(jù)之前和要發(fā)送的地址取得連接。建立連接后，Socket就可以通過流接口進(jìn)行打開、讀、寫、關(guān)閉操作。但無連接的套接字通信比面向連接的套接字通信的效率高8。采用無連接的，它使用UDP協(xié)議。在無連接的套接字通信下，數(shù)據(jù)

13、報是單個的數(shù)據(jù)信息，一次發(fā)送給目的地址的全部信息都包含在數(shù)據(jù)報中9。無連接的套接字通信因為不需要建立連接，所以效率更高。但無連接的套 接字僅僅把數(shù)據(jù)報發(fā)送出去，對其發(fā)送的數(shù)據(jù)報能否接受和順序并不做保證5。(3) An droid多線程開發(fā)分別執(zhí)行不同的任務(wù)。 并且意味一個An droid平臺中多線程的應(yīng)用很多, 軟件開發(fā)中多線程是非常重要的。多線程是指在單個程序中同一時間運(yùn)行多個不同的線程, 程序的多行語句可以看上去幾乎是在同一時間內(nèi)同時進(jìn)行。在在UI更新、網(wǎng)絡(luò)通信等方面都需要使用多線程。在An droid 4、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)4.1模塊劃分依據(jù)需求分析中所有的的功能，依據(jù)軟件工程低耦合以及高內(nèi)

14、聚的原理將手機(jī)軟件劃分為登陸 模塊、查看當(dāng)前學(xué)生模塊、隨堂測試模塊、文件發(fā)送、學(xué)生留言等模塊。局域網(wǎng)內(nèi)的課堂互剛軟件杏看些前學(xué)土模塊反報肺顯示結(jié)果隨堂測試模塊圖2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖用戶登陸功能：學(xué)生輸入自己的姓名和學(xué)號，教師輸入自己的姓名和密碼就可分別登陸到學(xué)生 端和教師端，學(xué)生端可以將自己的姓名和學(xué)號發(fā)送到教師端；教師查看上課學(xué)生：教師端會接受到每個學(xué)生的姓名和學(xué)號等信息，并且將所有的信息顯示到 教師端手機(jī)上，以此查看目前正在上課的學(xué)生，教師可以通過這樣記錄學(xué)生的到課情況；隨堂測試功能：教師可以在課堂上布置隨堂測試，可以是選擇題和判斷題，學(xué)生完成測試后， 選出相應(yīng)的選項或做出問題的答案后，再提交

15、給教師，如果是選擇題就可以統(tǒng)計選擇每個選項的學(xué) 生人數(shù)，問答題則顯示出所有學(xué)生的答案，更直觀的展示給老師；教師發(fā)送文件：教師可以選擇手機(jī)上的常用的ppt、word、excel等文檔發(fā)送給局域網(wǎng)中的每個學(xué)生，每個學(xué)生在接收后就會將該文檔存儲在手機(jī)上；學(xué)生留言模塊：一些不善于表達(dá)的學(xué)生可以把要對老師上課時的疑問和建議通過留言發(fā)給老師， 在發(fā)送時可以選擇是否匿名發(fā)送，這有助于一些不太善于言談的學(xué)生去增進(jìn)與老師交流，老師通過 學(xué)生們的留言來調(diào)節(jié)自己的上課進(jìn)度以及上課的方式，以達(dá)到更好的上課效果。4.2登陸模塊首先打開軟件時就會進(jìn)入用戶選擇界面，分為教師端和學(xué)生端，每個登錄界面都有基本登錄驗 證，判斷用

16、戶名或密碼是否為空。如果進(jìn)入學(xué)生端的登錄界面會要求輸入學(xué)生的姓名和學(xué)號，點(diǎn)擊 登錄便可進(jìn)入到學(xué)生端的主界面，同時將學(xué)生的基本信息傳遞給軟件的全局變量以供其它的功能使 用。如果進(jìn)入教師端的登錄界面會要求輸入教師用戶的賬戶和密碼，只有驗證賬號和密碼正確才可 以進(jìn)入到教師端的主界面。其中教師端登錄流程圖，見圖 3 4.3查看當(dāng)前學(xué)生模塊教師端當(dāng)點(diǎn)擊進(jìn)入到查看當(dāng)前學(xué)生的界面后，就會向無線局域網(wǎng)中的所有用戶發(fā)送上線廣播信 號，并且每隔 3秒就會發(fā)送一次上線廣播信號，以確保最新登錄的學(xué)生端可以收到教師發(fā)送的廣播 信號，同時教師端處于等待接受狀態(tài)。軟件在進(jìn)入學(xué)生端的主界面就會開啟UDP數(shù)據(jù)包接受線程，并處于

17、等待狀態(tài)。當(dāng)學(xué)生端在收到教師端的上線廣播信號后，就會向教師端發(fā)送上線應(yīng)答信號，其 中包括學(xué)生的姓名和學(xué)號信息。教師端在收到上線應(yīng)答信號后，通過解析數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容就會得到 學(xué)生的基本信息，然后將其添加并存放到學(xué)生列表中，最終顯示到手機(jī)界面上，并且每隔3秒就會刷新一次學(xué)生信息列表。教師以此便可查看當(dāng)前在教室的學(xué)生。見圖4圖3登陸模塊流程圖圖4查看當(dāng)前學(xué)生的流程圖4.4隨堂測試模塊隨堂測試模塊分為選擇題模塊和問答題模塊。當(dāng)教師在課堂上提出選擇題問題和相應(yīng)的選項， 同時教師端進(jìn)入到查看選擇題結(jié)果界面，上面顯示每個選項學(xué)生選擇的人數(shù)。學(xué)生可進(jìn)入到選擇題 界面，選擇相應(yīng)的選項并確認(rèn)提交。教師端的查看選擇題

18、界面就會實時刷新該界面，顯示最新的統(tǒng) 計結(jié)果；當(dāng)教師在課堂上提出問答題問題，并進(jìn)入到查看問答題結(jié)果界面。學(xué)生可進(jìn)入到問答題界 面在文本框中做出相應(yīng)的回答，并且確認(rèn)提交答案。教師端的查看問答題界面就會顯示出該學(xué)生的姓名和結(jié)果。教師便可了解每個學(xué)生知識的掌握情況，隨堂測試模塊的流程圖見圖54.5文件發(fā)送模塊PPT、TCP教師端點(diǎn)擊進(jìn)入到發(fā)送文件界面后，點(diǎn)擊選擇按鍵進(jìn)入文件管理界面選擇將要發(fā)送的Word、Excel文檔，選擇確定后就會在文本框就顯示該文件的存儲路徑，再點(diǎn)擊發(fā)送按鍵，教師端 就會開啟文件發(fā)送線程并處于發(fā)送等待狀態(tài)。學(xué)生端進(jìn)入到文件接受界面后，點(diǎn)擊接受按鍵就會向 教師端發(fā)送 TCP連接請

19、求。在教師端收到學(xué)生端發(fā)來的連接請求后，再經(jīng)過兩次握手后建立 連接。教師端先通過該連接發(fā)送文檔的基本信息，學(xué)生端在收到文件的基本信息后，教師端便向?qū)W 生端通過輸出流的形式將文檔傳遞給學(xué)生端。最終，在完成發(fā)送后，學(xué)生便可在手機(jī)相應(yīng)的存儲路 中找到該文件。發(fā)送文件的流程圖見圖6 4.6留言模塊當(dāng)教師想要了解學(xué)生的意見時，便可進(jìn)入到留言板界面。學(xué)生端點(diǎn)擊進(jìn)入到留言界面，可以在 文本框中輸入想要對老師說的話，還可以選擇是否匿名發(fā)送，最后點(diǎn)擊發(fā)送按鍵，便將該留言發(fā)送 給教師端。教師端就可以顯示每個學(xué)生的留言，如果是匿名留言就會顯示匿名，若不是，就會顯示 學(xué)生的姓名。教師在收到學(xué)生的留言后就可以相應(yīng)的改進(jìn)

20、上課的進(jìn)度或方式。圖5布置作業(yè)的流程圖圖6文件發(fā)送的流程圖4.6數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析本系統(tǒng)中教師、學(xué)生和文檔的實體的屬性，其E-R圖如下:圖7學(xué)生信息E-R圖5、系統(tǒng)測試(1 )登陸界面設(shè)計:遼有 SIM 卡*O.OOK/3 0 停四 09:33扇 ClassHelper汾有功M卡.0 M回M:萌離 ClassHelper課堂互動軟件姓名：徐濡字號：2011242309課堂互動軟件用戶呱戶：teacher用戶囹碼:|圖8登錄學(xué)生端圖9登錄教師端(2)主界面:墨 Cla&sHelper0ORE莊石歲前學(xué)生檢査選擇題給果槌査大SB結(jié)果發(fā)送文件選俘題問答題接受文杵圖10學(xué)生端主界面圖11教師端主界面(3

21、)隨堂測試界面:1)選擇題EB必畫 ClassHelper0 .dl KlQfl:2qClassHelper你的選擇是B選項AI 選項B選項匚選項O選擇題結(jié)果統(tǒng)計選A的學(xué)主有0個選日旳學(xué)生有0個選C的學(xué)主有。亍選D的學(xué)生有0個圖12學(xué)生端圖13教師端2)問答題請在輸入框中寫入結(jié)果計翼機(jī)網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)圖15教師端圖14學(xué)生端(4)留言界面:s1.3K/S 0 on 11 01S ClassHelper留言板基于局域網(wǎng)內(nèi)的課堂互動軟件圖17留言教師端圖16留言學(xué)生端(5)發(fā)送文件界面BairiuNflcliskCom jpg. androidAJip 日注 phone后退文件路徑qzl3Bcom （ma

22、ll wirelessPicturesExlDtaTunncl/mnt/sd card/i/l PM S G（飛鴿倍書）曲議 ili3.doccom.tmalLwjrd5_no1ify_0.lloquick0gmin酬.wirc15_nolEfy_0| IogTmjIlPicChoose Fil e : /mnt/sdcard/ift/lSG（飛鴿悄 書協(xié) iAHLi.dM圖18文件選擇圖19文件發(fā)送界面6、結(jié)論本軟件是基于 An droid系統(tǒng)的局域網(wǎng)內(nèi)的課堂互動軟件，是對傳統(tǒng)課堂的極大創(chuàng)新和進(jìn)步，方 便了學(xué)生和教師之間的互動，提高了課堂效率，節(jié)約了寶貴的課堂時間。而且軟件中各模塊的耦合 度

23、小，便于加入了其他的功能，易于擴(kuò)展。本軟件實現(xiàn)了通過教師端廣播上線信息，統(tǒng)計得到了每 個學(xué)生的信息，很大程度上節(jié)約了教師點(diǎn)到的時間。軟件只是實現(xiàn)了統(tǒng)計當(dāng)前學(xué)生、布置作業(yè)、發(fā)送文件功能。其實我們在此基礎(chǔ)上進(jìn)行很多的擴(kuò) 展，比如可以通過文件記錄每節(jié)課上課學(xué)生，教師可以在任何時刻查看每一位學(xué)生的到課率，以此 用來評估學(xué)生平時成績的參考；還可以實現(xiàn)每個同學(xué)之間發(fā)送文件以及學(xué)生向老師發(fā)送文件；對指 定的部分學(xué)生比如課代表或班委進(jìn)行分組管理和特定操作的功能。還可以進(jìn)行擴(kuò)展，實現(xiàn)學(xué)生端向 教師端提交文檔；還可以實現(xiàn)教師對選中的學(xué)生實現(xiàn)特定的操作，比如發(fā)送文件； 致謝經(jīng)過幾個多余月的時間，論文終于能夠結(jié)稿，我

24、內(nèi)心包含了深深的感激之情，在完成畢業(yè)設(shè)計的過程中，從選題到查閱資料，論文提綱的確定等各個環(huán)節(jié)的中都得到了*老師很多建議和幫助，使自己受益匪淺，并且解決了很多困擾我的問題。在*老師的督促和監(jiān)督下，使自己能夠靜靜的坐下來，學(xué)到了更多的知識，為自己進(jìn)一步的加油充電。使我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了An droid編程設(shè)計和套接字 編程，對我今后的工作和研究生學(xué)習(xí)無疑是不可多得的寶貴財富。由于自己的能力有限，在論文中 有不足和欠缺的地方，希望 * 老師指正。同時，我由衷的感謝導(dǎo)師，正是在您的指導(dǎo)下，才使我不斷 的進(jìn)步。參考文獻(xiàn)1 閆偉 , 葉建栲 . 多線程技術(shù)在 Android 手機(jī)開發(fā)的應(yīng)用 J. 信息通信 ,

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