基于物联网的体育课程管理系统设计

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　　摘  要： 为实现高校体育课程的智能化管理，采用面向服务的物联网架构，构建包括用户端、客户端、应用端等5个方面的体育课程管理系统。在应用端通过教师排课模块和学生选课模块实现排课和选课，教师采用互动交流模块中在线论坛查看帖子和发布帖子的方式，同学生交流体育课程信息，并在线辅导学生;通过基础设施及服务端中基于物联网体育课程信息管理模型，结合信息感知功能整合分析体育课程管理信息资源，将整合结果经过物联网传送給体育课程管理公共信息服务器，使信息数据有效性共享，并将该数据经过物联网传送给体育信息查询平台，为教师和学生提供查询依据。实验结果表明，该系统可全面呈现出体育课程项目、时间、学分等教师排课内容，有效监测学生选课情况，分析体育课程数据的查全率和查准率都高于95%。
　　关键词： 课程管理系统; 体育课程; 物联网; 排课; 选课; 在线辅导
　　中图分类号： TN02?34; TP393                    文献标识码： A                      文章编号： 1004?373X（2020）07?0086?04
　　Design of physical education curriculum management system based on Internet of Things
　　WANG Zhenya
　　（China Pharmaceutical University， Nanjing 211198， China）
　　Abstract： In order to realize the physical education curriculum intelligent management in universities， the service?oriented Internet of Things （IOT） architecture is adopted to construct a physical education curriculum management system which includes the user terminal， the client terminal， the application terminal， etc. In the application terminal， the course scheduling and selection are carried out by the teachers′ course scheduling module and the students′ course selection module respectively. The teachers use online forum in the interactive communication module to view and publish the posts， exchange information of the physical education curriculum with students and tutor the students online. In combination with the information perception function， the information resources of physical education curriculum management are integrated and analyzed by infrastructure and the IOT?based physical education curriculum information management model in the service terminal. The integrated results are transmitted to the public information server of physical education curriculum management by IOT to implement the validity sharing of information data， and then the data are transmitted to the physical education information inquiry platform by IOT to provide inquiry basis for the teachers and students. The experimental results show that the system can fully present the scheduling contents， such as the item， duration and credit of the physical education curriculum， effectively monitor the information on students′ course selection， and analyze the recall ratio and precision ratio of the physical education curriculum data， which are all above 95%.
　　Keywords： curriculum management system; physical education curriculum; IOT; course scheduling; course selection; online tutorship 　　0  引  言
　　体育的本质作用是强身健体，派生作用是教育。近年来各高校规模渐渐扩大，高校内的各个专业、班级的学生数量都在增加，与学生选课相关的信息量也在增加[1?3]。由于现有教学模式智能化欠缺，因此，整个体育课程的选择过程都要靠复杂的人工操作完成，造成工作量大、效率低、易出错，且存在重复工作的现象。
　　传统体育网络课程管理系统多以静态数据库和静态资源方式构建，但基于物聯网环境下体育课程管理系统，则是直接面对实际体育课程教学，并实现课堂实时数据的采集和存储。将物联网概念应用在体育课程管理领域中，可赋予该领域更多的“智能”元素，完成体育课程数据的相互交换以及协作。基于物联网的体育课程管理系统，对实现体育教育的智能化管理具有重要应用价值[4?6]。本文依据物联网技术，以高校体育课程的智能化管理作为研究载体，设计基于物联网的体育课程管理系统[7]，为实现运用先进信息化手段辅助体育教学提供了一种新的尝试。
　　1  体育课程管理系统框架
　　以体育课程智能化管理为目标，采用面向服务的物联网架构构建基于物联网的体育课程管理系统架构。该架构包括用户端、客户端、应用支撑端、应用端、基础设施及服务端，基于物联网的体育课程管理系统架构图如图1所示。
　　在图1中可知，基础设施及服务端管理体育课程信息资源，并通过物联网将信息反馈给应用端，应用端依据信息完成体育课程排课、选课、信息交流，同时应用支撑端为应用端提供支撑服务，并通过无线网络将应用端的体育课程管理结果通过客户端的PC浏览器、手机浏览器等交互界面反馈给用户端的教师和学生，为教师和学生合理的排课、选课提供服务。
　　系统用户端为学生和教师。学生和教师通常使用PC浏览器、手机浏览器、平板浏览器或者触摸屏作为客户端，浏览和设置系统中的体育课程。该系统内在的应用支撑端包含事务处理、Internet、无线网络、传感网络间协议、XML交换以及数据引擎，聚合这些信息资源，通过统一的访问入口[8?9]，提供一个支持信息访问、传递以及协作的集成化环境，使师生可以浏览体育课程管理方面相互关联的数据，依据该关联数据处理体育课程管理的相关内容。应用端包含教师排课模块、学生选课模块、学生基本信息设置模块、互动交流模块四部分。基础设施及服务要从设施和服务两个方面看，基础服务包括体育课程管理方面的数据采集、数据存储、数据同步、基础管理和数据备份;基础设施包括服务器、存储、网络、查询平台、信息管理，其中，信息管理部分通过基于物联网体育课程信息管理模型管理信息，并将信息传送给服务器。为了更好地理解基于物联网的体育课程管理系统架构中应用端功能，以下对应用端包含的四个模块进行具体分析。
　　1.1  教师排课模块
　　教师排课模块用于实现教师的课程排课，其主要功能包括添加、删除、修改。当教师完成一项体育课程信息的录入后，可通过“添加”完成下一项体育课程信息的录入;当录入错误时可通过“删除”或“修改”操作错误信息。体育课程的编排总体来说是一个时间、教师、学生三者的组合规划问题。在物联网环境下，体育课程编排不能在时间、教师和学生三个方面出现冲突，比如，一名学生不能在同一时间段内上两节课;同一名教师不能同时上两节课;每个学生每周的上课课时不超过2 h。
　　1.2  学生选课模块
　　学生选课模块管理学生选择体育课程的情况，其主要功能包含删除、统计学生选课信息。当学生不想参加已选择的体育课程时，通过“删除”功能删除已选择课程。由于某些高校要求每个学生体育课程学分达到6学分，因此，学生需要选择多项时间不冲突的体育课程，通过“统计学生选课信息”功能查看已选择的课程信息。该模块完成选修课程的管理[10]，同时也可统计选修课报名人数，当体育课程名额已满时，需结合学生选课时间的先后决定选修此体育课程的学生人数。
　　1.3  学生基本信息设置模块
　　学生基本信息设置模块主要负责管理所有在校注册学生的个人信息，主要功能包括添加、删除、修改、查找学生信息。当学生录入完成一项信息后可以通过“添加”进行下一项信息的录入;当学生录入了错误的信息后，可以通过“删除”或“修改”对错误的信息实行下一步处理;当学生完成了全部信息的录入以后，要通过“查找学生信息”来对之前录入的信息进一步核查。每个学生都有属于自己的学号，管理员添加新生后，该新生可直接登录体育课程管理系统浏览个人信息。
　　1.4  互动交流模块
　　互动交流模块实现教师、学生以及管理员间信息的交互，交流主要以在线论坛帖子的形式实现。学生和教师可以发布或查看帖子，管理员除了管理学生用户和教师用户，还可以管理教师或学生发布的帖子。因此，互动交流模块不仅包含用户管理数据表，还包含帖子管理数据表。用户管理数据表主要针对用户姓名、性别、年级、学号等信息实行管理，获取数据;帖子管理数据表主要针对用户发表帖子的标题、内容、发表日期、发表人姓名、性别、年级、学号等信息实行管理获取数据[11]。
　　互动交流模块如图2所示，在线论坛状态转换过程如图3所示。
　　教师通过在线论坛查看帖子和发布帖子的方式，与学生实行关于课程反馈方面的沟通交流，提高体育课程信息管理的交互性。同时，教师通过论坛方式在线辅导学生，该在线辅导主要包含在线论坛、在线答疑以及发布公告三个方面。在线论坛通常包括发表新主题和在线查阅论坛。所有登录体育课程管理系统的教师和学生都可以进入论坛;在线答疑是教师针对学生在论坛中提出的疑问进行解答，实现与学生一对一多次交流;发布公告通常指面向全体师生公布作业及课程安排等内容。
　　点击图3中的[在线论坛]，会出现论坛列表页面，在该页面内点击[发表新主题]，出现发表主题页面，在该页面内输入主题内容，输入完成后点击[提交]，系统自动验证主题内容。如果信息出现错误，则需返回上级重新发表主题内容;如果验证成功，则会出现需要填写论坛详细内容的页面，输入论坛内容，点击[提交]，完成论坛信息发表。 　　2  体育课程分析与系统管理设计
　　2.1  系统功能设计
　　使用体育课程管理系统除了能快速准确地统计分析体育课程成绩，还可以通过学生不同体育项目成绩合理安排体育课程表，在满足学生个人兴趣爱好和身体素质的基础上，提高学生参加体育课程活动的积极性。体育课程分析与管理系统功能结构图如图4所示。
　　体育课程管理系统首先对学生和教师录入的基本信息进行管理;每隔一段时间维护一次学生和教师录入的基本信息;系统针对教师排好的课程和学生选好的课程信息构建数据库;学生系统查询自己新分派的班级和体育项目成绩;系统将体育课程质量分析结果反馈给体育教师，为教师制定教学计划提供分析依据。
　　2.2  基于物联网的体育课程信息管理
　　物联网具有感知性，利用物联网的感知性可提高体育课程管理信息采集效率，并通过高速网络的云计算平台实现多方面相互联系的模式应用[12]。对采集到的体育课程管理信息实行自动化分析，为了提高该自动化分析的准确性，需要做好体育课程管理信息的智能化管控，并做好实时性监测。基于物联网体育课程信息管理模型图如图5所示。
　　在体育课程管理信息采集基础上，处理已经完成记录的体育课程管理信息[13]，并在多单位协同监管过程中实现感知层和网络层的有效性应用。首先，将不同体育项目活动的学生选课人数统计后发送给体育课程管理信息感知功能，使用该感知功能对体育课程管理信息资源有效性进行整合和应用，实现自身活动的全面分析[14]，将分析所得结果传递给物联网络，物联网又将该数据结果传递给体育课程管理公共信息服务器，实现物联网下体育课程管理信息数据的有效性共享，并将体育课程管理信息数据传送至体育信息查询平台，教师和学生可以通过查询平台查询成绩和班级排课状态[15]。
　　3  仿真实验
　　实验安排在2018年4月份，测试北京某高校中的大三计算机专业体育教师和300名学生，采用本文系统完成体育课程的排课和选课。实验测试在该高校中的机房电脑中完成，该电脑的操作系统是Fedora 13 Linux，通过程序调试工具 GDB 7.0.1测试本文系统对教师和学生的排课和选课监测结果。
　　3.1  体育课程排课分析
　　本文系统主要提供学校公共体育课所开设的课程项目、时间、学分等内容，学生根据个人情况选择体育课程，且每种体育课程总报名人数为200人，体育教师的课程排课情况如图6所示。
　　由图6可知，体育教师使用本文系统设置了篮球课、乒乓球课、足球课、花样游泳课、羽毛球课、自由搏击课等10项体育课程，课程时间分别安排在08：30—10：30，09：00—11：00，09：30—11：30，13：30—15：30，14：30—16：30五个时间段，每周学时为2 h，每项体育课程学分均为2学分，每种体育课程总报名人数为200人，篮球课程剩余名额最多为142，说明选择篮球课程的学生数量最少，选择足球课程的学生数量次之，选择乒乓球课、花样游泳课、羽毛球课、健美操课、网球课、跆拳道课的学生数量最多。
　　3.2  学生选课监测分析
　　使用本文系统监测同一时刻每一项体育课程学生选课数量，结果如图7所示。
　　图7呈现出本文系统监测到学生的选课情况是：羽毛球、网球、跆拳道、健身操、乒乓球、花样游泳最受学生欢迎，200个选课名额都已满额;其次，是自由搏击和太极拳较受学生欢迎，已经有170个学生和142个学生分别选择了自由搏击课程和太极拳课程;篮球和足球的选课人数最少，分别为58人和80人。可见，高校学生对于体育的偏好内容由传统单一的篮球和足球，向跆拳道、健美操、花样游泳等新潮运动内容变化。
　　3.3  课程信息分析
　　统计表1数据得出，本文系统分析实验高校的10种体育课程排课数据和选课数据的查全率和查准率都高于95%，分析性能优。
　　4  结  论
　　本文设计了一款基于物联网的体育课程管理系统，实现体育课程的智慧化管理，主要体现在如下几个方面：
　　1） 系统在应用端通过教师排课、学生选课、互动交流等模块实现教师排课、学生选课、教师与学生沟通交流，实现体育课程的智慧化管理。
　　2） 该系统通过功能结构中的管理功能、维护功能等实现高校体育课程信息的管理与信息维护，且可准确统计分析体育课程成绩，依据成绩合理安排体育课程表，增强学生参加体育课程活动的积极性。
　　3） 系统在基础设施及服务端内构建基于物联网的体育课程信息管理模型，实现体育课程信息的感知、传输、共享以及查询。
　　4） 教师通过互动交流模块中的在线论坛查看帖子和发布帖子的方式，与学生实行关于课程反馈方面的沟通交流，提高体育课程信息管理的交互性。
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