孟凡彬

摘要：通过对目前常用的三种课堂应答系统的研究，分析了三者的特点及存在的问题，给出了基于Node.js的课堂应答系统的设计方案及具体实现细节。根据实际的使用效果来看，当前系统在易用性、部署成本、学生认可度上都超过了目前主流的其他应答系统。另外经过对比测试发现，使用本系统确实对提升学生的课堂参与度、课程兴趣以及学业成绩都有较好的效果。

关键词：高校合堂；应答系统；Node.js

中图分类号：TP315.69 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）29-0058-02

Abstract：Through the study of three commonly used classroom response systems， this paper analyzes the characteristics and problems of these three classes， and gives the design scheme and implementation details of the classroom response system Based on Node.js. According to the actual use effect， the current system in the ease of use， deployment costs， student recognition are more than the current mainstream of other systems. In addition， through the comparative test， we find that using this system really has a good effect on promoting students' participation in class， interest in curriculum and academic achievement.

Key words：response system；Node.js

1 概述

受到国家高校扩招政策的影响，现在越来越多的大学都面临一个非常严峻的问题：学生数量增长速度大于了课程教师以及相应教学资源的匹配速度。基于这个客观的原因，目前高校的部分课程，尤其是公共课，都会采用合堂的教学形式。目前关于高校合堂带来的问题及其相关对策的研究已经有很多[1-2]，其中合堂最大的问题在于上课学生数量大、学科背景复杂、课堂的互动性较难实现，且上课教师很难及时的关注到对于所授知识点的掌握程度，不能及时有效的调整上课进度和思路，只能按照一个教学速度进行下去。这样就会使得跟不上学习进度的学生越来越跟不上，如此下去就形成了一个恶性循环，最终导致了厌学、逃课现象的出现。所以掌握课堂，尤其是合堂时，参与学生的知识点学习进度是提高教学质量的一个非常关键问题。通过研究发现，使用“教室应答系统”（CRS，Classroom Response Systems），辅助设计课堂教学的互动模式，可以在一定程度上改变课上信息单向讲授、缺乏有效互动的问题。

2 课堂应答系统

课堂应答系统是为在课堂上能及时获取学生对于知识点的掌握程度以及方便参与课堂互动的系统。其基本的逻辑结构为：

目前常见的应答系统主要分为三类：基于硬件的[3]、基于软件C/S结构的[4]以及基于软件B/S结构的[5]。这三类系统的最显著区别在与学生终端的实现方式上。

1） 基于硬件实现的应答系统

这是目前研究最为深入也是投入教学使用最早的应答系统，其最大的特点是学生终端是实物的电子设备。但是由于电子设备容易出现一些非预期的硬件错误以及其功能拓展的局限性和使用的不便捷性，调查时发现学生群体对其认可度偏低的，且后期的维护成本较高。

2） 基于软件C/S结构的课堂应答系统

本类系统出现在上述种类之后，在使用时需要在相应的设备上安装上客户端实现，目前主流的是基于电脑和手机端的，经过对2015和2016两个年级的大学物理公共课程学生调查发现，手机和手提电脑的拥有率为99%和31%。可以发现若使用电脑的客户端，会存在三个问题：1.电脑携带与存放管理不方便、2.电脑的电池不能支撑全天课程的学习且教室的插座数量不走、3.电脑的数量不足，上述问题大大制约了电脑客户端在课堂的使用。当然使用基于手机的客户端会时上述问题得到改善，但由于学生手机型号的差异性，相关客户端的前期开发和后期维护都较为复杂和困难，另一方面由于软件的版权问题可能会导致本类系统部署成本过高。

3） 基于软件B/S结构的应答系统

近些年发展起来的新型课堂应答系统实现形式，它可以通過Web页面进行方便的访问。但目前使用较多的此类系统都需要将数据传送到其他企业的Web服务器上进行处理、反馈和保存。这样就会带来一些问题：① 课堂应答的实效性很差，尤其是在较大的图片传输时，教师无法及时地获取到学生的信息；② 所有的教学数据都保存在其他企业的服务器上对于学校构建自己的教学平台、积累自己的知识库是不利的。这些问题大大制约了此类系统的适用性，另外此类系统需要连接互联网，学生可能会利用互联网连接进行其他的非正常活动，如观看视频、玩游戏等，也是因为这个原因很多大学在进行信息化建设时会特意隔离教室的网络，所以上述的需要连接到其他企业服务器的系统会受到限制。另外本类系统同样也可能会存在版权导致的部署费用过高问题。

基于上述的分析，本文提出了一种可以适用于局域网的、易于维护和拓展功能的、便于部署的基于Node.js的课堂应答系统设计思路。

3 系统的主要技术

本系统的教室局域网服务器是基于Node.js开发的，教室服务器可以将数据保存到文件或者同步到校级服务器数据库中。Node.js是基于Chrome JavaScript运行时建立的程序开发平台，可以方便、快速地搭建易于扩展的事件驱动的高效支持并发的网络应用，非常适合开发高实时性的交互应用。endprint

为了便于控制以及减轻主服务器的压力，我们采用了两级服务器的结构，下图即为分层服务器端的网络拓扑结构：

通过使用分层的服务器结构，可以在教室里的局域网服务器端处理非重要但是重复性较高的任务，校级服务器仅进行重要数据的保存及处理工作或者教室服务器无法完成的处理任务，以减轻其工作压力。这样的设计还可以通过教室的局域网服务器方便地控制学生手机端是否可以访问互联网。当然学生仍然可以在课堂之外通过互联网连接到校级的广域网服务器，查询自己的课堂表现情况，参与答题和提问等相关的学习活动。

本文主要介绍的是教室局域网服务器的设计，其主要的模块按照功能可以划分为三大部分：1.输入单元：接受从学生客户端发来的请求信息、教师的操作指令以及来自校级服务器的指令信息；2.处理单元：分析采集来的数据并进行相关数据处理或者与校级服务器的数据同步操作；3.输出单元：用于展示的PPT、投影系统以及Web页面。Web页面是基于HTML5开发的自适应页面。

4 教室局域网服务器的关键模块介绍

1） 登录认证与账号管理模块

仅需要提供学生的学号即可完成登录认证，并处理登录与退出以及账号信息查询与管理的相关事务。

2） 文本与指令消息传递模块

本模块主要是传递文本信息的内容、表情代码、学生发出的服务请求指令及教师发出相关的指令。同时可以通过互联网与校级服务器通信或者将课堂上的上课数据保存为数据文件，再将数据文件上传到服务器，进行重要数据的同步与更新。

3） 外部接口模块

通过服务器端的处理，以及提供的接口与其他的程序，比如考试系统、教务系统，进行交互，可以进一步拓展系统的功能。同时将相应的结果与通知以PPT或其他的显示设备展示出来，下面展示了在课堂使用时的效果图。

4） 图片传输模块

图片由于其数据量一般较大，在传输时容易出现数据包丢失以及传输速率限制时效性较差的问题，这也是我们采用局域网传输数据的重要原因。传输时在JavaScript代码中使用FileReader来将图片读取为base64格式的字符串，然后以字符串的形式进行发送。最后将此字符串推送到学生手机的Web页面，而此base64格式的图片直接可以直接指定为图片的src参数，这样就可以将图片展示出来了。

下面展示了Web页面中读取文件的关键代码。

document.getElementById（'sendPic'）.addEventListener（'change'， function（） {

if （this.files.length ！= 0） {

var PicFile = this.files[0]，

PicReader = new FileReader（）；

if （！PicReader） {

that._displayNewMsg（'system'， '你的浏览器不支持本操作！'， 'red'）；

this.value = ''；

return；

}；

PicReader.onload = function（e） {

this.value = ''；

that.socket.emit（'img'， e.target.result）；

that._displayImage（UserName， e.target.result）；

}；

PicReader.readAsDataURL（PicFile）；

}；

}， false）；

服务器端的关键处理代码为：

socket.on（'img'， function（imgData） {socket.broadcast.emit（'newImg'， socket.UserName， imgData）； }）；

5 结束语

本系統可以较好地满足当前课堂的教学需要，且在易用性、学生的认可度、部署简便性以及拓展性方便都较之前的系统均有较大提升，具有较高的推广应用价值。

参考文献：

[1] 白润波，刘福胜，徐宗美，朱坤. 中国高校大合堂教学的问题与对策[J]. 中国电力教育，2011（8）：66-67.

[2] 张晓燕. 高校合堂教学的问题与对策[C]// 湖南工业大学法学院.第三届教学管理与课程建设学术会议论文集.湖南工业大学法学院，2012：3.

[3] 卓晴，李海霞，赵昊熠. 基于手机短信的课堂应答系统设计与实现[J]. 现代教育技术，2011，21（9）：98-102.

[4] 费瑞伟，陈露遥，严大虎. 基于微信公众平台的教学应答系统设计——重构本土化问题教学过程[J]. 中国教育信息化，2016（4）：78-81.

[5] 张知奇. 移动互联课堂应答系统在高职英语课堂中的应用[J]. 高等职业教育：天津职业大学学报，2017，26（2）：84-87.endprint