创新课堂互动：高校计算机实践课堂管理智能化方案

摘要：文章提出一种创新的高校计算机实践课堂管理方案，旨在通过智能化系统提升课堂互动效果和教学质量。研究设计并实现了基于学生座位信息的实践课堂管理系统，该系统通过智能座位校验和课堂行为标记功能，有效增强了师生互动。系统采用微信小程序作为客户端，后端采用Spring Boot框架，并结合Redis缓存技术，确保系统运行的高效性和稳定性。实施结果表明，该系统显著提升了学生的课堂参与度和教师的教学效率，所收集的课堂行为数据为教学评估和学生行为分析提供了有力支持。本研究为高校计算机实践课堂管理提供了新的研究视角，同时为未来教育技术的发展奠定了基础。

关键词：智能化管理；课堂互动；计算机实践教学；课堂管理

中图分类号：G434 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）02-0156-05 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

实践教学作为本科教学中最能体现实践能力培养、提升学生综合素养的关键环节，是承载新工科建设的主要载体[1]。为实现新工科建设目标，诸多工科课程增加了实践课时的比重，越来越多的教学活动在实验室中开展，高校对计算机实验中心、实践基地等实践教学场所的建设也日趋完善。众多高校从实践教学培养方案的教学目标、教学体系、教学方法、教学平台、考核评价等多个方面着手，对计算机相关专业的实践教学进行了改革，取得了显著的教学效果。文献[2-3]结合新工科建设和工程教育认证，提出了计算机专业人才培养方案、教学模式、教学案例设计的思路和方法，但较少有研究者探讨实践课堂管理方法。为保证实践教学培养方案的顺利实施，有效的实践课堂管理方法亟待探索。

传统的课堂管理模式往往难以全面了解学生的课堂表现，缺乏有效的激励和监督机制，导致学生参与度不高，课堂互动有限，学习效果难以保证。在当前高等教育体系中，计算机实践教学作为培养学生实践能力和创新思维的关键环节，正面临着诸多挑战。与普通课堂相比，实践课堂具有更大的互动空间。在实践课堂中，教师须在教室内频繁走动，指导学生进行操作、协助学生解决问题，有更多的时间与学生交流。然而，现有文献中缺乏对如何通过技术手段记录和提高这种互动性的深入探讨。本文旨在提出一种基于学生座位信息的智能化管理方案，以全面了解学生在实践课堂的表现，通过有效的激励和监督机制，提高计算机实践课堂的学生参与度，从而保证实践学习效果和实践教学质量。

随着信息技术的快速发展，智能化教学管理工具的开发成为可能。本研究基于微信小程序平台，设计并实现了一个创新的计算机实践课堂管理系统，该系统通过学生自主选座、智能座位校验和课堂行为标记等功能，提高了课堂管理效率，促进了师生之间的互动，提升了实践教学效果。本研究为解决高校计算机实验课堂管理的难题提供了新的思路和方法，为提高实验教学质量和学生的实践能力提供了技术支持。此外，本研究还探讨了系统所收集的课堂行为数据如何为教学评估和学生行为分析提供支持。

本文首先回顾了相关领域的研究进展，指出了现有课堂管理系统的不足，并提出了本研究的创新点。随后详细介绍了系统的设计和实现过程，包括技术框架、用户交互设计及系统功能。最后，通过实施效果分析，展示了系统对提高课堂互动和教学质量的积极影响，并对未来的研究方向进行了展望。

1 实践课堂管理系统需求分析

1.1 需求收集

通过课堂观察和教师访谈，收集了实际教学中遇到的问题和需求。以广州城市理工学院计算机实验中心为例，教师为记录学生在机房的课堂表现和参与度，会给学生安排座位表。学生需在教师指定的座位入座，教师在课堂上携带座位表核对入座情况，记录学生在机房的课堂表现。通过问卷调查进一步发现，学生期望能够自主选择座位，以便于参与课堂互动并及时获得反馈。

1.2 需求分析

基于调研结果，归纳出以下需求：

1） 教师需要能够实时查看学生的座位分布和课堂参与状态，以了解到课情况和课堂秩序。

2） 学生应能够自主选座，便捷地在系统中标记自己的座位，并在需要时举手提问或参与讨论，以增强课堂互动。

3） 系统应支持教师快速记录和反馈学生的课堂表现，以有效管理课堂秩序和学生行为。

具体而言，教师需要根据课程安排和教室信息管理课堂的开始和结束，记录学生的课堂表现和参与情况，观察学生的课堂行为如举手、发言等，给予学生及时的反馈和评价。学生需要加入课堂，查看课程安排和教室信息，选择座位，举手发言，参与课堂讨论，查看课堂表现，接收教师的即时反馈和评价。图1展现了系统不同角色用户的功能需求。

1.3 功能设计

高校计算机实验中心教室一般采用m×n 型布局，其中m 表示座位行数，n 表示座位列数。每个座位的座位号按行号和列号进行编排，i-j 表示第i 行第j 列座位的座位号（1≤i≤m，1≤j≤n） [4]。以广州城市理工学院计算机实验中心的机房为例，每排设置4个相连机位，且每个机位前后均保持适当间距，便于教师进行指导。图2展示了一个8行8列机房课堂座位的平面布局图。这种规范化的座位编排方式便于通过交互界面实现类似电影院选座的功能，有效实现学生自主选座。

高校实践课堂管理方案通过收集学生的课堂座位信息和课堂行为信息来实现实验课堂的管理。教师首先根据课程信息创建课堂，学生进入课堂后须在座位平面图中标记个人座位，教师据此获得学生课堂座位分布表，并可通过该座位表标记学生的课堂行为，及时给予反馈与评价。图3展示了实践课堂管理系统的顶层数据流图。

根据系统功能，可将顶层数据流图细化为包含“创建课堂”“自主选座”“智能座位校验”“标记课堂行为”4个加工的零层数据流图，如图4所示。

“创建课堂”指系统根据教师提供的课程信息获取教室信息，以生成课堂座位平面图。课堂创建完成后，学生可通过课堂ID进入指定课堂，并查看课堂座位平面图。

“自主选座”指学生进入课堂后，根据当前机位编号在课堂座位平面图中进行标记。图5展示了加工“2 自主选座”细化后的子图。系统可根据学生标记的座位信息及个人信息，生成包含学生信息的课堂座位平面图。

“智能座位校验”指系统向已标记座位的学生发送通知，要求其获取并提交邻座唯一标识，随后系统将其提交的邻座信息与当前学生课堂座位平面图上该座位的邻座信息进行对比验证，以校验学生是否根据实际就座位置标记座位，从而完成签到过程。图6 展示了加工“3 智能座位校验”细化后的子图。

“标记课堂行为”指教师可通过课堂座位平面图记录学生本堂课的学习状态和学习行为。教师查看课堂座位平面图时，点击特定座位位置即可标记该座位学生的学习状态和学习行为。

2 实践课堂管理系统设计

高校实践课堂管理方案将真实课堂抽象为系统课堂。在创建课堂时，可预设包括课程班学生信息、教室信息等课程信息，并与教务系统关联以避免课程冲突。图7展示了系统的组成模块及其层次关系。在系统设计中，为提升教师和学生的使用便捷性，采用微信小程序作为客户端，并通过微信小程序云函数提供基础支撑，以提高用户事件处理效率。由于多名学生需要同时使用同一课堂页面，系统采用Redis缓存以提高实时座位数据的响应效率，确保系统运行的高效性和稳定性。同时，系统使用MySQL云数据库存储持久化数据，以保证数据的安全性。

由于真实课堂通常具有周期性特点，系统提供创建单次有效课堂和周期性课堂两种功能。创建课堂时，系统根据课程教室信息生成包含机房座位平面图的课堂页面，作为学生自主选座、系统智能座位校验、教师进行课堂标记等活动的主要互动界面。本章重点阐述自主选座和智能座位校验两个模块的设计。

2.1 自主选座模块设计

2.1.1 模块功能描述

学生通过课堂ID进入课堂后，课堂页面显示本次课堂的教室座位平面图。学生须在指定时间内通过教室座位平面图标记所选座位，页面通过填充座位颜色区分标记状态。

2.1.2 模块过程设计

图5中的加工“2.3 选座”在设计阶段映射为子模块时，其功能还包括：

1） 选座倒计时期间，根据课堂页面上已标记位置和未标记位置，实时更新教室座位平面图中的座位颜色；

2） 选座倒计时期间，教师点击已标记位置时，系统实时显示该座位对应使用者的个人信息。若学生发现自己所在位置已被他人标记，应立即向教师报告，教师随即提醒学生更正。在座位标记倒计时结束前，学生可修改座位标记。教师可将恶意标记者（即不在教室而为签到目的标记座位者） 踢出课堂。

选座倒计时结束后，教师点击已标记位置时将显示该座位对应使用者的个人信息，此时学生课堂座位平面图已生成。系统根据已标记座位生成包含对应使用者前后左右座位信息的座位信息记录，如表1所示。本模块还将为已标记座位对应使用者生成本课堂的唯一标识二维码，供校验课堂座位模块使用。本模块中教师和学生与系统之间的交互活动如图8所示。

2.2 智能座位校验模块设计

2.2.1 模块功能描述

教师可在课堂页面开启签到模式。签到模式要求学生根据系统通知获取指定邻座唯一标识（通过扫描邻座在本课堂的唯一标识二维码实现） 。邻座包括前后左右位置，当标记座位无邻座（即标记座位在表1 的前后左右位置信息记录均为“空”） 时，该学生将无法通过获取邻座二维码完成签到。针对真实课堂中少数无邻座的学生，系统可设置通知此类使用者在签到模式开启后举手，教师可通过学生课堂座位平面图进行点对点签到协助。

2.2.2 模块过程设计

对于有邻座的学生，系统通知其扫描指定邻座同学的唯一标识二维码以获取标识信息。图6中的加工“3.2 通知其扫码获取邻座信息”在设计阶段映射为子模块时，其功能还包括：

1） 当邻座数量为1时，系统直接指定该邻座；

2） 当邻座数量大于1时，系统随机选定其中一个作为指定邻座。

系统将学生通过扫码获取的信息与本次课堂座位信息记录（表1） 中该座位的对应邻座信息进行对比，若两者一致则校验成功。校验失败的学生可当场举手向教师申述。本模块中教师和学生与系统之间的交互活动如图9所示。

上述设计中，在邻座数量较多时通过随机方式指定邻座，可有效避免学生与邻座相互协助签到的情况。在真实实验课堂中，教师会在机房内频繁走动以指导学生。此时，教师可通过查看课堂座位平面图，重点关注仅有一个邻座或无邻座学生的到课情况。

关于本系统的数据库设计已发表在文献[5]中，本文不再赘述。

3 实践课堂管理系统实现

高校实践课堂管理系统由服务器端和客户端两部分构成。客户端采用微信小程序，主要结构包括WXML、WXSS 和JavaScript，其中WXML 用于描述页面结构，WXSS用于描述页面样式和显示效果，JavaS⁃cript负责声明并处理数据、响应页面交互事件及处理业务逻辑。后端采用Spring Boot框架，使用Redis作为缓存[5]，以确保系统的高效性和稳定性。

高校实践课堂系统的客户端根据不同角色分为教师端和学生端。不同角色用户须在系统登录模块按照相应要求进行用户绑定。教师端功能包括：设置课程、创建课堂、查看实时课堂、启动课堂校验、标记课堂行为、查看历史课堂、查看课堂统计数据。学生端功能包括：进入课堂、标记座位、根据接收的实时课堂指令提交邻座信息[5]。

学生须根据教师提供的课堂ID在规定时间内进入课堂。学生在课堂座位平面图中标记当前就座位置，如图10所示，其中×标记表示已有同学入座，灰色座位标记表示可选座位，人形标记表示学生本人当前已选的座位[5]。

教师可在课堂页面实时查看学生入座情况，并可开启座位校验模式。系统随即向本课堂已标记座位的学生发送获取指定邻座唯一标识的通知，学生通过扫描指定邻座的二维码获取其唯一标识。