IOS平台上课堂实时反馈系统的设计与实现

摘要：及时获得学生的课堂反馈对优化课堂教学过程、改善教学质量有着特别重要的意义，和之前使用短距离无线通信设备的系统不同，本文考虑到了近几年来智能手机的飞速发展，使用智能终端实现了该系统，改善了之前的设备局限性。本文基于提高学生的学习质量，丰富教学场景，形成多元化的评价考察模式，减轻教师的工作量，强化学习和教学成果的角度出发，研究并设计了在课堂环境下采用移动智能手机终端增进师生实时交流的课堂实时反馈系统。本文分析了师生对课堂实时反馈的需求，从课堂教学这一具体应用场景出发，提出了通过移动网络实现学生智能手机与教师电脑终端互联的课堂实时反馈系统的设计方案，并基于Mac系统服务器端及iPhone移动终端进行了开发实现。经测试，本文设计实现的课堂实时反馈系统可以达到课堂交互的目的，为教师提供真实可靠的教学反馈信息。

关键词：软件应用；移动互联网；实时反馈系统；IOS

中图分类号：TP311 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.02.022

0 引言

计算机网络技术和信息技术正在飞速发展，这种飞速发展所带来的震撼迅速波及到教育界。作为信息资源的宝库、远程教学以及新型学习方式的支撑环境，网络及电子产品的作用越来越受到教育界的关注。学校作为创新和发展知识的重要领地，肩负着培养对社会有用人才的重任。在教学中加强和促进教学过程中师生之间的沟通、交流与互动，向来被建构主义教育理论奉为准则，同时也是教学理论之核心原则。然而，在现实的教学环境下，由于班级规模、上课时间和教师精力等现实因素的限制，要想在教学过程中充分体现师生之间的交流与互动并非易事。在这种情况下，借助于各种教育技术工具实现教学管理的数字化、网络化和信息化就有可能成为提高师生互动途径和频率的重要方式之一，而这一方式也正在成为如今教学的趋势。

在传统教学模式中，有些内容已不适应新时期人才培养的要求，需要进行相应的变革。在传统管理信息系统课程的教学过程中，教学内容相对封闭，教师多采用“灌输”式的教学手段，学生在教学活动中处于被动地位，普遍表现出厌学心理，或者学习积极性不高。这无疑会压抑年轻人活跃的思维和强烈的好奇心，长此下去，必将制约学生群体的创造性。

现代教学理念主张以教师为主导，以学生为主体。作为主导，教师不仅要将课程内容传授给学生，更要注意引导学生自主学习，要教给学生发现问题的方法，培养学生解决问题的能力，鼓励学生的创新意识，锻炼学生的创造能力。其中，近年来在此领域发展较快，同时也十分引人注目的就是“课堂实时反馈系统”，传统的“课堂实时反馈系统”一般依托于现成的一套短距离无线通信设备，普及成本相对较高，基于这一问题本文提出一种通过当前普及率已经很高的智能手机替代“课堂实时反馈系统”中学生终端设备的反馈系统模型的设计。

为了改善传统教育模式的一些不足之处，本文提出了一个新颖的基于移动客户端的课堂实时反馈系统。该系统基于Mac系统服务器端及iPhone移动终端进行了开发实现，使用C/S架构运行，并且服务器与移动终端间通过Socket套接字建立TCP连接进行通信。本文首先介绍了“课堂实时反馈系统”的主要功能及作用，然后在此基础上提出了系统整体框架的设计，对系统的通信模式及客户端与服务器的设计进行详细的介绍，最后，根据关系型数据库存储课堂题目信息及移动终端反馈答案的统计结果对系统进行了验证。

1 基于移动终端课堂实时反馈系统整体框架

1.1 需求分析

课堂反馈系统的主要需求有以下三个方面：

1）给学生提供独立思考的空间，为探究、交流、合作学习提供基础。学生合作交流应在个人独立思考、独立探究的基础上进行，这样的交流合作才有物质基础，才能产生思维碰撞的火花。利用无线反馈系统恰好能克服学生之间的不必要干扰，面对问题做出属于自己的选择和判断，教师依据这种真实、独立的结果，引导学生验证和判断，在此基础上进行的交流、合作才是有理、有据和有效的。

2）给学生提供宽松的学习环境，为学生参与学习全过程提供可能。课堂教学毕竟是面向全体的活动，面对同学较多的课堂，学生的个性不同，思维发展水平不同，他们主动参与学习的态度不同。有的学生不善表达或是害怕表达，长长受到“冷落”，时间久了会影响他们的学习情感和思维发展水平；有的学生注意力不集中，时常游离于学习活动之外，收不到应有的学习效果；还有的学生过于表现自己，剥夺了他人的思考和发言权利，时常影响教师对全体的关注。利用无线反馈系统，可以让全体学生平等的、平和地参与到学习的过程中来，解决了不表现、忘了表现、过于表现的问题。它可以让“胆怯”的学生在放松的状态下“发表”自己的见解，它可以迫使“游离”于课堂之外的学生回归到课堂活动中来，它保护了“激进”学生的个性，又便于培养学生良好的学习习惯和学习品行。

3）为教师提供真实有效的反馈信息，使预设与生成动态调整有据可依。教育不仅是知识的获得，更是智慧和人格的生成的源泉，这种生成往往体现在互动之中。手持反馈系统恰恰能够帮助教师与学生、学生与学生之间在民主、平等、和谐的状态下实现思想交流，实现思维碰撞，最终达到共同进步。通过该系统使教师既关注学生的学习结果，又关注学生的学习过程，学习情感，这样的互动才是有基础、有实效、有意义的。特别是在遇到有价值、有联系的问题时，教师能够及时的调整教学设计、教学过程、教学策略，把问题的解决作为学生成长进步的阶梯，在生成问题的基础上生成方法和智慧，创造更加活跃的课堂氛围。

1.2 总体框架

在课堂实时反馈系统中，学生和教师可以使用互动设备进行通信，互动设备应该集同步控制、注解和投票功能于一体，是支持双向实时通信的无线终端设备。在本文提出的系统设计中，互动设备是学生用户的智能手机及教师所用的电脑作为服务器配合使用，设备间的交互通过教室中的Wi-Fi实现。反馈系统模型的交互关系如下图（图1）所示。 本文设计的课堂实时反馈系统主要基于iPhone平台开发。苹果手机系统包含了很多框架和库，从底层的套接字到不同层次的封装，可以方便地给程序添加网络功能。下面介绍一些实现课堂实时反馈系统中将要用到的库。

CFNetwork framework是一个C语言的库，它基于BSD套接字（Be～eley sockets，伯克利套接字），提供了对网络协议的抽象。这些抽象使得用户更容易地操作套接字、处理网络的各种连接。CFNetwork也是比较底层的，是对BSD套接字的一个扩展。它集成了ran-loop，因此使用CFNetwork不用自己去实现事件循环。CFNetwork还包括了一些网络协议（如HTTP、FTP）的实现，可以在不了解这些协议的情况下直接使用。另一个强大的库是FoundNion framework，该库是基于Objective-C语言的库，它定义了一组用于Objective-C语言的底层函数，也为CFNetwork API提供了面向对象的抽象，是进行软件开发时经常要用到的组件。

课堂实时反馈系统的工作过程如图（图2）所示，通过socket套接字接口实现网络通信。套接字是网络通信的基本构件，提供了不同主机间进程双向通信的特点。如同电话，只有当一方拨通另一方时，双方才能建立对话，而套接字正好比双方的电话。通过套接字编程，程序可以跳过复杂的网络底层协议和结构，直接编制与平台无关的应用程序。因此，套接字编程也提高了程序跨平台扩展的适应性。

套接字主要有两种类型：流式套接字和数据报套接字。本文的设计中使用的是流式套接字，该类套接字提供了面向连接的、可靠的、数据无错并且无重复的数据发送服务，而且发送的数据是按顺序被接收的。

2 通信过程

基于教学环境及客户端设备与服务器通信能力等方面的考虑，本文对目前在技术及应用领域较为成熟的无线通信方式红外线、蓝牙和Wi-Fi做了相关应用场景的比较。相关性能参数如下表（表1）所示。

通过对以上三种通信技术的对比，可以看出它们都可以提供相对可靠的近距离通信服务，但其在应用方面也存在各自的限制。基于用户数量及使用范围的考虑，本文所设计的课堂实时反馈系统通过Wi-Fi技术实现客户端与服务器端的通信，并基于TCP/IP协议设计实现完整的通信协议栈，完成客户端与服务器端的通信功能。TCP/IP协议是Internet最基本的协议，Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了电子设备如何连入互联网，以及数据在它们之间如何传输的标准。协议采用了四层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，发现问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。举例来说，客户端与服务器之间使用TCP通信，TCP又转而使用IP通信，IP再通过某种形式的数据链路层通信，通信层次如下图（图3）所示。

在应用层，客户与服务器之间使用“课堂实时反馈系统”约定的格式将数据交给传输层，传输层使用TCP通信。客户与服务器之间的信息流在其中一端是向下通过协议栈的，跨越网络后，在另一端则是向上通过协议栈。

3 服务器端设计

服务器端提供题目管理、展示，纪录课堂答题情况及统计展示答题结果的功能，主要架构如下图（图4）所示。

服务器开启后，由网络层模块选择端口进行监听，连接建立后等待客户端数据输入，接收到客户端的数据后将其存储在本地，并统计接收到的数据类型及结果，当教师选择显示统计结果时将统计的数据通过柱状图显示在服务器应用层模块的结果展示界面中。

服务器的数据层存储及管理课堂题目和学生的答题情况，由数据管理模块维护系统数据库中的课堂题目表和答题结果表，数据层模块同时提供查询接口使应用层可以查询并将结果展示在应用层界面中。

4 客户端设计

客户端提供网络连接，参与课堂答题的功能，主要架构如下图（图5）所示。

客户端的网络连接及参与课堂答题的功能由两个视图控制器和一个应用程序委托实现。界面使用Interface Builder编辑。视图控制器主要负责界面显示问题，程序主要逻辑部分放在了应用程序委托中。

4.1 连接界面

连接服务器的界面中包括一个标签、一个文本域和一个按钮。这个视图控制器中主要定义了一些出口（outlet）属性供应用程序委托使用。在应用程序委托中将连接按钮的点击事件关联doConect方法。doConnect方法与服务器的建立过程类似，基本只是将CFSocketSetAddress（）函数换成了CFSocket Con-nectAddress（）函数。CFSocketConnectAddress（）函数的功能是将套接字连接到一个正在监听的套接字，也就是连接到服务器上。连接界面如图（图6-I）所示。

4.2 交互界面

交互界面有一组单选按钮和发送按钮，发送按钮关联到sendMessage方法。点击发送按钮后，会将用户的选择发送给服务器。这里使用系统调用send和从CFSocket获得的BSD套接字向服务器发送消息。界面如图（图6-IF）所示。

5 结论

本文从课堂实时反馈技术在教学中的应用需求出发，基于目前该反馈技术在课堂教学应用中存在的设备局限性，提出并设计了基于智能手机终端的课堂实时反馈系统模型。利用该课堂实时反馈系统可以满足大多课堂教学中的实时交互需求，为现代化教学方式提供新思路，希望给对该领域感兴趣的研究者提供一些参考，也希望在以后的学习和工作中共同探讨。

由于知识水平有限，文中存在问题在所难免，衷心希望各位专家学者给予批评指正。