基于微信小程序的教學(xué)服務(wù)應(yīng)用軟件開發(fā)與教學(xué)實踐*

許嘉 黃新昊 呂品

摘 要：為了推動高校教學(xué)改革，提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，作者開發(fā)了一款基于微信小程序的教學(xué)服務(wù)應(yīng)用軟件，該軟件具有跨平臺、無需安裝、便于升級維護、用戶體驗優(yōu)良等優(yōu)點，能夠支持課程教學(xué)、課堂測驗、課堂活動等功能。無論課堂內(nèi)外，師生都可以很方便地在智能手機上使用。在這款應(yīng)用軟件的輔助下，作者團隊開展了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：教學(xué)服務(wù);微信小程序;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：TP393 ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2020）18-0088-04

一、教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與智能手機的普及，信息的傳遞與處理也進入一個嶄新的階段，極大地改變著人們的生活、學(xué)習(xí)和工作方式。高校是培育人才的主要場所，在互聯(lián)網(wǎng)普及的時代背景下，要合理運用網(wǎng)絡(luò)，將教育信息化理念應(yīng)用到高校教育中。

近年來，移動學(xué)習(xí)作為一種新的學(xué)習(xí)方式，引起教育工作者的極大關(guān)注，成為教育領(lǐng)域的研究熱點[1]，教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)無疑為移動學(xué)習(xí)的實踐提供了支撐。目前的教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)大部分只有基于PC端訪問的網(wǎng)頁版，很少提供基于移動端尤其是微信小程序的教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)。以在線課堂管理平臺“課堂派”[2]為例，網(wǎng)頁版提供班級管理、作業(yè)在線批改、成績匯總分析、在線討論、課件分享等服務(wù)，移動端通過微信公眾號提供網(wǎng)頁版的部分服務(wù)，并且該微信公眾號存在用戶操作不方便的問題。對于教師和學(xué)生來說，隨身攜帶電腦并不方便，所以對移動端教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用需求非常迫切[3]。

然而，開發(fā)用于教學(xué)的移動端應(yīng)用軟件在教學(xué)實踐中面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，學(xué)生的智能手機操作系統(tǒng)具有多樣性，包括Android、iOS、Windows等，如果讓每位學(xué)生都使用，就需要為每種操作系統(tǒng)開發(fā)一個應(yīng)用程序版本;當(dāng)移動端教學(xué)應(yīng)用軟件推出升級版本時，不是所有學(xué)生都會下載安裝，使得開發(fā)人員常常需要同時維護多個版本。這些都導(dǎo)致教學(xué)應(yīng)用軟件的管理維護成本提高，學(xué)習(xí)體驗下降，不利于推廣使用。微信小程序的推出為上述問題提供了良好的解決方案?；谖⑿判〕绦蜷_發(fā)教學(xué)應(yīng)用軟件不需考慮軟硬件平臺的適配問題，學(xué)生也不需要事先安裝和不斷升級，每次使用時都會在微信中即時打開最新版本，極大地降低了軟件維護難度，提升了用戶體驗。

因此，筆者基于微信小程序開發(fā)了一款名為“會了嗎”的教學(xué)服務(wù)應(yīng)用軟件，不僅可以為師生提供課堂簽到、隨堂測試、課程作業(yè)、課件管理等服務(wù)，還可以進一步促進師生教學(xué)互動，拓展微信社交功能，彌補傳統(tǒng)課堂的不足，在教學(xué)實踐中取得了良好的效果。

二、教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，不少高校都在使用教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)輔助教學(xué)。西安歐亞學(xué)院已經(jīng)實現(xiàn)了第三方線上教學(xué)資源和教學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合的新型教學(xué)方式，師生通過教學(xué)App可以使用校內(nèi)外已經(jīng)對接的教育資源，實現(xiàn)師生互動、課堂考試、在線微課等功能。此外，該系統(tǒng)還提供學(xué)生信息管理、教師信息管理、教室排課等教務(wù)管理功能以及后勤管理、校園廣播等功能[4]。在線課堂管理平臺“課堂派”提供班級管理、在線考勤、作業(yè)批改、成績匯總分析、互動交流、課件分享等服務(wù)，方便教師進行課堂管理以及在線簽到、隨堂測試等一系列課堂活動，目前已應(yīng)用于各大高校。在線教育平臺中國大學(xué)MOOC則主要通過教師制作并發(fā)布課件供學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)過程包括觀看視頻、在線討論、提交作業(yè)、課堂提問和考試等，中國大學(xué)MOOC能夠有效支持翻轉(zhuǎn)課堂等優(yōu)秀教學(xué)改革模式，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高了教學(xué)質(zhì)量。這些教學(xué)輔助系統(tǒng)是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的有力工具。

2007年，美國的喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯兩位教師提出了“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)概念，顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，增加了師生間的交流，有利于學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力以及解決問題的能力[5]。2010年，一個名為“可汗學(xué)院”的非營利性教學(xué)網(wǎng)站[6]進入大眾視野，與國內(nèi)在線教育平臺中國大學(xué)MOOC類似，許多專家學(xué)者在可汗學(xué)院發(fā)布豐富的高質(zhì)量教學(xué)視頻，學(xué)生在線觀看視頻并進行相應(yīng)練習(xí)，可汗學(xué)院極大地推動了翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展。Snowden等人研究了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式對學(xué)生課堂參與度與學(xué)習(xí)成績的影響，結(jié)果表明翻轉(zhuǎn)課堂很大程度上提升了教學(xué)效果[7]。

但上述教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)也存在一些問題。西安歐亞學(xué)院的教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)通過App客戶端實現(xiàn)，但是App客戶端開發(fā)成本高、周期長、難度大，不同平臺上的不同版本迭代成本高，而且該系統(tǒng)集成了大量教務(wù)管理和后勤管理功能，對于師生進行教學(xué)活動不夠輕量和便捷。課堂派”移動端通過微信公眾號實現(xiàn)，能夠支持的用戶功能有限。

在開發(fā)教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)方面，微信小程序具有很多優(yōu)勢。與App客戶端相比，微信小程序能夠跨平臺，開發(fā)、維護成本較低;與微信公眾號相比，微信小程序具有更快的加載速度和更出色的用戶體驗。因此，越來越多的教育工作者開始關(guān)注并研究基于微信的教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)。陸麗利用微信開放平臺開發(fā)移動教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了微教學(xué)、微校園管理、微門戶等功能，并應(yīng)用聚類分析技術(shù)，挖掘有價值數(shù)據(jù)[8]。王萍等人從功能、定位、交互、內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等方面探究微信在線學(xué)習(xí)的設(shè)計原則，提出應(yīng)遵循清晰的定位、科學(xué)的內(nèi)容設(shè)計、靈活的學(xué)習(xí)方式、合理的功能模塊設(shè)置、豐富的交互互動等原則[9]。

教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)在個性化教育及網(wǎng)絡(luò)教育理念的實踐中具有極其重要的地位和作用，基于微信小程序開發(fā)一款包括互動教學(xué)管理、隨堂測試管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能的教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)，可充分將傳統(tǒng)課堂教學(xué)和在線學(xué)習(xí)相結(jié)合，打通線下教學(xué)與線上學(xué)習(xí)，教師隨時隨地管理課堂內(nèi)容，學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)，由此促進師生教學(xué)互動，提高師生教學(xué)體驗，彌補傳統(tǒng)課堂的不足。

三、教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1.系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與開發(fā)工具

（1）微信小程序

2020年第一季度，微信及WeChat的合并月活躍賬戶數(shù)達12.025億[10]，是國內(nèi)最大的社交平臺。海量的用戶基礎(chǔ)為小程序的宣傳和推廣使用打下了一個良好的基礎(chǔ)。微信小程序依托于中國最大的社交流量池，在滲透率和粘性方面都表現(xiàn)極佳。艾瑞i-Click早在2018年8月抽樣調(diào)研數(shù)據(jù)就顯示，超過90%的用戶都使用過微信小程序[11]。

小程序作為微信的原生應(yīng)用，無需像App那樣下載安裝程序，代碼更新時還要重新安裝，可以直接在用戶的微信中打開，用戶使用流暢，并且不占用手機內(nèi)存空間。此外，微信官方為開發(fā)者提供了高效豐富的框架、組件及API，開發(fā)者只需調(diào)用這些開放接口即可實現(xiàn)所需功能，并且還為開發(fā)者提供完整的原生云端支持和微信服務(wù)支持，省去大量開發(fā)成本，極大縮短了開發(fā)周期。利用微信開放平臺開發(fā)微信小程序，不僅能滿足功能需求，而且具有無需下載、即搜即用、用完即走的巨大優(yōu)勢。

（2）Spring Boot框架

Spring Boot是由Pivotal團隊提供的全新開源框架，其設(shè)計目的是簡化應(yīng)用Spring開發(fā)項目的初始搭建及開發(fā)過程。Spring Boot最突出的優(yōu)勢是其自動配置方式，針對很多Spring應(yīng)用程序常見的應(yīng)用功能，Spring Boot能自動提供相關(guān)配置，大大簡化了Spring項目的配置工作。應(yīng)用傳統(tǒng)的Spring框架開發(fā)項目，xml配置過程極其繁瑣，并且當(dāng)項目引入多個依賴包時，各個依賴包之間的版本往往存在約束關(guān)系。Spring Boot還可以集成大量的第三方框架，解決了項目之間包的版本依賴問題。

（3）數(shù)據(jù)持久化工具

在進行系統(tǒng)開發(fā)和系統(tǒng)使用時，應(yīng)用系統(tǒng)需要對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)頻繁進行增刪改查操作。關(guān)系—對象映射（ORM）的出現(xiàn)解決了關(guān)系數(shù)據(jù)和程序?qū)ο箢l繁轉(zhuǎn)換的問題，ORM 在系統(tǒng)應(yīng)用層和數(shù)據(jù)存儲層之間建立一個映射關(guān)系，把對關(guān)系數(shù)據(jù)的操作直接轉(zhuǎn)化為對對象屬性和方法的操作[12]。MyBatis是目前主流的 ORM 框架，支持普通 SQL查詢、存儲過程以及高級映射，它對JDBC的訪問接口進行了封裝，用戶可以通過簡單的XML或注解來配置和映射原生信息，將接口和POJO映射成數(shù)據(jù)庫中的記錄。

2.系統(tǒng)概要設(shè)計

在需求分析的基礎(chǔ)上，教學(xué)服務(wù)應(yīng)用軟件分為課程管理、題目管理、試卷管理、考試管理、課堂活動和后臺管理六大模塊，設(shè)計的總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本系統(tǒng)采用MVC軟件架構(gòu)，將業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)和界面顯示分離。MVC軟件架構(gòu)由于各層分離具有模塊間耦合性低、代碼重用性高、開發(fā)周期短、可維護性高等優(yōu)點，有利于軟件工程化管理。另外，為了讓客戶端盡量少地訪問數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)查詢，最大程度地減輕數(shù)據(jù)庫服務(wù)器訪問壓力，系統(tǒng)使用了Redis將用戶常用數(shù)據(jù)放在內(nèi)存中進行緩存，縮短訪問時間，提高系統(tǒng)查詢效率，降低客戶端查詢頻率。此外，為了將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為存儲模型以及將存儲模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)模型，需要使用數(shù)據(jù)持久化技術(shù)封裝數(shù)據(jù)訪問細節(jié)，系統(tǒng)采用目前主流的ORM映射工具MyBatis-Plus進行數(shù)據(jù)持久化處理。

本系統(tǒng)將平臺用戶分為不同角色：系統(tǒng)管理員、教師和學(xué)生，每個角色具有不同的權(quán)限，各個角色擁有的部分權(quán)限如圖2所示。

3.數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)該系統(tǒng)為師生提供課堂簽到、隨堂測試、課程作業(yè)、課件管理等服務(wù)的需求，可以歸納出用戶（User）、角色（Role）、權(quán)限（Permission）、課程（Course）、測試（Test）、題目（Question）、答案（Answer）等數(shù)據(jù)庫實體。以試卷表和測試表為例，試卷表存儲考試所用的試卷信息，包括試卷ID、試卷名稱、題目列表等字段，測試表用于存儲隨堂測試信息，包括測試ID、課堂ID、測試名稱、開始結(jié)束時間等字段。

四、系統(tǒng)應(yīng)用

1.登錄

系統(tǒng)登錄是教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)的初始界面，用戶必須通過該系統(tǒng)的身份驗證才能使用后續(xù)教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)的功能。用戶登錄時須輸入自己的用戶名和密碼，系統(tǒng)會在數(shù)據(jù)庫中匹配用戶輸入的用戶名以及密碼，經(jīng)驗證成功后，用戶才能進入教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)。如果驗證失敗，系統(tǒng)將自動返回到登錄界面。

2.創(chuàng)建課程和課堂

教師進入課程管理頁面，根據(jù)授課情況選擇并創(chuàng)建一門課程，然后根據(jù)實際上課時間在每門課程中創(chuàng)建課堂，課堂中可以進行課堂簽到和隨堂測驗等課堂活動。學(xué)生加入教師課程后可以瀏覽并參與教師創(chuàng)建的簽到和測試等活動。

3.創(chuàng)建題目和試卷

進入題目管理頁面，教師可以根據(jù)需要創(chuàng)建單選題、多選題、判斷題以及填空題，題目創(chuàng)建完畢后可以組成試卷。在試卷創(chuàng)建頁面，填寫試卷名稱然后選擇題目并輸入題目分值，即可完成試卷的創(chuàng)建。教師創(chuàng)建題目頁面如圖3所示。

4.課堂簽到

系統(tǒng)為師生提供GPS定位簽到功能，教師在創(chuàng)建課堂時填寫課堂開始、結(jié)束時間以及簽到開始時間、結(jié)束時間、簽到地點、簽到范圍。在簽到時間段內(nèi)，學(xué)生打開手機定位功能后，在指定地點范圍內(nèi)簽到，課堂結(jié)束后不能再進行簽到。

5.隨堂測試

進入隨堂測試頁面，教師點擊創(chuàng)建測試按鈕，輸入測試名稱、測試時間、考試時長，然后選擇測試所用的試卷，完成隨堂測試的創(chuàng)建操作。學(xué)生可以在指定時間內(nèi)參與測試，測試結(jié)束后進入排行榜即可看到本次測試各個學(xué)生的作答情況以及本次測試的數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖表。學(xué)生參與隨堂測試頁面如圖4所示。

6.課堂互動

為促進師生教學(xué)互動，小程序提供隨機點名功能，教師在課堂教學(xué)過程中需要對某一知識點進行點名提問時，不必再采用舉手或紙質(zhì)點名冊提問的方式，可以使用小程序的點名功能隨機抽取學(xué)生進行作答，提高課堂教學(xué)的趣味性，進而保證課堂教學(xué)質(zhì)量。

五、基于教學(xué)服務(wù)應(yīng)用軟件的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐

我們將這款自主開發(fā)的教學(xué)服務(wù)應(yīng)用軟件運用在實際教學(xué)工作中，進行了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐。上課前，教師在系統(tǒng)中上傳錄制好的視頻和教學(xué)PPT，為學(xué)生提供課程參考資料，學(xué)生通過系統(tǒng)觀看視頻和課件進行自主學(xué)習(xí)。利用教學(xué)視頻和課件，可以將知識的傳授過程放在教室外進行。上課時，教師先打開系統(tǒng)簽到功能讓學(xué)生簽到，減少因點名而浪費的課堂時間，然后通過隨堂測試功能組織學(xué)生進行考試，基于測試的可視化結(jié)果，針對錯誤率高的題目進行點評講解。講解過程中教師可以使用系統(tǒng)課堂點名功能抽取學(xué)生回答問題，增強學(xué)生課堂教學(xué)互動的積極性。因此，學(xué)生可以高效利用課堂時間完成知識的內(nèi)化。上課后，師生可以利用系統(tǒng)的討論功能就仍有疑惑的問題與同學(xué)、教師探討交流，最大化鞏固學(xué)習(xí)成果、提升教學(xué)質(zhì)量。

傳統(tǒng)教學(xué)模式中教師通過課堂授課完成知識的傳授，然后通過布置課后作業(yè)幫助學(xué)生完成知識的鞏固，最后通過紙質(zhì)測試對學(xué)生進行評價，學(xué)生始終處于被動接受的狀態(tài)。翻轉(zhuǎn)課堂模式下的教師更多的是引導(dǎo)，學(xué)生則是主動學(xué)習(xí)，教學(xué)形式是課前學(xué)習(xí)+課堂討論，將填鴨式的教學(xué)變?yōu)閱栴}探究，更有利于學(xué)生對于知識的思考與消化，學(xué)生評價方式也由僅靠測試成績變?yōu)槎嗑S度的考察[13]。支持翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)可以革新傳統(tǒng)教學(xué)模式，對學(xué)習(xí)過程中教師與學(xué)生的角色和學(xué)習(xí)過程進行重新定義，將學(xué)習(xí)自主權(quán)交給學(xué)生。

六、總結(jié)與展望

為滿足高校師生對教學(xué)服務(wù)的需求，筆者設(shè)計并開發(fā)了一款基于微信小程序的教學(xué)服務(wù)應(yīng)用軟件，實現(xiàn)了課件播放、課堂簽到、隨堂測試、作業(yè)練習(xí)、課堂互動和學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可視化展示等功能，能夠促進師生教學(xué)互動，提升教學(xué)效果。筆者將會進一步完善和擴充這款應(yīng)用軟件的功能，不斷推動教學(xué)改革，努力取得更好的教學(xué)效果，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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（編輯：魯利瑞）