【《基于SpringBoot的高校智慧教室系统的实现》9300字】

绪论选题背景在现代教育飞速发展的今天，高校内班级数量越来越多，教学任务越来越复杂，如何有效地提高教学资源的使用效率，随着互联网以及网络科技的进步，建设智慧校园已经成为当前大学信息化建设的重要组成部分。建设智慧课堂，不仅是现在教育技术改革的一个重要改革，也是教育教学工作者、教学人员和多媒体教学人员的研究热点。随着高校学生规模的扩大，通过改善高校课堂管理和课堂资源的利用来满足不同层次的多样化需求，已经成为各高校管理层越来越重视的重要问题，而智慧教室系统的设计就是最好的体现。当今世界各地在建立智慧教室的过程中，都在努力实现信息化、简化设备、智能化教学系统、开发智能化的数字化教材、开展学生的学习活动、加强学生和学生的信息技术能力等。因此，智能教室的建设重点应该从单纯的注重教室的环境和设施的科技含量转化为将信息化技术与教育、教育的全流程、全方位地进行深度融合，教师和学生在技术上的运用和合作的技能，使教师和学生能更好的运用技术为教学服务。目前，国内关于智能教室的研究多集中在智能教室的设计与建造上，更多的是注重智能教室的先进与功能的多样化，而对于智能教室建成后的应用与教学效果的研究还处在实验与探索的阶段。在这一背景下，智能教室的教学装备将会向智能化、人性化的方向发展，让学生的思想和想法通过多元、便捷的方式及时的展现出来，让科技和教学成为一体。选题意义对高校智慧教室的设计与搭建，旨在推动教学效率，辅助教学内容呈现，实现环境管理功能，促进教室交互开展等。通过对本系统的设计，以信息化教育为核心，提供教学信息管理、成绩考核、学生考勤等功能，使用线上和离线的学习模式，将学习资源，学习服务和学习资料结合起来，创造一个共享的、互动的和创新的学习空间。将现代信息技术应用于大学智能教室的智能化管理中，扩展了传统教室，促进了学校教学、管理和服务全过程的高效务实实施，这样既能提高学校的教学质量，又能提高师生的服务质量，又能使信息技术与课程教学相融合，也可以实现信息化与智能化的管理模式，为构建智能化课堂环境提供了技术支撑和保证。智能课堂的建立和运用，一方面，使用新的教学设备和技术，可以促进教师与时俱进，不断地改进教学方法，运用现代技术来提高教学质量，并且在采用这种教学方式进行教学时，对环境和软硬件设施都有了更高的要求，这就促使了教学软件和硬件设施的不断更新迭代。新理念、新思维、新设备在不知不觉中对课堂教学的生态产生了深远的影响，智能教室必然会在今后的教育中占据主导地位。开发技术和工具简介开发工具简介IDEA的全称叫做IntelliJIDEA，是公认的Java编程最佳IDE，它提供了大量的智能工具，例如语法提示、代码分析、格式化等，其中最核心的特色是快捷键，利用快捷键可以极大提高编程的效率，并且有许多智能提示和辅助工具，可以极大程度简化工作。微软旗下的Visio是一款在Windows操作系统中使用的流程图和矢量绘图软，该系统是微软办公系统中的一种，为IT和商业人士提供可视化的处理、分析和交流的工具，本文使用Visio来画出功能结构层次图、用例图、E-R图等，更好的展现出所设计系统的功能和逻辑。MySQL是一种规模小，速度快，运行效率高，总体拥有成本低的关系数据库，在小型计算机项目中应用广泛，常用NavicatforMySQL程序对MySQL进行可视化数据操作。开发技术简介SpringBoot是由Pivotal团队快速构建的一种全新的框架，抛弃了传统的方法，采用了一种特殊的方法来进行配置，这样就可以避免开发人员在配置时过于僵硬，而必须通过定义模板的配置来简化和便利，另外SpringBoot通过集成大量的框架解决了依赖包的版本冲突，以及引用的不稳定性等问题。Maven项目对象模型ProjectObjectModel(POM)，提供了先进的项目管理工具，并具有编程的功能。因为Maven的默认构造规则具有很高的复用性，因此只需要使用2到3行的Maven就很容易创建一个简单的工程。Maven有一个在运行mvninstall时会被调用的生命周期，这个指令要求Maven按照顺序进行一系列的顺序，直至达到一个特定的寿命周期。在遍历生命周期过程中，Maven会执行很多缺省的插件目标，比如编译和创建JAR文件。另外，Maven还可以轻松地进行项目报表的管理、网站的创建、JAR文档的管理。需求分析可行性分析在设计本系统前，进行了可行性分析，其中包括以下几个方面：（1）技术可行性：智慧教室系统以Java为开发语言，IDEA为主要开发环境，并且大部分用于开发的技术都是非常成熟的。智慧教室系统的开发，以SpringBoot和MySQL为基础，具有一定的技术可行性。（2）经济可行性：本系统是一种以教室为中心的智能化管理方式，它的成本投资相对来说比较低。我们可以直接参考现有的先进的硬件设备，将电子指示牌可以直接连接到学校网络上，并且自行开发的系统应用软件，可以对设计的结构进行局部的修改。在校内信息中心的支持下，能够开展一些有益的探索，为师生提供有效的服务，从而提升学校信息化的管理水平。（3）操作可行性：操作可行性是指在本系统的执行中，各个模块的功能能否得以实现，各个模块的功能能否满足师生的需求。该系统对各模块进行了合理的功能设计，使系统能够适应用户的需要，使系统的开发更加灵活、简单，具有一定的可操作性。功能需求分析对于智慧教室的设计，其参与者有三种身份，学生、教师、管理员，主要分为班级管理功能、学生考勤功能以及教学考核功能。除此之外，在教室门口安装教学电子指示牌，记录该教室基础的教学情况以及播报班级文化等。该智慧教室的设计充分体现了信息化教学的便捷性以及人性化，从整体上提高了教学管理的效能，使课堂资源的整体效益得到了充分的发挥。登录系统通过使用者进入系统的主页面后，必须进行身份选择才能登录，可以选择的身份有学生、教师、管理员。其中，学生用自己的学号、教师用自己的工号、管理员用自己的姓名id来进行登录，登录成功即可进入各自的系统界面，具有相关的权限验证，当使用完毕可以进行退出操作。管理员端当以管理员身份进入系统，管理员首先可以对现有管理员进行查看，还可以对教师和学生的个人信息进行管理，包括自身的密码进行修改以及自身的信息进行维护修改操作。同时，管理员可以进行添加管理员的操作，并赋予其不同的角色，有超级管理员、普通管理员、测试角色等，每个身份都有自己的操作权限，在这些权限中，超级管理员可以执行所有的行为，而一般的管理员只能执行一部分的操作，而测试角色只执行该系统的测试操作。管理员进入系统后，可以在班级、学生、教师相应的管理模块进行管理，并且可以根据他们相应的名称关键字进行查询，还可以对班级、学生、教师进行新增的操作。管理员需要设置课程，进行排课，安排课表。教师端教师登录时，选择“教师”身份并使用自己的工号进入系统。老师可以自行管理自己的个人资料，包括修改密码，修改自己的基本资料。在主页面，教师可以进入不同的模块来进行操作，可以审批学生的考勤情况以及请假信息。同时，教师可以将作业发给学生，并对其课堂表现、作业完成情况、考勤情况等进行评分。学生端学生登录时，选择“学生”身份并使用自己的学号进入系统。教师可以对自己的个人信息进行管理，包括密码修改，自身基础信息修改。学生可以查看课表信息、作业信息、个人成绩，但是不能修改，还可以提交请假、提交作业、课前签到。电子指示牌网络配置对于本次设计部署中，涉及到路由交换设备需要进行配置，包括路由交换设备，VLAN划分，对于各个教室的电子指示牌的联接，需要保证网络状况的稳定性和健壮性，通过CiscoPacketTracer模拟设备配置，对网络架构进行提前了解，掌握不同交换机的配置方式，同时针对测试网络的连接通讯和工程流程中易发生的问题，进行预先的防范。系统用例分析智慧教室系统的用例图如图所示，用例图表示得非常简洁，它是由需求分析产生的，其主要功能是描述用户与用例之间的关系，让开发者直观地理解它的功能，并且让它变得更容易、更清楚。图3-1所示的是系统用例图。图STYLEREF1\s31系统用例图系统设计系统总体结构设计本系统主要针对学生、教师、管理员等不同的身份设置了不同的功能模块。同时，依靠现有硬件设备技术支持，加入电子指示牌设计，将教室联通起来。智慧课堂的建设要把计算机、网络技术、物联网技术等作为一种工具与手段向各个学科渗透，通过教学管理、作业审批、学生签到考勤等几个功能，以这些功能为核心，将整个智慧教室系统填充起来。系统的层次结构如图4-1所示。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s11系统层次结构图交互教学功能本文设计的交互教学系统是一种将传统的学生考核流程转移到网络上，包括作业发布、成绩考核、课堂表现考核的教学事务。与纸质审批考核相比，该系统更加注重学生考核的存根、学习反思和评价。其目标是保证学生平时的学习成绩和老师对学生的评估，从而促进学生的全面发展。用户登录时，在登录界面将自己的信息输入到系统中，系统会识别出使用者的身份，并授予使用者相应的权限。由于用户的资料已经输入到了系统的资料库中，因此，学生凭学号、教师凭工号及各自的密码登录本系统。学生在系统验证后，可按课程要求选择相关的作业，并在完成作业后向系统递交答案。在教师方面，教师应针对特定的教学目的，结合学习者的特点，选取适当的作业内容与形式，将已完成的作业资料上传至系统，并且还可以查询学生所交作业的数量，并可随时查阅并修改。整个系统的用例图如图4-2所示。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s12交互教学用例图学生考勤功能学生登录智慧教室平台，在学生本人账户内，账户信息保存在数据库中，信息可以通过管理员动态导入。在上课前，点击进入“考勤签到”模块，在规定时间内学生在该模块下进行签到打卡，教师“零操作”的情况下，学生自行完成签到考勤工作，学生可以随时查看出勤情况，但不得更改。同时，设置了一个请假模块，可以让学生编辑请假信息，点击提交，图4-3为考勤E-R图。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s13考勤E-R图电子指示牌设计通过现有的硬件设备支持，在智慧教室系统中加入电子指示牌设备，联通各个教室。教室电子指示牌是以班级信息显示为主体，分布在每个班级的入口处。通过电子指示牌设备和后台教务软件的统一管理。在电子指示牌上，将实现班级信息显示、考勤状态汇总显示、课表显示、优秀学生显示、校园通知显示、班级文化图片显示等多种功能，网络搭建如图4-4所示，主要功能介绍有：（1）主页：主页模块是一种通用的类显示模式。主页上显示的是学校和班级的基本信息，包括班级信息、考勤信息、班级文化、考试倒计时等。（2）班级：班级模块是展示班级信息和班级文化建设的窗口，展示班级简介、班级成员、课表、考勤状况等。（3）学校：学校模块是展示学校信息发布的重要窗口，展示学校通知、学校咨询新闻等。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s14网络搭建设计图数据库设计数据库在智慧教室系统中起到至关重要的作用，系统链接mysql数据库，并将数据库文件导入到NavicatPremium中，实现数据的可视化。在存储数据之前，先对三线表进行相应的设计。根据获取的数据和可视化展示子模块对各类数据的具体需求，该系统主要设计了clazz表、course表、database_bak表、leave表、menu表、operater_log表、role表、school_assign_ment表、score表、sign_in表、student表、task_commit_record表、teacher表、timetable表、user表、work_schedule表。具体设计如表4-1~4-12所示。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s11clazz表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间namevarchar16NoNo班级名称numberint11NoNo班级人数remarkvarchar255NoNo备注表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s12course表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间namevarchar16NoNo课程名称teacher_idint20NoNo老师编号remarkvarchar255NoNo备注表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s13leave表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间daysint11NoNo请假天数leave_timedatetimeNoNo请假时间statusint11NoNo性别student_idint20NoNo学号remarkvarchar255NoNo备注表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s14operater_log表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间contentvarchar1024NoNo操作行为operatorvarchar18NoNo操作者表STYLEREF1\s45role表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间namevarchar18NoNo角色名statusint11NoNo性别remarkvarchar128NoNo备注表STYLEREF1\s46school_assign_ment表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间detailsvarchar500NoNo作业要求dead_linedatetimeNoNo作业截止时间clazz_idint20NoNo班级编号teacher_idint20NoNo教师编号scoreint11NoNo分数表STYLEREF1\s47sign_in表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间remarkvarchar50NoNo备注start_timedatetimeNoNo签到开始时间end_timedatetimeNoNo签到截止时间clazz_idint20NoNo班级编号course_idint20NoNo课程编号statusint11NoNo性别表STYLEREF1\s48student表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间namevarchar18NoNo姓名ageint11NoNo年龄birthdaydatetimeNoNo生日nationvarchar12NoNo民族snoint11NoNo学号sexint11NoNo性别passwordint32NoNo密码phoneint11NoNo电话号码professionalvarchar255NoNo专业birthplacevarchar255NoNo籍贯表STYLEREF1\s49teacher表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间namevarchar18NoNo姓名ageint11NoNo年龄birthdaydatetimeNoNo生日nationvarchar12NoNo民族snoint100NoNo工号sexint11NoNo性别passwordint11NoNo密码phoneint11NoNo电话号码professionalvarchar255NoNo专业表STYLEREF1\s410user表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间namevarchar50NoNo姓名ageint11NoNo年龄birthdaydatetimeNoNo生日emailint32NoNo邮箱sexint11NoNo性别passwordint11NoNo密码phoneint11NoNo电话号码role_idint20NoNo角色编号表STYLEREF1\s411task_commit_record表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间namevarchar12NoNo作业文档scoreint11NoNo成绩professionalvarchar255NoNo专业表STYLEREF1\s412work_schedule表属性名类型宽度是否为空主键说明idint20NoYes编号create_timedatetimeNoNo数据上传时间update_timedatetimeNoNo数据更新时间remarkvarchar32NoNo备注clazz_idint20NoNo班级编号course_idint20NoNo课程编号系统实现智慧校园系统主要是针对作为管理员、学生以及教师来使用的，通过不同身份的登录来使用该系统，以实现日常教学的基本操作。通过SpringBoot框架在设计整个系统，运用HTML、CSS来实现前端的界面。分开三种不同的身份，让每种身份的用户都有各自的权限来实现相应的操作。系统登录页面进入本系统前，首先要进行用户登录，必须要选择自己相应的身份，学生使用自己的学号、教师使用自己的工号、管理员使用自己的id进行登录，不同的身份会进入不同的主页，并且所用的权限也不相同。验证码的实现主要是随机数字和字母组合，在规定的长度范围内随机产生一个索引并匹配获取，然后进行循环答应，输出4个随机数，再定义图片的宽度和高度，用到BufferedImage对象，并且定义一个对应的jsp页面。用户输入帐号、密码、验证码，即可完成登录，登录界面见图5-1。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s11登录界面个人信息管理此功能主要分为修改密码和修改个人信息两个板块，进入到密码修改页面，输入所要求的内容后进行提交，修改密码后下次登录生效；个人信息修改是可以对自己的信息进行修改和完善，包括姓名、性别、年龄、籍贯、专业、电话、邮箱、头像等。个人信息一旦提交修改，数据库就会自动更新，学生、教师、管理员都拥有对自己个人信息修改的权限。密码修改页面如5-2所示、个人信息修改界面如图5-3所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s12密码修改界面图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s13个人信息修改界面教学信息管理管理员登录系统后，点击考核管理，可以对班级、教师、学生、课表等信息进行相应操作。首先在src里创建包，创建教师类对应教师表，创建学生类对应学生表，创建状态实体类对应状态表等，在包里创建数据库连接管理类，并且连接数据库。对于班级的管理，管理员可以在系统中录入班级信息，其中包含专业、人数等，并且为每个班级进行排课，分配不同的教师和课程。管理员还可以对教师和学生进行管理，对教师和学生可以进行相应的管理操作，每次操作完毕，对应资料库的对应表格将会自动进行更新与修正，具体实现界面如下图所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s14教师管理界面图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s15学生管理界面图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s16课表管理界面图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s17班级管理界面图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s18排课管理界面学生考勤功能学生登录系统后，点击进入签到页面，选择相应课程进行签到打卡。同时，学生可以在请假页面中进行请假，需要填写请假时间和请假理由。此时，数据库内的信息会根据学生签到而更新。当教师登录后，可以看到按时到课的学生和缺席的学生，还可以查看学生的请假申请进行审批。具体实现界面如下图所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s19学生签到界面图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s110学生请假界面图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s111教师考勤界面作业审批功能学生进入系统后，点击作业管理，便可以看到老师发布的作业，学生可以通过点击作业，查看相应的作业任务，在完成作业后，进行提交作业，送到教师端进行批改。教师进入系统后，点击作业管理，可以进行发布作业，在界面中填写作业题目、内容、截止时间等，还可以查看学生提交的作业，系统会根据老师所填的资料，自动添加到对应的资料库。老师对作业的查看界面为图5-12，学生的作业提交界面为图5-13。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s112教师发布作业界面图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s113学生提交作业界面学生成绩考核功能该功能主要针对教师对学生的考察评分，学生提交作业，签到打卡后，教师可以对其进行审核批阅，同时教师也可以根据学生上课的表现进行加分和填写评语，统计之后，学生可以查看自己的成绩。教师考核界面在图5-14中所展示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s114教师考核界面电子指示牌设计展示电子指示牌的实现主要依靠现有的硬件基础，购置现有的显示屏等硬件，接入校园网，可以分块显示班级信息、教学信息、公共信息等，并且在消息更新后进行反馈呈现在屏幕上。电子指示牌的设计有助于解决学生缺课选课的问题，通过丰富多彩、友好的界面，向学生传递校园文化、集体荣誉和个人风采，让丰富、健康、阳光的课余氛围深入人心，对学校德育起到积极有效的作用。电子指示牌可视化如图5-15所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s115电子指示牌设计图系统测试测试方法在对该系统进行检测时，首先对该系统进行了一次黑盒测试，该试验是将该程序放在一个看不见内部构造的黑盒子里，它是在不考虑其内部构造和性能的情况下进行的，在测试时不考虑系统的内部的逻辑代码，只要先针对功能能否正常，再进行系统校验和安全性检测，编写相应的单元测试案例。当系统某一个单元测试案例发生异常时单独记录下来，进行白盒测试，检测编程过程中代码会出现的错误并进行修改，当所有模块都测试完毕后，再进行回归测试。测试结果本次测试以项目实际需求为标准，对各个功能进行确认是否能够实现。本系统的测试结果如表6-1所示。表6-1测试结果测试项测试用例操作预期结果实际结果结论教师登录系统选择教师身份，输入账号和密码登录成功显示教师端界面通过管理员登录系统选择管理员身份，输入账号和密码登录成功进入管理员后台通过学生签到选择签到信息，提交签到成功，信息栏更新成功签到打卡通过添加班级管理员进入后台，点击添加班级添加班级成功，班级信息更新数据库信息被成功编辑通过学生请假进入学生端，提交请假教师端可以查看请假信息数据库更新，教师端显示请假通过教师考勤进入教师端，查看考勤管理可以查看考勤记录，并能截止考勤能看到学生签到结果通过权限修改管理员进入后台，点击角色管理管理员的权限被修改不同角色的管理员权限不同通过安排课表管理员进入后台，点击排课管理课表信息更新学生端和教师端的课表信息被修改通过给学生评分进入教师端，对学生进行加分和评价学生可以查看自己的得分教师提交成功，学生可以查到成绩通过设备之间联通不同VLAN可以互相访问可以PING通可以PING通通过结语本次智慧教室的设计与搭建利用Visio制作流程图，拓扑结构图，用于处理大量繁杂的数据信息，通过可视化图片方式更加直观的进行数据展现，通过IDEA、MySQL等工具对整体系统进行基本功能调试，使用Springboot框架基本实现了班级管理、学生考勤、交互教学等相关功能，并且依靠现有硬件设施加入电子指示牌的设计，在环境设计、软硬件设施配置上，将传统运营模式和信息化运营模式的优点结合起来，充分提高了教学资源的利用率，为开拓新时代智慧教育的新模式发挥了作用。同时，后期会纳入更多的功能，例如，智能环境监测系统可以实时监测环境信息，随时调节设备的工作状态，在灯光、温度、空气质量等各方面给学生和老师创造最好的教室环境，当放学时，启动自动消杀模式，将教室进行杀菌消毒。同时增加远程唤醒和自动启动的功能，按照教务处的时间表，在每节课开始前，将仪器全部打开，方便老师讲课，同时也有一个监控中心，可以保证老师在讲课的时候不会忘记带课件、课件丢失等问题，为师生互动创造良好的交流平台和环境。参考文献阎坚,桂劲松.基于物联网技术的智慧教室设计与实现[J].中国电化教育,2016(12):83-86.赵明文,闾枫.基于SpringBoot的高校学习社区的设计与实现[J].电子测试,2020(13):92-93+129.DOI:10.16520/ki.1000-8519.2020.13.035.王小红,彭腾.电子班牌管理系统的需求分析与设计[J].现代信息科技