信息化环境下课堂教学活动是教学研究的重要组成部分，其合理性、有效性将直接影响教学质量和效果。将移动App应用到组织课堂教学活动中，有助于丰富课堂教学形式和活跃课堂氛围，文章对基于App Inventor课堂点名系统进行分析、研究和实现，最后对课堂点名系统进行了实证测试，验证了系统在组织课堂教学活动中的实用价值。
引言
随着信息技术的迅速发展，各类移动设备(智能手机、iPad等)不断普及，移动教育开始受到人们的普遍关注。移动教育的灵活性、高效性、交互性等特点，有利于激发学生的学习兴趣和充分体现学习主体性。智能终端、云计算、智能化软件、硬件以及良好的人机交互使用的不断发展，似乎预示着将智能终端应用于教育教学将是一个不可逆转的趋势。教育类APP开始受到部分师生的青睐，例如百词斩、作业帮等，但其理论还处于探索阶段，在教育教学中的应用有待进一步研究。
课堂点名是组织课堂教学活动的有效手段之一。目前，国内外对课堂点名系统都有新的研究。唐明伟等[3]通过短信猫接收学生短信，达到课堂点名的目的，该点名系统仅仅根据学生短信判断学生的出勤情况，略显死板，学生可以通过转发短信令牌进行伪造点名，同时需要配置高性能短信猫设备，成本高。部分高校学生配备智能卡，采用RFID与SMART CARD结合进行点名，该点名系统需要为每个学生配备智能卡，使用繁琐，推广成本高。Chitresh Saraswat等提出采用指纹鉴别技术，每个教室配备指纹机器，通过指纹打卡实现点名，在学生较多的情况下，此方式占据很长的教学时间，更适合公司员工考勤。杨洪章等通过收集学生手机蓝牙信号，采用三星S3C2410嵌入式处理器设备实现点名，该点名系统建立在蓝牙设备的基础上，但是无法保证每个学生具有蓝牙设备，同时，需要借助专门处理器设备，不易操作，点名成本高。成都康赛“上课点名系统”，整合学生信息和课表信息等，在课堂点名中，投影仪显示学生的头像，只有长相、姓名、学号完全一致，才算出勤，该点名系统在多媒体教室实现，点名准确率高，有效提高学生的出勤率，但是不能实现随机点名和课堂提问点名。
本文设计了基于App Inventor的课堂点名系统，借助Android系统的移动设备完成点名，不仅实现传统的签到点名，而且能实现随机点名和课堂提问点名，并对学生的到课和缺勤情况进行保存统计。在课堂提问点名中，对于回答问题的学生给予点赞，并利用移动设备进行语音鼓励或奖励，寓教于乐，体现学生主体性。基于App Inventor课堂点名系统，易实现，易操作，成本低，不仅对组织课堂教学活动进行有益补充，而且对提升课堂教学效率具有积极作用。
App Inventor平台简介
App Inventor是一款Google公司开发的手机编程平台，2012年1月1日移交给麻省理工学院，并于2012年3月4日公布使用。App Inventor降低了程序开发的门槛，使用者通过该软件能够迅速开发出Android系统的移动应用App。
1.App Inventor平台界面
平台界面包括组件设计和逻辑设计。组件设计包括组件面板、工作面板、组件列表和组件属性等，是应用开发环境的外观设计;逻辑设计包括模块和工作面板，在逻辑设计中进行代码拼接编程。在App Inventor组件设计中，添加所需的应用组件，进行布局后，在逻辑设计界面进行模块拼接。在开发课堂点名系统过程中，可以连接AI Companion、Emulator或USB进行测试，最后生成点名系统.apk文件，在移动设备上安装运行。
2.App Inventor平台的主要特点
App Inventor具有开发环境搭建方便、开发过程简单、易操作、不需太多编程知识、开发周期短等特点。
App Inventor开发环境搭建方便，在开发课堂点名系统前，安装Java搭建开发环境。在App Inventor逻辑设计视图中，模块已经封装了代码，进而简化了开发过程。平台操作简单，用户只需按照意愿拖拽模块，不需要深奥的代码知识，通过App Inventor平台能够快速完成一个简单的应用，缩短了开发周期。
App Inventor操作简单，开发容易，是开发课堂点名系统最简单的平台。我国学者通过App Inventor实践研究得出，App Inventor作为开发工具，对于培养学生的计算思维有一定的帮助。邓文博等认为，运用App Inventor确实能够促进学生创造性思维的培养。郭守超等认为，通过使用App Inventor工具，学习者的计算思维能力得到了有效培养。本文不是将App Inventor作为训练计算思维的工具，而是运用计算思维，对基于App Inventor开发课堂点名系统进行设计研究。
课堂点名系统设计
1.应用分析
在组织课堂教学活动中，课前点名和课堂提问点名不可缺少。传统的点名方式，每个任课教师有几个班，在新课开始前，教师打印出学生名单，课前根据学生名单逐一点名，在纸质学生名单上，教师记录学生到课和缺勤情况，即使代人应答也不易检查;在课堂发言过程中，教师一般也会翻出学生名单选出要发言的学生，记录学生回答问题的情况。在学生较多的情况下，增加教师工作量的同时，传统点名会占据很长的课堂教学时间。为了解决上述问题，基于App Inventor的课堂点名系统需具备如下主要功能：①具备班级和课程更新的功能。②能够导入或更新名单的功能。③对学生的出勤情况进行保存，统计回答问题的情况，及请假功能。④具备对学生的出勤数据进行一键式分析、查询、导出等功能。
2.系统功能设计
根据上述应用分析及App Inventor平台的特点和功能，基于App Inventor的课堂点名系统功能结构如图1所示。
图1 系统功能结构图
(1)新课管理。本模块为系统的前提，由班级管理和课程管理两个子模块组成。在本模块中，教师根据需要手动添加或删除班级和课程信息，对班级和课程信息进行定期维护，并将这些数据传送到数据库中进行保存。
(2)学生管理。本模块为系统的关键，由信息导入和信息更新两个子模块组成。在本模块中，导入学生的名单，并对学生的信息进行更新，能添加对应学生的照片。在移动设备显示学生姓名信息的同时显示学生照片，以提高点名的准确率，有效防止代答。
(3)点名管理。本模块为系统的中枢，由签到点名、随机点名和请假管理三个子模块组成。在本模块中，教师可以选择签到点名和随机点名两种点名方式。在选择班级之后，课堂点名系统默认的是随机点名。随机点名以学生的权重比例为概率，权重=缺勤数/(出勤数+点赞数)，权重比例=某学生的权重/所有学生的权重总和。在课前点名和课堂发言时，教师通过移动设备进行随机点名，将移动设备摇一摇，以权重比例为概率随机选取学生对应的序号，并将姓名文本信息转换为语音输出，实现随机点名的效果。教师选择签到点名之后，移动设备会将学生姓名按照一定的顺序转换成语音输出。教师对学生的回答问题情况，在移动设备系统界面进行点赞，同时移动设备会发出“你真棒”、“真聪明”、“奖你颗小红心”等语音。对于请假的学生，在系统界面进行请假处理，这些记录自动提交数据库保存。
(4)数据管理。本模块为系统的基础，由数据分析、数据查询和数据导出三个子模块组成。在本模块中主要维护学生的到场、缺勤、请假和点赞等数据信息。数据管理主要对数据进行保存、分析、查询、导出等功能。课堂点名记录能以折线图的形式显示，更直观形象。当新课程开始时，能对已有的数据进行一键清除，开始新的统计。
3.数据库分析
基于上述分析，学生的到场、缺勤和点赞等数据信息需要以列表的形式存储在数据库中，并能对这些数据信息实现存取。App Inventor提供两类数据库组件，分别是TinyDB和TinyWebDB。前者使用TinyDB.StroeValue块，在Android设备上，实现数据的永久存储;TinyWebDB将数据保存在服务器中，能够实现不同设备之间的数据共享。为了研究方便，课堂点名系统使用TinyDB数据库，将学生数据信息保存在教师移动设备上，并通过特定的方式进行访问更新。
课堂点名系统实现
根据上述功能设计分析App Inventor平台的特点和功能，得出系统技术架构如图2。课堂点名系统在Java运行环境下，使用App Inventor作为基本的开发平台，分别从组件层设计、逻辑层设计、数据层设计三个方面进行系统实现。
图2 系统技术架构图
1.组件层设计
在基于App Inventor课堂点名系统开发过程中，组件层是教师使用系统的接口，分为可视化和非可视化两类组件。课堂点名系统所选择的组件决定了系统的界面，组件层设计，也是对课堂点名系统界面的设计。基于上述课堂点名系统设计，运用逻辑思维形成系统抽象模型，在此基础上将抽象模型分解成不同模块。例如，如何实现导入学生名单，如何实现顺序点名，如何实现随机点名，如何统计到场，如何统计缺勤，如何统计请假，如何统计点赞，如何保存数据等等。在这些模块基础上，根据组件的特点，在组件层选择课堂点名系统的组件。
在分析不同的模块基础上，课堂点名系统使用的可视化组件有ListPicker、HorizontalArrangement、Button和Lable等，非可视化组件有AccelerometerSensor、Sound、TinyDB、TextToSpeech和File等。根据上述分析和App Inventor组件功能，课堂点名系统的主要组件功能如下：ListPicker的作用从班级列表中进行选择;HorizontalArrangement在Layout分组中，是用于水平布局的组件;Button是按钮组件，显示到场、缺勤、请假和导入名单等按钮;Lable是显示学生姓名的文本组件;AccelerometerSensor具有检测到设备的移动或摇晃的作用，在课堂随机点名时检测移动设备的摇晃;Sound是声音组件，产生振动或语音等;TinyDB是数据库组件，存储学生出勤信息等;TextToSpeech是将文本转换为语音的组件;File是导入文本组件等。
2.逻辑层设计
在课堂点名系统开发中，组件层和逻辑层能够根据需要进行切换。逻辑层设计主要是定义课堂点名系统中每个组件做什么行为，以及何时做这些行为。在逻辑层中，封装的“代码块”保存在不同的“抽屉”里。根据App Inventor代码模块功能特点，将课堂点名系统设计分析转换为切实可行的计算思维方法，是系统实现的关键。
在课堂点名系统的逻辑层设计中，首先定义变量，为了增强变量的可读性，本系统使用驼峰命名法。课堂点名系统用到的变量包括Class、NameList、NameAttend、NameAbsence、Namelist1、Namelist1Absence、Namelist1Attend、Namelist2、Namelist2Absence和Namelist2Attend等列表变量及RandomIndex随机下标变量等。然后，在课堂点名系统组件层设计的基础上，将系统功能模块化，将系统抽象模型分解成不同的功能模块，并逐步实现。例如，如何统计到场和缺勤这两个功能应该单独设计成2个模块。将复杂的功能分解、约简成各个小功能的模块化思想，是计算思维的重要方法。最后，在课堂点名系统逻辑设计中，对于重复多次使用的功能，可以创建成过程(procedure)，当需要使用该功能时，可以调用本过程以实现相应的功能。例如，定义到场和缺勤数据的显示为一个过程，可以多次调用该过程实现相应的数据显示功能。
3.数据层设计
数据层设计是课堂点名系统实现的基础，是在逻辑层完成的。课堂点名系统的数据层设计主要是对数据库TinyDB存取数据，通过Tag标签与逻辑层设计进行联系。数据库TinyDB里面的数据由不同的tag-value组成，Tag是数据存储的标签，value是标签的取值。本系统中的value对应的是上述定义的列表变量。在数据层设计中，用StoreValue和Getvalue对数据库进行存取数值，分别定义写数据库和读数据库这两个功能为两个过程，根据需要进行调用。
在课堂点名系统实现的整个过程中，将系统功能描述转换为行之有效的思维方法，并且通过项目小组交流讨论，进一步完善思维方法，将系统功能分解为不同模块，运用模块化方法实现系统的不同功能，系统实现流程如图3所示。
图3 系统实现流程图
通过上述组件层、逻辑层和数据层的设计，运用计算思维方法，最终课堂点名系统界面如图4。
图4 课堂点名系统界面
课堂点名系统实证测试
课堂点名系统以某省属高校教育学院2015级全日制研究生(32人)为测试对象进行实证测试。本实证测试选取3周，每周4节公共课，进行课前和课堂随机点名，课前随机点名10人，课堂提问随机点名2-4名。在测试完成后，进行系统出勤率(系统出勤率=系统点名到课人数/系统点名人数)和实际出勤率(实际出勤率 = 到课人数/总人数)比较，如图5所示。
图5 出勤情况比较
根据图5反映，虽然系统出勤率和实际出勤率有一定误差，但是，系统出勤率在一定范围内能够反应学生的实际出勤情况。
通过对师生的现场观察和个别访谈，课堂点名系统有助于活跃课堂气氛，丰富组织课堂教学活动的形式，节约了课堂点名的时间。部分学生担心被随机点名选中，在课堂上认真思考教师提出的问题。在课堂随机点名中，以学生的权重比例为概率随机选取，缺勤次数越多的学生，被随机点到的概率越大，在一定程度上提高了学生的出勤率和教学整体效果。在课堂提问随机点名中，对于学生的回答，教师可以在移动设备系统界面进行点赞，移动设备能够发出鼓励或奖励语音，对于加强课堂师生互动和体现学生主体地位有一定作用。
基于App Inventor的课堂点名系统，开发过程简单，系统操作方便，是移动互联网技术与传统课堂的结合。课堂点名系统实证测试得出，本系统具有一定的应用价值，能够成为组织课堂教学活动的有效工具，对于提升教学效率起到积极作用，对于激发学生好奇心和求知欲均有一定的促进作用，对于课堂考勤制度改革具有一定的参考价值。(作者：杨兵等，湖北大学)