基于微信小程序的教学服务应用软件开发与教学实践*
许嘉 黄新昊 吕品
摘 要：为了推动高校教学改革，提高教学效率和教学效果，作者开发了一款基于微信小程序的教学服务应用软件，该软件具有跨平台、无需安装、便于升级维护、用户体验优良等优点，能够支持课程教学、课堂测验、课堂活动等功能。无论课堂内外，师生都可以很方便地在智能手机上使用。在这款应用软件的辅助下，作者团队开展了翻转课堂教学实践，取得了良好的教学效果。
关键词：教学服务;微信小程序;翻转课堂
中图分类号：TP393 ? ?文献标志码：A? ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2020）18-0088-04
一、教学服务系统概述
随着互联网技术的发展与智能手机的普及，信息的传递与处理也进入一个崭新的阶段，极大地改变着人们的生活、学习和工作方式。高校是培育人才的主要场所，在互联网普及的时代背景下，要合理运用网络，将教育信息化理念应用到高校教育中。
近年来，移动学习作为一种新的学习方式，引起教育工作者的極大关注，成为教育领域的研究热点[1]，教学服务系统无疑为移动学习的实践提供了支撑。目前的教学服务系统大部分只有基于PC端访问的网页版，很少提供基于移动端尤其是微信小程序的教学服务系统。以在线课堂管理平台“课堂派”[2]为例，网页版提供班级管理、作业在线批改、成绩汇总分析、在线讨论、课件分享等服务，移动端通过微信公众号提供网页版的部分服务，并且该微信公众号存在用户操作不方便的问题。对于教师和学生来说，随身携带电脑并不方便，所以对移动端教学服务系统的应用需求非常迫切[3]。
然而，开发用于教学的移动端应用软件在教学实践中面临诸多挑战。例如，学生的智能手机操作系统具有多样性，包括Android、iOS、Windows等，如果让每位学生都使用，就需要为每种操作系统开发一个应用程序版本;当移动端教学应用软件推出升级版本时，不是所有学生都会下载安装，使得开发人员常常需要同时维护多个版本。这些都导致教学应用软件的管理维护成本提高，学习体验下降，不利于推广使用。微信小程序的推出为上述问题提供了良好的解决方案。基于微信小程序开发教学应用软件不需考虑软硬件平台的适配问题，学生也不需要事先安装和不断升级，每次使用时都会在微信中即时打开最新版本，极大地降低了软件维护难度，提升了用户体验。
因此，笔者基于微信小程序开发了一款名为“会了吗”的教学服务应用软件，不仅可以为师生提供课堂签到、随堂测试、课程作业、课件管理等服务，还可以进一步促进师生教学互动，拓展微信社交功能，弥补传统课堂的不足，在教学实践中取得了良好的效果。
二、教学服务系统应用现状
目前，不少高校都在使用教学服务系统辅助教学。西安欧亚学院已经实现了第三方线上教学资源和教学系统相结合的新型教学方式，师生通过教学App可以使用校内外已经对接的教育资源，实现师生互动、课堂考试、在线微课等功能。此外，该系统还提供学生信息管理、教师信息管理、教室排课等教务管理功能以及后勤管理、校园广播等功能[4]。在线课堂管理平台“课堂派”提供班级管理、在线考勤、作业批改、成绩汇总分析、互动交流、课件分享等服务，方便教师进行课堂管理以及在线签到、随堂测试等一系列课堂活动，目前已应用于各大高校。在线教育平台中国大学MOOC则主要通过教师制作并发布课件供学生学习，学生学习过程包括观看视频、在线讨论、提交作业、课堂提问和考试等，中国大学MOOC能够有效支持翻转课堂等优秀教学改革模式，培养学生的自主学习能力，提高了教学质量。这些教学辅助系统是实现翻转课堂的有力工具。
2007年，美国的乔纳森·伯尔曼和亚伦·萨姆斯两位教师提出了“翻转课堂”的教学概念，颠覆了传统的教学模式，增加了师生间的交流，有利于学生的个性化学习，有利于培养学生的自主学习能力以及解决问题的能力[5]。2010年，一个名为“可汗学院”的非营利性教学网站[6]进入大众视野，与国内在线教育平台中国大学MOOC类似，许多专家学者在可汗学院发布丰富的高质量教学视频，学生在线观看视频并进行相应练习，可汗学院极大地推动了翻转课堂的发展。Snowden等人研究了翻转课堂教学模式对学生课堂参与度与学习成绩的影响，结果表明翻转课堂很大程度上提升了教学效果[7]。
但上述教学服务系统也存在一些问题。西安欧亚学院的教学服务系统通过App客户端实现，但是App客户端开发成本高、周期长、难度大，不同平台上的不同版本迭代成本高，而且该系统集成了大量教务管理和后勤管理功能，对于师生进行教学活动不够轻量和便捷。课堂派”移动端通过微信公众号实现，能够支持的用户功能有限。
在开发教学服务系统方面，微信小程序具有很多优势。与App客户端相比，微信小程序能够跨平台，开发、维护成本较低;与微信公众号相比，微信小程序具有更快的加载速度和更出色的用户体验。因此，越来越多的教育工作者开始关注并研究基于微信的教学服务系统。陆丽利用微信开放平台开发移动教学服务系统，实现了微教学、微校园管理、微门户等功能，并应用聚类分析技术，挖掘有价值数据[8]。王萍等人从功能、定位、交互、内容、学习方式、网络服务等方面探究微信在线学习的设计原则，提出应遵循清晰的定位、科学的内容设计、灵活的学习方式、合理的功能模块设置、丰富的交互互动等原则[9]。
教学服务系统在个性化教育及网络教育理念的实践中具有极其重要的地位和作用，基于微信小程序开发一款包括互动教学管理、随堂测试管理、数据统计分析等功能的教学服务系统，可充分将传统课堂教学和在线学习相结合，打通线下教学与线上学习，教师随时随地管理课堂内容，学生随时随地学习，由此促进师生教学互动，提高师生教学体验，弥补传统课堂的不足。
三、教学服务系统设计与实现
1.系统开发环境与开发工具
（1）微信小程序
2020年第一季度，微信及WeChat的合并月活跃账户数达12.025亿[10]，是国内最大的社交平台。海量的用户基础为小程序的宣传和推广使用打下了一个良好的基础。微信小程序依托于中国最大的社交流量池，在渗透率和粘性方面都表现极佳。艾瑞i-Click早在2018年8月抽样调研数据就显示，超过90%的用户都使用过微信小程序[11]。
小程序作为微信的原生应用，无需像App那样下载安装程序，代码更新时还要重新安装，可以直接在用户的微信中打开，用户使用流畅，并且不占用手机内存空间。此外，微信官方为开发者提供了高效丰富的框架、组件及API，开发者只需调用这些开放接口即可实现所需功能，并且还为开发者提供完整的原生云端支持和微信服务支持，省去大量开发成本，极大缩短了开发周期。利用微信开放平台开发微信小程序，不仅能满足功能需求，而且具有无需下载、即搜即用、用完即走的巨大优势。
（2）Spring Boot框架
Spring Boot是由Pivotal團队提供的全新开源框架，其设计目的是简化应用Spring开发项目的初始搭建及开发过程。Spring Boot最突出的优势是其自动配置方式，针对很多Spring应用程序常见的应用功能，Spring Boot能自动提供相关配置，大大简化了Spring项目的配置工作。应用传统的Spring框架开发项目，xml配置过程极其繁琐，并且当项目引入多个依赖包时，各个依赖包之间的版本往往存在约束关系。Spring Boot还可以集成大量的第三方框架，解决了项目之间包的版本依赖问题。
（3）数据持久化工具
在进行系统开发和系统使用时，应用系统需要对关系型数据库中的数据频繁进行增删改查操作。关系—对象映射（ORM）的出现解决了关系数据和程序对象频繁转换的问题，ORM 在系统应用层和数据存储层之间建立一个映射关系，把对关系数据的操作直接转化为对对象属性和方法的操作[12]。MyBatis是目前主流的 ORM 框架，支持普通 SQL查询、存储过程以及高级映射，它对JDBC的访问接口进行了封装，用户可以通过简单的XML或注解来配置和映射原生信息，将接口和POJO映射成数据库中的记录。
2.系统概要设计
在需求分析的基础上，教学服务应用软件分为课程管理、题目管理、试卷管理、考试管理、课堂活动和后台管理六大模块，设计的总体功能结构如图1所示。
本系统采用MVC软件架构，将业务逻辑、数据和界面显示分离。MVC软件架构由于各层分离具有模块间耦合性低、代码重用性高、开发周期短、可维护性高等优点，有利于软件工程化管理。另外，为了让客户端尽量少地访问数据库进行数据查询，最大程度地减轻数据库服务器访问压力，系统使用了Redis将用户常用数据放在内存中进行缓存，缩短访问时间，提高系统查询效率，降低客户端查询频率。此外，为了将内存中的数据模型转换为存储模型以及将存储模型转换为数据模型，需要使用数据持久化技术封装数据访问细节，系统采用目前主流的ORM映射工具MyBatis-Plus进行数据持久化处理。
本系统将平台用户分为不同角色：系统管理员、教师和学生，每个角色具有不同的权限，各个角色拥有的部分权限如图2所示。
3.数据库设计
根据该系统为师生提供课堂签到、随堂测试、课程作业、课件管理等服务的需求，可以归纳出用户（User）、角色（Role）、权限（Permission）、课程（Course）、测试（Test）、题目（Question）、答案（Answer）等数据库实体。以试卷表和测试表为例，试卷表存储考试所用的试卷信息，包括试卷ID、试卷名称、题目列表等字段，测试表用于存储随堂测试信息，包括测试ID、课堂ID、测试名称、开始结束时间等字段。
四、系统应用
1.登录
系统登录是教学服务系统的初始界面，用户必须通过该系统的身份验证才能使用后续教学服务系统的功能。用户登录时须输入自己的用户名和密码，系统会在数据库中匹配用户输入的用户名以及密码，经验证成功后，用户才能进入教学服务系统。如果验证失败，系统将自动返回到登录界面。
2.创建课程和课堂
教师进入课程管理页面，根据授课情况选择并创建一门课程，然后根据实际上课时间在每门课程中创建课堂，课堂中可以进行课堂签到和随堂测验等课堂活动。学生加入教师课程后可以浏览并参与教师创建的签到和测试等活动。
3.创建题目和试卷
进入题目管理页面，教师可以根据需要创建单选题、多选题、判断题以及填空题，题目创建完毕后可以组成试卷。在试卷创建页面，填写试卷名称然后选择题目并输入题目分值，即可完成试卷的创建。教师创建题目页面如图3所示。
4.课堂签到
系统为师生提供GPS定位签到功能，教师在创建课堂时填写课堂开始、结束时间以及签到开始时间、结束时间、签到地点、签到范围。在签到时间段内，学生打开手机定位功能后，在指定地点范围内签到，课堂结束后不能再进行签到。
5.随堂测试
进入随堂测试页面，教师点击创建测试按钮，输入测试名称、测试时间、考试时长，然后选择测试所用的试卷，完成随堂测试的创建操作。学生可以在指定时间内参与测试，测试结束后进入排行榜即可看到本次测试各个学生的作答情况以及本次测试的数据统计图表。学生参与随堂测试页面如图4所示。
6.课堂互动
为促进师生教学互动，小程序提供随机点名功能，教师在课堂教学过程中需要对某一知识点进行点名提问时，不必再采用举手或纸质点名册提问的方式，可以使用小程序的点名功能随机抽取学生进行作答，提高课堂教学的趣味性，进而保证课堂教学质量。
五、基于教学服务应用软件的翻转课堂教学实践
我们将这款自主开发的教学服务应用软件运用在实际教学工作中，进行了翻转课堂教学实践。上课前，教师在系统中上传录制好的视频和教学PPT，为学生提供课程参考资料，学生通过系统观看视频和课件进行自主学习。利用教学视频和课件，可以将知识的传授过程放在教室外进行。上课时，教师先打开系统签到功能让学生签到，减少因点名而浪费的课堂时间，然后通过随堂测试功能组织学生进行考试，基于测试的可视化结果，针对错误率高的题目进行点评讲解。讲解过程中教师可以使用系统课堂点名功能抽取学生回答问题，增强学生课堂教学互动的积极性。因此，学生可以高效利用课堂时间完成知识的内化。上课后，师生可以利用系统的讨论功能就仍有疑惑的问题与同学、教师探讨交流，最大化巩固学习成果、提升教学质量。
传统教学模式中教师通过课堂授课完成知识的传授，然后通过布置课后作业帮助学生完成知识的巩固，最后通过纸质测试对学生进行评价，学生始终处于被动接受的状态。翻转课堂模式下的教师更多的是引导，学生则是主动学习，教学形式是课前学习+课堂讨论，将填鸭式的教学变为问题探究，更有利于学生对于知识的思考与消化，学生评价方式也由仅靠测试成绩变为多维度的考察[13]。支持翻转课堂的教学服务系统可以革新传统教学模式，对学习过程中教师与学生的角色和学习过程进行重新定义，将学习自主权交给学生。
六、总结与展望
为满足高校师生对教学服务的需求，笔者设计并开发了一款基于微信小程序的教学服务应用软件，实现了课件播放、课堂签到、随堂测试、作业练习、课堂互动和学生学习数据可视化展示等功能，能夠促进师生教学互动，提升教学效果。笔者将会进一步完善和扩充这款应用软件的功能，不断推动教学改革，努力取得更好的教学效果，提升人才培养质量。
参考文献：
[1]汤跃明，付晓丽，卜彩丽.近十年移动学习研究现状评述[J].中国远程教育，2016（7）：36-43+80.
[2]课堂派——简单好用的互动课堂管理工具[DB/OL].https：//www.ketangpai.com/.
[3]常汉杰，付赛红.浅谈基于微信的移动教学平台的设计与实现[J].电脑知识与技术，2019，15（19）：67-68.
[4]张乐芳，冯新培，米春安.基于信息时代的应用型高校教学支持服务系统的研究与应用[J].信息与电脑（理论版），2019，31（17）：247-249+252.
[5]Jonathan Bergman，Aaron Sams.Flip your classroom：Reach every student in every class every day[M].Washington，DC：International Society for Technology in Education，2012：7-16.
[6]可汗学院官方网站[DB/OL].https：//www.khanaca demy.org/.
[7]Snowden，Kelly.Teacher perceptions of the flipped classroom： using video lectures online to replace traditional in-calss lecture[D].Denton，Texas：University of North Texas，2012.
[8]陆丽.利用微信平台开发移动教学服务系统的技术实现[J].信息通信，2019（1）：285-286.
[9]王萍.微信移动学习的支持功能与设计原则分析[J].远程教育杂志，2013，31（6）：34-41.
[10]2019-2020微信就业影响力报告[EB/OL].http：//www.caict.ac.cn/kxyj/qwfb/ztbg/202005/t20200514 _281774.htm.
[11]2019年上半年微信小程序市场研究报告[EB/OL].https：//mp.weixin.qq.com/s/gpkKzXsl5nBPbcoN7ERz6w.
[12]乔岚.基于Mybatis和Spring的JavaEE数据持久层的研究与应用[J].信息与电脑（理论版），2019，17（8）：67-68.
[13]黄照翠，杨朝军，王艳艳，等.翻转课堂教学支持服务系统的设计与实现[J].软件导刊，2019，18（1）：119-123.
（编辑：鲁利瑞）
