1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

国家中长期教育改革和发展规划纲要工作小组在2010年发布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中第十九章五十九条中明确指出要加快信息教育信息基础设施建设。将教育信息化纳入国家信息化发展整体战略。在教育部2022年工作要点中指出强化要求牵引，深化融合、创新赋能，积极发展“互联网+教育”。

2017年1月9日微信小程序正式上线，“不用下载”“用完即走”的便捷服务可以使得用户在不用花费大量时间下载的前提下体验到各种各样的微信小程序提供的服务。2021年微信小程序日活跃超过4.5亿，活跃小程序增长了41%。

1.1.2 研究意义

现有的小程序大多数功能太单一，使得有时候一节课需要使用两个或者两个以上的小程序，这样的话问题始终没有解决。在当前智能手机和5G网络普及的前提下建立一个功能全面的课堂管理助手微信小程序。为基于微信小程序的设计与开发提供参考与借鉴，对在开发“课堂管理助手”过程中所用到的理论知识，技术操作进行探讨，为以后的开发进一步提供借鉴依据。为学习者提供一个随时随地灵活的平台，给授课教师提供一个随时随地灵活的教学质量检验平台。为师生开展学习活动提供便利条件。同时帮助教师根据教学需求提供相应的模块。尽可能满足学士和授课教师的需求。

1.2 研究目的及内容

1.2.1 研究目的

互联网技术的不断革新催生了一批移动学习网站，相比较传统学堂式教育，移动化学习有着不受时间空间的束缚。微信小程序的出现相较于传统学习网站app有着“随时随地，占用内存少（或者不占用），不用下载”的特点。针对于大学生与授课老师之间反馈学习效率，以及老师课堂管理上的问题。能够更好的帮助学生提高学习效率，帮助老师随时随地检验学生掌握当堂知识以及课后小结测试。极大的降低了时间空间成本。适合学生与教师充分利用碎片时间来进行学习活动。

1.2.2 研究内容

本次研究将会对现有的课堂管理助手做参考，确定好页面设计、框架、以及功能模块。阐述app的可行性。以及对功能和可视化界面的需求。最后通过开发工具的和开发语言的编写，实现了小程序“新用户注册登录功能”“二维码签到功能”“随堂测试功能”“电子举手功能”“电子点名功能”。最终实现基于微信小程序“课堂管理助手”应用开发。缓解传统课堂管理方式上的不足。

1.3 国内外项目研究

1.3.1 国内项目研究

目前在国内，有许多高校都在使用不同的微信小程序或者移动app应用来帮助课堂管理，日趋成熟的智能化设备被广泛应用，然而，目前高校所使用的系统功能大多不全，又或者功能太单一。

国家中长期教育改革和发展规划纲要工作小组在2010年发布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中第十九章五十九条中明确指出要加快信息教育信息基础设施建设。将教育信息化纳入国家信息化发展整体战略。在教育部2022年工作要点中指出强化要求牵引，深化融合、创新赋能，积极发展“互联网+教育”。

党的十九大报告中提到了“建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程，必须把教育事业放在优先位置，加快教育现代化，办好人民满意教育”。

在互联网与智能移动设备发展迅速的强大背景下，将信息技术推动课堂教学改革。2018年清华新闻网中提到了雨课堂是清华大学和学堂在线共同推出的新型只会教学工具，是教育部在线研究的最新研究成果。文中也提到了雨课堂将现代信息技术融入到微信，搭建学生课外学习和与授课教师在课堂里沟通的桥梁。授课讲师通过软件，可以向学生手机传送授课PPT，作业习题等等学习材料，并且在微信内就可以看到老师实时发送的学习材料，在课堂时间内学生也可以发送弹幕给授课讲师留言进行及时反馈。极大增强了教学趣味性以及教学实用性。在末尾提到雨课堂在多起高校实现普及。

1.3.2 国外文献项目研究

在国外的研究主要集中在欧洲和北美等发达国家，他们开始较早一些的移动学习研究已经进行了5-8年时间。

1994年在CarnegieMellonUniversity开展了一个研究项目WirelessAndrew，后来因为广泛使用无线网络连接等设备从而更名为HandheldAndrew。在CarnegieMellonUniversity的WirelessAndrew项目中有一个著名的项目，该项目在研究教室内使用掌上电脑各种应用，老师如何使用掌上电脑在讲课时评价学生，这个项目看作为是开创了移动教育的先河，在一些欧洲国家在政府和企业的助力下研究了移动教育相关项目。

2001年新加坡MobSkoolz研究项目中，共有40名学生和10名教师采用学校已有Interbet平台和新增的移动设备来增强学生学习以及授课教师教学环境，学生可以在任何时间在线获得作业，复习以及核实测试登记，授课教师以及学生都可以使用email进行交流。

2002年欧洲实施一个“服务非正式学习的移动技术”该项目主要探究利用先进移动技术开展非正式学习和工作中学习的方法。提供了移动学习的架构框架，并且开发一些课程软件该项目于2005你爱你12月31日结项

1.3.3 项目研究概述

综合上述项目研究，如果在降低课堂内使用多种移动app应用的条件下实现对课堂管理，就需要一个功能全面的课堂管理微信小程序。因此本课题选择基于微信小程序的方法来设计高校课堂管理助手小程序

1.4 论文整体框架

论文将分为四章展开，下面是具体章节内容。

第一章为绪论。本章主要阐述了课题来源，通过对课题背景的分析得出课堂管理助手目前存在的不足，同时也分析了国内外研究项目的现状，探讨了本次研究课题的意义，最后是对整个课题论文的整体框架的介绍。

第二章为相关开发环境的介绍，本系统是基于微信小程序的开发，使用了微信开发平台所提供的各种技术以及开发框架，为了便于更好的理解本次课题，第二章会为大家进行设计本次课题开发相应技术以及框架的介绍。

第三章为系统分析以及系统设计。本章详细的分析了开发成本以及相关技术的可行性，并且分析了系统的可行性，确定好系统所拥有的功能模块结构，并且详细介绍了功能模块

第四章为小程序的实现。本章按照小程序的设计对小程序的各个功能模块的实现步骤进行简要叙述，并且展示了小程序各项功能的测试方法和测试结果

2 系统开发环境

2.1 微信开发者工具

微信开发者工具是微信官方提供的针对微信小程序的开发工具，集中了开发、调试、预览、上传等功能。微信团队发布了微信小程序开发者工具、微信小程序开发文档和微信小程序设计指南，全新的开发者工具，集成了开发调试、代码编辑及程序发布等功能，帮助开发者简单和高效的开发微信小程序。

2.2 小程序框架

小程序开发框架的目标是通过尽可能简单、高效的方式让开发者可以在微信中开发具有原生 APP 体验的服务。

整个小程序框架系统分为两部分：逻辑层（App Service）和 视图层（View）。小程序提供了自己的视图层描述语言 WXML 和 WXSS，以及基于 JavaScript 的逻辑层框架，并在视图层与逻辑层间提供了数据传输和事件系统，让开发者能够专注于数据与逻辑。

2.2.1 逻辑层

小程序开发框架的逻辑层使用 JavaScript 引擎为小程序提供开发者 JavaScript 代码的运行环境以及微信小程序的特有功能。

逻辑层主要负责处理数据和程序的逻辑交互部分，使用 JavaScript 语言进行 开发，支持 ES6，用于实现学习者与微信小程序的交互功能。各类事件和 数据均由逻辑层负责处理，当逻辑层接收到视图层修改数据的请求时，逻辑层根 据事先指定的规则、方法处理视图层发送的请求。逻辑层处理完成后，再将处理 结果反馈给视图层。最后，视图层根据逻辑层反馈的结果重新渲染页面。

2.2.2 视图层

视图层主要负责提供用户操作界面，将逻辑层提供的数据信息进行渲染。一个完整的微信小程序页面包含WXML、WXSS、JS和JSON文件，其中WXML文件和JS文件是必需的。微信推出了不同于 HTML 的标记语言——WXML（WeiXin Markup language），用于描述微信小程序的页面 结构。同时，微信推出了 WXSS(WeiXin Style Sheet)用于构建微信小程序页面的样式。

WXML(WeiXin Markup language)，用于描述小程序的页面结构。

WXSS(WeiXin Style Sheet)，用于描述小程序页面的样式。

JS(JavaScript)，用于描述小程序的逻辑结构和各类数据。

JSON,用于描述小程序的各类配置信息。

2.3 微信小程序开发API

微信应用程序开发平台为开发者提供了一个很完善的 API，开发者可以轻松的利用这个 API 来调用微信的功能，这样开发者就可以轻松的开发出更多的应用软件。软件 API 根据其功能可分为：网络、文件、缓存、界面、界面节点信息等。同时也提供了特定的开发界面。

网络 API ：利用这个 API，可以实现网络通讯，便于数据的传递。

文件 API ：用户可以使用该 API保存临时文件，获取本地文件信息，获取本地文件列表，获取本地文件信息，删除本地文件，并开启开发文件。

数据缓冲 API：用户可以使用该 API进行数据存储、读取、删除等功能。

接口 API ：用户可以使用该 API来控制消息提示框，加载提示框，模式弹窗，操作菜单，导航条标题，动画，颜色设置 tabBar标记，页面导航切换，页面位置返回，画布中绘制图像，设置风格，变形，剪裁，图片导出，启动下拉刷新，监听和停止。

2.4 云开发功能

所有系统的操作都会产生数据信息，系统在操作过程中所产生的各种数据信息。因为微信官方要求规定小程序的大小不可以超过1M，所以不可能将平台需要的资源数据放置在小程序内部。因此，在开发“课堂管理助手”时，我们也需要使用云开发功能来对我们小程序在操作中所产生的各种数据信息进行管理。

2018年微信官方推出了云开发功能。云开发功能里包含了“云函数”“云数据库”“云存储”三大功能。云开发的设计及推出使得后端的概念弱化，使设计开发者省去了搭建以及维护服务器的工作，开发人员可以使用云开发功能就可以完成前后端交互的核心功能，如果使用传统前端开发技术，开发者还需要搭建服务器，域名等，后期还需要维护，但是云开发功能使得开发者省去了这些复杂的手续。为了使开发人员能够更好的操纵云端数据，微信开发者工具里提供了可视化控制台。在控制台内，开发人员有着最高权限，可以对云数据库、存储、函数中的数据进行管理。并且微信官方也提供了关于云开发功能的开发学习文档以及API，开发人员可以快速上手进行设计开发工作。

2.4.1 云函数功能

云函数指的是在云端环境中运行的一组程序代码。开发者无需搭建服务器即 可使用云函数功能实现复杂业务。云函数在处理业务时，会在云端创建云函数实 例。平台负责云函数实例的创建、销毁和管理等一系列工作。

2.4.2 云存储功能

云存储功能为开发者提供了存储资源的功能，可以通过小程序前端页面和云 开发控制台两种途径将资源上传至云端。开发者将资源上传至云端后，云端会为 每一个资源分配一个云文件 ID。小程序组件支持云文件 ID，根据云文件 ID，小 程序前端页面会获取到指定的云端资源。

2.4.3 云数据库

云数据库无需开发者自建数据库。云数据库是一个 JSON 格式的数据库，数 据以集合的形式存储在云数据库中。可以通过云函数、云开发控制台和小程序前 端页面，对云数据库中的集合数据进行改写。云数据库为开发者提供了增、删、 改、查的功能和权限管理功能。增、删、改、查的功能为开发者提供了处理数据 的功能。权限管理则允许开发者设定用户访问集合的权限。 使用云开发功能开发微信小程序，主要有三个目的：视频、图片、音频等 教学资源会占据大量存储空间，无法放置在小程序内部，利用云存储功能将教学 资源存储在云端，通过云开发提供的 API，在小程序端显示教学资源；利用云 数据库存储学习者学习过程中产生的各类数据，例如互动评论信息；利用云函数开发微信小程序核心业务。相较于传统服务器，云开发功能弱化了后端的概念， 无需搭建服务器，即可完成微信小程序的核心业务。

2.5 小程序的特点

微信小程序有如下特点。

小程序可以被便捷地获取，用户可以通过扫描小程序二维码或搜索来打开小程序。第二次使用时只需要打开手机端的微信应用，在主界面下拉，点击小程序的图标即可进入小程序开始使用。无需安装，在小程序的体验中，没有安装包，也没有动辄耗时几分钟的安装过程，只需扫描小程序码，几秒便可以进入应用。用完即走，不用担心退出应用后残留的内存占用。无需卸载，不想使用时从小程序列表删除小程序即可。

高效和简单的开发。小程序可以实现一次开发、多平台通用。因为微信小程序存在于微信的使用环境中，所以不存在不同的平台需要做额外开发进行兼容的问题，与以往开发手机应用至少需要针对安卓和iOS（iPhone OS，苹果公司的移动操作系统）平台分别开发两款应用相比，大大降低了开发成本。而且微信小程序推广更加容易，无需下载安装包，在小程序页面右上角点击即可分享给好友使用。每次版本的更新只需要提交小程序平台审核即可完成版本更迭，无需像传统手机应用需要把安装包提交各个不同的应用市场进行审核再上架，也无需给用户推送更新消息。

微信小程序有着卓越的使用体验。相较于传统网页的信息呈现方式，小程序使用了WebSocket双向通信、本地缓存技术，使得小程序的使用体验更加接近原生应用。开发者在编写代码过程中可以随意调用小程序平台提供的API而无需担心浏览器的兼容，从而更加专注于内容的呈现。

小程序开发应用其开发门槛低，从而降低了建设维护成本，这是因为微信小程序其底层技术与HTML有很多相似的地方，前端技术比其他技术的学习门槛低。在同时 满足功能和性能需求的前提下，与WEB或App相比，小程序只需依托微信的开发标准开发，便可在不同操作系统中使用，如果小程序发布了新版本，用户是不需要花时间去更新，随时就 可以打开新的版本使用。所以微信小程序基于跨平台的特点，大大降低了建设维护成本，提高了更新小程序版本的效率。

3 系统分析与设计

3.1 课堂管理助手小程序设计目标

本小程序面向对象为授课教师和学生，根据需求分析，所有用户需要登陆后才可以使用该小程序，进入小程序后，小程序会自动判断用户是否进行过微信号验证绑定，如果是新用户就要进行微信号验证绑定，绑定后就可以直接登录。登录后主界面会让用户自主选择身份（教师或学生）。选择好后各自进入各自的项目页面，教师端所拥有的功能：发起签到，电子随机点名，发起作业。学生端所拥有的功能：签到，电子举手，接收作业。课堂关闭后，整个系统功能流程完毕结束。

3.2 开发分析概述

3.2.1 开发成本低

本课题基于微信小程序开发，小程序与微信相互链接，并且小程序不需要开发多个版本来适用于不同操作系统。相较于传统移动应用，小程序减少了开发成本。此外，开发者在开发小程序是只需要关注view层和逻辑层。view语法类似与Web开发的HTML和CSS。逻辑层语法使用Javascript语言，其本身也在Web以及其他开发上使用范围较广，减轻了开发者学习压力。

3.2.2 技术成熟

互联网技术已经趋于成熟，大范围的5G网络覆盖，移动智能手机的普及为互联网教育提供了良好的硬件支持，自2017年微信小程序推出，开发者工具一直快速更新，功能也慢慢成熟也完全。微信官方为了方便开发者工作学习，推出了微信小程序开发设计文档、设计指南、API、以及大量可视化组件。开发者通过阅读官方的设计文档可以快速上手设计以及学习微信小程序。同时也提供了社区服务支持，使得开发者们可以互相交流分享经验

3.3 可行性分析

3.3.1 经济可行性

开发过程中无需使用任何收费开发软件，微信平台所提供的免费基本服务基本可以满足一百名学生的班级考勤。本系统的使用环境只是普通智能手机，安卓系统与ios系统都可以，不需要其他辅助设备，只是在测试过程中有少量流量的消耗，不会有额外的成本产生。

3.3.2 操作可行性

使用本系统进行考勤只需教师和学生打开微信扫描小程序二维码，授予小程序所需的权限即可。使用过程中依照系统页面所含有的功能进行操作即可。学生端有学生端所含有的功能，教师端有教师端的功能。例如：教师端发起签到口令，学生收到后在学生端进行操作，教师端就可以方便查看本节课的签到和缺勤人数和名单。

3.3.3 总结

总体来说，以智能手机为基础的学习移动终端设计获得广泛应用， 这种以小程序为基础而设计开发的课堂管理助手将是以后学校开展 素质教育所必须的一种方式。课堂管理助手为学习人群提供了非常方便的学习条件，同时微信小程序所特有的优势特点，赋予此系统建设维护投入小，方便、用户应用效果佳的优势，这些优势与未来 移动网终发展的小、轻、微趋势比较相符，所以其应用前景比较良好。

3.4 功能需求分析以及设计

3.4.1 功能需求分析

本课题小程序设计主要是面对高校师生，为了解决传统高校课堂管理效率低下的难题。设计本次课题小程序主要是为了帮助高校在课堂上及时得到学生反馈以及帮助教师能够更好的管理课堂提高效率。

3.4.2 功能设计

签到功能，授课教师在进入小程序后第一个界面点击签到选择我是老师，然后教师点击发起签到并且设置口令；学生在选择界面选择我是学生，并且输入授课教师发布的口令来进行签到。从而达到短时间内授课教师点名查验功能，相比较传统签到查验时间会大大缩短。

电子点名功能，在授课教师以及学生签到查验后，会进入到课堂管理界面。老师界面则是电子随机点名以及发布作业模块。老师在上课时间抽查当堂课程学生学习知识的情况或者抽查学生上节课知识的复习情况时，点击点名功能；在签到时已经获取到当堂学生信息，点击后系统会从当堂学生信息里面随机挑选一名学生来回答老师问题。

电子举手功能。在授课老师授课时，学生遇到问题时，在课堂人少的时候授课老师会反应并且帮助该学生解决问题，但是遇到学生数量特别多的时候难免会会获取不到学生的反馈。在这个功能里前提是学生签到并且进入该界面，学生签到后进入该界面，点击电子举手功能老师端会受到反馈并且提醒授课教师，能够及时收到学生反馈信息并且解决学生存在的问题。

作业功能，老师端除过电子点名模块还拥有另一个模块，也就是发布作业功能。临近下课后或者课堂上老师点击发布作业功能，学生端也会接收到该讯息。并且及时反馈。

3.5 系统设计原则

微信开发文档给出了小程序设计设计规范，包括了友好礼貌，清晰明确，便捷优雅，统一稳定，视觉规范；以此用来规范开发者在开发学习过程中设计开发规范的微信小程序。在开发过程中，除过遵守官方开发规范的同时我们也应该考虑到其他特性

3.5.1 稳定性

稳定性是每个系统必要的特性，课堂管理助手上线后，如果不能安稳运行，出现长时间卡顿以及没有反应的情况。那么则势必会影响使用者的体验。因此，在设计课堂管理助手的过程中，要避免复杂的逻辑致使小程序反应时间过长而对使用者产生不良体验，在测试过程中要严格对各个功能严格进行测试以此来保证小程序的安稳运行。

3.5.2 交互性

基于微信小程序的课堂管理助手平台的操作设备大多集中在智能移动设备，因为智能移动设备的显示屏比较小。所以在设计平台时，我们应该注意功能模块按钮的大小尺寸，此外，各类功能按钮在设计时，要清楚明晰，使得学习者能够清楚地明白各个按钮的功能，学生端在接收教师端传输过来的作业时，势必会下载保存老师传输过来的资源，而资源下载通常需要花费一定的时间。为了避免学生产生焦虑的情绪， 在加载资源或进行操作时，程序都应该给出相应的友好提示。

3.5.3 页面清晰、统一

小程序由多个页面以及多个组件组成，在教师端和学生端的页面，应该具有统一的WXSS样式，包括按钮、字体颜色和字体大小等。杂乱的页面设计增加授课讲师和学生的使用负担，影响授课讲师和学生的操作体验。因此，在设计小程序页面时，页面提供能够满足功能需求的基本元素即可，避免在页面出现冗余的元素导致误操作的情况发生。

3.6 用户介绍

在本文开发的课堂管理助手中，应用的主要使用对象分 为教师，学生和系统管理员三组。所以，对应用的整体设计 大概可以成为三个部分，每个部分的权限和功能模块都不同。

3.6.1 学生用户

学生用户是整个应用人数最多的用户，同时也是权限最低的用户，学生用户可以使用签到功能，电子举手功能，作业接收功能。

3.6.2 教师用户

教师用户是整个系统的重要组成部分，只有当教师用户使用课堂管理功能开启课堂生成指令之后学生用户才可以使用指令签到功能和其他功能，教师用户也是作业功能、电子点名的发布方和举手功能的接收方。

3.6.3 管理员

管理员用户是整个系统权限最高的用户，管理员用户在云平台可以对所有用户信息进行增、删、改、查操作，还可以对数据库的内容进行完全的控制。当出现错误的信息数据时，管理员可以通过调整和修正信息来使整个系统安全运行。