摘 要

随着移动互联网技术快速发展，微信已经成为中国首个具有十亿以上月活跃用户的手机软件。微信公众平台正在缓缓走进人们的日常生活并对其产生越来越大的影响，对教育领域也同样如此。传统课堂的效率不高，特别是课堂签到环节，本文将微信公众平台运用到传统课堂，提出了基于微信公众号的智能助教系统，此系统用于辅助课堂教学，目的在于营造良好课堂氛围、提高课堂效率。

本论文设计并实现了智能助教系统，其研究内容具体如下：1、智能助教系统的总体功能概述与需求分析。2、基于Spring Boot的后台管理系统的设计与实现，此系统专门为教师而设计，给教师提供班级管理、班级成员管理以及课堂签到等功能。3、微信公众号的设计与实现，此公众号用户是高校学生，主要是为学生提供扫描二维码签到等功能。研究结果表明了基于Spring Boot的开发方法能显著提高开发效率，智能助教系统的在线签到功能也能够提高课堂效率。

关键词：微信公众号；智能助教；Spring Boot；扫描二维码签到

Abstract

With the rapid development of mobile Internet technologies, WeChat is already the first mobile phone software in China with more than one billion monthly active users. The WeChat public platform is slowly moving into people’s daily lives and exerting more and more influence on them, and so does the education field. Traditional classrooms are not efficient, especially in the classroom check-in sessions. This article applies the WeChat public platform to traditional classrooms and proposes the Intelligent Teaching System based on the WeChat public number. This system is used to assist classroom teaching and then aims to create a good classroom atmosphere and improve classroom efficiency.

This article designed and implemented the Intelligent Teaching System. Its research contents are as follows: 1.The overall function description and requirement analysis of The Intelligent Teaching System. 2.The design and implementation of the backstage management system based on Spring Boot, the system is designed specifically for teachers and provides teachers with functions such as class management, class member management, and class check-in. 3.The design and implementation of the WeChat public number. The WeChat public number’s user is college students, and it mainly provides students with functions such as scanning two-dimensional code to sign in. The research results show that the development method based on Spring Boot can significantly improve the development efficiency, and the online sign function of The Intelligent Teaching System can also improve the classroom efficiency.

Key Words：WeChat public number；Intelligent teaching；Spring Boot；Scan two-dimensional code to sign in

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 研究现状 1

1.2.1 Spring Boot开发的研究现状 1

1.2.2 智能助教系统的研究现状 2

1.3 论文研究的主要内容 2

1.4 论文组织结构 2

第2章 智能助教系统的分析与设计 4

2.1 智能助教系统总体功能概述 4

2.2 系统的需求分析 4

2.2.1 后台管理系统的需求分析 4

2.2.2 微信端的需求分析 6

2.3 系统的设计 7

2.4 本章小结 7

第3章 智能助教后台管理系统的设计及实现 8

3.1 基于Spring Boot的应用开发流程 8

3.2 智能助教后台管理系统的设计 8

3.2.1 后台管理系统设计概述 8

3.2.2 后台管理系统数据库设计 8

3.2.3 后台管理系统功能模块设计 10

3.3 智能助教后台管理系统的实现 14

3.3.1 相关技术介绍 14

3.3.2 主要功能模块的实现 15

3.4 智能助教后台管理系统的测试 19

3.5 本章小结 20

第4章 微信端的设计及实现 21

4.1 微信公众平台开发前的准备工作 21

4.1.1 微信公众平台概述 21

4.1.2 公众号开发概述 21

4.1.3 调试工具 22

4.1.4 内网转发工具 22

4.2 微信端的设计 23

4.2.1 交互界面的设计 23

4.2.2 自定义菜单的设计 23

4.3 微信端的实现 24

4.3.1 微信公众平台开发的接入 24

4.3.2 微信access_token的获取以及定时刷新机制 25

4.3.3 自定义菜单的实现 26

4.3.4 微信扫一扫加入班级和扫一扫签到的实现 27

4.4 微信端的测试 28

4.5 本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 进一步工作方向 30

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着时代的发展，智能手机普及率越来越高^[1]，而微信作为智能手机上的一个具有庞大用户数量的手机软件，正在不断地渗透进人们的日常生活，悄悄地改变着人们的生活习惯。与此同时，伴随着移动互联网的快速发展，将先进技术应用到教育领域已是大势所趋^[2]。高校内几乎所有大学生都在使用着微信，并且通过二维码，微信上的信息分享变得十分方便。因此，高校里面有很多业务场景都非常适合布局在微信这个极为便捷灵活的平台上面去，比如用来辅助教学的智能助教系统。传统课堂效率比较低下，特别是签到环节。通过智能助教系统进行签到，每个学生只需打开微信，扫一扫二维码即可签到，最重要的是学生可以同时进行签到，节省了等待时间，简单快捷。

如今敏捷开发在国内越来越流行，开发过程中经常面临需求变化，因此，开发者们都寻求一种简单方便快捷的方法来开发、构建以及部署项目，于是Spring Boot诞生了。Spring Boot设计目的是用来简化新Spring应用的初始搭建以及开发过程^[3]。

1.2 研究现状

1.2.1 Spring Boot开发的研究现状

初学者在学习传统Spring项目开发的时候，最令人懊恼的莫过于Spring的配置。可能在花了大量的时间配置项目之后，他们也没能把项目运行起来。对于比较有经验的开发者来说，最令人烦恼的也是Spring复杂的XML配置文件。为了解决这个问题，Spring Boot诞生了，Spring Boot是一个让Spring项目开发变得简单、快捷的框架，使用它进行开发只需要极少的配置，开发人员能很大程度的减少其工作量。使用Spring Boot开发HelloWorld程序只需要十行以内的代码^[4]。除此之外，Spring Boot中集成了大量易于使用的基础框架，如日志框架、内嵌容器、持久化框架等。

如今敏捷开发、微服务架构等理念越来越流行，这些理念都讲究快速开发，而传统Spring项目配置复杂，开发速度慢，而Spring Boot凭借其快速开发的特点越来越受到开发者的欢迎。微服务是一种架构风格^[5]，这种架构风格下的大型Web应用一般都是由多个微服务组成，可以将每个微服务看成是一种比较小的且相对独立的Web应用。这种小的Web应用使用传统Spring进行开发显然效率太低，而Spring Boot能够帮助开发人员快速开发和部署项目，因此它非常适合作为各个微服务的开发框架。

Spring Boot不是国内开发的框架，因此它大部分文档都是英文的。虽然大多数文档在网上都能找到中文版，但为了准确，国内研究者都会选择去阅读英文原版文档。Spring Boot开发方法也有其缺点，许多国内开发者认为它不稳定，容易出现难以发现的问题。主要是因为国内外开发者在Spring Boot上的实践还不够，以致于相关文档太少，因此在他们的项目出现问题时候，他们经常无法在技术社区上找到解决方案。

1.2.2 智能助教系统的研究现状

国内方面，麦克斯智能助教系统（Mita）受到许多高校的欢迎，并且已经正式在课堂中使用。当然，国外也有一些辅助教学系统如Moodle和Blackboard，但是这与Mita相比有比较大的区别。它们的应用场景是不一样的，Moodle在网络课堂用的比较多，而Blackboard主要是针对课下的收交作业、课件共享和讨论区功能。反观Mita，它针对的是传统课堂，不管是课上还是课下，只要是与课堂相关且有用的功能，它都会去关注。

1.3 论文研究的主要内容

本论文基于对智能助教系统是否能提高课堂效率进行调研的基础上，利用现有的软件工程方法，设计并实现了一个智能助教系统，本系统涵盖了两个部分，分别为供教师使用的后台管理系统和供学生使用的微信公众号。

本论文的主要研究内容包括如下：

1、后台开发的主要技术的研究，包括基于Spring Boot开发方法的研究、SSM框架（Spring SpringMVC Mybatis）的研究以及B/S、Mysql数据库的研究。

2、前端和微信端开发的主要技术的研究，包括所使用的前端框架的研究和微信公众平台相关接口的研究。

3、根据软件工程的思想，首先对智能助教系统进行总体的功能描述，然后分别对后台管理系统和微信公众号进行详细的需求分析并撰写需求规格说明书，为之后的工作打好基础。

4、在需求分析的基础上，完成后台管理系统的总体设计、数据库设计和功能模块设计，此外，还需要完成微信端的自定义菜单设计、交互设计以及相关接口的设计。

5、后台管理系统和微信公众号的具体实现以及测试。

1.4 论文组织结构

本论文共分为5个章节，具体章节主要内容如下

第1章为绪论，首先介绍了本课题的研究背景与意义，然后分开说明了Spring Boot开发的研究现状与智能助教系统的研究现状，最后概述本论文研究的主要内容。

第2章为智能助教系统的分析与设计，首先是对智能助教系统的总体功能做一个简单的描述，然后将整个智能助教系统分为学生端使用的微信公众号和教师端使用的后台管理系统两部分，并将它们分开进行需求分析。

第3章为智能助教后台管理系统的设计及实现，首先简单讲解了Spring Boot的应用开发流程，接着详细阐述智能助教后台管理系统的设计思路，然后再说明系统开发过程中所使用到的技术和方法，最后再对系统进行功能上的测试。

第4章为微信端的设计及实现，首先介绍了微信公众平台开发使用的相关技术和工具，然后讲诉微信端的一些设计思路，最后说明如何利用这些技术和工具实现公众号的开发。

第5章为总结与展望，首先对论文工作进行总结，然后确定进一步的工作方向，也就是智能助教系统有哪些可以改进的地方。

第2章 智能助教系统的分析与设计

2.1 智能助教系统总体功能概述

做需求分析之前必须明确总体目标，智能助教微信系统旨在用技术点亮课堂，让教学变得更加省力和有效。本智能助教系统以传统课堂为基础，专注于传统课堂的低效与不足之处，用现代技术手段来提高课堂效率。传统课堂的签到效率低下，本智能助教系统主要针对这一问题，结合微信公众平台以及二维码等技术，实现课堂的扫一扫签到功能。具体来说，智能助教微信公众号的功能主要是扫一扫加入班级、扫一扫签到等功能，而这些功能都是供学生使用的。但是，智能助教系统除了学生使用之外，教师也需要使用，因此，智能助教系统还需要一个后台管理系统提供给教师使用，主要给教师提供班级管理、班级签到等功能。

2.2 系统的需求分析

2.2.1 后台管理系统的需求分析

智能助教后台管理系统是专门提供给教师使用的，本节以这点为基础进行功能性需求分析。首先画出总的需求用例图（如图2.1所示），然后对各个模块进行详细说明，最后再进行详细的功能用例的描述。

图2.1 后台管理系统需求用例图

各个模块详细说明如下：

1、登录部分给教师提供登录后台管理系统功能。

2、注册部分给教师提供注册登录账户功能。

3、个人中心部分给教师提供个人信息修改、密码修改、注销当前用户等功能。

4、班级管理部分给教师提供创建新班级、解散班级、查看班级详细信息、班级成员管理等功能。

5、签到部分给教师提供签到功能，教师点击签到按钮选择某一个班级后开始签到。

由于功能用例的数量较多，下面展示两个比较有代表性的功能用例描述，也就是班级管理功能用例描述（如表2.1所示）和班级成员管理功能用例描述（如表2.2所示）。

表2.1 班级管理功能用例描述

表2.2 班级成员管理功能用例描述

2.2.2 微信端的需求分析

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