農(nóng)村留守兒童學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計淺析

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【摘要】學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)是基于永州市的留守兒童現(xiàn)狀進(jìn)行深入的調(diào)查和分析而研發(fā)，系統(tǒng)基于B/S構(gòu)建，采用JAVA、Vue.js等技術(shù)實現(xiàn)。主要功能模塊有系統(tǒng)管理、用戶信息管理、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理，系統(tǒng)在預(yù)警時可依據(jù)在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)及考試成績的結(jié)果進(jìn)行預(yù)警處理，可促進(jìn)家校溝通，讓家長及時了解孩子的學(xué)業(yè)狀況，對留守兒童學(xué)習(xí)成績提升起到積極促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】留守兒童；預(yù)警；JAVA；Vue.js

引言

我國留守兒童的學(xué)業(yè)問題是當(dāng)前社會，尤其是教育系統(tǒng)非常關(guān)注的一個熱點(diǎn)[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，農(nóng)村學(xué)生與城市學(xué)生的學(xué)習(xí)成績差距越來越大[2]。造成這種現(xiàn)象的主要因素除了學(xué)校的軟硬件之外，還有家庭因素、文化基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)習(xí)慣和個人性格等。如何科學(xué)系統(tǒng)地分析以上因素的相關(guān)性和影響程度，以幫助學(xué)校進(jìn)行教學(xué)管理模式改革，加強(qiáng)家校溝通，及時提醒家長孩子學(xué)業(yè)所存在的問題顯得非常重要。建立一個完善的農(nóng)村留守兒童學(xué)業(yè)成績預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合第三方學(xué)習(xí)平臺產(chǎn)生的教育數(shù)據(jù)來進(jìn)行系統(tǒng)分析是一個很好的解決方案。本文闡述了學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)過程，該系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、用戶管理、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理三大模塊，旨在促進(jìn)家校溝通，讓家長及時了解孩子的學(xué)業(yè)狀況，為留守兒童學(xué)習(xí)成績的提升起到一個積極的促進(jìn)作用。

1系統(tǒng)功能需求

學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)的實現(xiàn)需要基于系統(tǒng)用戶、在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、考試成績等數(shù)據(jù)的管理和處理，在一定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計基礎(chǔ)上，更好地對留守兒童學(xué)習(xí)狀態(tài)有合適的描述和表達(dá)，因此，系統(tǒng)的功能模塊需要分成三大模塊，即系統(tǒng)管理模塊、用戶信息管理模塊、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理模塊。詳見圖1系統(tǒng)功能模塊圖。

1.1系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理分三個子模塊，分別是班級管理、課程管理、用戶權(quán)限管理。（1）班級管理。由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)班級的添加、修改、刪除，系統(tǒng)管理員可以通過已有的電子表格數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入班級相關(guān)學(xué)生數(shù)據(jù)。（2）課程管理。由系統(tǒng)管理員或相關(guān)權(quán)限人員負(fù)責(zé)對課程信息的增刪改查。（3）權(quán)限管理。系統(tǒng)中的用戶設(shè)管理員、老師、家長、學(xué)生四個角色。用戶權(quán)限管理應(yīng)該具有不同層級權(quán)限的角色管理，例如管理員（可分為系統(tǒng)管理員和普通管理員，其中系統(tǒng)管理員權(quán)限最高）可以對用戶進(jìn)行權(quán)限分配，老師、學(xué)生、家長各自權(quán)限不同。普通管理員可以管理相應(yīng)老師、學(xué)生、課程信息；學(xué)生可查看自己的信息；家長可查看孩子成績，修改自己的信息。不同角色對應(yīng)不同業(yè)務(wù)權(quán)限，使系統(tǒng)權(quán)限的劃分更加清晰。

1.2用戶信息管理

管理員可以對教師、學(xué)生、家長等用戶信息進(jìn)行增、刪、改、查；教師可以對他擁有權(quán)限的班級學(xué)生信息進(jìn)行查看，學(xué)生可以查看自己賬號信息，家長可以查看并修改自己的用戶信息。

1.3學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理

（1）在線數(shù)據(jù)統(tǒng)計。學(xué)校若與第三方在線學(xué)習(xí)平臺合作，系統(tǒng)能根據(jù)第三方平臺提供的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以獲得學(xué)生學(xué)習(xí)過程的一些特性。（2）成績信息管理。管理員可以對課程信息進(jìn)行增、刪、改、查，教師對權(quán)限內(nèi)的學(xué)生成績在一定時間限度內(nèi)可以增、刪、改。在提交成績后，可以永久查詢，學(xué)生在系統(tǒng)開放后可以查詢成績。（3）預(yù)警管理。系統(tǒng)具有預(yù)警功能，管理員可以根據(jù)學(xué)校的實際情況設(shè)置預(yù)警方向。一為成績預(yù)警，依據(jù)考試成績的情況進(jìn)行預(yù)警；二為根據(jù)在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合成績進(jìn)行預(yù)警。對于成績預(yù)警，管理員可以根據(jù)不同的年級及考試情況，給予不同情況下的預(yù)警等級劃分。比如初中、小學(xué)的期中、期末考試預(yù)警，可以從整體考試結(jié)果來進(jìn)行預(yù)警，也可以對一學(xué)期中某單科連續(xù)不及格情況進(jìn)行預(yù)警等。預(yù)警分為三個等級，即一級、二級、三級。對于有第三方在線學(xué)習(xí)平臺的學(xué)校，給學(xué)生家長發(fā)送預(yù)警時，同時從學(xué)生學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)方法、家長陪伴等方面給予基本的建議和提醒。

2系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S[3,4]架構(gòu)，運(yùn)用MVVM（Model-View-ViewModel）框架[5,6]進(jìn)行設(shè)計，MVVM即模型層結(jié)構(gòu)（Model）、視圖層（View）、視圖模型層（ViewModel）。視圖層（View）主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的展示以及用戶與系統(tǒng)的交互。通過login、manager、student等系統(tǒng)視圖組件組成，login與regist組件是登錄和注冊的界面組件，其余組件分別代表學(xué)生界面組件、管理員界面組件、教師界面組件、家長界面組件，分別對應(yīng)不同系統(tǒng)角色的交互界面。視圖模型（ViewModel）層將后端獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換做二次封裝生成符合視圖層使用預(yù)期的視圖數(shù)據(jù)模型。視圖模型層與視圖層是雙向數(shù)據(jù)綁定的，當(dāng)用戶與視圖層進(jìn)行交互時視圖層會將交互數(shù)據(jù)通過雙向數(shù)據(jù)綁定的方式傳遞到視圖模型層，根據(jù)模型層的要求，視圖模型層會對這些交互數(shù)據(jù)進(jìn)行處理然后通過Axios工具傳遞給模型層提供的接口。除此之外模型層回傳的數(shù)據(jù)也會通過接口以JSON數(shù)據(jù)格式傳遞給視圖模型層，經(jīng)過視圖模型層的加工處理再通過雙向數(shù)據(jù)綁定傳遞給視圖層用于展示。模型層（Model）包括了后端的各種業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)操控，主要工作是圍繞數(shù)據(jù)庫展開的。視圖模型層傳遞數(shù)據(jù)或者獲取數(shù)據(jù)時會根據(jù)模型層提供的接口來進(jìn)行工作。

2.2系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)

系統(tǒng)研發(fā)過程中后端采用Java、Python語言及SpringBoot、Mybatis、Swagger框架技術(shù)；前端運(yùn)用Vue.js2.0、Node.js、IViewUI模板，使用Axios對接接口；采用MySQL、Redis進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

2.3數(shù)據(jù)流程

客戶機(jī)通過WEB瀏覽器向服務(wù)器發(fā)起訪問請求，服務(wù)器對訪問請求解析，將解析后的SQL命令提交給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)解析命令后將處理結(jié)果返回至服務(wù)器，然后經(jīng)過服務(wù)器處理后再返回給客戶端。體系結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。在用戶與View層進(jìn)行交互時，與View層對應(yīng)的ViewModel層會通過雙向數(shù)據(jù)綁定獲取到用戶與View層的交互數(shù)據(jù)，然后對其進(jìn)行處理，并通過Axios工具以請求數(shù)據(jù)的格式發(fā)送到Model層，Model層接受到請求數(shù)據(jù)后執(zhí)行對應(yīng)的指令，然后將數(shù)據(jù)以JSON的格式返還給ViewModel層，經(jīng)ViewModel層處理過后在View層根據(jù)要求展示給用戶，具體過程如圖3所示。

2.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括概念模型、邏輯模型、物理模型等設(shè)計[7]，其目的是為系統(tǒng)設(shè)計合適的數(shù)據(jù)庫，以保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性。本系統(tǒng)概念模型結(jié)構(gòu)如圖4所示。結(jié)合系統(tǒng)概念模型和實際所需，系統(tǒng)數(shù)據(jù)表分為兩大類：用戶類、非用戶類兩個方面。（1）用戶類主要有管理員、教師、學(xué)生、家長，設(shè)計數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時會根據(jù)用戶角色的不同設(shè)計不同的角色用戶表。以Teacher表（教師表）為例，展示了教師用戶的物理結(jié)構(gòu)，具體如表1所示。（2）系統(tǒng)中除了用戶角色還有一些其他的信息表，如課程、班級、測試成績、任教表等，除此之外由于系統(tǒng)采用客戶端渲染，因此還有一個功能表用于存儲各個角色所具備的交互功能，當(dāng)?shù)卿浤硞€角色用戶時會展示不同的功能。Class表存儲著班級信息，具體如表2所示。

2.5功能模塊的實現(xiàn)

（1）用戶注冊登錄功能。用戶注冊登錄功能是為了保證系統(tǒng)功能只有授權(quán)用戶才能使用的一項子功能，是用戶實現(xiàn)與系統(tǒng)進(jìn)行交互的第一個步驟。當(dāng)用戶使用賬號密碼、賬號角色登錄后，Signin按鈕綁定的click事件會隨之發(fā)生，將輸入框內(nèi)的數(shù)據(jù)和選定的賬號角色I(xiàn)D通過Axios工具傳給后臺，由后臺在數(shù)據(jù)庫內(nèi)進(jìn)行搜索判定是否為合法用戶。搜索完后會將結(jié)果傳給前端，如果是非法用戶會給出一個error信息，如果是合法用戶則會對該用戶的部分信息進(jìn)行二次加密，以token的形式傳遞給前端作為其跳轉(zhuǎn)頁面后使用功能的憑證，前端則會將用戶token保存在Session里，當(dāng)用戶退出系統(tǒng)后會自動清空Session里的token數(shù)據(jù)，系統(tǒng)注冊登錄功能流程如圖5所示。（2）成績錄入。教師登錄進(jìn)入系統(tǒng)主界面，點(diǎn)擊主菜單的添加成績成績按鈕，根據(jù)自己的需求在固定選項中選擇對應(yīng)的考試和課程，然后分別填入要錄入成績的學(xué)生學(xué)號與成績，最后點(diǎn)錄入按鈕觸發(fā)內(nèi)置的click事件，前端會將錄入的數(shù)據(jù)打包通過Axios經(jīng)接口傳給后端，后端對打包數(shù)據(jù)處理后會形成對應(yīng)的SQL命令在數(shù)據(jù)庫內(nèi)執(zhí)行，然后將執(zhí)行結(jié)果回傳給前端。（3）成績查詢。被授權(quán)的管理員（班主任等）可以查詢班級成績。成績數(shù)據(jù)管理功能區(qū)共包括兩個部分，一個部分是查詢區(qū)。查詢需要有考試類別、年級、班級、時間四個查詢條件，只有當(dāng)全部選好后點(diǎn)擊查詢才會顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。第二部分為數(shù)據(jù)展示區(qū)，當(dāng)查詢區(qū)選定查詢條件點(diǎn)擊查詢后才會展示相應(yīng)數(shù)據(jù)，同時對老師只展示與其教授課程對應(yīng)的科目成績。（4）預(yù)警。管理員在后臺設(shè)置好預(yù)警觸發(fā)條件后，當(dāng)時機(jī)達(dá)到時，系統(tǒng)會讀取數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)內(nèi)容，通過發(fā)送郵件的方式給學(xué)生家長發(fā)送預(yù)警信息，如圖6的預(yù)警功能流程圖所示，初中生以成績不及格課程數(shù)3門為界，小學(xué)生以2門課程為界。實際操作中，可以根據(jù)情況設(shè)定預(yù)警條件是幾門課程。如果校方有合作在線學(xué)習(xí)平臺，系統(tǒng)在預(yù)警前會讀取根據(jù)在線平臺提供的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合考試成績給出綜合評價。

3系統(tǒng)測試

3.1功能測試

本系統(tǒng)通過使用黑盒測試方法，分別對普通用戶與管理員用戶進(jìn)行了功能測試，測試了用戶登錄、注冊、數(shù)據(jù)修改查詢、成績導(dǎo)入、預(yù)警等功能，測試結(jié)果正常，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計的各項基本要求。

3.2非功能性測試

非功能性測試是針對系統(tǒng)整體運(yùn)行環(huán)境的一種檢測，主要包括操作系統(tǒng)兼容性測試和瀏覽器兼容性測試。非功能性測試是除功能性測試之外另一種加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的測試，對系統(tǒng)的兼容性和瀏覽器的兼容性測試如表3和表4所示。瀏覽器中IE11已經(jīng)過時，不支持很多前端的關(guān)鍵詞與特性，在此IE11僅作為一種瀏覽器兼容測試用例對比。

4總結(jié)

本文針對學(xué)生學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)和系統(tǒng)測試。預(yù)警系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，MVVM設(shè)計模式，利用java、Python技術(shù)，vue.js框架以及MySQL與Redis數(shù)據(jù)管理分別實現(xiàn)了系統(tǒng)管理、用戶信息管理、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理等。對學(xué)生在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析并加以運(yùn)用到預(yù)警中來，促進(jìn)家校雙方對學(xué)生的了解。然而在實現(xiàn)中仍有許多的不足，某些地方考慮尚不夠完善，如在線學(xué)習(xí)信息的收集與分析還存在一定的差距，本系統(tǒng)僅簡單考慮了學(xué)生學(xué)習(xí)時長、做題速度、學(xué)習(xí)次數(shù)等，對學(xué)生學(xué)習(xí)時的心理狀態(tài)并未關(guān)注，也并沒有全面分析在線學(xué)習(xí)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。希望在以后的研發(fā)中能夠逐步地完善這些問題。

作者:文昕 杜丹蕾 聶力 韋美雁 單位:湖南科技學(xué)院信息工程學(xué)院