大數(shù)據(jù)分析下大學生行為記錄和分析系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)*

馮麗露，高曉晶，康耀龍

（1.山西大同大學 教育科學與技術(shù)學院，山西 大同 037009；2.山西大同大學 計算機與網(wǎng)絡(luò)工程學院，山西 大同 037009）

大學是一個微型社會，教育管理方面相對比較自由。大學校園為學生提供自由發(fā)展空間的同時，由于監(jiān)管的不及時性、教學與管理的脫節(jié)，也存在著一定的管理安全隱患問題。為了能夠幫助學校、教師及時地掌握學生的在校行為，比如說學生的到課情況、作業(yè)完成情況、學期內(nèi)的請銷假情況、學生是否經(jīng)過同意擅自離校等，大學生行為記錄和分析系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，分析大學生的在校行為，有效地幫助學生管理部門、班級輔導(dǎo)員等及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，一定程度上規(guī)避了某些管理上的安全漏洞。

一、關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)的開發(fā)主要采用SSH框架，框架采用的主要技術(shù)是Struts2、Spring、Hibernate。Struts2是標準的 MVC框架，提供對控制層、模型層、視圖層的高效率快發(fā)；Spring提供依賴注入、AOP以及聲明式事務(wù)；Hibernate是一個優(yōu)秀的ORM框架，封裝了JDBC代碼，簡化數(shù)據(jù)訪問層（DAO）的操作。SSH架構(gòu)可以最大程度發(fā)揮框架的優(yōu)勢，使項目結(jié)構(gòu)高度優(yōu)化。

系統(tǒng)頁面主要采用的是JSP技術(shù)，編譯一次后會存入內(nèi)存，運行速度相對較快。后臺數(shù)據(jù)處理采用MySQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)，服務(wù)器利用輕量級的Tomcat服務(wù)器，Tomcat是免費開放源代碼的Web應(yīng)用服務(wù)器，操作簡單并且占用的資源少，在中小型系統(tǒng)與并發(fā)訪問用戶并不是很多場合下得到廣泛的使用。

大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)采用Deep Web數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，通過表單爬取從而獲得表單數(shù)據(jù)，對表單項的標簽，HTML中的id、name等進行模式識別，一旦發(fā)現(xiàn)與庫中字段相同或相近，則進行相關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)分析技術(shù)涉及確定數(shù)據(jù)分析目標、數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示和形成數(shù)據(jù)報告。

二、大學生行為記錄和分析系統(tǒng)需求分析

行為記錄就是數(shù)字化記錄在校大學生的行為，主要包括作業(yè)完成情況、出勤情況、請銷假情況、離校到校情況。將學生在校的并且能跟蹤記錄的情況通過互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息的數(shù)字化記錄和管理，方便學校各級教師、領(lǐng)導(dǎo)對學生行為的掌控和分析。行為記錄包括學生、代課教師、班主任三方面的記錄。

基于大數(shù)據(jù)的行為分析是本系統(tǒng)的核心，對行為記錄的所有信息進行匯總、統(tǒng)計、大數(shù)據(jù)分析。所有數(shù)據(jù)單純地存在系統(tǒng)中還是不能很直觀地展現(xiàn)每個學生的近期狀況，因此該系統(tǒng)在開發(fā)設(shè)計中增加數(shù)據(jù)分析的功能，以幫助教師、輔導(dǎo)員能很直觀地看到學生的整體情況以及每個學生的近期狀況。行為分析結(jié)果服務(wù)于四個方面，即學生、代課教師、班主任、院系領(lǐng)導(dǎo)。

后臺管理模塊主要是對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行管理維護，包括教師學生人員管理、角色管理、模塊管理、菜單管理、教師課程管理、教學基本信息等。本系統(tǒng)有學生、代課教師、班主任、系領(lǐng)導(dǎo)、院領(lǐng)導(dǎo)、代課教師+班主任、代課教師+系領(lǐng)導(dǎo)、代課教師+院領(lǐng)導(dǎo)、班主任+系領(lǐng)導(dǎo)、班主任+院領(lǐng)導(dǎo)等不同角色，不同用戶可具有多種角色，根據(jù)所包含的角色來控制菜單功能的顯示，只顯示當前角色所關(guān)心的內(nèi)容等。

三、大學生行為記錄和分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)總體包括三大功能模塊——行為跟蹤模塊、行為分析模塊、后臺管理模塊。行為跟蹤模塊的主要功能是實現(xiàn)在線情況下對學生的作業(yè)、出勤、請銷假、離校、到校等情況進行添加和修改，針對不同權(quán)限的用戶展示不同的功能。行為分析模塊的功能是對記錄的請銷假、離校留校、出勤、作業(yè)等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，分析結(jié)果可以查看詳細信息和綜合分析圖表報告。后臺管理模塊主要有用戶管理、角色管理、菜單管理、教師課程管理、教學基本信息管理等。如圖1所示。

圖1 大學生行為記錄和分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

四、大學生行為記錄和分析系統(tǒng)的實現(xiàn)

1.登錄模塊實現(xiàn)

對用戶輸入的用戶名、密碼、驗證碼進行校驗審核，審核通過之后根據(jù)用戶所屬的角色類顯示不同的功能操作。對于驗證失敗的信息做出相應(yīng)的提示，請求重新進行登錄。如圖2所示。

2.后臺管理模塊實現(xiàn)

后臺管理模塊中的菜單內(nèi)容根據(jù)不同角色用戶顯示的功能各不相同。管理員進入后臺系統(tǒng)中顯示用戶、模塊、菜單、角色、基本教學信息等管理模塊，即可進行相應(yīng)管理操作。如角色管理模塊包括角色的添加、修改操作，為每個角色分配相應(yīng)的功能，通過對角色的控制，實現(xiàn)不同人員可執(zhí)行操作的不同功能，如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)登錄頁面

圖3 角色管理功能頁面

3.學生行為跟蹤模塊實現(xiàn)

學生行為跟蹤模塊主要完成學生作業(yè)、出勤、請銷假、離校到校等情況的跟蹤記錄。由原先紙質(zhì)記錄的離校到校登記、請銷假登記、出勤、作業(yè)完成等學生基本情況均通過本系統(tǒng)實現(xiàn)。不同用戶顯示的內(nèi)容不同，主要的操作角色是學生、系領(lǐng)導(dǎo)、院領(lǐng)導(dǎo)。學生需要完成的操作是請假申請、銷假申請、離校登記、到校登記等；代課教師需要完成的是出勤的記錄以及作業(yè)情況的記錄；輔導(dǎo)員及院系領(lǐng)導(dǎo)需對學生的請銷假申請做出相應(yīng)的核實。

以學生用戶請銷假界面為例，該界面中顯示學生所有的請假情況，并且學生可以根據(jù)所選擇的不同條件進行信息的篩選等。學生還可以填寫申請單提交申請等待教師的審核，在班主任還未對請假的信息做出任何處理之前，學生可對申請的信息執(zhí)行撤回操作，如圖4所示。

請銷假跟蹤的核心代碼如下：

圖4 學生請假申請列表

4.學生行為分析模塊實現(xiàn)

學生行為分析模塊是整個系統(tǒng)的核心。該模塊主要針對學生跟蹤模塊收集到的所有數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行分析、統(tǒng)計，生成報表。通過圖表分析的功能，如作業(yè)分析功能，班主任關(guān)注的是每個學生的基本情況以及學生的詳細情況；任課教師關(guān)注的是所帶班級的整體情況以及學生的詳細情況；系領(lǐng)導(dǎo)和院領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注的是整個系、整個專業(yè)的完成情況。因此將該模塊分為個人課程作業(yè)分析、班級作業(yè)分析和院系作業(yè)分析三個子模塊。

以班級作業(yè)分析為例，該模塊只對班主任開放，針對班主任的關(guān)注點將頁面同樣分為兩部分：上面部分是每個學生的行為情況，比如說曠課率、請假率、作業(yè)未完成率等；下面部分是對圖表的詳細解釋，即學生的詳細情況。該模塊還具有報表導(dǎo)出的功能，將頁面中呈現(xiàn)的所有信息以表格形式導(dǎo)出，如圖5所示。

圖5 班級作業(yè)分析頁面

作業(yè)分析圖表核心代碼如下：

五、系統(tǒng)測試

軟件的測試貫穿在整個系統(tǒng)開發(fā)中，在開發(fā)初期時刻伴隨測試，可以確保系統(tǒng)的完整可復(fù)用性；在開發(fā)完成之后進行測試，是確保上線系統(tǒng)不會造成損失；維護階段的測試，是保證系統(tǒng)的長效運行。所以測試在系統(tǒng)生命周期中是不可避免的。

安全測試主要是測試學生行為跟蹤和分析系統(tǒng)各個頁面的安全性，在用戶并沒有登錄系統(tǒng)的時候，就直接在瀏覽器地址欄輸入http://localhost/WEB-INFO/login.jsp。此地址是管理員用戶的首頁安全地址，看能否打開操作，操作結(jié)果顯示HTTP Status 404。經(jīng)過開發(fā)小組的測試和一個班級的整體測試，全面發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可能存在問題，多次修改和對BUG調(diào)試，使系統(tǒng)可以順利完成所需功能的運行。

在系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程中，綜合分析大學生管理中主要關(guān)心的行為點，以及存在的管理漏洞，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，從不同層次、不同角度、不同范圍分析數(shù)據(jù)，為輔導(dǎo)員和不同級別管理人員提供可視化的分析結(jié)果，從而快速發(fā)現(xiàn)問題，有利于及時解決大學生管理中存在的問題。該系統(tǒng)也還存在一定的不足之處，功能仍需完善，需要不斷改進。