基于大數(shù)據(jù)分析的學生管理平臺設計與實現(xiàn)

張軍 葉成景 葉玫

摘? 要：大數(shù)據(jù)時代，高效的信息管理有著迫切的現(xiàn)實需求。本文立足于各院校關心的學生管理信息，采用大數(shù)據(jù)技術采集及清洗各類數(shù)據(jù)，并通過設計各類規(guī)則庫自動運算，從班級、個人兩個維度的成績管理、考勤管理、獎懲管理三個類別的分析及可視化，設計實現(xiàn)了一種學生信息管理平臺。該平臺可提供學生學習情況、課堂考勤等的關鍵事件、異常行為的快速提取，自動分析，可視化呈現(xiàn)，便于院校進行精準的學生信息管理。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)技術;分析;信息管理;平臺

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）20-0006-04

Design and Implementation of Student Management Platform

Based on Big Data Analysis

ZHANG Jun，YE Chengjing，YE Mei

（Guangdong Polytechnic of Science and Technology，Zhuhai? 519090，China）

Abstract：In the era of big data，efficient information management has an urgent practical demand. Based on the studentsmanagement information concerned by colleges and universities，this paper adopts big data technology to collect and clean all kinds of data，and through designing various rule bases for automatic calculation，analyzing and visualizing the three categories of performance management，attendance management，and reward and punishment management in the two dimensions of class and individual，a student information management platform is designed and implemented. The platform can provide fast extraction，automatic analysis and visual presentation of key events and abnormal behaviors of studentslearning situation and class attendance，which is convenient for colleges and universities to carry out accurate student information management.

Keywords：big data technology;analysis;information management;platform

0? 引? 言

在大數(shù)據(jù)時代，作為現(xiàn)代學校管理工作中的重要組成部分——學生管理，通過建立基于大數(shù)據(jù)技術應用的學生管理分析平臺是必然趨勢，同時也是提升學生工作管理效率的重要途徑。

大數(shù)據(jù)應用在學生管理方面的案例越來越多，很多院校已經(jīng)開展相應的嘗試。例如2016年3月，南京理工大學的三百多名學生突然發(fā)現(xiàn)飯卡里多了十幾元到幾百元不等的錢[1]，這是學校對學生在學校食堂用餐消費情況進行了數(shù)據(jù)分析和篩選，整個過程基于數(shù)據(jù)自動分析處理并在學生不知情的情況下進行，既維護了學生的自尊心，又提高了篩選的準確性，可以看出注重數(shù)據(jù)價值為優(yōu)化學生管理工作提供新的思路。與此同時，隨著高?！爸腔坌@”的加速建設，信息化平臺的日臻完善，各信息孤島逐一被打破，使得構建基于“大數(shù)據(jù)”的高校學生管理分析系統(tǒng)成為了可能和必要。依托本平臺立項的2020年廣東省教學改革研究與實踐項目和廣東科學技術職業(yè)學院科研項目“基于大數(shù)據(jù)應用的學生管理分析系統(tǒng)”等，采集在校生基本信息、成績、考勤等數(shù)據(jù)并統(tǒng)計分析，通過圖表形式實現(xiàn)可視化呈現(xiàn)。

1? 平臺設計

大數(shù)據(jù)的價值不僅體現(xiàn)在大規(guī)模的數(shù)據(jù)量，更重要的是數(shù)據(jù)分析[2]。目前院校各業(yè)務系統(tǒng)（教務、考勤等）在一定程度上實現(xiàn)了學生日常管理的科學化、規(guī)范化，但如何在龐大的學生數(shù)據(jù)中分析挖掘有價值的信息，實現(xiàn)在校學生學習情況、課堂考勤等的關鍵事件、異常行為的快速提取，自動分析，數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)，是各院校學生工作管理普遍關注的問題[3]。本平臺從我校學生管理工作實際出發(fā)，運用大數(shù)據(jù)技術采集、清洗各類數(shù)據(jù)，通過設計各類規(guī)則庫自動運算，開發(fā)實現(xiàn)從班級、個人兩個維度的成績管理、考勤管理、獎懲管理三個類別的分析及可視化的學生信息管理平臺[4]。

1.1? 設計構想

平臺與學校信息中心、學生處協(xié)同合作，依托信息中心大數(shù)據(jù)源，以學校學生管理任務為中心，以大數(shù)據(jù)應用為技術鏈條，主要開展的工作有：（1）分散、獨立子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的標準化。目前高職院校對學生的信息管理設計的部門較多，具體部門管理內(nèi)容也不同，主要包括對學生的學籍管理、基本信息管理、成績管理、貧困助學管理等十幾個方面，平臺擬采集學生成績信息（教務系統(tǒng)）、學生上課出勤信息（考勤系統(tǒng)）、學生飯?zhí)孟M信息和圖書借閱信息（一卡通系統(tǒng)），將以上不同平臺的各類數(shù)據(jù)格式通過ETL工具（kettle）抽取、轉(zhuǎn)化，裝載到MySQL數(shù)據(jù)庫中儲存與管理;（2）建立學生管理規(guī)則庫。本平臺設置學生貧困資助、獎學金評優(yōu)、學生紀律處分、成績預警等四個規(guī)則庫，規(guī)則的參數(shù)指標量化的合理性一方面結合學校學生管理各項制度及方法，并分析規(guī)則庫之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過相關算法優(yōu)化各指標參數(shù)的比重，在保證規(guī)則公平性的前提下，又滿足個體差異性及彈性;（3）基于Hadoop主流大數(shù)據(jù)平臺，運用Python開發(fā)語言等大數(shù)據(jù)技術手段，以實現(xiàn)院校學生管理駕駛窗為目的，開發(fā)一套全自主智能數(shù)據(jù)采集、清洗、存儲、分析、可視化的學生管理分析平臺，助力學校智慧校園建設。平臺實現(xiàn)技術路線如圖1所示。

1.2? 總體結構設計

隨著高校規(guī)模不斷擴大，來自不同地區(qū)的學生數(shù)量也急劇增加，有關學生的各種信息量也成倍增長[5]，高校收錄的新生個人信息各不相同且數(shù)量龐大，如何有序的整理大量新生的個人信息，更好分配生源班級;如何了解學生未來的行為和成績，使學生管理人員能更輕松、無誤地完成各項工作。針對傳統(tǒng)學生管理工作實時性不強、信息化程度不高等弊端，構建基于大數(shù)據(jù)技術的學生管理系統(tǒng)，符合學校智慧校園建設理念，亦是平臺設計的一個主要構建思想。

學生信息管理平臺主要為學校學生處大量業(yè)務處理工作而開發(fā)的管理系統(tǒng)，主要用于學校學生管理，總體任務是實現(xiàn)學生關系的系統(tǒng)化、科學化、規(guī)范化和自動化，其主要任務是用信息化對學生進行日常管理?？蓮膫€人、班級、TOP5、地區(qū)等方面來分析每位學生在校的表現(xiàn)情況，公開、公平、公正地實現(xiàn)學校評優(yōu)、助學、預警全過程數(shù)字化分析，并運用圖表形式可視化呈現(xiàn)出來。在信息交通如此發(fā)達的時代，學生信息管理平臺將為高校的學生信息管理提供更加強大的信息處理能力[6]。所設計的管理平臺總體結構與功能如圖2所示。

1.3? 關鍵功能分析

1.3.1? 系統(tǒng)管理

本模塊主要有登錄、數(shù)據(jù)管理、退出功能。登錄類型分為系統(tǒng)管理員與普通用戶，選擇登錄類型，輸入正確的用戶名與密碼，即可成功登錄;數(shù)據(jù)管理是學生成績、考勤等數(shù)據(jù)的導入接口，實現(xiàn)學生數(shù)據(jù)的上傳、清洗、存儲等一鍵入庫操作。

1.3.2? 個人信息分析

成績分析：通過展開所選班級人員名單，可選擇顯示學生個人的總分、算術平均分以及排名等數(shù)據(jù)。

考勤分析：通過展開所選班級人員名單，可選擇顯示學生個人的曠課總節(jié)數(shù)、事假總節(jié)數(shù)、病假總節(jié)數(shù)、公假總節(jié)數(shù)、遲到總節(jié)數(shù)以及作弊總節(jié)數(shù)等數(shù)據(jù)。

預警及警告：可選擇顯示學生個人曠課違紀、不及格門數(shù)對應的警告級別等數(shù)據(jù)。

評比評優(yōu)：統(tǒng)計學生的總分，根據(jù)班級總分的前20%進行排序，并以考勤情況、請假與曠課次數(shù)進行排序作為學生評比評優(yōu)的參考。

1.3.3? 班級信息分析

成績情況：依據(jù)課程成績、班級課程平均分等數(shù)據(jù)，比較同一門課不同班級之間的成績分數(shù)，從而分析哪個班級的學習接受能力較好，學習氛圍濃厚。

考勤匯總：可以查看班級的曠課、遲到、作弊、請假等數(shù)據(jù)。

獎學金情況：綜合學生成績總分、考勤記錄以及校方的評比規(guī)則等信息，對各班按總分的前20%排序，屏蔽不及格和違紀的學生，客觀評選出滿足獎學金所有條件的學生。

1.3.4? 地區(qū)管理分析

成績總體排名：依據(jù)學生生源地、總分等數(shù)據(jù)，篩選專業(yè)總分前20%的學生，按生源地區(qū)分，計算該生源地總分前20%的學生占總學生人數(shù)比例并排序，分析各地生源學習進取情況，為招生投放指標提供依據(jù)。

違紀情況排名：根據(jù)各學年學生違紀情況，直觀展示全國各省市學生紀律意識，使學生管理隊伍為可能違紀學生提供針對性輔導。

1.3.5? TOP5

個人成績排行：依據(jù)學生成績總分、算術平均分以及門數(shù)，按學院排序展示學院前二十名，按專業(yè)排序展示不同專業(yè)前十名，按班級排序展示各個班級前五。

班級違紀排行：依據(jù)學生上課總次數(shù)、曠課、遲到、作弊等數(shù)據(jù)，查看違紀次數(shù)前五的班級。為管理者及時介入、糾正班級違紀提供依據(jù)。

班級補考排行：依據(jù)補考次數(shù)，可以查看補考次數(shù)前五名的班級。為管理人員了解各年級各班級學習學風提供數(shù)據(jù)支撐，并針對性指導落后班級。

2? 平臺實現(xiàn)

平臺呈現(xiàn)為一個可視化網(wǎng)站，MySQL為數(shù)據(jù)庫，后端使用支持Flask、Django框架下的專業(yè)Web開發(fā)功能的PyCharm開發(fā)軟件，前端使用支持跨平臺Windows、Mac以及Linux的開源輕量級代碼開發(fā)軟件Visual Studio Code，前端架構使用構建用戶界面的漸進式框架Vue，數(shù)據(jù)可視化則運用Vue.js結合ECharts實現(xiàn)。

2.1? 數(shù)據(jù)庫表結構設計

Bmob云平臺提供用戶搭建安全的數(shù)據(jù)庫管理后臺，方便開發(fā)者在終端存儲和管理各類數(shù)據(jù)。在此平臺上可以創(chuàng)建了多個數(shù)據(jù)庫，只需配置相應密碼及下載安裝BmobSDK，并且在程序中調(diào)用接口即可使用[7]。本學生管理平臺中，數(shù)據(jù)庫主要針對學生基本信息、學生成績信息、學生考勤信息、班級信息、專業(yè)及學院信息建立了相應的表，如表1所示。

2.2? 功能模塊實現(xiàn)

運用大數(shù)據(jù)技術手段實現(xiàn)院校學生信息管理是本平臺開發(fā)的目的[8]。平臺基于大數(shù)據(jù)主流平臺Hadoop，利用Python結合Flask實現(xiàn)上傳數(shù)據(jù)，清洗數(shù)據(jù)，導入數(shù)據(jù)庫的功能;后端通過Python結合MySQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)組裝成可視化圖表所需的數(shù)據(jù)格式;前端使用Vue和Element-UI框架，利用Axios發(fā)送Ajax調(diào)用后臺數(shù)據(jù)，把得到的JSON數(shù)據(jù)組裝到ECharts上，實現(xiàn)可視化圖表的展示以及和后端的交互。

平臺開發(fā)的主頁如圖3所示，成功登錄后可進行操作。右上角為修改密碼、退出等系統(tǒng)管理功能。最左邊為平臺功能，包括個人信息分析、班級信息分析、地區(qū)管理分析、TOP5等。中間為各功能可視化分析頁面區(qū)域，其中個人信息分析功能獲得以學生個人為維度，學期為時間段的成績分析、考勤分析，并以圖表的形式呈現(xiàn)預警及警告、評比評優(yōu)等相關信息;班級信息分析功能獲得以班級為維度的成績情況、考勤匯總及獎學金情況，并以圖表的形式呈現(xiàn)相關信息，從而可分析班級之間的班風、學風等總體情況;地區(qū)管理分析功能獲得以地區(qū)為維度的成績總體排名、違紀情況排名等信息，為分析某地區(qū)生源學習能力及紀律性提供依據(jù);TOP5模塊獲得以學院、專業(yè)、班級為維度的個人成績排行和班級違紀排行，從而展現(xiàn)具體學院、專業(yè)、班級學風和紀律情況。

2.3? 個人信息分析模塊實現(xiàn)

功能模塊界面中（以個人信息分析為例），用戶在搜索條件提示下，如圖4所示，選擇學年、學期、班級等信息。在出現(xiàn)的學生名冊，點擊具體學生名單，可以圖表形式展示學生個人的成績分析、考勤分析、預警及警告及評比評優(yōu)等信息。

3? 結? 論

大數(shù)據(jù)技術的引入對于完善現(xiàn)代化高職院校學生管理制度、構建高職院校學生管理理論、踐行數(shù)據(jù)分析的學生管理均具有重要意義。本文基于大數(shù)據(jù)技術，設計實現(xiàn)了一種學生信息管理平臺，從個人和班級兩維度進行數(shù)據(jù)采集和分析，可提供預測與指導，便于院校獲得精準的數(shù)據(jù)信息。該平臺成功應用于廣東科學技術職業(yè)學院4 000余名計算機學院2017—2020級在校大學生信息管理過程中，提高了數(shù)據(jù)處理效率，增加了學生管理透明度，提供了院校學生數(shù)據(jù)的規(guī)范化應用方案。

平臺作為基于大數(shù)據(jù)技術應用的高校綜合管理治理的子系統(tǒng)，將進一步與學校其他子系統(tǒng)開放融通，提升數(shù)據(jù)的融合共享，同時數(shù)據(jù)挖掘分析和預測功能將日趨完善，實現(xiàn)學生的行為、軌跡的分類與識別，由此也將帶來主體隱私權的侵犯，即利用數(shù)據(jù)和保護隱私之間的權衡將是教育大數(shù)據(jù)應用急需解決的課題。

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作者簡介：張軍（1977—），男，漢族，廣東韶關人，副教授，CCF會員，碩士，研究方向：信息技術、高職教育技術;葉成景（1979—），男，漢族，廣東陽江人，實驗師，碩士，研究方向：軟件系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)應用、網(wǎng)絡技術。