E-Growth—大學(xué)生個(gè)人學(xué)分可視化管理平臺(tái)

廖祉沐 李行 李梓源 廖一鳴

【摘要】? ? E-Growth是一款面向大學(xué)生的個(gè)人學(xué)分可視化管理平臺(tái)，在當(dāng)今的大學(xué)生活中，“學(xué)分”是評(píng)判一個(gè)學(xué)生能否按期畢業(yè)的關(guān)鍵因素，學(xué)生的培養(yǎng)方案則具體的規(guī)劃了大學(xué)生的學(xué)分安排。但是，由于在校的大學(xué)生需要處理繁重的專業(yè)課程以及不同的修讀類別，這就導(dǎo)致很多同學(xué)在修讀的過程中會(huì)對(duì)自己的學(xué)分造成誤判，不能夠直觀地了解到修讀進(jìn)度從而造成不良的影響。所以結(jié)合上述的問題，筆者利用Python語言的Flask框架結(jié)合Echarts可視化插件設(shè)計(jì)了一款面向大學(xué)生的學(xué)分可視化管理平臺(tái)，旨在于簡(jiǎn)化學(xué)生們對(duì)于學(xué)分的自我管理，并且輔以相關(guān)課程及同伴的推薦機(jī)制助力大學(xué)生更高質(zhì)量地完成學(xué)業(yè)。

【關(guān)鍵詞】? ? 學(xué)分管理? ? Flask框架? ? Echarts插件? ? 推薦機(jī)制

引言

隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步和發(fā)展，大學(xué)生的學(xué)業(yè)要求也在逐漸增加，很多同學(xué)因?yàn)樽约旱氖д`錯(cuò)過了一些關(guān)鍵課程的修讀機(jī)會(huì)或是由于自己的疏忽導(dǎo)致畢業(yè)時(shí)學(xué)分不滿足畢業(yè)的要求等。為了能進(jìn)一步提高學(xué)生的日常學(xué)習(xí)效率并減輕學(xué)生的生活壓力，筆者就學(xué)分管理這一概念進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文將以國(guó)內(nèi)的總學(xué)分修讀制度展開，希望可以開發(fā)出一款面向大學(xué)生群體的個(gè)人學(xué)分可視化管理平臺(tái)，并利用相關(guān)的可視化技術(shù)嵌入到系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行個(gè)人學(xué)分的可視化管理，額外結(jié)合推薦模塊和論壇模塊來進(jìn)一步輔助學(xué)生更好地進(jìn)行課程選擇、課程討論等。

一、系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)

結(jié)合引言當(dāng)中所整合的信息以及前期的設(shè)計(jì)思路和調(diào)研結(jié)果，本文可以明確學(xué)生對(duì)于學(xué)分制的管理系統(tǒng)有較大的需求且需求導(dǎo)向較為明確，主要集中于學(xué)分可視化管理以及課程推薦兩個(gè)方面，筆者現(xiàn)將整體功能需求描述如下：

①該系統(tǒng)需要具有最基本的用戶登陸功能，系統(tǒng)為每一名學(xué)生分配一個(gè)初始的賬號(hào)和密碼，用戶可以直接登陸。同時(shí)，添加修改密碼功能，用戶可以在登錄之后對(duì)自己的初始密碼進(jìn)行修改，防止其他用戶惡意篡改。用戶的個(gè)人信息只有系統(tǒng)管理員有權(quán)限查看，并對(duì)密碼的后臺(tái)存儲(chǔ)采取MD5的加密方式進(jìn)行加密防止被惡意泄露。

②該系統(tǒng)需要具備課程信息查詢功能。數(shù)據(jù)庫中需要存儲(chǔ)各年級(jí)的培養(yǎng)計(jì)劃信息，包括課程名、授課教師、開課學(xué)期、課程學(xué)分等必要的課程信息。同學(xué)也可以通過可視化的管理方式對(duì)自己的學(xué)分進(jìn)行管理，可以模擬課程的選擇和退選，利用樹狀圖的形式展現(xiàn)每一學(xué)期的修讀計(jì)劃并提供操作接口。

③該系統(tǒng)需要為每個(gè)用戶存儲(chǔ)個(gè)人課程信息，根據(jù)個(gè)人情況自動(dòng)計(jì)算學(xué)分情況。用戶可以在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中選擇自己的已修課程，系統(tǒng)根據(jù)用戶的課程信息，自動(dòng)計(jì)算并反饋當(dāng)前學(xué)分進(jìn)度等詳細(xì)信息。該系統(tǒng)還應(yīng)具有友好簡(jiǎn)潔的界面設(shè)計(jì)風(fēng)格。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要將課程信息以直白易懂的方式呈現(xiàn)給用戶，如樹狀圖、熱力圖等。為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化推薦課程的功能，該系統(tǒng)需要對(duì)用戶的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合其他用戶的課程信息，給出具有針對(duì)性的推薦方案。

④該系統(tǒng)還應(yīng)為用戶提供討論交流的功能。用戶可以在系統(tǒng)的社區(qū)版塊發(fā)表言論，表達(dá)自己的想法，對(duì)課程提出合理化建議。其他用戶可以對(duì)發(fā)言進(jìn)行查看和回復(fù)。

結(jié)合上述功能需求分析的內(nèi)容，本文將數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括五張主表：STUDENT表（用于存儲(chǔ)學(xué)生用戶的相關(guān)信息，以學(xué)生序號(hào)STU_NO作為主鍵）、EDUCATION_PLAN表（用于存儲(chǔ)學(xué)生個(gè)人學(xué)分修讀情況的信息，以課程序號(hào)CO_NO作為主鍵）、CHOOSE表（用于存儲(chǔ)學(xué)生已修課程表，以課程序號(hào)CO_NO作為主鍵）、NEWS表（用于存儲(chǔ)課程評(píng)價(jià)信息，以課程評(píng)價(jià)NEWS_ID作為主鍵）以及LOG_INFORMATION表（用于存儲(chǔ)登錄操作，以登陸時(shí)間LOG_TIME作為主鍵）。

二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，筆者對(duì)功能進(jìn)行細(xì)化，將學(xué)生的學(xué)分統(tǒng)計(jì)和管理的需求放到首位，對(duì)其進(jìn)行可視化的設(shè)計(jì)。為了能使項(xiàng)目具有更加優(yōu)良、更加友好的用戶交互性，筆者篩選了不同方式的表示模型，最終選定利用Echarts進(jìn)行可視化學(xué)分展示。

相較于傳統(tǒng)的SSH框架、SSM框架以及新興的Django框架，系統(tǒng)使用了更為輕便的Flask框架進(jìn)行開發(fā)，原因可歸為：①本次項(xiàng)目的開發(fā)重點(diǎn)較為集中，功能較為簡(jiǎn)便，不需要使用較為繁復(fù)的開發(fā)框架;②Python語言近兩年的發(fā)展勢(shì)頭很高漲，而其中Flask框架的學(xué)習(xí)成本較低，可以更為便捷的進(jìn)行網(wǎng)站開發(fā);③Flask框架偏屬于微架構(gòu)，旨在保持應(yīng)用程序的核心簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展，交互性和操作性也更為輕便友好。

綜上，本系統(tǒng)使用基于Python語言的Flask框架以及HTML+CSS+JS進(jìn)行整體的WEB引擎開發(fā)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫使用Mysql，項(xiàng)目中的可視化效果渲染使用的是Echarts插件，具體的工作模塊包括：

①登陸注冊(cè)模塊：在用戶登陸和注冊(cè)的模塊中，用戶可以輸入自己的賬號(hào)以及密碼，同時(shí)用戶也可以通過輸入學(xué)號(hào)、原始密碼、新密碼對(duì)密碼進(jìn)行修改。

②學(xué)分管理模塊：在可視化學(xué)分管理模塊，系統(tǒng)利用Echarts渲染前端內(nèi)容，以三色進(jìn)度條方式顯示目前所修讀課程的完成情況。同時(shí)，用戶可以通過點(diǎn)擊課程樹的課程節(jié)點(diǎn)以進(jìn)行預(yù)選課、撤銷選課，預(yù)選撤銷過程中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)度條的預(yù)更新，只有當(dāng)點(diǎn)擊提交按鈕后方才真正更新自己課程修讀情況。

③推薦模塊：在推薦模塊當(dāng)中，系統(tǒng)利用SVD分解算法為用戶推薦與其課程興趣相同的用戶，以加強(qiáng)用戶間的相互交流。同時(shí)，在基于SVD分解算法為用戶推薦其可能感興趣的課程的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)于過擬合效果的干預(yù)，加入懲罰項(xiàng)優(yōu)化模型為RSVD進(jìn)行課程推薦。

對(duì)課程進(jìn)行評(píng)分后將生成一個(gè)User-Course稀疏矩陣R，根據(jù)用兩個(gè)矩陣P和Q的乘積來表示評(píng)分矩陣R。利用R中的已知評(píng)分訓(xùn)練P和Q使得P和Q相乘的結(jié)果更好地?cái)M合已知的評(píng)分，那么推測(cè)的評(píng)分也就可以用得到。為了進(jìn)一步優(yōu)化擬合評(píng)分，可以通過額外的隨機(jī)梯度下降模型對(duì)SSE進(jìn)行訓(xùn)練，從而得出較好的評(píng)分模型。為了進(jìn)一步避免Basic SVD過擬合的問題，可以在目標(biāo)函數(shù)SSE中加入正則化參數(shù)。

④交流討論模塊：在課程評(píng)價(jià)模塊當(dāng)中，所有用戶都可以在“發(fā)布評(píng)價(jià)”板塊發(fā)布對(duì)課程的評(píng)價(jià)信息，評(píng)價(jià)信息包括主題和內(nèi)容兩部分。用戶可以在“課程評(píng)價(jià)”板塊查看其他用戶發(fā)布的課程評(píng)價(jià)信息。

三、系統(tǒng)測(cè)試及分析

3.1登陸界面測(cè)試：

1）登陸系統(tǒng)：登錄到系統(tǒng)登陸界面后用戶可以點(diǎn)擊界面中“登陸”即可進(jìn)入登陸系統(tǒng)界面，在登錄界面中輸入用戶名和密碼，點(diǎn)擊登錄即可登錄系統(tǒng);2） 修改密碼：切換到修改密碼界面后用戶點(diǎn)擊界面中“修改密碼”即可進(jìn)入修改密碼界面，提交需要的信息即可修改密碼。

3.2系統(tǒng)首頁主界面：

用戶經(jīng)過登錄檢驗(yàn)后登錄到系統(tǒng)首頁主界面后即可進(jìn)入系統(tǒng)首頁。點(diǎn)擊頁面中的“課程進(jìn)度”、“選課推薦”、“課程討論”、“個(gè)人中心”按鈕可以快速鏈接到對(duì)應(yīng)的功能頁面中。

3.3學(xué)分可視化管理：

1）查看個(gè)人學(xué)分修讀進(jìn)度：用戶登陸后點(diǎn)擊圖系統(tǒng)主首頁界面右上角的“課程進(jìn)度”進(jìn)行操作，學(xué)分修讀進(jìn)度的呈現(xiàn)方式分為頁面左部的進(jìn)度條形式和右部的樹狀形式。樹狀圖中葉子結(jié)點(diǎn)為綠色代表該用戶已選擇該門課程，紅色代表該用戶未選擇該門課程;2）修改個(gè)人學(xué)分修讀完成狀態(tài)：用戶點(diǎn)擊圖學(xué)分可視化管理界面右部樹形圖的葉子結(jié)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)分修讀完成狀態(tài)修改，方便用戶進(jìn)行選擇評(píng)估;3）課程評(píng)分課程評(píng)分界面如圖所示。在學(xué)分可視化管理界面點(diǎn)擊左側(cè)“評(píng)分”即可進(jìn)入評(píng)分界面。

3.4推薦模塊：

用戶登陸后點(diǎn)擊系統(tǒng)首頁界面右上角的“課程推薦”即可進(jìn)入課程推薦界面。課程推薦界面將為用戶推薦其可能喜歡的課和與用戶具有相似選課/相似課程評(píng)分的同學(xué)。

3.5交流論壇模塊：

1）查看課程評(píng)論信息：用戶登陸后可以點(diǎn)擊系統(tǒng)首頁界面右上角的“課程論壇”即可進(jìn)入課程論壇界面;2）課程評(píng)論：用戶可以點(diǎn)擊課程論壇界面左側(cè)的“課程討論”按鈕即可進(jìn)入課程評(píng)論界面;3）話題回復(fù)：用戶可以點(diǎn)擊課程論壇界面的話題超鏈接即可進(jìn)入該話題的話題回復(fù)界面。

3.6用戶信息管理模塊：

在登陸界面輸入管理員賬號(hào)密碼即可進(jìn)入管理員界面。管理員管理界面主要用于管理員管理用戶個(gè)人信息。

1）添加用戶：填寫所需要的用戶信息并點(diǎn)擊“添加用戶”按鈕即可添加用戶;2）刪除用戶：點(diǎn)擊管理界面下方的“刪除用戶”按鈕即可進(jìn)入刪除用戶界面;3）編輯用戶：點(diǎn)擊管理界面下方的“編輯用戶”按鈕即可進(jìn)入編輯用戶界面。

結(jié)合測(cè)試的流程以及測(cè)試的實(shí)際操作結(jié)果，我們可以看出當(dāng)前的系統(tǒng)具有完善的功能、流暢的操作以及良好的后期拓展性。

四、總結(jié)與展望

Growth的開發(fā)圍繞著學(xué)生的切實(shí)需求展開，并專注如何能夠以最優(yōu)效果向?qū)W生展示最全面且交互性友好的學(xué)分管理系統(tǒng)，同時(shí)并輔以課程評(píng)分、課程推薦、交流討論等模塊助力學(xué)生更好的完成本專業(yè)的修讀任務(wù)。系統(tǒng)利用輕便的Flask框架作為前后臺(tái)的開發(fā)引擎模板，并結(jié)合可視化插件Echarts實(shí)現(xiàn)信息的可視化，這種樹狀的學(xué)分可視化管理具有很大的開發(fā)和應(yīng)用潛力，相信該系統(tǒng)的使用可以很大程度上減輕學(xué)生對(duì)于個(gè)人的學(xué)分管理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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