農(nóng)村留守兒童學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

文　昕　杜丹蕾　聶　力　韋美雁　

農(nóng)村留守兒童學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

文昕杜丹蕾聶力韋美雁

（湖南科技學(xué)院信息工程學(xué)院，湖南 永州 425100）

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。

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[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。

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)；前端運用Vue.js 2.0、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。

圖2 體系結(jié)構(gòu)圖

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。

圖3 MVVM流程結(jié)構(gòu)圖

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。

圖4　系統(tǒng)ER模型

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。

表1　Teacher表（教師）

（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。

表2 Class表（班級）

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。

圖5　注冊登錄功能流程圖

（2）成績錄入。教師登錄進(jìn)入系統(tǒng)主界面，點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。

圖6　學(xué)生成績預(yù)警功能流程圖

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。

表3　操作系統(tǒng)兼容性測試用例

表4 瀏覽器兼容性測試用例

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。

[1] 潘彤彤. 新時代下農(nóng)村留守兒童教育問題探究[J]. 才智，2018(10): 88，90.

[2] 孟東吉. 農(nóng)村和城市中小學(xué)生成績差距越來越大？這能說明什么問題嗎？[EB/OL]. https://www.sohu.com/a/471224344_120012569，2017-07-16.

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[4] 印明陽. 基于 B/S 結(jié)構(gòu)的學(xué)生成績管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 長春: 吉林大學(xué)，2015.

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[7] 王珊、薩師煊. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論(第五版)[M]. 北京: 高等教育出版社，2014.

Design and Implementation of Academic Early Warning System for Rural Left-Behind Children

The learning early warning system is developed based on the in-depth investigation and analysis of the current situation of left-behind children in Yongzhou city. The system is constructed based on B/S and adopts JAVA and Vue.js and other technologies. The main functional modules include system management, user information management and learning data management. During early warning, the system can carry out early warning processing according to online learning data and test results, which can promote home school communication, let parents know their children's academic status in time, and play a positive role in promoting the improvement of left-behindchildren's academic performance.

left-behind children; early warning; JAVA; Vue.js

TP311.5

A

1008-1151(2022)01-0012-04

2021-11-21

湖南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度課題“基于教育大數(shù)據(jù)的湖南農(nóng)村留守兒童學(xué)業(yè)預(yù)警研究”（XJK18BFZ002）。

文昕（2001－），女，湖南衡陽人，湖南科技學(xué)院信息工程學(xué)院學(xué)生，研究方向為軟件工程。

韋美雁（1974－），女，湖南永州人，湖南科技學(xué)院信息工程學(xué)院副教授，碩士，研究方向為區(qū)塊鏈、智能信息處理、信息安全。