基于微信小程序和Flask的教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

許磊，林加論，張錦

（海南醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)信息與工程學(xué)院，海南?？?571199）

0 引言

教學(xué)質(zhì)量是各個(gè)高校的核心競(jìng)爭(zhēng)力，以督導(dǎo)評(píng)價(jià)、學(xué)生評(píng)價(jià)為主的教學(xué)評(píng)價(jià)（以下簡(jiǎn)稱“教評(píng)”）體系對(duì)教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控起著關(guān)鍵作用。2020年10月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》提出要充分利用信息技術(shù)提高教育評(píng)價(jià)的科學(xué)性、專業(yè)性、客觀性。目前海南醫(yī)學(xué)院正逐步完善相應(yīng)的教評(píng)體系并嘗試進(jìn)行信息化，例如將評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的采集由紙質(zhì)填表轉(zhuǎn)變?yōu)椤皢柧砭W(wǎng)”等Web平臺(tái)進(jìn)行。然而，由于參評(píng)人數(shù)眾多，各級(jí)督導(dǎo)交叉評(píng)課，教師姓名、授課內(nèi)容、教研室名稱等評(píng)課信息錄入不規(guī)范可導(dǎo)致數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)繁瑣、權(quán)限管理困難等問題，需要大量時(shí)間和精力進(jìn)行后期數(shù)據(jù)整理工作，效率低下。針對(duì)以上問題，研發(fā)一個(gè)智能易用的在線教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)將大大提高課程質(zhì)控管理的工作效率，起到助力教學(xué)質(zhì)量提升的積極作用。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”教育的大環(huán)境下，大數(shù)據(jù)、5G、云開發(fā)等技術(shù)更迭迅速，在線評(píng)教的優(yōu)勢(shì)凸顯、各有千秋。例如，文獻(xiàn)［6］通過小程序作為前端框架，基于Java完成系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生和教師通過小程序進(jìn)入評(píng)教并查看評(píng)課記錄的功能，但該系統(tǒng)僅有“給老師打分”和“意見”兩個(gè)評(píng)教指標(biāo)，不適用大部分學(xué)校的評(píng)課需求；文獻(xiàn)［7］同樣使用小程序?qū)崿F(xiàn)了學(xué)生端評(píng)課、教師端反饋，雖然豐富了評(píng)教指標(biāo)數(shù)量，但無法針對(duì)不同類型的課程切換不同的評(píng)教指標(biāo)，例如由理論課評(píng)教指標(biāo)切換成實(shí)驗(yàn)課評(píng)教指標(biāo)，也不支持督導(dǎo)評(píng)課；文獻(xiàn)［8］基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式構(gòu)建評(píng)教系統(tǒng)，上課信息需要教師手動(dòng)錄入，沒有與課程安排信息關(guān)聯(lián)，且使用B/S系統(tǒng)評(píng)課時(shí)需要評(píng)課人在瀏覽器中輸入U(xiǎn)RL，然而高校督導(dǎo)隊(duì)伍主要由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的離退休專家教授組成，繁瑣的步驟對(duì)督導(dǎo)人員來說有一定挑戰(zhàn)。以上教評(píng)系統(tǒng)共同存在的問題為支持督導(dǎo)評(píng)價(jià)的很少且與實(shí)際教學(xué)運(yùn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)不夠，評(píng)價(jià)指標(biāo)支持度有待優(yōu)化。

為此，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套簡(jiǎn)單易用的教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用Python的openpyxl模塊識(shí)別并導(dǎo)入全校教學(xué)進(jìn)度表；借助微信小程序框架及其云開發(fā)服務(wù)實(shí)現(xiàn)評(píng)課過程，界面簡(jiǎn)潔，易于使用；采用Python Flask設(shè)計(jì)系統(tǒng)后臺(tái)管理平臺(tái)后端接口API，前端采用Vue框架和ElementUI組件庫。該系統(tǒng)面向督導(dǎo)、同行（教師）、領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)生提供課表查詢和教學(xué)評(píng)價(jià)功能；面向教師提供評(píng)價(jià)結(jié)果反饋功能；面向質(zhì)控部門管理員則提供評(píng)價(jià)表查詢、顯示、分析和下載功能。

1 系統(tǒng)功能需求分析

由于用戶權(quán)限不同，本系統(tǒng)存在系統(tǒng)管理員、督導(dǎo)、教師、領(lǐng)導(dǎo)、學(xué)生和訪客（未綁定）6種角色，其中督導(dǎo)分為校級(jí)督導(dǎo)和院級(jí)督導(dǎo)，領(lǐng)導(dǎo)同理，因此需要對(duì)用戶權(quán)限和信息進(jìn)行管理。教學(xué)評(píng)價(jià)為系統(tǒng)核心功能，針對(duì)不同課程類型需要根據(jù)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分及評(píng)語，同時(shí)需對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總管理，對(duì)課表、校歷等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)更新。根據(jù)以上需求，該系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

Fig.1 System function structure design圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 人員管理模塊

人員管理模塊主要包括信息綁定、注冊(cè)審核、權(quán)限分配3個(gè)部分。用戶第一次進(jìn)入本系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)課時(shí)，需要將個(gè)人工號(hào)或?qū)W號(hào)綁定到本人微信賬號(hào)上。醫(yī)學(xué)院校教師聘任關(guān)系復(fù)雜，一部分來自附屬醫(yī)院的教師沒有工號(hào)等賬戶信息，需要向管理員申請(qǐng)注冊(cè)賬號(hào)。后臺(tái)管理員同意申請(qǐng)并為其分配賬號(hào)的同時(shí)，也進(jìn)行權(quán)限的分配，可以分配的權(quán)限主要包括校級(jí)督導(dǎo)、院級(jí)督導(dǎo)、教師等，詳見表1。學(xué)生權(quán)限單一且與教師信息分開管理。

Table 1 Main role and authority allocation of system表1 系統(tǒng)主要角色及其權(quán)限分配

1.2 教學(xué)評(píng)價(jià)模塊

教學(xué)評(píng)價(jià)模塊主要體現(xiàn)在小程序端，其包含課程查詢與標(biāo)記、督導(dǎo)評(píng)價(jià)、學(xué)生評(píng)價(jià)、領(lǐng)導(dǎo)評(píng)價(jià)以及評(píng)價(jià)反饋功能；Web端主要實(shí)現(xiàn)對(duì)評(píng)課數(shù)據(jù)的匯總與統(tǒng)計(jì)，例如數(shù)據(jù)查詢和評(píng)課表導(dǎo)出。

各類用戶進(jìn)入評(píng)價(jià)界面，可以切換到不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)模板，用戶在對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行打分后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)分?jǐn)?shù)求和并給出相應(yīng)的等級(jí)（優(yōu)、良、中、合格、較差）。在信息填寫完成后可以點(diǎn)擊保存，提交評(píng)課問卷前可繼續(xù)修改。

1.2.1 督導(dǎo)、領(lǐng)導(dǎo)和教師（教職人員）評(píng)課

督導(dǎo)等教職人員在評(píng)課時(shí)通常需要查詢課程進(jìn)度表，找到某課程安排后再對(duì)該課程進(jìn)行評(píng)價(jià)。教職人員可進(jìn)行多維度的課表查詢，如可以選擇一個(gè)或多個(gè)授課地點(diǎn)并根據(jù)自己的時(shí)間選擇節(jié)次區(qū)間來查詢當(dāng)天的課程；也可以通過年級(jí)、學(xué)院篩選班級(jí)并查詢?cè)摪嗉?jí)最近3天的課程，還可以對(duì)課程可以進(jìn)行標(biāo)記并備注。

1.2.2 學(xué)生評(píng)課

學(xué)生評(píng)課一般設(shè)置在學(xué)期的某個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)，如中期、末期。學(xué)生第一次使用系統(tǒng)時(shí)同樣需要綁定，綁定學(xué)號(hào)后可以看到待評(píng)課程列表，也可以由管理員在后臺(tái)通過課程信息和評(píng)價(jià)表類型自動(dòng)生成小程序碼，掃描評(píng)課碼可直達(dá)評(píng)課界面，方便學(xué)生評(píng)課。

1.2.3 教學(xué)評(píng)價(jià)管理端

教學(xué)評(píng)價(jià)管理端主要運(yùn)行在Web上，僅限學(xué)校質(zhì)控部門和二級(jí)學(xué)院管理員使用，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)評(píng)課數(shù)據(jù)的匯總與統(tǒng)計(jì)，例如按照時(shí)間、被評(píng)教師等維度進(jìn)行評(píng)價(jià)表的查詢、打印或匯總導(dǎo)出；對(duì)督導(dǎo)的工作量、聽課結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與導(dǎo)出等。

1.3 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊用戶僅限于學(xué)校質(zhì)控部門，其電腦的Web端功能包括課表導(dǎo)入和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)等；移動(dòng)端則設(shè)有簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，例如二級(jí)學(xué)院督導(dǎo)秘書可以查閱本院督導(dǎo)的評(píng)課情況，實(shí)時(shí)查看二級(jí)學(xué)院的督導(dǎo)工作量或?qū)W生評(píng)價(jià)完成情況。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)移動(dòng)端采用微信小程序應(yīng)用及其云開發(fā)服務(wù)，Web端基于Python Flask框架并采用前后端分離的架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。

Fig.2 Overall system architecture圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.1 相關(guān)技術(shù)

2.1.1 微信小程序及云開發(fā)服務(wù)

微信小程序是一種全新的連接用戶與服務(wù)的方式，其背靠微信用戶量大的優(yōu)勢(shì)，可共享微信生態(tài)，同時(shí)具有優(yōu)秀的用戶體驗(yàn)；微信云開發(fā)提供了原生Serverless云服務(wù)，無需搭建服務(wù)器，降低了運(yùn)維成本，弱化了后端和運(yùn)維的概念，實(shí)現(xiàn)小程序的快速開發(fā)與迭代。表1為云開發(fā)模式和傳統(tǒng)模式的比較。

Table2 Comparison of Cloud Base model and traditional model表2 云開發(fā)模式和傳統(tǒng)模式比較

2.1.2 Flask框架和Restful API規(guī)范

Flask是一個(gè)輕量級(jí)Python Web框架，因其簡(jiǎn)潔、輕巧、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)大受歡迎。Restful API是用于前端與后臺(tái)進(jìn)行通信的一套規(guī)范，該規(guī)范可使前后端開發(fā)變得更加輕松，同時(shí)也非常適合小程序項(xiàng)目的開發(fā)。

2.2 展現(xiàn)層和通訊層

展現(xiàn)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的展示和用戶的交互，該部分由移動(dòng)端和PC端組成，分別利用微信小程序和Web技術(shù)呈現(xiàn)。其中Web端使用Vue框架和Flask模塊實(shí)現(xiàn)前后端分離的架構(gòu)。小程序的MINA框架采用與Vue相同的MVVM框架，如圖3所示，View Model層可以將DOM的監(jiān)聽綁定到Model層，同時(shí)將數(shù)據(jù)變量反應(yīng)到View層。

Fig.3 MVVM architecture for Vue and MINA圖3 Vue和MINA的MVVM架構(gòu)

通訊層為系統(tǒng)前端（展現(xiàn)層）與后端（功能層、數(shù)據(jù)庫）的通訊，小程序端支持Web Socket協(xié)議，該協(xié)議本質(zhì)上是一個(gè)基于TCP的協(xié)議，可在單個(gè)TCP連接上進(jìn)行全雙工通信，解決了通信只能由客戶端發(fā)起的問題。Web端采用HTTP（超文本傳輸協(xié)議）或HTTPS（超文本傳輸安全協(xié)議），HTTPS基于HTTP協(xié)議，通過SSL或TLS提供加密處理數(shù)據(jù)、驗(yàn)證對(duì)方身份以及保護(hù)數(shù)據(jù)完整性功能。

2.3 功能層

根據(jù)需求分析，功能層在實(shí)現(xiàn)平臺(tái)上可分為移動(dòng)端和PC端，分別采用微信小程序框架和PC端的Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)，主要承擔(dān)移動(dòng)端評(píng)課、PC端管理的功能。

2.3.1 督導(dǎo)、領(lǐng)導(dǎo)、教師端設(shè)計(jì)

督導(dǎo)、領(lǐng)導(dǎo)、教師三者評(píng)價(jià)指標(biāo)一致，評(píng)課流程和界面相同，但評(píng)價(jià)角色不同，因此會(huì)產(chǎn)生督導(dǎo)評(píng)價(jià)、領(lǐng)導(dǎo)評(píng)價(jià)和同行評(píng)價(jià)3種不同類型的評(píng)價(jià)。第一次使用系統(tǒng)時(shí)需要在微信小程序上將用戶的openid與工號(hào)綁定，以避免重復(fù)登錄的問題，提高系統(tǒng)易用性。綁定完成后方可進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)，系統(tǒng)提供查課評(píng)課和直接評(píng)課兩種評(píng)價(jià)方式。

2.3.2 學(xué)生端設(shè)計(jì)

學(xué)生評(píng)課與教職人員評(píng)課類似，不同的是學(xué)生評(píng)課的時(shí)間區(qū)間和次數(shù)有限。后臺(tái)管理端可通過課程設(shè)定生成評(píng)課的小程序碼，學(xué)生掃碼即可進(jìn)入評(píng)價(jià)頁面，其指標(biāo)加載及提交方式與教職人員類似。

2.4 數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)使用小程序云開發(fā)提供的JSON數(shù)據(jù)庫，其為非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，以文檔對(duì)象存在。文檔模型存儲(chǔ)模式更加靈活，具有讀寫效率高、可擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。基于需求分析和功能設(shè)計(jì)進(jìn)行非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，其核心集合（相當(dāng)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的表）結(jié)構(gòu)如表3、表4、表5所示。

3 系統(tǒng)編碼與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)需求分析和系統(tǒng)架構(gòu)完成對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，系統(tǒng)移動(dòng)端基于微信小程序框架在云環(huán)境中運(yùn)行，Web管理端則需要部署在阿里云服務(wù)器中（使用CentOS 7.7）。管理端使用Nginx作為服務(wù)器，對(duì)于非靜態(tài)資源，配置路徑為127.0.0.1：5000，與u WSGI進(jìn)行通信。uWSGI是實(shí)現(xiàn)了uwsgi（uWSGI服務(wù)器自有的協(xié)議）和WSGI（Web Server Gateway Interface）兩種協(xié)議的Web服務(wù)器，Supervisor在此作為守護(hù)進(jìn)程監(jiān)控Python程序，在其因各種原因崩潰時(shí)重新啟動(dòng)進(jìn)程并記錄日志文件。

Table3 Director evaluation data set（qn_director）表3 督導(dǎo)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)集（qn_director）

Table4 Staff information data set（staff_infor）表4 教職工信息數(shù)據(jù)集（staff_infor）

Table 5 Evaluation template data set（qn_template）表5 評(píng)價(jià)表模板數(shù)據(jù)集（qn_template）

Fig.4 System structure圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 課表導(dǎo)入

一個(gè)完整的數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)紫刃枰獙?shí)現(xiàn)課程進(jìn)度表的導(dǎo)入。目前該系統(tǒng)主要通過教務(wù)系統(tǒng)導(dǎo)出的全校教學(xué)進(jìn)度表獲取全校課表數(shù)據(jù)。首先利用Python的openpyxl模塊識(shí)別并生成字典類型的數(shù)據(jù)集合，然后使用json.dumps（）轉(zhuǎn)化為JSON格式的對(duì)象數(shù)據(jù)記錄，最后采用云開發(fā)工具導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中。

3.2 評(píng)教端

3.2.1 直接評(píng)課

直接評(píng)課即在進(jìn)入評(píng)課頁后僅加載評(píng)課模板?；A(chǔ)信息需要評(píng)課人手動(dòng)錄入，在錄入學(xué)院信息時(shí)使用Picker組件；在錄入學(xué)院下屬教研室時(shí)，使用學(xué)院—教研室二級(jí)聯(lián)動(dòng)Picker實(shí)現(xiàn)；錄入教師或課程信息時(shí)可以通過搜索教師姓名或課程名稱的方式。評(píng)價(jià)指標(biāo)的一級(jí)指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)每個(gè)Tab標(biāo)簽頁，在每個(gè)標(biāo)簽頁內(nèi)會(huì)有下一級(jí)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)都有步進(jìn)器和10個(gè)tag標(biāo)簽供快速打分，每個(gè)標(biāo)簽的分?jǐn)?shù)按照指標(biāo)分值均分。步進(jìn)器顯示的分?jǐn)?shù)即為該項(xiàng)指標(biāo)的分值，默認(rèn)為其分值的60%。該模塊核心代碼片段（JavaScript）為：

//去數(shù)據(jù)庫拉取評(píng)課指標(biāo)模板，默認(rèn)為理論課

Fig.5 User interface of direct evaluation圖5 直接評(píng)課用戶界面

直接評(píng)課的用戶界面如圖5所示。評(píng)課打分結(jié)束后，針對(duì)多身份的評(píng)課人彈出Action Sheet動(dòng)作面板選擇自己的身份，然后才能保存評(píng)價(jià)表，保存后系統(tǒng)會(huì)利用Python定時(shí)庫APScheduler指定次日12點(diǎn)調(diào)用自動(dòng)提交的云函數(shù)。

3.2.2 查課評(píng)課

查課評(píng)課使用小程序列表渲染wx：for實(shí)現(xiàn)課表信息展示并由事件通信通道對(duì)象Event Channel實(shí)現(xiàn)頁面數(shù)據(jù)傳遞。課程展示頁面在接收到評(píng)課事件后，調(diào)用EventChannel.emit（）觸發(fā)一個(gè)事件并發(fā)送數(shù)據(jù)，在評(píng)課頁面則使用Event Channel.on（）持續(xù)監(jiān)聽一個(gè)事件并獲取數(shù)據(jù)。查課評(píng)課的頁面效果如圖6所示。

Fig.6 User inter face of schedule querying evaluation圖6 查課評(píng)課部分頁面展示

3.3 后臺(tái)管理

后臺(tái)管理平臺(tái)是一款基于B/S架構(gòu)的SPA（Single Page Web Application）應(yīng)用，使用前后端分離的開發(fā)模式，前端主要采用Vue+Vue-Router+Vuex及其組件庫Element UI構(gòu)建用戶界面，將Axios作為HTTP請(qǐng)求庫，使用Echarts圖表庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化功能。后端使用Flask框架，并借助Flask Restful插件實(shí)現(xiàn)Web接口服務(wù)。

后臺(tái)管理系統(tǒng)借助Flask Restful插件實(shí)現(xiàn)接口服務(wù)的核心代碼片段（Python）為：

后臺(tái)管理系統(tǒng)頁面效果如圖7所示。

Fig.7 User interfaceof background management system（home page）圖7 后臺(tái)管理系統(tǒng)用戶界面（主頁）

4 結(jié)語

本文針對(duì)海南醫(yī)學(xué)院教學(xué)評(píng)價(jià)的實(shí)際需求，借助云服務(wù)開發(fā)了基于微信小程序云開發(fā)和Python Flask的多場(chǎng)景教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，通過對(duì)查課評(píng)課功能的設(shè)計(jì)解決了目前教評(píng)系統(tǒng)普遍存在的與實(shí)際教學(xué)運(yùn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度不夠的問題，優(yōu)化了評(píng)價(jià)指標(biāo)切換和多場(chǎng)景評(píng)課的支持度。下一步工作是直接對(duì)接教務(wù)系統(tǒng)，解決目前系統(tǒng)需要導(dǎo)入教學(xué)運(yùn)行數(shù)據(jù)的半自動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)教評(píng)系統(tǒng)與教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同步、互通，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)評(píng)教過程的無紙化、智能化，提高教學(xué)質(zhì)控管理的效率和可靠性，進(jìn)而發(fā)揮助力教學(xué)質(zhì)量提升的積極作用。