農(nóng)村留守兒童學業(yè)預警系統(tǒng)設計淺析

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【摘要】學業(yè)預警系統(tǒng)是基于永州市的留守兒童現(xiàn)狀進行深入的調(diào)查和分析而研發(fā)，系統(tǒng)基于B/S構建，采用JAVA、Vue.js等技術實現(xiàn)。主要功能模塊有系統(tǒng)管理、用戶信息管理、學習數(shù)據(jù)管理，系統(tǒng)在預警時可依據(jù)在線學習數(shù)據(jù)及考試成績的結果進行預警處理，可促進家校溝通，讓家長及時了解孩子的學業(yè)狀況，對留守兒童學習成績提升起到積極促進作用。

【關鍵詞】留守兒童；預警；JAVA；Vue.js

引言

我國留守兒童的學業(yè)問題是當前社會，尤其是教育系統(tǒng)非常關注的一個熱點[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，隨著城鎮(zhèn)化建設的加快，農(nóng)村學生與城市學生的學習成績差距越來越大[2]。造成這種現(xiàn)象的主要因素除了學校的軟硬件之外，還有家庭因素、文化基礎、學習習慣和個人性格等。如何科學系統(tǒng)地分析以上因素的相關性和影響程度，以幫助學校進行教學管理模式改革，加強家校溝通，及時提醒家長孩子學業(yè)所存在的問題顯得非常重要。建立一個完善的農(nóng)村留守兒童學業(yè)成績預警系統(tǒng)，結合第三方學習平臺產(chǎn)生的教育數(shù)據(jù)來進行系統(tǒng)分析是一個很好的解決方案。本文闡述了學業(yè)預警系統(tǒng)的研發(fā)過程，該系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、用戶管理、學習數(shù)據(jù)管理三大模塊，旨在促進家校溝通，讓家長及時了解孩子的學業(yè)狀況，為留守兒童學習成績的提升起到一個積極的促進作用。

1系統(tǒng)功能需求

學業(yè)預警系統(tǒng)的實現(xiàn)需要基于系統(tǒng)用戶、在線學習數(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)計基礎上，更好地對留守兒童學習狀態(tài)有合適的描述和表達，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、學習數(shù)據(jù)管理模塊。詳見圖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、用戶權限管理。（1）班級管理。由系統(tǒng)管理員負責班級的添加、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)直接導入班級相關學生數(shù)據(jù)。（2）課程管理。由系統(tǒng)管理員或相關權限人員負責對課程信息的增刪改查。（3）權限管理。系統(tǒng)中的用戶設管理員、老師、家長、學生四個角色。用戶權限管理應該具有不同層級權限的角色管理，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)管理員權限最高）可以對用戶進行權限分配，老師、學生、家長各自權限不同。普通管理員可以管理相應老師、學生、課程信息；學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。不同角色對應不同業(yè)務權限，使系統(tǒng)權限的劃分更加清晰。

1.2用戶信息管理

管理員可以對教師、學生、家長等用戶信息進行增、刪、改、查；教師可以對他擁有權限的班級學生信息進行查看，學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學習數(shù)據(jù)管理

（1）在線數(shù)據(jù)統(tǒng)計。學校若與第三方在線學習平臺合作，系統(tǒng)能根據(jù)第三方平臺提供的學習數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以獲得學生學習過程的一些特性。（2）成績信息管理。管理員可以對課程信息進行增、刪、改、查，教師對權限內(nèi)的學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，學生在系統(tǒng)開放后可以查詢成績。（3）預警管理。系統(tǒng)具有預警功能，管理員可以根據(jù)學校的實際情況設置預警方向。一為成績預警，依據(jù)考試成績的情況進行預警；二為根據(jù)在線學習數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，結合成績進行預警。對于成績預警，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警等級劃分。比如初中、小學的期中、期末考試預警，可以從整體考試結果來進行預警，也可以對一學期中某單科連續(xù)不及格情況進行預警等。預警分為三個等級，即一級、二級、三級。對于有第三方在線學習平臺的學校，給學生家長發(fā)送預警時，同時從學生學習效率、學習狀態(tài)、學習方法、家長陪伴等方面給予基本的建議和提醒。

2系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)架構

系統(tǒng)采用B/S[3,4]架構，運用MVVM（Model-View-ViewModel）框架[5,6]進行設計，MVVM即模型層結構（Model）、視圖層（View）、視圖模型層（ViewModel）。視圖層（View）主要負責數(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)進行轉(zhuǎn)換做二次封裝生成符合視圖層使用預期的視圖數(shù)據(jù)模型。視圖模型層與視圖層是雙向數(shù)據(jù)綁定的，當用戶與視圖層進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行工作。

2.2系統(tǒng)實現(xiàn)技術

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；前端運用Vue.js2.0、Node.js、IViewUI模板，使用Axios對接接口；采用MySQL、Redis進行數(shù)據(jù)管理。

2.3數(shù)據(jù)流程

客戶機通過WEB瀏覽器向服務器發(fā)起訪問請求，服務器對訪問請求解析，將解析后的SQL命令提交給數(shù)據(jù)庫服務器，由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)解析命令后將處理結果返回至服務器，然后經(jīng)過服務器處理后再返回給客戶端。體系結構圖如圖2所示。在用戶與View層進行交互時，與View層對應的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。

2.4數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫設計包括概念模型、邏輯模型、物理模型等設計[7]，其目的是為系統(tǒng)設計合適的數(shù)據(jù)庫，以保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性。本系統(tǒng)概念模型結構如圖4所示。結合系統(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、學生、家長，設計數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結構時會根據(jù)用戶角色的不同設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構，具體如表1所示。（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?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。

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)功能只有授權用戶才能使用的一項子功能，是用戶實現(xiàn)與系統(tǒng)進行交互的第一個步驟。當用戶使用賬號密碼、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ID通過Axios工具傳給后臺，由后臺在數(shù)據(jù)庫內(nèi)進行搜索判定是否為合法用戶。搜索完后會將結果傳給前端，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。（2）成績錄入。教師登錄進入系統(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的考試和課程，然后分別填入要錄入成績的學生學號與成績，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)處理后會形成對應的SQL命令在數(shù)據(jù)庫內(nèi)執(zhí)行，然后將執(zhí)行結果回傳給前端。（3）成績查詢。被授權的管理員（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，只有當全部選好后點擊查詢才會顯示相應數(shù)據(jù)。第二部分為數(shù)據(jù)展示區(qū)，當查詢區(qū)選定查詢條件點擊查詢后才會展示相應數(shù)據(jù)，同時對老師只展示與其教授課程對應的科目成績。（4）預警。管理員在后臺設置好預警觸發(fā)條件后，當時機達到時，系統(tǒng)會讀取數(shù)據(jù)庫中的相關內(nèi)容，通過發(fā)送郵件的方式給學生家長發(fā)送預警信息，如圖6的預警功能流程圖所示，初中生以成績不及格課程數(shù)3門為界，小學生以2門課程為界。實際操作中，可以根據(jù)情況設定預警條件是幾門課程。如果校方有合作在線學習平臺，系統(tǒng)在預警前會讀取根據(jù)在線平臺提供的數(shù)據(jù)分析結果，結合考試成績給出綜合評價。

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、成績導入、預警等功能，測試結果正常，達到系統(tǒng)設計的各項基本要求。

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。瀏覽器中IE11已經(jīng)過時，不支持很多前端的關鍵詞與特性，在此IE11僅作為一種瀏覽器兼容測試用例對比。

4總結

本文針對學生學業(yè)預警系統(tǒng)進行了需求分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實現(xiàn)和系統(tǒng)測試。預警系統(tǒng)采用B/S架構，MVVM設計模式，利用java、Python技術，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、學習數(shù)據(jù)管理等。對學生在線學習數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并加以運用到預警中來，促進家校雙方對學生的了解。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，如在線學習信息的收集與分析還存在一定的差距，本系統(tǒng)僅簡單考慮了學生學習時長、做題速度、學習次數(shù)等，對學生學習時的心理狀態(tài)并未關注，也并沒有全面分析在線學習產(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。

作者:文昕 杜丹蕾 聶力 韋美雁 單位:湖南科技學院信息工程學院