何先波,李寶林,殷 鋒

(1.西華師范大學 計算機學院,四川 南充 637009;2.西南民族大學 網(wǎng)絡教育中心， 四川 成都 610041)

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特殊教育信息化管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

何先波1,李寶林1,殷 鋒2

(1.西華師范大學 計算機學院,四川 南充 637009;2.西南民族大學 網(wǎng)絡教育中心， 四川 成都 610041)

給出了一種特殊教育信息管理系統(tǒng)的設計方案，并對開發(fā)中使用到的相關關鍵技術和環(huán)境進行了描述，對我國特殊教育管理信息系統(tǒng)的設計具有一定的參考意義。

特殊教育；物聯(lián)網(wǎng)；定位技術；信息化管理

0 前 言

教育信息化建設一直教育發(fā)展和改革領域研究關注的重點，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2012)》的第十九章“加快教育信息化進程”專門對我國教育信息化進程做出了規(guī)劃和部署[1]。與如火如荼的普通教育信息化管理研究和建設[2-4]相比，我國特殊教育的信息化建設與管理領域相關研究較少[5]。針對殘障學生的身心特點和教育需求,建立符合特殊教育規(guī)律并能與其他相關機構(gòu)實時互動交流平臺，無疑會對特殊教育的健康發(fā)展帶來極大的幫助[6-9]。

在特殊教育信息化建設和管理中，物聯(lián)網(wǎng)相關技術的引進可對殘障學生的信息化管理帶來極大的便利，RFID技術可實現(xiàn)對殘障學生自動考勤和校內(nèi)定位，體域網(wǎng)技術(如體溫傳感技術)可實現(xiàn)對特殊殘障學生的疾病預警，GPS、GIS和移動通信網(wǎng)絡技術可實現(xiàn)對殘障學生的定位跟蹤，從而對殘障學生防走失搜救提供幫助。

論文針對特殊學校教育的實際情況，給出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的信息化管理設計方案，并對實現(xiàn)中的相關關鍵技術進行了描述。針對該方案形成的信息化管理系統(tǒng)軟件已在南充和廣元等地的特殊學校中進行了試用。該信息化系統(tǒng)軟件也是四川省科技廳支撐項目“基于物聯(lián)網(wǎng)技術的殘障學生實時動態(tài)跟蹤及教育成長綜合評估信息系統(tǒng)研究”的重要研究成果。

1 系統(tǒng)設計方案

系統(tǒng)的總體方案如圖1所示。為確保學生信息的安全，方案使用嚴格的基于角色的權(quán)限控制實現(xiàn)信息和功能模塊的授權(quán)訪問。系統(tǒng)中的基本角色分為學生自己、老師、學生家長、相關的醫(yī)療康復機構(gòu)人員和心理咨詢機構(gòu)人員，各類人員的系統(tǒng)訪問權(quán)限在系統(tǒng)維護模塊中分配和調(diào)整。對殘障學生的管理而言，學習成績管理、健康狀況的預警、基于物聯(lián)網(wǎng)技術的日常管理(作息、就餐、考勤、課堂課后表現(xiàn))、心理干預和測試、獲獎作品技能展示、技能培養(yǎng)情況和受捐助情況等管理模塊的信息可根據(jù)預設的過濾條件有選擇的進入電子檔案袋中。學生教育成長的評價評估主要根據(jù)電子檔案袋信息和老師、家長、心理咨詢機構(gòu)等授權(quán)人員的評價評估進行。互動交流模塊提供學生與同學、老師、家長和其他相關人員的實時互動交流平臺。系統(tǒng)維護主要完成系統(tǒng)的全局性參數(shù)配置設定和較完善的日志記錄。

方案中，RFID應用系統(tǒng)主要由閱讀器、電子標簽和應用軟件三部分組成。當佩戴電子標簽的殘障學生通過安放在教室、餐廳、宿舍、廁所等地的RFID閱讀器周圍時，閱讀器讀出電子標簽中的標識信息，并與閱讀器本身的位置信息一起發(fā)送給后臺服務系統(tǒng)，從而實現(xiàn)殘障學生在校內(nèi)的自動考勤和定位。同時，通過在醫(yī)療服務機構(gòu)或康復中心安裝RFID閱讀器，可實現(xiàn)殘障學生就醫(yī)或康復治療的自動信息識別或相應歷史信息的跟蹤查詢。同時，通過附著在人身體上可穿戴或可植入傳感設備(如體溫傳感器等)，結(jié)合無線通信技術，實現(xiàn)特定殘障學生疾病特征參數(shù)的實時采樣獲取，從而實現(xiàn)一定程度的疾病預警。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)關鍵技術

2.1 J2EE MVC 模式

在B/S模式的應用程序中，MVC(Model View Controller)是提一種有效的開發(fā)模式。MVC模式由三部分組成：M(Model，承載具體業(yè)務實現(xiàn))，V(View，負責提供呈現(xiàn)與用戶交互的顯示界面)和C(Controller，負責M與V的互動)。該模式提倡對后臺業(yè)務邏輯和前臺顯示視圖界面進行有效分離，通過控制器對二者進行粘合。MVC模式符合軟件設計的松耦合良好規(guī)范，被大量的B/S模式應用軟件開發(fā)采用，本系統(tǒng)的開發(fā)也完全遵循該模式。實際的系統(tǒng)中采用的MVC模式框架如圖2所示[10]。

圖2中，Domain Object(領域?qū)ο?層主要完成數(shù)據(jù)庫中表記錄與簡單Java對象的映射，即表中一條數(shù)據(jù)庫記錄使用一個Java對象存儲，該Java對象在J2EE技術規(guī)范中也稱作Java bean，該對象的成員為記錄各字段域值，同時提供存取這些對象的方法(也分別稱作set方法與get方法)。DAO(Data Access Object，數(shù)據(jù)訪問對象)層主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中對應表的CRUD(創(chuàng)建、查詢、更新和刪除)，DAO層通過Domain Object層對象與實際的數(shù)據(jù)庫表交互。業(yè)務邏輯層主要實現(xiàn)系統(tǒng)所需業(yè)務邏輯方法，也稱作Service(服務)層?？刂破鲗?Controller)主要用于接收用戶請求，并派發(fā)到業(yè)務層進行相應的處理，同時把處理結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)到不同的表現(xiàn)層組件。表現(xiàn)層(View)負責收集用戶請求并將控制層回傳的業(yè)務層處理結(jié)果呈現(xiàn)到客戶端瀏覽器上。

現(xiàn)有的MVC框架主要有Spring MVC，Struts，ZF，.NET MVC等。在J2EE規(guī)范中，Struts，特別是Struts2.x已經(jīng)成長為一個穩(wěn)定、成熟的框架，并且占有了MVC框架中最大的市場份額，我們開發(fā)團隊也有豐富的技術積累，故系統(tǒng)的實現(xiàn)采用Struts2架構(gòu)的MVC機制。在視圖部分，系統(tǒng)主要選擇HTML、CSS、JSP、JS、jQuery等技術規(guī)范并采用大量第三方穩(wěn)定的框架包(如用于與Excel交互的poi包，用于表格顯示的struts-jquery-grid包等)。在業(yè)務邏輯實現(xiàn)部分，主要采用了Spring的安全控制機制和Bean注解產(chǎn)生方式。在底層數(shù)據(jù)表映射方面，采用性能較高的半自動化映射機制Mybatis。數(shù)據(jù)庫采用開源的MySQL實現(xiàn)。

2.2 Maven項目管理工具和jetty服務器

Maven是J2EE中使用較方便的一個項目管理工具。Maven通過項目的對象模型 (Project Object Model)文件(擴展名.pom)來對整個項目使用的包版本集、生命周期、和各種依賴關系進行自動化管理。通過Maven項目對象模型文件，可自動實現(xiàn)各類引用包及依賴包版本更新和下載，與jetty服務器插件組合，可實現(xiàn)B/S項目的服務器源代碼級動態(tài)跟蹤調(diào)試，大大縮短項目的開發(fā)周期。

2.3 定位技術的選擇[11]

對于殘障學生的防走丟失，移動定位技術至關重要，目前主要有GPS定位、WiFi定位和基站定位。GPS通過衛(wèi)星對需定位的目標進行位置跟蹤，其優(yōu)點是高效、覆蓋范圍廣、精度較高；但對室內(nèi)或有遮擋的環(huán)境下定位效果不好。 基站定位主要根據(jù)移動設備與其最近互動訪問的基站的信息來實現(xiàn)定位，其定位精度和范圍主要和基站的覆蓋半徑有關，但定位精度不高。Wi-Fi定位是通過偵聽設備接入的WiFi熱點的位置信息實現(xiàn)定位的，該定位方式的優(yōu)點是精度不受使用環(huán)境影響，但必須在有WiFi信號環(huán)境中使用。

本文給出的系統(tǒng)方案中采用殘障學生攜帶的支持GPS的移動通信終端設備實現(xiàn)綜合定位，在校園內(nèi)主要使用WiFi定位，在市區(qū)內(nèi)主要采用基站定位和GPS定位，其他地方主要采用GPS地位。

3 小 結(jié)

針對特殊教育的特點，引入物聯(lián)網(wǎng)相關技術，開發(fā)出符合特殊教育規(guī)律的管理層信息化系統(tǒng)無疑具有非常重要的意義。本文給出了一種設計與實現(xiàn)方案，并對方案中采取的關鍵技術進行了描述。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，特殊教育的信息化管理將呈現(xiàn)更人性化、智能化的特點，其應用具有廣闊的前景。

[1] 中華人民共和國教育部.國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)[DB/OL]．(2014-01-20)[2015-11-11]．http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_838/201008/93704.html．

[2] 嵇春梅.高校教務網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)[D].濟南：山東大學，2009.

[3] 劉永立.基于B/S結(jié)構(gòu)的教學管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學，2006.

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The Design and Implementation of Information Management System for Special Education

HE Xianbo1,LI Baolin1,YIN Feng2

(1.College of Computer Science,China West Normal University,Nanchong Sichuan,637009,China;2. Network Education Center,Southwest University for Nationalities,Chengdu 610041,China)

It is undoubtedly significant to introduce the Internet of things in the design of special education information system.This paper presents a design scheme of special education information management system,and describes the key technology and environment used in the development.The content of this paper has some reference value to the design of the special education management information system in our country.

special education;internet of things;positioning technology;information-based management.

1673-5072(2016)03-0361-04

2015-12-04 基金項目：四川省科技廳支撐項目(2014SZ0104)；四川高校教學改革項目(川教函[2014]156號，N3776)；四川省科技廳支撐項目(2013SZ0020)

何先波(1971—)，男，四川蒼溪人，博士，教授，主要從事物聯(lián)網(wǎng)方面的研究。

何先波，E-mail:hexianbo_sctc@163.com

TP319

A

10.16246/j.issn.1673-5072.2016.03.023